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食品级活性炭的生产工艺 9 `4 `& E+ u9 j3 R7 i" l
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木质材料炭化过程发生什么变化?5 _# b, ^/ i9 W3 n7 I
2 B8 o; Z9 J7 b5 O# z0 c/ {' U1 g* _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。' {& Y$ {+ q+ k# j4 Z
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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。
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: B$ f7 p" B' X2 P! `( R1. 干燥阶段:) f7 s" H `" {
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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。
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2. 预炭化阶段
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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。
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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。
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( c a( O4 m3 Y1 J3. 炭化阶段
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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。, I! A( m" a/ D, X) t
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4. 煅烧阶段
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" d1 t! d! ?6 E1 s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。" P) @# t3 H7 v
6 t5 q N# o0 z) p* `! j4 K2 z; m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。
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1 z5 q9 }' D7 t8 `# [5 J- X炭化对原料的要求8 w0 d2 ^: H+ G/ d- b
$ k1 E5 i& I7 L7 R* Y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。
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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。
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/ Q O& ~; g6 [) q$ q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。
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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。2 |& T1 M' B/ c5 ]
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。+ g9 p9 d6 M2 S, x0 K7 O& a S
# m+ ^9 T! S7 J3 F怎样进行筑窑烧炭?
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8 Y: h8 p& c8 F炭窑修筑前,都要进行窑址选择,对窑址有如下要求:
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' Y1 ~2 |9 c' f; _$ H" O$ `1. 附近资源丰富,原料和木炭的运输比较方便;
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2 z) n# Q+ S9 N' s5 a2 T1 g2. 靠近水源,但又不会受到地表水冲刷淹没,或积聚雨水;- W( J* ]: X4 r3 t
4 m8 {2 H, J- k3. 土质坚实,最好是能耐火烧的粘土;" q1 y( q8 ?* m7 I# Y! [" P
: j# i9 o3 { D& g9 b% f; i4. 坡度较小,又有堆放原料和木炭的地方;+ \+ V1 j1 E6 Q2 U
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5. 如果是山坡地,选择的山坡方向要使筑成的炭窑燃烧室通风口朝向常风的方向,有利于通风和燃烧。
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