粉狀活性炭的炭化、活化過程能耗量估算

前麵提到氯化鋅法生產粉狀活性炭之炭化、活化過程中兩者能耗各占多少呢?一要看炭化的成熟程度如何?炭化度高,活化耗能很少,反之則多些。二要看物料配比,鋅屑比和含水量等。今假定炭化階段任務是去盡遊離水,活化階段是去盡結合水,以此作為劃分炭化、活化的界線,則我們可借用“活化料計重法”生產活性炭的試驗數據,簡單地估算出炭化和活化的能源消耗,現將活化料計重試驗數據列於表13-2、表13-3供能耗計算參考(注:表中數據均係標準狀態下的絕熱理論值)。

表13-2 木質粉狀活性炭在炭化、活化試驗基本條件備考表
木屑重 (g) 含水量(%) 絕幹重 (g) 鋅液重 (g) 氯化鋅 (g) 遊離水 (g) 結合水 (g)     幹物質總重 (g)
    30     12   26.4   160.5   88.4   75.7   14.4 26. 4 +88. 4 = 114. 8
  說明 ①遊離水=木屑中水分3.6+鋅液含水分72.1=75.7;②木屑結合水=絕幹 木屑重26.4 -成品活性炭重12= 14.4
表13-3  計重活化試驗數據分析
時間( min }  O  10.5  17.0  22.0  25.0  27.0  34.0  41.0  45.0  47.0  50.0 52 +1
爐溫(℃)   25   300   490   520   恒溫   恒溫   恒溫   恒溫   恒溫   恒溫   恒溫   恒溫
料溫(℃)   25   75   135   150   165   185   245   325   380   405   445   480
  料重(g)   190.5   184   145   126   121 118.5   109 103.5   101 100.5  100  99.8
失重(g)   0   6.5   45.5   64.5   69.5   72.0   81.5   87.0   89.5   90  90.5  90.7
產品(g)                         12g
亞甲基蘭
( ml/0. lg.
                      13   13+
脫糖(%)                     <100  100

 由表13_3可知物料在185℃時失重為72,推測去盡遊離水大約在料溫200CC以後,物料中的遊離水蒸發與試驗條件有關(注:試驗中發現,物料供試樣重量不同、裝料容器差異,在同一料溫下所汽化的水分也有些差異,這因物料少,插入溫計的料層簿易受外周爐體高溫影響升溫快,物料汽化有滯後現象,有時溫計達210℃以上才把遊離水除盡)。不過在炭化階段理應去盡遊離水。也有可能剩下些水在活化過程中除盡。
今按上表爐溫與失重作曲線圖(略),求得料溫約在2100C時失重75. Sg—75. 7g(遊離水重),此時炭化料重為115g,現按此數據在炭化、活化溫度下的物料重量115g和失去的液分75. 5g計算炭化和活化的熱能,見表13-4。

表13-4 木質粉狀活性炭在炭化、活化過程能耗估算表
炭化活化溫度 炭化活化料和氣化液體重     需要能耗計算值 炭化、活化 合計( Cal)     活化能耗占炭活化 總能耗的比重(%)
  活化料 活化料99. 8g   99. 8 x 0. 20 x 480
= 9580
  67573 * 從210℃活化至480aC能耗 = 67573 - 53104 =14469
溫度480C     氣化液90. 7g 90. 7 x 639. 4   = 57993 65361   從325℃活化至4800C能耗 = 67573 - 62354= 5219
  炭化料   炭化料115g   115 x 0. 20 x 210
= 4830  
      53104    14469/67573= 21. 4%即 210℃活化至480C活化
溫度210度     氣化液75. 5g 75. 5 x 639. 4   = 48274 能耗占總能耗之21. 4%  
  炭化料 炭化料103.5g   103.5 x 0.2 x 325
= 6727.
      62354    5219/67573=7.70/0即 325℃活化至480aC活化
溫度325℃     氣化液87. Og    87 x 639. 4   = 55627 能耗占總能耗之7.7%  
說明       ①表中為標準狀態下絕熱理論計算值,有+號者為在室溫20C下進行的計 算值。
②表中的639.4是參用液體水從OoC升溫到100 aC後的氣化熱(kCal/ kg)。
③0.2是指炭化料比熱,參考有關手冊氯化鋅比熱為0.136,炭的比 熱0.2、木材比熱0. 57,比
熱均隨著溫度的高低有差異,但在炭化料中絕 大部份為氯化鋅,經估算考慮,炭化、活化料的比熱取0.2 Cal/℃。
按以上活性炭得量12g推算,則每千克活性的炭活化能耗=67573/12= 5631或 65361/12= 5446. 7kCal。

 表13-4中數據為參考值,因為熱能消耗受木屑含水量和采用的氯活鋅濃度及炭的品種等,影響其計算值的差異。按照上表試驗條件計算結果,說明炭化溫度不同,活化能耗也不同,活化能耗隨著炭化溫度而變,如:
(1)物料炭化到210℃後活化,活化料活化到480C出爐,活化能耗占炭化、活化總能耗之21. 4%。
(2)物料炭化到325℃後活化,活化料活化到480℃出爐,活化能耗占炭化、活化總能耗之7.7%。

附:炭活化爐爐篦麵積計算參考

假設:日產1t木質粉末活性炭產品計,若以每日炭化活化需要白煤為4000kg計,每時為4000/24=166kg白煤。如爐篦燃燒強度以白煤為例,采用100~90kg/m2。計算,則爐篦麵積= 166/100到166/90,即1.66m2到1.84m2。

[注]:有的書刊推薦的單位麵積燃燒強度采用14—30kW/( m2*h);容積燃燒強度采用8萬~ 25萬kCal/(m3*h)。

[注]:設想備考:隧道爐體造型和操作係統簡單,在幹燥場所爐體可以建在地下,高出地麵30~ 50cm,地下周圍以高新保溫材料隔熱,排煙控製在lOOcC左右,預計大可減低原煤消耗(供參考)。
 

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