香蕉茎秆挤压脱水技术装备研究进展及改进方向

徐树英，张玉苍，黎吉辉，林 常，林昭华



香蕉茎秆挤压脱水技术装备研究进展及改进方向

徐树英，张玉苍※，黎吉辉，林 常，林昭华

（海南大学热带岛屿资源先进材料教育部重点实验室，海口 570228）

香蕉茎秆挤压脱水工艺是香蕉茎秆资源化利用的关键步骤，可以有效地降低运输成本，减轻蕉农的劳动强度，有利于提高香蕉茎秆的综合利用率。该文从介绍香蕉茎秆原料结构形态，化学成分以及蕉秆水分的存在形态出发，详细论述了国内外对高含水量的香蕉茎秆采取的脱水技术的研究现状和最新进展，指出了各种典型设备的结构特点。讨论了各种机械挤压脱水设备的实用性、优缺点及商业推广价值。指出平板压榨为间歇生产，压榨周期长；螺旋挤压脱水要求原料为粉碎性物料，物料的适应性差；轧辊式挤压脱水为连续生产，效率较高。针对香蕉茎秆体形高大质地软，纤维长的特点，确定香蕉茎秆挤压脱水技术应采取轧辊式挤压脱水工艺，提出轧辊式挤压脱水设备的开发改进建议，认为设备体积小，操作简单安全，处理量大，可靠性高是主要的研究方向。

脱水；加工；装备，香蕉茎秆；压榨机；资源化利用

0 引 言

香蕉（.），属芭蕉科（Musaceae）芭蕉属（）单子叶植物[1-2]。香蕉是热带和亚热带地区的重要经济作物和粮食作物，是发展中国家中仅次于水稻、小麦和玉米的第4大粮食作物[3-7]。2013年中国香蕉种植面积达到42.7万hm2左右，每种植1 hm2香蕉可产生600～900 t香蕉茎秆副产物，因此年产香蕉茎秆副产物总量高达3 800万t以上[8-11]。从2011年开始至今，中国跃居全球第二大香蕉生产国[12-13]。中国的香蕉主产区有广东、广西、云南、海南、福建和台湾，在贵州、四川和重庆等西南地区也有少量分布。香蕉具有速生与生物质产量高的特点[14]。2013年海南成为中国仅次于广东、广西和云南的第4香蕉生产大省，全省香蕉年总产值占全省热带水果总产值的50%[15-17]，香蕉产业已成为热带地区的重要支柱产业，是海南农民重要的收入之一，而香蕉茎秆总量为302万t，通过实地考察调研发现，香蕉茎秆目前已成为海南省主要农业产业垃圾源。

目前中国香蕉产地对香蕉茎秆的处理方式主要是由人工砍伐然后搬运到田间空闲地堆放，或者就地抛弃，任其自行腐烂。新鲜香蕉茎秆含有质量分数90%以上的水分和丰富的纤维成分，目前除了少部分用作绳索、编织物、有机肥还田以及饲料外，大部分作为废弃物被弃置[18-21]。由此对资源和环境造成了一系列的问题：首先是生物质资源浪费。大量含有纤维和其他有效成分的香蕉茎秆原料被丢弃，造成资源浪费[22]。其次容易使蕉树遭受香蕉枯萎病的毁灭性威胁。被丢弃在蕉园的香蕉茎秆由于含水量大，富含营养成分，腐烂时间长，非常容易使蕉园土壤感染真菌病害。香蕉枯萎病的病原真菌能通过土壤和灌溉水等多种途径传播，在土壤中残留的时间可长达30 a以上，且易产生强的抗药性，迄今为止还没有有效的对该病原真菌的治理方法[23]。再次容易招来虫害。大量香蕉茎秆随意堆放招来如象鼻虫、卷叶虫、线虫、蕉蚜等虫害，使香蕉减产20%~40%，严重时可导致绝收[24]。还有诸如妨碍交通等其他缺点。大部分香蕉茎秆堆积在路边、田头、水渠等公共场所，由于体积大，腐烂时间长，容易堵塞交通和水利设施[25]。基于以上原因，如何高效环保地处理香蕉茎秆成为了香蕉生产发展中面临的难题。为了减少农业废弃物的排放造成的环境污染和未被开发的有价值的生物量的损失带来资源浪费，对香蕉茎秆这种丰富的农业废弃物进行多用途开发和综合利用具有重要意义[26-27]。

国外香蕉产地主要集中在发展中国家，由于技术及设备的落后他们对香蕉茎秆的利用水平仍然停留在制造手工制品，因此目前国内外对香蕉茎秆的收集、脱水和贮运技术均缺乏配套设备，可指导产业化的脱水技术依然不够成熟。而从应用角度来看，无论是生产纺织品原料、复合材料或是生物燃料，大规模产业化生产都需要进行收集、脱水、开发贮运技术和配套设备，否则综合利用无从谈起[28-32]。目前国内外对香蕉茎秆资源化利用的一个主要问题是香蕉茎秆粗大、含水量高，因此香蕉茎秆脱水成为香蕉茎秆资源化利用的主要技术问题之一。香蕉茎秆脱水工艺作为香蕉茎秆纤维提取工艺流程的第一环，具有至关重要的作用，合适的脱水工艺应该在经济上合适的前提下，既能除去过多的水分含量，又能够维持合适的微观结构来促进后续脱胶工艺的进行，达到香蕉茎秆纤维产品利用价值最大化的目的。

目前，比较成熟的农业废弃物脱水工艺主要包括干燥脱水和机械挤压脱水[33-34]。干燥脱水分为自然风干，热力干燥；机械挤压脱水主要有平板挤压脱水，螺旋式挤压脱水、轧辊式挤压脱水[35-36]。机械挤压脱水由于占地小、处理及时、生产效率较高在工程实践中受到青睐，特别是近年来用在对叶蛋白饲料脱水工艺中[37-39]，压榨出的汁液便于收集，便于后续提取有效成分。

香蕉茎秆属于丰富的可再生的农业废弃物资源，如能实现香蕉茎秆脱水、纤维化、能源化多种技术的集成应用，建立香蕉茎秆综合利用生态产业新模式，不仅可以提高产品附加值，增加农民收入，而且具有良好的环境和社会效益。

基于农业废弃物资源化利用与环保并重的理念，本文通过分析香蕉茎秆结构形态、化学成分，水分形态及分布，国内外香蕉茎秆挤压脱水技术研究现状，把目前当做废弃物大量丢弃的香蕉茎秆作为一种可再生资源加以利用，提出了符合中国国情的香蕉茎秆挤压脱水技术装备及研究方向，以期将香蕉茎秆应用在纺织原料、复合材料以及生物燃料等方面，为香蕉茎秆的综合利用及其产业化提供依据。

1 香蕉茎秆原料结构形态及化学成分分析

农业废弃物资源的种类不同，其化学成分差异很大，同属的香蕉茎秆的化学成分也随着品种、成熟度、栽培条件、产地等因素的不同而有差别[40]。天然植物纤维的主要成分有纤维素、半纤维素和木质素，另外还有果胶、脂蜡质、水溶物等。准确的化学成分定量分析是高效开发利用香蕉茎秆的基础，分析香蕉茎秆的含水量分布以及香蕉茎秆形态特点，是研究香蕉茎秆高效挤压脱水工艺及设备设计的依据。

1.1 香蕉茎秆形态分析及水分的存在形态

香蕉属于大型的草本植物，香蕉茎秆植株高大约在1.5~3 m左右，直径在0.15~0.30 m的范围内。直径从根部至鞘部逐渐缩小，表皮呈棕红色，内层乳白色。香蕉茎秆的上、中、下部质量含水率分别为91.42%，91.89%，94.52%[41]，含水量达到90%以上，其中香蕉茎秆下部靠近球茎的部分含水量最大。香蕉植株水分分布是从茎秆的下部向上逐步递减。

从图1 a和b中可以看出香蕉茎秆是由许多片弧形叶鞘相互紧密围成的粗大圆柱状的茎秆，弧形叶鞘类似洋葱的结构。香蕉茎秆其生长增粗主要依靠每片新叶从茎秆中心的气生茎长出，成长后逐渐把外围老叶鞘向外挤，从而使其膨胀生长[25,42]。图1 c是香蕉茎秆的横截面图，从图1 c中可以看出香蕉茎秆是由叶鞘层层叠叠包裹的结构，中心是髓部。

图1 香蕉茎秆形态[19]

根据香蕉茎秆中水的存在形态，可将香蕉茎秆中的水分可以分为2类：自由水和结合水。自由水是除了物理吸附在叶鞘横向薄膜每个小室内的游离态水；还有部分存在于香蕉茎秆叶鞘组织细胞内，这部分水分通常在一定的处理温度和压力下并持续一段时间后才能蒸发出去[43]。

从图1 d和e中可以看出，叶鞘是由外表皮、内表皮、连接组织及横向薄膜组织构成的类似框架结构。叶鞘的横向薄膜将外表皮和内表皮分成许多小室（见图1 d、e），小室内充满了香蕉茎秆汁液，这部分水分属于“自由水”，以相对较小的压力就能除去[44]，这种组织结构是形成香蕉茎秆含水量高的主要原因。每个叶鞘的横切面分为3层，外层叶鞘与内层叶鞘的纤维含量、纤维强度差别大。叶鞘的外表皮含纤维多，内表皮及连接组织含纤维较少，且这些纤维色白、细软、强度较低，横向薄膜几乎不含纤维。叶鞘两面光滑，内表皮纤维素大大加厚，外表皮外露时，先是木栓化，后是木质化，以便起保护作用。最外层的叶鞘年老，中间和里层的叶鞘比较年轻，长度以中间的叶鞘为最长。因此香蕉茎秆结构较特殊，纤维分布不均匀，表皮纤维多，内部呈中空网格状。从图1 f中观察到香蕉茎秆的中心是气生茎，也称为髓部，呈白色，组织柔软，含胶质多而纤维少[45-46]。香蕉茎秆的外观形态与树木主干一样有高大的体形。从横截面观察，香蕉茎秆内部结构形态与树木主干完全不同，它是由弧形叶鞘紧密围成，当风力达到6级，香蕉的茎秆就会出现折断，造成植株的倒伏[47]。采用螺旋式挤压脱水工艺需要先粉碎或切片，而香蕉质地软，纤维长，不易粉碎或切片。

1.2 香蕉茎秆的化学成分分析

表1是香蕉茎秆的化学成分测试结果。由表1中可以看出，香蕉茎秆的纤维素含量不高，质量分数在21%~23%左右，和草本植物的纤维素含量差不多[48]。半纤维素质量分数为22%~29%，比草本植物含量少，木质素质量分数为8%~14%，果胶质量分数为2%~5%，水溶物质量分数较高，为30%~33%，这一点和香蕉茎秆灰分的含量较高吻合[49]。脂蜡质质量分数为2%~6%。而树木化学成分中的纤维素、半纤维素、木质素3部分的质量分数一般超过90%[50]，甘蔗渣这3部分的质量分数在75%左右[51]，而香蕉茎秆的这3部分质量分数仅有58%[52-54]，化学成分的差异表现为香蕉茎秆比树木主干和甘蔗胶质含量高。当采用轧辊式压榨机进行挤压脱水时，香蕉茎秆纤维容易粘附并缠绕在辊筒表面，不易排料。

表1 香蕉茎秆主要化学成分质量分数[41]

2 香蕉茎秆脱水工艺与挤压设备研究现状

2.1 干燥脱水工艺

传统的香蕉茎秆的脱水主要是采用风干或自然晾晒，人工鼓风干燥被认为是有效的脱水方法，但这种脱水方法对于高含水的生物质原料不仅效率低而且费用较高，工程中很少采用[55-56]。

为解决香蕉茎秆含水量大给运输和加工带来的压力，李继武、李乐等[57-58]对香蕉茎秆收集预处理模式进行研究，采用8种干燥脱水处理过程和3种收集模式进行试验，结果显示将样品茎秆粉碎、压缩后置于滤网上室外晾晒8 d的干燥脱水技术效果最佳，含水率从90.5%降至19.93%，质量减轻了75.2%；储存3~6个月，质量含水率在17%~20%，体积降低至原来鲜品的30%~ 40%，基本上达到了干燥存储的要求，据此提出了香蕉植株-锯倒-粉碎-压榨-运输-干燥-储存的香蕉茎秆集中收集的模式。而将香蕉茎秆不经过任何处理直接放置在室内滤网上的脱水效果最差，含水率达87.45%，质量仅减轻了3.05%，基本保持不变。

2.2 平板压榨挤压脱水工艺及机械

平板压榨脱水工艺通常采用液压油作为动力输入，其结构简单，动力消耗小、料饼质量好，但由于其生产的间歇性，压榨周期长（辅助时间约占15%~25%）[59-60]，装卸料饼麻烦，而且设备笨重，占地面积大，限制了它的发展。

澳大利亚的Irwin和斯里兰卡的Perera的国际专利（WO_2012019247）[61]公开的是由香蕉茎秆生产层板的方法和设备，包括了从香蕉茎秆砍伐、破片、脱水到最终的产品——层板的整个工艺流程。其中切片后的香蕉茎秆的脱水是采用的平板压榨设备来实现。该专利描述了采用平板压榨将经过纵向破片的香蕉茎秆进行挤压脱水，然后通过碱液处理除去胶质制造层板。该专利没有提及采用何种平板压榨设备，仅提供示意图描述整个脱水工艺过程。

海南大学的张慧等[62]于2015年设计了香蕉秸秆挤压脱水机，采用液压平板压榨方式完成秸秆脱水与剪切成型处理。该香蕉秸秆挤压脱水机在对香蕉茎秆完成挤压脱水后，用压钳压紧香蕉茎秆然后剪刀开始剪断秸秆，香蕉秸秆挤压脱水机设备简图见图2所示。该文献主要讨论的是液压系统控制流程和可编程逻辑控制器（PLC）控制剪切的程序设计，并没有对挤压脱水机的设备结构及脱水工艺进行讨论。

1. 机架 2. 集水槽 3. 传动轮 4. 传动V带 5. 双向压缩板 6. 感应器7. 限位开关0 8. 压钳 9. 剪刀 10. 限位开关1 11. 压力传感器 12.限位开关2 13. 伸缩杆 14. 压力继电器 15. 物料收集箱 16. 步进电机 17. 液压系统 18. 排液管 19. 电控箱

德雪红等人[63]根据新鲜马铃薯渣含水率高达90%，物料松散，不利于运输等特点，研制一种脱水、压缩同时完成的闭式薯渣压缩试验装置。该装置采用平板柱塞式压缩装置完成挤压脱水及成型，但文献中没有讨论经过该装置处理的马铃薯渣含水量达到多少。该闭式薯渣物料压缩成型机适用于粉碎性物料，对香蕉茎秆原料需要粉碎预处理，如果整秆进行挤压脱水，设备的体积庞大，排水效果差，1次脱水效果较差，容易发生重吸现象。

周云培[64]发明的植物茎秆轻便压榨机同样采用的是平板压榨的形式，具有结构简单，体积小的特点、适合田间或山坡的使用场所，发明中提到该设备也适用于香蕉茎秆的压榨。该设备如图3所示，其设备不足之处是需要将香蕉茎秆进行粉碎处理。如果将香蕉茎秆应用于天然纺织原料，那么保持纤维的长度对后续的加工是有利的，因此不能将香蕉茎秆先粉碎再脱水，不仅增加了一道工序而且不利于后续用作纺织原料的加工。

1. 大压槽 2. 隔板 3. 小压槽 4. 横杆 5. 连接杆 6. 压板 7. 支撑板 8. 支架 9. 螺纹丝杆 10. 电机 11. 双槽皮带轮 12. 底板

2.3 螺旋式挤压脱水工艺及机械

螺旋挤压脱水机开始出现用于榨取植物油和鱼肉等一些肉类磨碎之后的压榨脱水处理[65-66]。随着人们对生物质类新能源的广泛关注与利用，螺旋挤压脱水机近年来又逐步用于生物质原料的脱水处理，特别是秸秆、水葫芦以及藻类等生物质的脱水处理[67]，如图4所示。

图4 螺旋挤压脱水机的结构[35]

螺旋挤压脱水机的工作原理是物料不断地通过进料口进入螺旋挤压脱水机，在物料重力和物料与设备之间摩擦力的作用下向前运动，随着螺距间容积的减少，对物料产生挤压效果，物料中的水分透过筒体的排水孔，经排水孔排出压榨机，物料向出料口移动并不断被挤出水分，在螺旋体末端的料筛管中形成的料塞通过出料口不断排出[68]。

Solly等[69]研究表明水葫芦在25 ℃、相对湿度为68%条件下处理15d后，质量含水率从95.8%降低至72%。水葫芦含水率高达95%以上，属于高含水生物质原料，与香蕉茎秆含水量差不多，但是水葫芦体积小，而香蕉茎秆体积庞大。杜静等人[70]针对水葫芦的特性其脱水处理工艺采用即时粉碎即时脱水方式，即新鲜水葫芦打捞上岸后首先经粉碎机粉碎入调节池，然后加水混合后经立式潜污泵抽吸入螺旋式固液分离机进行脱水，其研究结果表明经过脱水后新鲜水葫芦残渣含水率降至83%。

与平板压榨脱水工艺相比，螺旋式压榨工艺其显著特点是连续化生产，处理量大，劳动强度低，出汁效果良好，有利于综合利用，但它存在动力消耗大、螺旋效率低，易耗件多、维修成本高，以及温度升高影响汁液和饼的质量等问题[71-72]。对于生物质原料需要进行粉碎处理才能进行螺旋式压榨工艺处理。

2.4 轧辊式挤压脱水工艺及机械

轧辊式脱水工艺的特点是连续操作，但其受压面积小，物料不易进入，处理量少，压榨效果不理想，且加工要求高，对物料的适应性较差[71]。

梁岐江，韦文凭[73]于2014年申请实用新型专利“一种三辊式香蕉杆压榨机”（如图5所示），主要包括下脱水辊，上脱水辊、挤压辊和机架，3个辊筒呈倒品字型排列。该设备的结构形式与2辊式甘蔗压榨机的结构相似，不足之处是脱水率低，仅为10%~15%。设备结构上没有解决香蕉茎秆纤维容易粘附在辊筒表面造成缠绕，不易排料的问题，也没有考虑挤压出来的香蕉茎秆汁液收集问题。

1. 压顶装置 2. 弹簧 3. 挤压辊 4. 上脱水辊 5. 下脱水辊

海南大学周开欢，张燕[74]设计一种滚压螺旋式香蕉秸秆粉碎机（如图6所示），该设备由2部分组成：前半部分为脱水机构，后半部分为粉碎还田机构。脱水机构采用一对压辊将香蕉茎秆挤压成片状，且排出大部分水分。压辊下方收集香蕉秸秆排出水分；香蕉秸秆在压辊的固定传动下送入后半部分的螺旋锯齿打碎机内进行粉碎。该设备可以由SH50拖拉机作为动力进行田间作业，可靠性高，其切碎率为89%以上，满足香蕉秸秆切碎还田要求，并不适用于香蕉茎秆作为纤维原料的要求。

海南大学杨冬进等人[75]设计了香蕉秸秆挤压脱水机（如图7所示），该设备由单片机系统、液压系统、机械主体等组成。香蕉秸秆通过进料传送带送至滚轮系统进行第1次挤压预脱水，使秸秆破碎初步成型，然后2次脱水压缩成型。第1组和第2组滚轮间的压力通过液压系统控制滚轮的轴间距实现。该设备可实现自动控制，节省人力，提高工作效率。

江苏省农业科学院农业资源与环境研究所王岩等人[76]首次将辊轮式压榨机应用于水葫芦脱水。试验所用的小型甘蔗压榨机为辊轮式压榨机，型号YZJ220×300，其结构示意图见图8所示。在水葫芦脱水方面首次采用在甘蔗提汁中的专用辊轮式压榨机进行脱水试验研究，结果表明水葫芦经过3次压榨后，水葫芦渣的质量含水率为65%~68%，脱水效果好于前人的研究结果。水葫芦植株含水率高达90%以上，与香蕉茎秆的含水量差不多，因此香蕉茎秆的脱水工艺可以借鉴水葫芦的脱水工艺，采用辊轮脱水技术。

这一切，天空中的青辰看得十分清楚。他不明白，白鹫这类生物，一向以尸体为食，除非生命受到威胁，否则不会攻击活物。即使它处于饥饿中，而面前恰巧有一只濒死的猎物，它也要等，直到对方的最后一丝气息断绝。

1. 水箱 2. 滤网 3. 滚压轮 4. 进料口 5. 电机 6. 锥齿轮 7. 螺旋刀具 8. 出料口 9. 机架

1,4,6,7. 光电传感器 5,8. 高度传感器 2,3. 压力传感器 9. 送料带 10. 出料带 11,12. 液压缸 13,14. 阀门 15,16. 器皿 17. 秸秆箱 18. 机床架 19,20,25,26. 滚轮 21,23. 挤压轮 22,24. 传料轮 27. 进料口 28. 机床脚 29,30. 挤压轮盖

2014年海南大学张玉苍，徐树英[77]设计并制造了自动调整压辊式香蕉茎秆压榨机，设备结构如图9所示。

图9 自动调整压辊式香蕉茎秆压榨机[77]

该设备基于整秆压榨香蕉茎秆，省掉了粉碎工序，保持了香蕉纤维的长度，并且可以收集香蕉茎秆汁液，经过连续辊压脱水，含水率降至50.2%。

3 香蕉茎秆挤压脱水装备优缺点及改进建议

农业废弃物有许多不同种类，形态也各不相同，在某些特性方面也显得千差万别，不同的原料对应不同的脱水处理工艺[31]。综合选择香蕉茎秆脱水工艺时，需要考虑香蕉茎秆原料及产品特性、含水量、脱水率、安全性、成本等各种因素。机械挤压脱水因其脱水效果好、效率高等优点而得到越来越广泛的应用。机械挤压脱水设备各具特点，各种设备适用于不同的场合。

1）平板挤压脱水的优缺点分析：通过液体静压力的作用，对废弃物进行挤压，液压传动进而处理香蕉茎秆。平板挤压脱水具有结构简单、容易操作、易于清洗维护、容易自动控制等优点，缺点是工人劳动强度大，传统的平板液压压榨机压榨和填料不能同时进行，减慢了工作进度，大规模处理受到限制。改良后的平板压榨机可采用多工位方式，将装料、压榨、卸饼一体化同时进行，解决了传统压榨机所存在的问题。对于香蕉茎秆原料可进行整秆压榨或者先粉碎再进行液压压榨，脱水率与物料的粉碎程度、压力、时间等有关。由于香蕉茎秆含水率高达90%以上，1次压榨脱水率为7%左右，脱水率较低，需要经过多次压榨才能达到好的效果，同时设备巨大，投资成本高。这种脱水方式虽然能对香蕉茎秆纤维利用，也能收取汁液再利用，但生产效率太低，蕉秆运输成本太高，不利于商业推广。

2）螺旋式挤压脱水即螺旋轴沿着料渣出口顺时针旋转，底径逐渐加大而螺距逐渐减少，当物料被螺旋轴推进时，因螺腔逐渐缩小，从而形成对废弃物的压榨。螺旋式压榨机具有连续作业的特点，结构简单、故障少、工作效率较高，在中国中小型压榨行业应用广泛，适用于粉碎性的含纤维量比较丰富的原料压榨。缺点是螺旋式压榨机榨膛内的主要部件易磨损，需经常拆换，增加了作业成本，且脱水率低。综合评价：螺旋式挤压脱水设备相对轻巧，效率高。最大缺点是蕉秆纤维的综合利用受到很大破坏，只适用于粉碎性纤维的利用，对蕉秆的综合利用很不利，作为综合利用蕉秆资源来说商业推广价值不大。

3）轧辊式挤压脱水利用旋转辊对物料施加压力。轧辊式压榨机是连续式压榨机的一种。轧辊式压榨机的优点是可以整秆进料无需预处理，可进行多次挤压；不仅可以省掉粉碎工序，而且可以保持香蕉茎秆的长纤维，有利于其用作纺织原料或层板原料等综合利用。这种轧辊式压榨机目前存在的问题是：在压榨过程中会有一些的物料粘在轧辊的外圆上，现有技术对这部分物料的处理较简单，直接从轧辊上刮掉，影响了生产效率。如果能克服上述问题将是一种较易推广有商业价值的香蕉茎秆脱水设备。

根据前述香蕉茎秆脱水工艺适用性的分析以及综合利用香蕉茎秆资源的考虑，比较具有适用的香蕉茎秆脱水技术，并较好利用香蕉茎秆的挤压设备，挤压后有利于综合资源利用的设备，应以轧辊式挤压脱水工艺设备为研究发展方向。

1）设备体积小，操作简单安全，处理量大，可靠性高等优点，才能被蕉农接受，更具商业化，并从根本上解决运输成本过高的问题。减少设备质量，思路是：将整个茎秆进行挤压改为先将蕉秆沿轴向剖切成片状后进行轧辊压榨脱水，则轧辊可以缩小3~4倍，动力也随之大大减少，增加的切片装置因蕉秆易切片，因此轴向切片装置容易设计制造，成本不高。

2）基于1）的思路，轻量化轧辊式挤压脱水装置还有一个重要考虑：目前国内包括海南省蕉田大多规模较小，很少超过1 hm2，较为分散，为使本研究设备适合就近生产加工，就需要将设备运输到香蕉田附近的场地现场加工，一方面极大减少蕉秆运输成本，另一方面大量节省人工成本，使综合利用蕉秆更加绿色、低碳。为此，就需将脱水装置设计制造成为小型化、模块化、简易化，易操作易维护的形式，首先是小型化。

3）用机械方式刮去轧辊上附着物，改为喷气或喷水方式吹喷方式去除有限的附着物，这样的喷气喷水设施也就是空气压缩机或一台低压水泵及喷头及接水装置，增加成本有限，也有利于自洁设备，当然如果用水喷会稀释压挤出的蕉秆汁液或增加挤压后呈纤维状的蕉秆纤维的含水量还可取其他方式处理，减少用水量。

4）改进轧辊表面形状使之既有利于有效挤压效率，又能较少挤压过程中缠绕粘附在轧辊上的蕉秆纤维及其他成分。

5）应考察辊筒间隙、相对间隙（香蕉茎秆的进料厚度与辊筒间隙的比值）与脱水率之间的关系，并结合轧辊压榨过程中香蕉茎秆汁液的流动模型进行深入分析，防止汁液重吸现象。

6）因为1）和2）的考虑，本研究的设备一定要有很好的维护性，便于拆装，有利于该设备在较为恶劣的场地环境中工作。同时因为有轧辊不间断运转，操作人员低专业化，防护电路、安全性应纳入优先考虑。

4 结 论

针对香蕉茎秆原料体形庞大、胶质含量高质地软、质量含水率达90%以上以及纤维长的特点，综合挤压脱水技术装备现状和存在的问题，笔者认为应采用轧辊式挤压脱水工艺装备对香蕉茎秆进行整秆压榨。指出轧辊式挤压脱水设备设计应以体积小、操作简单安全、处理量大、可靠性高为主要研究方向，解决香蕉茎秆容易附着在辊筒表面造成缠绕等问题。为了获得较高的脱水率和排料方便，辊筒间隙应在一个合理范围。

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Research progress and improvement direction of squeezing dehydration technology and equipment of banana pseudostem

Xu Shuying, Zhang Yucang※, Li Jihui, Lin Chang, Lin Zhaohua

(570228,)

China is one of the largest producers of bananas in the world. Every year after the harvest of banana, a large number of by-products, the banana pseudostem, increase sharply. The banana pseudostem processing is difficult and the utilization rate is low due to the bulkiness of the banana pseudostem, high moisture content and strong intensity of labors, which bring increasingly serious environmental pollution problems. Banana pseudostem technology is the key step for its utilization, which can effectively reduce the transportation cost and labor intensity of farmers, improve the comprehensive utilization rate. The morphology and the chemical component of banana pseudostem were studied firstly. The results showed that water content of the banana pseudostem was up to 90%; The banana pseudostem (dry basis) was composed primarily of cellulose (21.77%), hemicellulose (25.92%), lignin (10.88%) and pectin (3.50%), wax (3.63%) and water soluble matter (31.91%). It could be seen that the content of non cellulose was higher than the content of cellulose. The research status and recent development of the dehydration technology and equipment on high water content agricultural waste at home and abroad were also investigated. The structure characteristics of various typical dehydration equipment were pointed out, and the selection principle of banana pseudostem squeezing dehydration technology was discussed. As compared with the drying technology, the squeezing dehydration technology is high efficiency, low cost and good at feedstock adaptability and operability. The process and equipments of squeezing dehydration were studied. The plane squeezing dehydration process usually uses hydraulic oil as power input, which has the advantages of simple structure, small power consumption, good quality of residue cake, and which also has the disadvantages of the intermittent production, long expression time (the ratio of auxiliary time to whole time is about 15%~25%), trouble in loading and unloading cakes, heavy equipment, large cover of area. Compared with the plane squeezing dehydration process, the screw extruding process is characterized in continuous production, low labor intensity, high efficiency. Though it is in favor for comprehensive utilization, it also has disadvantages of high energy consumption, low efficiency of spiral, high maintenance cost. And the temperature of juice and residue are high. Agricultural raw materials need to be crushed in pretreatment in order to carry out the screw extruding process. The characteristics of roller squeezing dehydration process is continuous operation, but it also has the disadvantages of small pressure area, feeding difficultly, little processing quantity, low squeezing effect, and the poor material adaptability. Finally, based on the current main use of banana pseudostem, the whole stalk roller squeezing dehydration process of banana pseudostem will be an important research and application direction. The further researches on the process of banana pseudostem whole stalk roller squeezing dehydration were discussed in the following aspects. Firstly, the mechanism of banana pseudostem whole stalk roller squeezing dehydration should be explored. Secondly, banana pseudostem roller equeezing dehydration process is still blocked by the banana pseudostem fiber winding on the roller surface, so the antiwind design of the roller surface structure should be the focus of future research, which can facilitate feeding and discharging, impove dehydration rate. Banana pseudostem whole stalk squeezing dehydration equipment should be able to meet the requirement of squeezing the banana pseudostem raw materials in the fields, small volume, simple and safe operation, high capacity, high reliability. It can be accepted by banana farmers, and solve the problem of high cost of transportation fundamentally. Research results of this thesis provided refference for the squeezing dehydration process and equipment of banana pseudostem, and a model which may be useful for comprehensive utilization of banana pseudostem in industry should be established. There was a certain theoretical and application value for banana pseudostem dehydration.

dehydration; processing; equipment; banana pseudostem; squeezer; resource utilization

徐树英，张玉苍，黎吉辉，林常，林昭华. 香蕉茎秆挤压脱水技术装备研究进展及改进方向[J]. 农业工程学报，2018，34(23)：76－84. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.23.009 http://www.tcsae.org

Xu Shuying, Zhang Yucang, Li Jihui, Lin Chang, Lin Zhaohua. Research progress and improvement direction of squeezing dehydration technology and equipment of banana pseudostem[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2018, 34(23): 76－84 (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.23.009 http://www.tcsae.org

2018-02-07

2018-04-30

海南省科协青年科技英才创新计划项目（HAST201625）；2017年天津大学--海南大学协同创新基金（01003021）；海南省产学研一体化项目（CXY20150019）

徐树英，博士，教授，主要从事生物质资源开发与利用研究工作。Email：xushuying1980@163.com

张玉苍，教授，博士生导师，主要从事生物质资源开发与利用研究工作。Email：zhangyucang88@163.com

10.11975/j.issn.1002-6819.2018.23.009

S226.7+9; X712

A

1002-6819(2018)-23-0076-09