活性炭生产工艺.docx
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活性炭生产工艺
项目四竹炭工艺品生产
活性炭是具有发达孔隙结构、有很大比表面积和吸附能力的炭。
每克活性炭的总表面积可达1500平方米以上。
活性炭的种类很多,按原料不同可分为植物原料炭、煤质炭、石油质炭、骨炭、血炭等等;按制造方法可分为气体活化法炭、即物理活化法炭;化学活化法炭,即化学药品活化法炭;化学——物理法活性炭;按外观形状可分为粉状活性炭、不定型颗粒活性炭、定型颗粒活性炭、球形炭、纤维状炭、织物状炭等;按用途可分为气相吸附炭、液相吸附炭、糖用炭、工业炭、催化剂和催化剂载体炭等。
活性炭具有吸附性能、催化性能,它不溶于水和其他溶剂,具有物理和化学上的稳定性。
除了高温下同氧接触、同臭氧、氯、重铬酸盐等强氧化剂反应外,在实际使用条件下都极为稳定。
由于活性炭作为吸附剂的优异特性,所以活性炭的用途非常广泛。
我国活性炭目前多在葡萄糖、医药和味精生产中使用,在环境保护、作催化剂和催化剂载体中的应用还不够广泛。
教学导航
任务1-1活性炭生产工艺
任务1-2活性炭的应用及发展
任务1-3炭雕工艺品的制作工艺
任务1-4竹炭工艺品介绍
任务1-1活性炭生产工艺
我国粉状活性炭使用情况如下:
用于医药占59.8%;用于口服葡萄糖占26.6%;用于食品工业占10.8%;用于其他方面占2.8%。
我国颗粒活性炭使用情况如下:
用于合成纤维载体占51.2%;用于聚氯乙烯载体占13.0%;用于空气、水净化占23.5%;用于合成脱硫占7.7%;用于其它占4.6%。
值得注意的是,不同方法制得的活性炭,它的选择吸附性会不同,各有一定适用范围,使用不当则效果不佳。
实践任务
任务要求
1.掌握氯化锌连续法生产粉状活性炭的工艺流程
2.学会漂洗、离心脱水、干燥和粉磨方法
3.掌握氯化锌间歇式生产粉状活性炭的工艺流程
4.了解浸渍操作工序
5.掌握锌屑料的炭化及炭化锌屑料的活化方法
任务实施
一、化学药剂活化法
用氯化锌和其他化学药物作为活化剂生产活性炭的方法,称为化学药剂活化法,简称化学法。
常用的化学药物有氯化锌、磷酸,也有用硫酸钾和硫化钾的,国内主要用氯化锌作为活化剂。
氯化锌的活化作用主要是:
1.氯化锌对植物原料中的纤维素起润胀、胶溶以致溶解作用,药液渗透到原料内部,溶解纤维素而形成孔隙。
2.氯化锌在高温下具有催化脱水作用,使原料中的氢、氧原子以水的形式分离出来,使更多的碳保留在原料中,提高了活性炭的得率。
用氯化锌作活化剂,能降低活化温度,活化时产生的焦油颜色明显变浅,这说明木屑的活化过程与通常的热解反应有所不同。
3.氯化锌在炭化时能起骨架作用,即它们在原料被炭化时给新生的碳提供一个骨架,让碳沉积在它的上面。
新生的碳具有初生的键,有吸附力,能使碳与氯化锌等锌化物结合在一起。
当用酸和水把氯化锌等无机成分溶解洗净之后,碳的表面便暴露出来,成为具有吸附力的活性炭内表面积。
这种作用最明显的体现是:
活性炭的孔隙总容积随锌屑比的增大而增大。
而且当锌屑比大时,可以制得过渡孔较发达的活性炭,锌屑比小时,又可制得微孔较发达的活性炭。
二、氯化锌连续法生产粉状活性炭的工艺流程
氯化锌连续法生产粉状活性炭的工艺流程如下:
1.木屑的筛选和干燥
木屑由斗式提升机送到振动筛筛选,选取6—40目木屑,由鼓风机输送到旋风分离器,分离后的木屑落如贮仓中。
然后进行气流干燥,木屑由贮仓下面圆盘加料器定量连续地落入螺旋进料器,加入热风管,由热风炉来的热空气高速气流带走及干燥,木屑含水率由原来的40%左右下降到15%—20%,干木屑在旋风分离器分离后落入干木屑贮仓。
2.氯化锌溶液的配制
氯化锌溶液的配制是根据生产的要求,配制规定浓度的氯化锌溶液。
配制时,将回收工序回收的浓度约40波美度的锌液,用泵泵入配锌池中,再加入固定氯化锌和盐酸,配制成规定浓度和酸碱度的氯化锌溶液,或直接用水配制亦可,然后用泵泵入浓锌池备用。
3.捏和
用泵将浓锌池的氯化锌液泵入浓锌液高位槽,由于木屑贮仓下部落下的木屑用斗式提升机提升至计量槽,一定量的木屑放入捏和机,同来自高位槽的定量浓锌液拌和后,倒入回转炉的料斗中。
4.炭、活化
由料斗下部的圆盘加料器和螺旋进料器将木屑加入回转炉,从炉的另一端通入热烟道气,将木屑炭化和活化,活化料落入出料室,定期取出,用小车推到回收工序的斗式提升机加料处。
5.回收、漂洗
开动斗式提升机,将活化料加入回收桶回收氯化锌。
先用25—30波美度的氯化锌溶液洗涤,得到的浓锌液送往配制氯化锌溶液,再用较稀的锌液洗涤,洗涤时加入适量盐酸,并将溶液加热到70摄氏度以上,使氧化锌转变为氯化锌。
最后要求洗涤液的浓度降至1波美度以下。
回收过的炭用水冲入漂洗桶中,用90摄氏度以上的热水漂洗,第二次漂洗时加入适量盐酸,并加热至沸腾,以除去炭中的铁质,直至洗液不含铁为止。
6.离心脱水、干燥和粉磨
活性炭在离心机中脱水,然后在外热式回转干燥器中干燥至含水率4—6%,再送往球磨机磨粉即为成品。
另外附设专门的废气、废水处理系统,以回收烟气中的氯化锌和盐酸,消除公害。
三、氯化锌活化对原料的要求
氯化锌法生产粉状活性炭的原料主要是木屑,生产糖用炭时,最好使用杉木屑和松木屑,纯杉木屑更好。
新鲜的松木屑含松脂较多,不利于氯化锌溶液的渗入,如果存放一段时间,使挥发成分自行挥发和氧化后再使用则较为有益。
但存放时间不宜过长,以免木屑腐烂变质。
当生产其它活性炭品种时,可使用多种树种的混合木屑。
对木屑要求为:
粒度6—40目,不含板皮、木块、泥沙和铁屑等,含水率为15%—20%。
为了使工艺操作稳定,木屑需用振动筛进行筛选,选取符合要求的木屑颗粒,并除去杂质,以免影响产品质量。
筛选好的木屑含水率约40%。
一般采用气流干燥器进行干燥。
它由热风炉、风机和干燥管组成。
干燥管由钢板制成,直径300毫米,高20米左右。
木屑送入干燥管,由热风炉送来的120—150摄氏度的热空气带动木屑,以8米/秒的速度通过干燥管,干燥后的木屑含水率降到15%—20%,经旋风分离器回收。
木屑的干燥,有的工厂采用回转炉。
木屑间接被烟道气加热而干燥。
生产时,木屑由加料口一端进入筒体内,随着筒体的转动及一定的坡度慢慢向前移动,烘干的木屑连续由出料口卸出。
由燃烧室烧煤产生的烟气先在筒体外面流过,加热筒体,然后进入筒体内部的烟管,以便充分进行热交换,最后排入烟囱。
操作时,应根据炉温情况,控制好加料量。
同时炉温不能太高,以防木屑燃烧。
四、氯化锌溶液的配制
氯化锌溶液的浓度因生产活性炭的品种而异,氯化锌溶液的配制是指配制成规定浓度的氯化锌溶液,它是保证锌屑比的一个重要因素。
应选用洁白、易吸水潮解、含量96%以上的工业氯化锌。
因活性炭用途不同,使用氯化锌制炭时,要求也不同,简述如下:
糖用活性炭的配方要求是:
氯化锌溶液在60摄氏度时,浓度为50—57波美度,溶液的pH值为3.0—3.5。
药用活性炭的配方要求是:
氯化锌溶液在60摄氏度时,浓度为45—47波美度,溶液的pH值为1.0—1.5。
配制时,在配锌池中,将固体氯化锌溶于回收工序回收的氯化锌溶液中。
若回收的锌液不够用时,也可用水进行配制,当达到要求的波美度时,再用盐酸调整溶液的pH值。
波美浓度是氯化锌法生产厂中广泛使用的表示溶液浓度的一种方式。
用波美比重计浸入溶液中所测得的度数表示浓度。
用0Be?
FONTFACE="宋体"LANG="ZH-CN">作符号。
如50波美度可写成500Be?
FONTFACE="宋体"LANG="ZH-CN">。
氯化锌溶液的波美浓度与温度有一定的关系,当百分浓度一定时,随着温度的升高,波美浓度降低。
所以对于氯化锌溶液的波美浓度,必须注明溶液的温度。
例如,要配制60摄氏度下的45—46波美浓度的氯化锌溶液,若在30摄氏度下,就应配成46—47波美浓度。
氯化锌溶液的波美浓度(0Be?
FONTFACE="宋体"LANG="ZH-CN">)与温度(摄氏度)的关系、氯化锌溶液的波美浓度与相对密度和百分浓度的关系,可从有关图表中查得。
五、捏和工序的目的和工艺条件
捏和工序的目的,是为了将木屑与氯化锌溶液,借助捏和机中一对之字形搅拌桨不停搅拌,反复揉压,使它们混合均匀,加速氯化锌溶液向木屑内部渗透。
捏和在捏和机中进行。
捏和机用耐酸钢制成,为卧式半圆形槽,槽内有一对之字形的搅拌器,容积一般采用0.5立方米,间歇操作。
捏和机设有一个传动机构,按下这一机构的按纽,能使捏和机半圆形槽转动一个角度,以便把锌屑料倾倒入回转炉的料斗中。
为了操作方便,捏和工序还设立木屑计量装置和氯化锌溶液高位槽和计量装置。
木屑计量装置由运送木屑的斗式提升机、磅秤和料斗组成,它能准确控制每次捏和木屑的重量。
氯化锌溶液高位槽下部有一条管子连到捏和机上部,以便把定量氯化锌溶液均匀喷射到捏和机中,与木屑进行混合。
捏和时,工艺木屑的重量与氯化锌溶液的重量之比,称为料液比,有时又称浸渍比。
捏和的工艺条件为:
1.生产工业用活性炭
木屑含水率(%)15—20;60摄氏度时氯化锌液浓度(波美度)45—47;氯化锌液pH值1—1.5;料液比1:
3;捏和时间(分钟)10—15。
2.生产糖用活性炭
木屑含水率(%)15—20;60摄氏度时氯化锌液浓度(波美度)50—57;氯化锌液pH值3—3.5;料液比1:
4—5;捏和时间(分钟)10—15。
六、回转炉操作及其炭化、活化的工艺条件
回转炉是锌屑料炭化、活化制取活性炭的一个关键设备。
回转炉为卧式,内径1米,长13米。
筒体为钢板制成,内衬耐火砖。
在筒体中部外面装有大齿轮,借以推动筒体转动。
两端各有一对托轮,支承筒体重量。
炉头和炉尾均有密封装置。
安装的倾斜度为2—5度。
回转炉为连续操作,锌屑料由圆盘加料器和螺旋送料器送入炉尾。
物料借助筒体转动和倾斜度缓慢地向炉头移动。
在炉头设有燃烧室,燃烧原油或煤气,产生的高温烟气直接进入炉中,由炉头向炉尾流动,与物料逆流直接接触。
在炭化过程中,形成带粘性的塑性物料,粘附在炉壁上,结块成痂,堵塞炉膛。
为了防止堵塞,在炉内装有链条串连好的星形刮刀,让它随着筒体的转动,不停地撞击炉壁,将粘在炉壁上的结块物料刮下。
活化好的物料称活化料,从炉头落入出料室,并定期取出,送往回收工序。
废烟气从炉尾经烟道进入废气回收系统。
开炉时,先启动转炉,再点火升温,待炉尾温度升至300摄氏度左右,开始加料。
如果需要停炉,先停止进料,继续保持一定的炉温,待炉内物料全部排出后,方熄火停炉。
热炉未完全冷却之前,每隔数分钟至20分钟转动筒体一次,防止筒体变形。
回转炉炭化、活化的工艺条件如下:
活化区物料温度(摄氏度)500—600;炭化、活化时间(分钟)约40;炉内充填系数(%)15—20;筒体转速(转/分钟)1—3;炉内压力略带负压;炉头烟气温度(摄氏度)700—800;炉尾烟气温度(摄氏度)200—300;出料间隔时间(分钟)20。
七、氯化锌法生产活性炭回收工序的目的
在活化料中含有70%—90%的氯化锌和含锌化合物。
回收的目的就是将这部分氯化锌和含锌化合物收回,降低活性炭生产时氯化锌的消耗,以降低产品的成本。
氯化锌的回收操作属于浸提方法,即用不同浓度的氯化锌溶液(简称锌水)和少量工业盐酸加入活化料中溶解氯化锌和氧化锌,再过滤分离。
回收是在回收桶中进行。
回收桶是由钢板制成,为圆筒体。
桶的壳体内外均用辉绿岩胶泥涂刷。
在桶的内侧衬上辉绿岩板。
桶的下部有用钢筋和辉绿岩粉浇铸的过滤板。
操作时,将活化料加入回收桶中,先用浓度较高的回收锌水加入活化料中,并加入约为活化料重量5%的盐酸,使活化时生成的氧化锌转变为氯化锌。
在反应过程中,要充分搅拌。
反应完成后静置数分钟,开启真空抽气阀,将回收桶内的氯化锌溶液抽入真空桶,然后再放入耐酸缸。
一般第一次回收的氯化锌溶液浓度可达40波美度以上,可送往配制氯化锌溶液。
经第一次回收
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