利用木质纤维素制乙醇来提供人类所需的能源,已经成为一种被国际认可并大力研究的重要方法。但是,目前的木质纤维素预处理技术存在成本高、能耗大和抑制物含量高等问题,制约了该技术的产业化发展。本文将蒸煮预处理和蒸汽爆破预处理联合起来,提出了木质纤维素连续蒸煮汽爆预处理技术,并研制了相应的连续预处理设备。较为全面地分析了连续蒸煮汽爆预处理设备中关键装置的结构及操作参数,并进行了运行和效果试验,以期提升木质纤维素预处理技术,促进木质纤维素综合利用的产业化进度。采用Fluent软件,使用单因素法对蒸煮器、汽蒸器和喷爆器进行了分析,并利用正交试验设计方法对其进行了优化,为设备的研制提供了理论基础:(1)建立了蒸煮器的数值模型。研究了蒸汽温度、蒸汽流量、水混物料含水量、输送螺杆速度对水混物料最高温度和平均温度及相应条件下预处理强度的影响。通过优化得到了各个因素对于蒸煮过程的影响程度从小到大分别是水混物料含水量、蒸汽流量、输送螺杆速度、蒸汽温度,对应的优组合是50%、25kg/h、0.75rad/s、180℃。(2)建立了汽蒸器的数值模型。研究了蒸汽温度、玉米秸秆初始体积分数、来流玉米秸秆温度及送料螺杆速度对玉米秸秆最高温度和平均温度及相应条件下预处理强度的影响。通过优化得到了各个因素对于汽蒸过程的影响程度从小到大分别是来流玉米秸秆温度、蒸汽温度、玉米秸秆初始体积分数、送料螺杆速度,对应的优组合是180℃、240℃、15%、0.6rad/s。(3)建立了喷爆器的数值模型。研究了阀门开启角度、喷爆管径、喷爆时间及喷爆压力对蒸汽耗量、玉米秸秆产量与料汽比及蒸汽和玉米秸秆出口速度的影响。通过优化得到了各个因素对于喷爆过程的影响程度从小到大分别是阀门开启角度、喷爆管径、喷爆时间、喷爆压力,对应的优组合是90°、DN25、1.5s、1.5MPa。依据分析和优化结果,设计、加工、组装并调试了满足预处理条件的连续蒸煮汽爆预处理设备。针对蒸煮器、汽蒸器和喷爆器进行了设备运行试验。发现数值计算结果与试验结果较为相近,对指导连续蒸煮汽爆预处理设备的研制具有较高的参考价值。以连续蒸煮汽爆预处理设备为试验台,以玉米秸秆为试验对象,进行了木质纤维素连续蒸煮汽爆预处理效果试验。发现蒸煮过程有效除去了部分抑制物,且酶解汽爆产物,葡萄糖得率达到80%所需的酶加量较少,证明了木质纤维素连续蒸煮汽爆预处理技术的处理效果。本文提供了一种更高效、更有经济价值的木质纤维素预处理技术,即连续蒸煮汽爆预处理技术,并研制出了一套相应的的连续蒸煮汽爆预处理设备。促进了处理效果更好的木质纤维素预处理技术的研究进度,推进了综合高效利用木质纤维素的工业化进程,也有利于能源的可持续发展。