一种微波碳化设备的制作方法

本发明属于制碳设备技术领域，涉及一种微波碳化设备。

背景技术：

多孔炭材料因为其孔机构发达，吸附能力较强。近年来已经成为热议的话题，多孔炭材料多应用于高效吸附剂和催化剂载体以及处理重金属残余等领域。并且主要的重点在于炭化与活化过程。

所谓炭化就是合碳有机物在高温条件下排除大部分非碳元素—氢和氧。发生脱氧，环化，缩聚和交联等化学反应，而获释的元素碳原子则组合成通称为基本石墨微晶的有序结晶生成物。微晶的相互排列是不规则的从而微晶之间留有空隙。【活性炭吸附技术及其在环境工程中的应用/郭坤敏编著—北京：化学工业出版社，2016.1isbn978-122-25480-1】。

活化是指在炭化的基础上在同一方向上的进一步扩大孔隙结构。而不同材质的炭化物，其孔的总体积和孔体积的分布也不尽相同，导致其吸附能力也存在着差异。其中活化程度还和所选用的活化剂类型关系密切，活化时间同样影响空隙结构。当烧失率小于50％时，可以得到微孔活性炭，而烧失率在50％-75％之间时，是大孔和微孔的混合结构，当烧失率大于75％时，得到大孔活性炭。【活性炭吸附技术及其在环境工程中的应用/郭坤敏编著—北京：化学工业出版社，2016.1isbn978-122-25480-1】。

用于活化的催化剂可以是氧气，二氧化碳。也可以是水蒸气或氢氧化钾。氧气与炭在温度达到600℃时，即可活化，水蒸气与炭在温度达到800-950℃时，发生活化现象。水蒸气能够使反应均匀的进行，而总体上来说，二氧化碳作活化剂的效果更佳。

活化之后，用循环水对活化料进行冷却(或采用风冷)，使温度下降到60℃以下，然后经过铁锤进行碎化处理，最后筛分包装。

在炭化过程中所生成的甲烷，一氧化碳可以作为能源资源集中回收储存。炭化过程中的醋酸，焦油集中在炭化箱底部进行收集。在活化过程中所生成的一氧化碳可以作为附生产品进行出售。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有的技术存在的上述问题，提供一种微波碳化设备，本发明所要解决的技术问题是如何无污染制碳。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种微波碳化设备，其特征在于，包括密封的箱体和向箱体内充二氧化碳气体的主气管，所述箱体上开设有入料口和出料口，所述入料口处设置有设位于箱体内的入料装置，所述箱体内依次设置有木材粉碎机、木屑搅拌机、成型机、微波碳化装置、木炭活化装置和出料装置，所述出料装置设置在出料口处；所述入料口处设置有位于箱体内的支气管一，所述箱体内还设置有支气管二和支气管三，所述支气管一、支气管二和支气管三均与所述主气管相通，所述支气管二的出气端位于所述箱体的中部，所述支气管三与所述微波碳化装置相连。

外部给箱体内不断的提供二氧化碳气体，并持续保持箱体内的二氧化碳浓度，支气管一在一定程度上将入料口处气封，防止外界空气与箱体内的气体进行对流，支气管二与支气管一一起对箱体内的气体进行更换；经过截断后的木材经过木材粉碎机粉碎之后，通过木屑搅拌机将木屑和其他黏着物质进行搅拌，使木屑形成泥状，然后经过成型机将木屑泥制成指定形状，成型后的木屑在微波碳化装置的作用下被碳化；将碳化后的木炭进行活化即可获得活性炭，最后由出料装置将成品活性炭排出。

支气管二还能够实现换气的功能，将箱体内的废气顺支气管二和主气管排出，并对其进行处理，实现无污染作业。

在上述的一种微波碳化设备中，所述入料装置包括由滚轮带动的第一传送带，所述第一传送带的外表面设置有若干隔条，所述隔条与所述第一传送带所在平面之间呈一夹角，该夹角在30°～60°之间，所述箱体上固定设置有与所述第一传送带相互垂直的两块护板，两块所述护板分别位于所述第一传送带的两侧。

第一传送带向上方倾斜，以方便木材的传送和运输，在第一传送带上设置的隔条与第一传送带所在平面之间呈一夹角，在护板的作用下，木材不会掉落，在护板末端时，木材沿隔条滑落，进入下一作业步骤。

作为优选，隔条与第一传送带所在平面之间夹角为45°。

在上述的一种微波碳化设备中，所述木材粉碎机包括机体、转轴和机盖，所述机体上均匀开设有若干过滤孔，所述机盖将所述机体包裹，所述转轴上固定设置有若干圆形的刀片一，所述转轴上转动连接有若干刀片二，所述刀片一和刀片二相间设置，所述机盖上设置有木屑排出孔；所述刀片二呈扇形。刀片二呈扇形，给机体内预留较大的空间，以便木材在机体内持续被粉碎，粉碎后形成的木屑经过过滤孔排出至机盖与机体之间的容腔内，木屑经过该容腔的收集后经过木屑排出孔排出，进入下一作业步骤。

在上述的一种微波碳化设备中，所述转轴为中空结构，所述转轴内设置有一横截面呈椭圆形的阻尼杆，所述转轴上设置有与所述刀片二一一对应的阻尼发生组件，所述阻尼发生组件包括开设在转轴上的孔一和孔二，所述孔一的孔径大于所述孔二的孔径，所述孔一内设置有一钢珠，所述孔二内设置有一推块，所述推块的外端与所述钢珠抵靠，所述推块的内端能够与所述阻尼杆抵靠；所述推块与所述钢珠之间设置有一压紧弹簧。

阻尼杆在转轴的中空腔内，通过更换不同尺寸的阻尼杆，能够调整阻尼杆对推块的挤压力，从而调节钢珠与刀片二之间的阻力，从而控制刀片二能够与刀片一配合对木材进行粉碎，也能够在粉碎阻力较大时，与刀片一之间发生相对位移，从而缓和阻力，防止木头卡死在刀片一和刀片二之间，也能够防止负荷过大对木屑粉碎机造成的过热损伤。

在上述的一种微波碳化设备中，所述木材粉碎机还包括一刮板，所述刮板与所有的刀片二的外端固定相连，所述刮板的外表面为曲面，且与所述机体的内壁适配。刮板与机体内壁之间的间隙较小，能够在刮板与刀片一之间发生相对位移时候将机体内的木屑进行搅拌，对木屑进行再次粉碎，同时也能够防止木屑将过滤孔堵塞。

在上述的一种微波碳化设备中，所述转轴与阻尼杆之间设置有一锁紧螺帽。锁紧螺帽用于将阻尼杆与转轴之间固定和定位用。

在上述的一种微波碳化设备中，所述木屑搅拌机包括具有内空腔体的壳体，所述壳体上设置有一下料口，所述壳体内设置有搅拌叶，所述壳体上设置有若干个焦油嘴，所述焦油嘴与一焦油挤出装置相连。焦油挤出装置为一个将制备好的焦油推送至焦油嘴的装置，该装置为常用的挤出机，在此不予细述；木屑从木材粉碎机的上的木屑排出孔排出后，从下料口进入壳体内，在搅拌叶的作用下，木屑与焦油混合成泥状，搅拌叶为螺旋状的长条叶片，能够将泥状的木屑与焦油混合物从壳体的一端挤出，进入下一作业步骤。

在上述的一种微波碳化设备中，所述下料口的下方设置有位于壳体内的挡板，所述挡板呈球面状，所述挡板外廓尺寸大于所述下料口的外廓尺寸。挡板为球面，一方面能够防止木屑堵塞下料口，并防止木屑回喂，将挡板与壳体之间的间隙堵死，另一方面，由于木屑在挡板与壳体内壁之间形成未封闭的筒状，还可以有效的保障木屑有焦油搅拌均匀。

在上述的一种微波碳化设备中，所述成型机包括第二传送带和被第二传送带环绕的加热装置，所述箱体上固定设置有一支撑板，所述支撑板上设置有位于第二传送带上方的型盒，所述第二传送带上固定设置有若干连杆，所述连杆均匀设置在所述第二传送带上，所述连杆的一端与所述第二传送带相连，所述连杆的另一端固定设置有一隔板，所述隔板插设在所述型盒内。木屑与焦油的混合泥状物从木屑搅拌机出来后进入形盒内，型盒与箱体固定连接，处于静止状态，在第二传送带上的隔板的作用下，木屑与焦油的混合泥状物被分隔为多段，还可以在隔板之间设置模具，以获得指定形状和结构的木炭半成品。

加热装置为电加热，对形盒内的泥状半成品进行适当的硬化，使其固化并具有一定的强度，设置在第二传送带内的加热装置，能够使整个第二传送带处于持续均匀的受热状态，提高木炭半成品的品相和质量。

在上述的一种微波碳化设备中，所述微波碳化装置包括一微波腔，所述微波腔的腔体上设置有下料漏斗和出料漏斗，所述微波腔的一侧设置有滑板一和滑板二，所述滑板一位于能够将所述下料漏斗的出口遮闭，所述滑板二能够将所述出料漏斗的处漏遮闭，所述滑板一和滑板二滑动连接在所述微波腔的腔体上，所述滑板一上固定连接一个与所述滑板一垂直的控制板一，所述滑板二上固定连接有一个与所述滑板二垂直的控制板二，所述控制板一位于所述控制板二的外侧，所述控制板二上固定设置有若干导柱，所述导柱插设在上述控制板一上，且控制板一能够沿所述导柱滑动，所述控制板一和控制板二之间设置有缓冲弹簧一，所述控制板二与所述微波腔的腔体之间设置有若干缓冲弹簧二；所述箱体上转动连接有一凸轮，所述凸轮位于所述微波腔的腔体和控制板二之间。

微波碳化装置上的微波腔内能够持续产生微波，通过电源向磁控管提供高压电，磁控管在电源激励下，连续产生微波，再经过波导系统，耦合微波腔内，其技术为现有技术，在此不予细述；

下料漏斗通过滑板一来控制其开口的遮闭和开启，出料漏斗通过护板二来控制其开口的遮闭和开启，控制凸轮旋转，凸轮的顶端先挤压控制板二，使得滑板二开启，微波腔内微波碳化好的木炭经过出料漏斗排出，与此同时，在缓冲弹簧一的作用下，控制板一也开始想外侧平移，从而使滑板一将下料漏斗的开口打开，待碳化的木炭半成品即可从下料漏斗进入微波腔，当凸轮的顶点离开控制板二后，在缓冲弹簧二的作用下，控制板二复位，随后控制板一也复位，滑板一和滑板二即可分别将下料漏斗和出料漏斗遮闭。

在上述的一种微波碳化设备中，所述木炭活化装置包括一活化腔，所述活化腔具有入口，所述支气管三与所述活化腔相通，所述出料装置包括一出料模，所述出料模位于所述活化腔内，所述出料模上端开口，且开口朝向所述入口，所述箱体上设置有能够将所述出料口遮挡的出料门，所述出料模与一拉杆相连，所述拉杆伸出所述箱体之外。

活化后的木炭能够通过出料模取出，结构简单方便、安全可靠。

支气管三将二氧化碳气体持续的箱活化腔内灌注，二氧化碳气体能够作为木炭活化的活化剂，也能使活化腔内形成厌氧环境，提高活化效率；木炭活化是现有技术，通过高温使木炭发生微晶的烧失气化反应，形成具有孔隙活性碳，本文对此不予细究。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、整个设备将所有工序处于一个密封的箱体内操作，能够实现几乎无污染作业。

2、第一传送带向上方倾斜，以方便木材的传送和运输，在第一传送带上设置的隔条与第一传送带所在平面之间呈一夹角，在护板的作用下，木材不会掉落，在护板末端时，木材沿隔条滑落，进入下一作业步骤。

3、阻尼杆在转轴的中空腔内旋转，能够调整阻尼杆对推块的挤压力，从而调节钢珠与刀片二之间的阻力，从而控制刀片二能够与刀片一配合对木材进行粉碎，也能够在粉碎阻力较大时，与刀片一之间发生相对位移，从而缓和阻力，防止木头卡死在刀片一和刀片二之间，也能够防止负荷过大对木屑粉碎机造成的过热损伤。

4、刮板与机体内壁之间的间隙较小，能够在刮板与刀片一之间发生相对位移时候将机体内的木屑进行搅拌，对木屑进行再次粉碎，同时也能够防止木屑将过滤孔堵塞。

5、下料漏斗通过滑板一来控制其开口的遮闭和开启，出料漏斗通过护板二来控制其开口的遮闭和开启，控制凸轮旋转，凸轮的顶端先挤压控制板二，使得滑板二开启，微波腔内微波碳化好的木炭经过出料漏斗排出，与此同时，在缓冲弹簧一的作用下，控制板一也开始想外侧平移，从而使滑板一将下料漏斗的开口打开，待碳化的木炭半成品即可从下料漏斗进入微波腔，当凸轮的顶点离开控制板二后，在缓冲弹簧二的作用下，控制板二复位，随后控制板一也复位，滑板一和滑板二即可分别将下料漏斗和出料漏斗遮闭。

附图说明

图1是本微波碳化设备的整体结构示意图。

图2是第一传送带的平面结构示意图。

图3是木材粉碎机和木屑搅拌机的截面图。

图4是木材粉碎机的截面图。

图5是成型机的整体结构示意图。

图6是第一传送带的截面图。

图7是微波碳化装置的整体结构示意图。

图8是图4中局部a的放大图。

图中，1、箱体；11、主气管；12、入料口；13、出料口；14、支气管一；15、支气管二；16、支气管三；21、第一传送带；22、隔条；23、护板；31、机体；32、转轴；33、机盖；34、过滤孔；35、刀片一；36、刀片二；37、木屑排出孔；38、阻尼杆；41、阻尼发生组件；42、孔一；43、孔二；45、钢珠；46、推块；47、压紧弹簧；48、刮板；49、锁紧螺帽；51、壳体；52、下料口；53、搅拌叶；54、焦油嘴；55、挡板；61、第二传送带；62、支撑板；63、型盒；64、连杆；65、隔板；71、微波腔；72、下料漏斗；73、出料漏斗；74、滑板一；741、控制板一；75、滑板二；751、控制板二；76、导柱；77、缓冲弹簧一；78、缓冲弹簧二；79、凸轮；81、活化腔；82、出料模；83、入口；84、出料门；85、拉杆。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图1所示，微波碳化设备包括密封的箱体1和向箱体1内充二氧化碳气体的主气管11，箱体1上开设有入料口12和出料口13，入料口12处设置有设位于箱体1内的入料装置，箱体1内依次设置有木材粉碎机、木屑搅拌机、成型机、微波碳化装置、木炭活化装置和出料装置，出料装置设置在出料口13处；入料口12处设置有位于箱体1内的支气管一14，箱体1内还设置有支气管二15和支气管三16，支气管一14、支气管二15和支气管三16均与主气管11相通，支气管二15的出气端位于箱体1的中部，支气管三16与微波碳化装置相连。

外部给箱体1内不断的提供二氧化碳气体，并持续保持箱体1内的二氧化碳浓度，支气管一14在一定程度上将入料口12处气封，防止外界空气与箱体1内的气体进行对流，支气管二15与支气管一14一起对箱体1内的气体进行更换；经过截断后的木材经过木材粉碎机粉碎之后，通过木屑搅拌机将木屑和其他黏着物质进行搅拌，使木屑形成泥状，然后经过成型机将木屑泥制成指定形状，成型后的木屑在微波碳化装置的作用下被碳化；将碳化后的木炭进行活化即可获得活性炭，最后由出料装置将成品活性炭排出；支气管二15还能够实现换气的功能，将箱体1内的废气顺支气管二15和主气管11排出，并对其进行处理，实现无污染作业。

如图1和图2所示，入料装置包括由滚轮带动的第一传送带21，第一传送带21的外表面设置有若干隔条22，隔条22与第一传送带21所在平面之间呈一夹角，该夹角在30°～60°之间，箱体1上固定设置有与第一传送带21相互垂直的两块护板23，两块护板23分别位于第一传送带21的两侧；第一传送带21向上方倾斜，以方便木材的传送和运输，在第一传送带21上设置的隔条22与第一传送带21所在平面之间呈一夹角，在护板23的作用下，木材不会掉落，在护板23末端时，木材沿隔条22滑落，进入下一作业步骤。

本实施例中，隔条22与第一传送带21所在平面之间夹角为45°。

如图1、图3、图4和图8所示，木材粉碎机包括机体31、转轴32和机盖33，机体31上均匀开设有若干过滤孔34，机盖33将机体31包裹，转轴32上固定设置有若干圆形的刀片一35，转轴32上转动连接有若干刀片二36，刀片一35和刀片二36相间设置，机盖33上设置有木屑排出孔37；刀片二36呈扇形。刀片二36呈扇形，给机体31内预留较大的空间，以便木材在机体31内持续被粉碎，粉碎后形成的木屑经过过滤孔34排出至机盖33与机体31之间的容腔内，木屑经过该容腔的收集后经过木屑排出孔37排出，进入下一作业步骤；转轴32为中空结构，转轴32内设置有一横截面呈椭圆形的阻尼杆38，转轴32上设置有与刀片二36一一对应的阻尼发生组件41，阻尼发生组件41包括开设在转轴32上的孔一42和孔二43，孔一42的孔径大于孔二43的孔径，孔一42内设置有一钢珠45，孔二43内设置有一推块46，推块46的外端与钢珠45抵靠，推块46的内端能够与阻尼杆38抵靠；推块46与钢珠45之间设置有一压紧弹簧47。

阻尼杆38在转轴32的中空腔内，通过更换不同尺寸的阻尼杆38，通过更换不同尺寸的阻尼杆38，能够调整阻尼杆38对推块46的挤压力，从而调节钢珠45与刀片二36之间的阻力，从而控制刀片二36能够与刀片一35配合对木材进行粉碎，也能够在粉碎阻力较大时，与刀片一35之间发生相对位移，从而缓和阻力，防止木头卡死在刀片一35和刀片二36之间，也能够防止负荷过大对木屑粉碎机造成的过热损伤；木材粉碎机还包括一刮板48，刮板48与所有的刀片二36的外端固定相连，刮板48的外表面为曲面，且与机体31的内壁适配。刮板48与机体31内壁之间的间隙较小，能够在刮板48与刀片一35之间发生相对位移时候将机体31内的木屑进行搅拌，对木屑进行再次粉碎，同时也能够防止木屑将过滤孔34堵塞；转轴32与阻尼杆38之间设置有一锁紧螺帽49。锁紧螺帽49用于将阻尼杆38与转轴32之间固定和定位用。

如图3所示，木屑搅拌机包括具有内空腔体的壳体51，壳体51上设置有一下料口52，壳体51内设置有搅拌叶53，壳体51上设置有若干个焦油嘴54，焦油嘴54与一焦油挤出装置相连。焦油挤出装置为一个将制备好的焦油推送至焦油嘴54的装置，该装置为常用的挤出机，在此不予细述；木屑从木材粉碎机的上的木屑排出孔37排出后，从下料口52进入壳体51内，在搅拌叶53的作用下，木屑与焦油混合成泥状，搅拌叶53为螺旋状的长条叶片，能够将泥状的木屑与焦油混合物从壳体51的一端挤出，进入下一作业步骤，下料口52的下方设置有位于壳体51内的挡板55，挡板55呈球面状，挡板55外廓尺寸大于下料口52的外廓尺寸；挡板55为球面，一方面能够防止木屑堵塞下料口52，并防止木屑回喂，将挡板55与壳体51之间的间隙堵死，另一方面，由于木屑在挡板55与壳体51内壁之间形成未封闭的筒状，还可以有效的保障木屑有焦油搅拌均匀。

如图1、图5和图6所示，成型机包括第二传送带61和被第二传送带61环绕的加热装置，箱体1上固定设置有一支撑板62，支撑板62上设置有位于第二传送带61上方的型盒63，第二传送带61上固定设置有若干连杆64，连杆64均匀设置在第二传送带61上，连杆64的一端与第二传送带61相连，连杆64的另一端固定设置有一隔板65，隔板65插设在型盒63内。木屑与焦油的混合泥状物从木屑搅拌机出来后进入形盒内，型盒63与箱体1固定连接，处于静止状态，在第二传送带61上的隔板65的作用下，木屑与焦油的混合泥状物被分隔为多段，还可以在隔板65之间设置模具，以获得指定形状和结构的木炭半成品。

加热装置为电加热，对形盒内的泥状半成品进行适当的硬化，使其固化并具有一定的强度，设置在第二传送带61内的加热装置，能够使整个第二传送带61处于持续均匀的受热状态，提高木炭半成品的品相和质量。

如图1和图7所示，微波碳化装置包括一微波腔71，微波腔71的腔体上设置有下料漏斗72和出料漏斗73，微波腔71的一侧设置有滑板一74和滑板二75，滑板一74位于能够将下料漏斗72的出口遮闭，滑板二75能够将出料漏斗73的处漏遮闭，滑板一74和滑板二75滑动连接在微波腔71的腔体上，滑板一74上固定连接一个与滑板一74垂直的控制板一741，滑板二75上固定连接有一个与滑板二75垂直的控制板二751，控制板一741位于控制板二751的外侧，控制板二751上固定设置有若干导柱76，导柱76插设在上述控制板一741上，且控制板一741能够沿导柱76滑动，控制板一741和控制板二751之间设置有缓冲弹簧一77，控制板二751与微波腔71的腔体之间设置有若干缓冲弹簧二78；箱体1上转动连接有一凸轮79，凸轮79位于微波腔71的腔体和控制板二751之间。

微波碳化装置上的微波腔71内能够持续产生微波，通过电源向磁控管提供高压电，磁控管在电源激励下，连续产生微波，再经过波导系统，耦合微波腔71内，其技术为现有技术，在此不予细述；下料漏斗72通过滑板一74来控制其开口的遮闭和开启，出料漏斗73通过护板23二来控制其开口的遮闭和开启，控制凸轮79旋转，凸轮79的顶端先挤压控制板二751，使得滑板二75开启，微波腔71内微波碳化好的木炭经过出料漏斗73排出，与此同时，在缓冲弹簧一77的作用下，控制板一741也开始想外侧平移，从而使滑板一74将下料漏斗72的开口打开，待碳化的木炭半成品即可从下料漏斗72进入微波腔71，当凸轮79的顶点离开控制板二751后，在缓冲弹簧二78的作用下，控制板二751复位，随后控制板一741也复位，滑板一74和滑板二75即可分别将下料漏斗72和出料漏斗73遮闭。

如图1所示，木炭活化装置包括一活化腔81，活化腔81具有入口83，支气管三16与活化腔81相通，出料装置包括一出料模82，出料模82位于活化腔81内，出料模82上端开口，且开口朝向入口83，箱体1上设置有能够将出料口13遮挡的出料门84，出料模82与一拉杆85相连，拉杆85伸出箱体1之外；活化后的木炭能够通过出料模82取出，结构简单方便、安全可靠。

支气管三16将二氧化碳气体持续的箱活化腔81内灌注，二氧化碳气体能够作为木炭活化的活化剂，也能使活化腔81内形成厌氧环境，提高活化效率；木炭活化是现有技术，通过高温使木炭发生微晶的烧失气化反应，形成具有孔隙活性碳，本文对此不予细究。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。