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活性炭的生产工艺
7 D. }( H2 q! s I5 t6 O木质材料炭化过程发生什么变化?! h2 o, D& l: W% X `" a+ l4 \& k: E
木材、木屑、树根、果核和果壳等木质材料的炭化,是把它放在炭化设备内加热,进行热分解。在热解过程,发生一系列复杂化学反应,产生很多新生产物,木质材料发生了变化。
8 k( e) R E* K2 k5 w根据热分解过程的温度变化和生成产物的情况等特征,炭化过程大体上可分为如下四个阶段。
4 E. `, d' ?1 a7 ^6 b0 r1. 干燥阶段
3 M- B8 k& d# |4 D2 r# T& s- ]这个阶段的温度在20—150摄氏度,热解速度非常缓慢,主要是木材中所含水分依靠外部供给的热量进行蒸发,木质材料的化学组成几乎没有变化。. U+ W! R9 t+ b) U. y& u& h
2. 预炭化阶段! A3 Q( n# S- t. O6 b# X. h5 {" v
这个阶段的温度为50—275摄氏度,木质材料热分解反应比较明显,木质材料化学组成开始发生变化,其中不稳定的组分,如半纤维素分解生成二氧化碳、一氧化碳和少量醋酸等物质。
% }) D/ v L+ u/ f* u9 v以上两个阶段都要外界供给热量来保证热解温度的上升,所以又称为吸热分解阶段。
1 `1 j5 n' u% ^8 L" q3. 炭化阶段
Y; a, n, n) J# w0 A8 P2 d0 T这个阶段的温度为75—400摄氏度,在这个阶段中,木质材料急剧地进行热分解,生成大量分解产物。生成的液体产物中含有大量醋酸、甲醇和木焦油,生成的气体产物中二氧化碳含量逐渐减少,而甲烷、乙烯等可燃性气体逐渐增多。这一阶段放出大量反应热,所以又称为放热反应阶段。% c6 w' s& E2 d9 i7 A3 I, `
4. 煅烧阶段
1 L6 k1 {9 d- c" D1 X7 u' g& h1 N温度上升450—500摄氏度,这个阶段依靠外部供给热量进行木炭的煅烧,排出残留在木炭中的挥发性物质,提高木炭的固定碳含量。这时生成液体产物已经很少。
& @5 r3 U, \, O+ B, C) r, H应当指出,实际上这四个阶段的界限难以明确划分,由于炭化设备各个部位受热量不同,木质材料的导热系数又较小,因此,设备内木质材料所处的位置不同,甚至大块木材的内部和外部,也可能处于不同热解阶段。1 j# X4 Q* b- L: c% m7 A
炭化对原料的要求9 A+ D9 S: H9 P* N
炭化的原料很多,薪材、森林采伐剩余物、森林抚育时消除的杂木、木材加工厂的剩余物,如木屑等都可以进行炭化。除木屑为粒状,需采用特殊炭化炉炭化外,其他原料多以木段为主,都适合大多数炭化炉或炭窑炭化原料的要求。
4 c+ k& |+ O- B* n炭化原料树种可分为三类:第一类为硬阔叶材,如水青冈、麻栎、苦槠、榆等;第二类为软阔叶材,如杨、柳、椴等;第三类为针叶材,如马尾松、南亚松、湿地松等。要生产出高质量的木炭,以适合冶金工业和二硫化碳工业等工业部门使用,炭化原料应选用硬阔叶材,而针叶材常用来生产松木炭,用于制造活性炭。- h/ G |/ d5 u) P( _
炭化材最好大小均匀,一般要求直径不大于0厘米,若直径太大,应把它劈开,劈裂线长度要求小于12厘米。炭化材的长度以炭化炉或炭窑的高度决定,若大材不劈开,因木材的导热性差,炭化时产生的气体混合物,由木材内部通向外部,所需通过的路径很长,炭化时间也长。会导致木材机械强度下降。! `4 q; n [0 E* S* e7 s9 R& B
供炭化的薪材多属萌芽林,故最好在秋冬季采伐,此时,树木处于休眠阶段,树液停止流动,根部贮存物质,不受损害,利于来年萌芽更新;而且秋季天气晴朗,相对湿度小,木材含水量低,伐下的薪材易干燥,可缩短炭化时间,减少燃料消耗,生产的木炭裂缝少,质量高。- K5 u2 R8 I1 q% w- L$ O
此外,腐朽木、病害枯死的木的木材,均不宜作炭化原料,因为腐朽木材炭化时,木炭疏松、易碎和容易自燃,大大降低木炭质量。
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