一种立式碳酸钠法活性炭活化炉系统的制作方法

本发明设计一种碳酸钠化学活化法制备活性炭的设备，具体来说是一种物料浸渍、烘干和活化于一体的内衬可拆卸式活化炉。

背景技术：

国内现有生物质基活性炭的制备所用较多的设备有内热式回转炉、外热式回转炉等，且所用活化方法为水蒸气活化法，属于物理法；而使用化学活化法制备生物质基活性炭的设备较少。

技术实现要素：

本发明为一种环保的活性炭活化系统。目的在于使生物质活性炭制备过程中的浸渍、烘干和活化过程在同一反应炉中完成，且活化过程隔绝氧气，收集植物焦油，保证活性炭的产品品质和减少环境污染。

本技术的实现方案：

本发明中于支柱(14)左右各设置一个反应炉(13和22)，两个反应炉均可以实现物料的浸渍、烘干和活化操作。

反应炉炉体主要由外壳(26)、中间隔热层(27)、电阻丝(28)和内衬(29)组成，外壳采用304不锈钢材质，中间隔热层采用氧化铝陶瓷纤维，内衬采用耐高温的310s不锈钢。炉体开口处设有一密封圈(10)密封圈用于活化阶段的炉内密封，炉口内部设有冷却水通道(30)，其中通入冷却水使炉口温度处于较低水平以延长橡胶圈的使用寿命；炉口稍下位置设有一压强显示仪表，用于显示炉体内部的压强数值。炉体上还有一温度控制器，用于控制电阻丝的温度。炉体上设有管路接口，可与氮气管路(5、20)、真空管路(4、21)和换热器(2、23)连接。

换热器与收集罐组成水回收和植物焦油收集系统。

内衬上端设有对称的两个圆孔(35)，便于起重装置将其从炉体中取出，内衬下端设有一金属环(34)，便于起重装置将内衬横置或衬口略向下放置以将其中活性炭产物取出。

内衬和外壳之间设有中间隔热层，由氧化铝陶瓷纤维制成，中间隔热层与内衬接触面设有螺旋状凹槽，此凹槽用于放置加热用的电阻丝。

炉盖设计成两种形式(6和19)，分别与支柱两端相连，支柱为可旋转和可升降设计，通过支柱的升降和旋转实现两种炉盖在两个炉体上的开启、交换和关闭。

浸渍、烘干用炉盖(6)与电动机(9)和搅拌桨(31)为一体，由于浸渍物料粘度很高，所以搅拌桨采用螺带式搅拌桨；炉盖上设有一温度探头和温度显示器，可将温度信号反馈到炉体上的温度控制器，实现温度的自动控制。

活化用炉盖(19)包括隔热砖(33)和电热管(32)，隔热砖上设有一圈凹槽，使其能与内衬很好地接合，隔热砖的目的主要是阻止内衬中热量的散失，炉门关闭时，隔热砖的凹槽与内衬的上边缘并不是紧密接触，而是留有一定的缝隙，便于内衬及炉内压强的调节和挥发性气体的排出。

隔热砖通过金属杆(18)固定于炉盖，电热管的一端整合于隔热砖中。

浸渍烘干用炉盖上设有机械密封装置(7)和轴套装置(8)，轴套装置与支柱(14)相连，轴套通过支架支撑于炉盖上，电动机(9)通过支架支撑于轴套上，炉盖上的温度探头分别与两个炉体上的温度控制器相连(并联)。

活化用炉盖上的温度探头也分别与两个炉体上的温度控制器相连(并联)，单刀双掷开关(11和17)实现每个温度传感器分别只与一个温度控制器相连。活化用炉盖上的温度探头与炉盖上的温度控制器相连，用于控制电热管的温度。

支柱(14)上的支架为空心管道，用于电线的通道，支柱底部设内外两层铜环，共四对，外层四个铜环分别与两个炉盖上的温度传感器引出的四根导线相连，内层四个铜环分别与控制器(12)和控制器(16)引出的四根导线相连，这两层铜环起到导线接头的作用，用于连接温度传感器和温度控制器。环状接头可以实现支柱旋转时导线连接不受影响。支柱上设一小的控制面板用于安装单刀双掷开关。

附图说明

图1为活化炉系统的结构示意图

图2为图1中活化炉的炉体结构剖视图

图3为图2中活化炉体内衬结构示意图

图4为浸渍烘干用炉盖结构示意图

图5为活化用炉盖结构示意图

图中：1、水和植物焦油储罐，2、冷凝器，3、炉体支座，4、真空管道，5、氮气管道，6、炉盖，7、机械密封装置，8、轴套，9、电动机，10、密封圈，11、单刀双掷开关，12、温度控制器，13、炉体，14、支柱，15、铜环，16、温度控制器，17、单刀双掷开关，18、金属连杆，19、炉盖，20、氮气管道，21、真空管道，22、炉体，23、冷凝器，24、水和植物焦油储罐，25、继电器，26、炉体外壁，27、中间隔热层，28、电阻丝，29、内衬，30、冷却水通道，31、搅拌桨，32、电热管，33、隔热砖，34、圆环，35、圆孔。

具体实施方式

本装置的循环操作说明如下：

第一步：如附图1和图2，通过支柱提升打开炉(13)的炉盖(6)，向内衬中加入粉碎后的中药渣和浸渍液；再通过支柱降低关闭炉盖，开动搅拌器，进行浸渍。24h后电阻丝通电对炉内物料进行烘干操作，炉盖上的温度传感器将探测到的电信号传递给控制器，通过控制电阻丝的功率使炉内温度维持在105℃左右，搅拌器缓慢搅拌。蒸发的水蒸气通过冷凝器2进行收集，收集于储罐1中。

第二步：初次使用本装置时，反应炉(11)的浸渍和烘干阶段中，反应炉(22)处于空置状态。烘干约需24h，烘干结束之后，打开炉盖(6)和炉盖(19)，支柱升高使炉盖(6)和炉盖(19)分别与两个炉体分离并进行位置交换，打开炉盖(19)，炉(22)重复第一步中的操作。此时，炉(13)内为烘干物料，炉体升温进行活化操作。活化之前要先进行炉内除氧操作，通过交替充氮气和抽真空达到驱除炉内氧气的目的。升温过程为先从常温升温到800℃，此温度为活化温度，升温幅度为5℃/min，800℃下恒温1.5h，然后进入降温阶段。升温过程中，关闭氮气管路和真空管路，开启冷凝管路。炉内热解气体经冷凝器冷却收集其中的植物焦油，植物焦油收集于与冷凝器相连的储罐中。恒温过程结束时，关闭冷凝管路，由于冷却过程中炉内压强不断减小，所以开启氮气管路，向炉内充入氮气，保证压强恒定。此处炉内压强采用反馈控制。

第三步：由于第二步中的活化过程和冷却过程的总时间小于48h，所以待炉(22)内物料烘干后，同时开启两个炉盖，利用升降机将炉(13)中的内衬连同活性炭产物一同取出。如图3所示，升降装置的抓手抓住内衬上方的圆孔(35)，取出内衬，转移至附近的粉碎机投料口的上方，然后再将圆环(34)抓住并以圆孔(35)为圆心旋转内衬，使内衬中的物料转移至粉碎机中进行粉碎操作。对内衬进行清洗，并放回炉体(13)中。

第四步：向炉(13)中加入中药渣和浸渍液，重复第一步中的操作，旋转支柱(14)交换两炉的炉盖，炉(22)重复第三步中的操作。至此系统可以完成循环操作。

技术特征：

技术总结
一种立式碳酸钠法活性炭活化炉是由两个反应炉、一个可升降旋转支柱和焦油回收装置组成，可实现物料的浸渍、烘干和活化在同一炉体中完成。所述活化炉由炉体、内衬、隔热砖和炉盖组成，分别位于支柱的两边，呈180°角；所述炉体右侧设有一气体接口，此接口与氮气管路、真空管路和焦油回收装置相连接。所述炉体由不锈钢外壳、中间隔热层和电热丝组成。所述炉盖分为两种，分别为活化用炉盖和浸渍、烘干用炉盖，所述活化用炉盖由外炉盖、隔热砖、温度探头和加热棒组成，所述浸渍、烘干用炉盖由外炉盖和搅拌桨组成。本发明通过支柱升降和旋转实现物料的浸渍、烘干和活化在一个炉体中进行，炉体的密闭性保证了活性炭的活化效果和产率。

技术研发人员：于颖;孙显涛;周洋洋;高兴;王伟;商景阁
受保护的技术使用者：中国药科大学
技术研发日：2017.04.18
技术公布日：2017.07.21