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1、河 北 建 筑 工 程 学 院本科毕业设计 论文）题目400 型回转式活性炭再生炉设计学 科 专 业机械设计制造及自动化级机 063姓名任乐乐指 导 教 师王占英任玉灿班辅 导 教 师摘要活性炭再生炉是一种新型设备，并且科技含量很高，它的功能是除去吸附的杂6 / 43质，使炭重新复原吸附活性；回转式活性炭再生炉的主要组成有回转炉体、螺旋给料装置、滚轮以及支撑和冷却排料装置等；活性炭高温热再生方法是通过加热对活性炭进行热处理，使活性炭吸附的有机物在高温下炭化分解，最终成为气体逸出，从而使活性炭得到再生；高温加热再生在除去炭吸附有机物的同时，仍可以除去沉积在炭表面的无机盐，而且使炭的新微孔生成，使
2、炭的活性得到根本的复原；热再生法是目前工艺最成熟，工业应用最多的活性炭再生方法；加热再生法再生效率高、再生时间短、应用范畴广；目前国内外黄金行业活性炭的应用越来越广泛，用于活性炭再生处理的设备需求量越来越大， 已形成了电热、燃油等多种类型和多种系列和型号的活性炭再生处理设备；本设计主要是保证炉筒要有很好的圆度和直线度，以保证回转炉在工作时的平稳性；炉筒在工作时要有良好的结构刚度和热稳固性；炉筒在四个密封位置要有很好的同轴度，以保证回转炉的密封性能；关键词：活性炭再生再生炉活化ABSTRACTRegeneration of activated carbon is to regain activa
3、ted carbon adsorption, when a lot of impurities are adsorbed to activated carbon in the reduction or losses of adsorption capacity, in order to remove these impurities totake the technical measures. There are manytypes ofrenewable equipment at home and abroad, this design introduces the development
4、of activated carbon regeneration rotary furnace and improving of framework.Activatedcarbon furnace rotary main have rotary cylinder, screw feeding device, as well asthe support rollers, cooling devices and so on. Furnace is divided into dry, high-temperature carbonization and activation of three sta
5、ges in general at work. In dry phase, the activated carbon removes volatilecomponents. High-temperature carbonization stages is part of activated carbon adsorption of organic boiling, vaporization and desorption, as part of organic matter decomposition reaction occurs to generate small-molecule hydr
6、ocarbon description from the residual components remain in the pores of activated carbon to become a fixed carbon. At this stage, the temperature will reach 800 900 in order to avoid oxidation of activated carbon, usually in vacuum or inert atmosphere. Activation of the next stage, to passinto the r
7、eactor with carbon dioxide,carbon monoxide,hydrogen , such as gas or steam to clear micro porous activated carbon to the restoration of adsorption performance, the activation phase is the key to the whole regeneration process. Althoughthermal regeneration of renewable and efficient, the characterist
8、ics of a wide range of applications, but in the process of regeneration to be heated in addition to energy, investment and higher operating costs. Gold industry at home and abroad more and more extensive application of activated carbon for the activated carbon regeneration facilities to address the
9、growing demand, has formed a heating, fuel and many other types and a variety of series and types of activated carbon regeneration processing equipment.KEY WORD:Sactivated carbonregenerationfurnace renewableactivation目录第1章前言1第2章活性炭22.1 活性炭应用22.2 活性炭的基本结构32.3 活性炭表面化学性质42.4 影响碳吸附的因素5第3章再生炉的发展简况53.1 再生
10、工艺发展简况53.2 再生方法介绍63.3 再生工艺设备83.4 酸洗21第4章回转炉设计224.1 转炉及运算224.2 螺旋输送机304.3 链传动304.4 冷却及排料系统304.5 辅助系统和操作31第5章炭再生评价335.1 再生成效335.2 再生次数34第6章设计小结34参考文献37设计工程运算与说明结果0 / 43第 1 章前言第 1 章 前言活性炭作为一种吸附剂在历史上已广为人知， 从古印度人用木炭过滤水、到l3 世纪食糖溶液的提纯，直至 l8 世纪末人们发觉炭对气体的吸附才能及水溶液的脱色才能活性炭得到了广泛的应用； 随之活性炭的生产得到了很大进展，仅凭单一的生 产是远远不
11、够的；作为活性炭的主要原材料，煤和 木材并不是可以无限地开采下去；同时，废炭也对 生态环境造成了严峻的负担；活性炭对于毒素、有 害有机物质、重金属、色素的优异吸附作用及使用 中安全、牢靠、经济已被公认为“没有任何其他药 剂能取代”早在制药、化工、食品、电子等工业得到广泛应用当前“环境爱护和生产安全”已将活性炭吸附工艺作为掌握污染的主要手段；并应用于饮用水深度净化，有毒废水废气无害化和废水回用等处理中；然而活性炭价格昂贵，再生难度大，特殊在环境爱护事业中，活性炭的再生已成为其能量广泛应用的关键；活性炭再生炉是一种新型设备，并且科技含量很高，因此它需要我们在实践中不断去改进它，使它更完善，更节能；
12、活性炭再生炉的形式很多，其中高温加热再生装置就有几种，比如有多层式、回转式、流化床式、移动床式等；电加热再生装置有微波炉、远红外炉和直接通电式再生炉等；而本文主要争论的就是回转式活性炭再生炉，它是结合活性炭再生与活化机理，运用当代新的自动掌握技 术、新功能材料研制胜利的，既可用于解吸炭的再生，也可用于活性炭的生产；该设备处理才能为800kg/ 天，以无烟煤或焦炭为燃料，采纳自动监视和调剂掌握再生的温度、给料量、转筒转速、氧含量和炉内压力等工艺参数，真正做到随时监视、使再生始终处于正确的工艺参数掌握下；设计工程运算与说明结果41 / 43第 2 章 活性炭2.1活 性炭的应用第2章 活性炭2.1
13、 活性炭的应用世界上活性炭的争论和利用起源 20 世纪初期的欧洲，原料为木炭和骨炭； 1910 年奥匈帝国试验氯化锌化学方法生产活性炭， 1913 年该国的波希 M亚糖厂猎取创造专利，应用于制糖业； 1914 年第 1 次世界大战爆发，化学武器从单纯释放酸性气体进展到释放有毒的氯化物和亚当氏气体，简洁的碱性口罩已经无济于事，各国就把活性炭应用到防毒面具上，这样就加快了活性炭的科学争论和生产；1920-1923 年，显现了化学法和气体法的活性炭生产工艺，原料除木炭外应用了椰壳和桃壳，产生了高机械强度和相宜的孔隙结构的粉状与颗粒状活性炭；这期间美国、德国、荷兰和苏联都建立了活性炭制造工业，这是欧洲
14、活性炭工业的第一个快速进展时期；活性炭作为一种具有丰富的内部孔隙结构和较 高的比表面积的高效吸附剂，广泛应用于化工，制 药，食品和环境爱护等各处领域； 2002 年，我国活性炭的产量已经达到 20 万吨，其中煤质活性炭约为15 万吨；活性炭在水处理中的应用量占了总需求量的 70%左右；如何将吸附饱和的活性炭进行有效再生并循环使用，对于爱护资源环境实现经济的可持 续进展具有特别重要的社会效益和良好的经济效益；2.2 活 性活性炭在提金方面应用的比较普遍，活性炭提金在国内得到大力推广，一般新上工程大多采纳这一工艺；同时部分老企业也投资改建采纳氰化炭浆法提金工艺；在炭浆工艺进展的同时，堆浸工艺也得到
15、同步进展；堆浸规模由一、二千吨，逐步进展到万吨、十几万吨级，对我国黄金提取工艺的进展起到推动作用，为我国低品位氧化矿找到了一条有经济效益的途径；由于一般堆浸法投资只有炭浆法设计工程运算与说明结果炭 的 基 本结构2.3 活 性炭 表 面 化学性质的 30%-40%；提金用活性炭的技术要求有较高的机械强度和良好的耐磨性能；发达的微孔结构和优良 的吸附性能；对黄金的挑选性吸附性能好；简洁解 吸和再生； JX-102 提取黄金用活性炭的研制胜利充分满意了这一要求，大大缩短了这一产品与国外先 进水平的差距；经有关部门检测与鉴定，各项性能 和指标达到或超过了国外同类产品先进水平；可以 说 JX-102
16、提取黄金用活性炭的推广应用，为我国活性炭提取黄金工艺技术的成熟和推广供应了重要条 件，为我国黄金产量逐年增长做出了出了重要贡献；2.2 活性炭的基本结构 活性炭属于无定行炭或微晶形炭，其结构与石墨相类似，由很多呈石墨型的层状结构的微晶不规章地集合而成，是由多环芳香族环组成的层面晶格；这些内部结构使活性炭在水处理中不仅具有吸附才能，仍能起到催化作用；在微晶形炭中有两种不同的结构，一种是和石墨类似的二元结构，这种结构网平面平行，形成相等的间隔，而层平面在垂直方向上取向不完全，层与层之间的排列也不规章；这就是所谓的乱层结构；由具有乱层结构的炭排列成一个单位，称作一个基本结晶，这个基本结晶的大小随炭化
17、温度而变化；基本结晶间的错动便形成孔隙，这就是起吸附作用的部位；另一种是由炭六角形不规章交叉连接而成的空间格子所组成，石墨层平面中有歪斜现象；活性炭的孔隙是由于炭在活化过程中无组织的碳素和炭成分被消耗后，在基本微晶间留下的空 间；只要活化方法适当，可以形成特别多的孔隙， 其孔隙壁的总面积，即通常所说的表面积一般可达500-1700m3/g, 这就是活性炭显示大吸附量的主要缘由；将活性炭的孔隙分为三个系列，依据孔隙的大 小分为大孔，过渡孔，微孔三种类型；这三种孔隙 都有各自的吸附特性，而对吸附起打算作用的就是设计工程运算与说明结果微孔，但是，直接分布在活性炭外表面上的微孔是很少的，通常由大孔中分
18、出过渡孔，进而再由过渡孔分出微孔，因此，吸附质要吸附于微孔中，必需先经过大孔和过渡孔；另外，在液相吸附中，分子直径大的吸附质很难进入微孔中，于是便吸附于过渡孔中，因此肯定程度的过渡孔是必要的；大孔的表面积占总面积的比例很小，对吸附量没有很大影响，但当活性炭作为催化剂载体使用时，其作用就显得重要了；2.3 活性炭表面化学性质2.4 影 响碳 吸 附 的因素活性炭表面官能团和杂原子的种类与数量多少打算了活性炭的表面化学性质，而化学性质打算了活性炭的化学吸附特性；通过进行表面氧化、仍原以及负载增加或者排除某些基团和活性中心，可以大大改善活性炭对特定吸附质的吸附才能；表面结构特性转变主要是从增大比表面
19、积和掌握孔径分布两方面绽开，从而增大吸附量；表面化学性质改性主要是通过氧化仍原转变表面含氧酸性、碱性基团的相对含量以及负载金属改性，从而转变对极性、极性较弱或非极性物质的吸附才能；电化学性质改性主要是通过加微电场转变活性炭表面的带电性和由此而产生的化学性质的变化，从而转变吸附性 能；第 3 章 再生炉的进展简况3.1 再 生工 艺 发 展简况活性炭存在着不完全的炭化，以石墨化的状态存在于活性炭的结构中，或者在活化时，在表面形成了化学结合或由于氧或水蒸气在炭素表面以氧化的形式存在；另一种混合物是灰分，它可以构成活性炭的无机成分；并且也仍含少量的化学结合、官能团包含氧和氢，例如羰基、羧基、酚类、内
20、酯 类、醌类、醚类；这些表面上含有的氧化物和络合物，有些来自原料的衍生物，有些是在活化时、活化后由空气或水蒸气的作用而生成；有时仍会生成表面硫化物和氯化物；在活化中原料所含矿物质集设计工程运算与说明结果中到活性炭里成为灰分，灰分的主要成分是碱金属和碱土金属的盐类，如碳酸盐和磷酸盐等；这些灰分含量可经水洗或酸洗的处理而降低；2.4影响碳吸附的因素1、活性炭吸附剂的性质其表面积越大，吸附才能就越强；活性炭是非极性分子，易于吸附非极性或极性很低的吸附质； 活性炭吸附剂颗粒的大小，细孔的构造和分布情形以及表面化学性质等对吸附也有很大的影响；2、吸附质的性质3.2 再 生方法介绍取决于其溶解度、表面自由
21、能、极性、吸附质分子的大小和不饱和度、附质的浓度等；3、废水 PH值活性炭一般在酸性溶液中比在碱性溶液中有较高的吸附率；PH值会对吸附质在水中存在的状态及溶解度等产生影响，从而影响吸附成效；4、共存物质共存多种吸附质时，活性炭对某种吸附质的吸附才能比只含该种吸附质时的吸附才能差；5、温度温度对活性炭的吸附影响较小；6、接触时间应保证活性炭与吸附质有肯定的接触时间，使吸附接近平稳，充分利用吸附才能；第 3 章 再生炉的进展简况3.1 再生工艺进展简况目前国外使用较多的是回转式活化炉，其次是多层式、流化床式、移动床式再生炉；回转炉与多层炉适用于大规模再生，设备结构与工艺掌握都与粒状活性炭制造工艺中
22、的活化过程相像；而流化床和移动床再生设备是近年来显现的；这些炉型都燃烧煤气或石油气，间接或直接加热活性炭，并用水设计工程运算与说明结果蒸气活化，且需要在密闭条件下掌握氧含量；美国 Home stake 公司的活性炭矿浆吸附系统的活性炭再生，解吸炭采纳9.17m直径） *10.67m 长）的回转式炉进行加热再生，再生温度掌握在 600 750，再生炭采纳高位给料槽加入回转炉内，再生炭从炉内卸出后进入骤冷槽冷却；另外菲律宾马期巴特 等 优点， 但 也有 再生缺失 大 每 次缺失约 3 - 10 ，运转条件严格，操作费用大等缺点；活性炭高温热再生方法是通过加热对活性炭进行热处理，使活性炭吸附的有机物
23、在高温下炭化分解，最终成为气体逸出，从而使活性炭得到再生；高温加热再生在除去炭吸附有机物的同时，仍可以3.3 再 生工艺设备除去沉积在炭表面的无机盐，而且使炭的新微孔生 成，使炭的活性得到根本的复原；热再生法是目前 工艺最成熟，工业应用最多的活性炭再生方法；加 热再生法再生效率高、再生时间短、应用范畴广、 但热再生过程中炭缺失较大，一般在5%-10%，再生设计工程运算与说明结果炭机械强度下降；另外在热再生过程中，需外加能源加热，投资及运行费用较高；任何活性炭高温加热再生装置都需要解决如何防止炭粒相互粘结，烧结成块并造成局部起火或堵塞通道，甚至导致运行瘫痪的现象；依据有机物在加热过程中分解脱附的
24、温度不同，加热再生分为低温加热再生和高温加热再生；1低温加热再生法；对于吸附沸点较低的低分子碳氢化合物和芳香族有机物的饱和炭，一般用100-200 蒸汽吹脱使炭再生，再生可在吸附塔内进行；脱附后的有机物蒸汽经冷凝后可回收利用；常用于气体吸附的活性炭再生；蒸汽吹脱方法也用于啤酒、饮料行业；2 高温加热再生法；在水处理中，活性炭吸附的多为热分解型和难脱附型有机物，且吸附周期长；高温加热再生法通常经过 850高温加热，使吸附在活性炭上的有机物经碳化、活化后达到再生目的，吸附复原率高、且再生成效稳固；因此，对用于水处理的活性炭的再生，普遍采纳高温加热法；经脱水后的活性炭，加热再生全过程一般需经过下述
25、3个阶段；1 ）干燥阶段 , 将含水率在 50 -86 的湿炭，在100-150 温度下加热，使炭粒内吸附水蒸发，同时部分低沸点有机物也随之挥发；在此阶段内所消耗热 量 占 再 生 全 过 程 总 能 耗 的 50 -70 ；2 ）焙烧阶段，或称碳化阶段；粒炭被加热升温至150-700 ；不同的有机物随温度上升，分别以挥发、分解、碳化、氧化的形式，从活性炭的基质上排除；通常到此阶段，再生炭的吸附复原率已达到了60-85 ；通过电压的周期性变动而产生；使吸取体的内部极性分子高速反复运 动产生热功能；再生炉体为微波谐振腔；用于干燥或加热工艺的微波频率为 970MH及z2450MH两z种；微波炉优点
26、是加热速度快、体积小；缺点是微波辐射 屏蔽困难，当漏能功率密度大于0.01w/cm2，接触时间在0 1h以上时，对人体的健康将有损害；在产生微波过程中 , 磁控管本身消耗 30-40%的功率 , 再生总能耗一般约为 1.46kw h/kg Ac；微波再生炉的进料 干基 含水率不能太于 25%,否就易在炉内烧结；连续运转两小时后 , 炉内热量反射回磁控管易造成磁控管损害；远红外线加热一般用于干燥活性炭，也 有用于再生的，其成效取决于被加热物体对各特定 波长的红外线的吸取才能，辐射体一般是用碳化硅 板加涂料，二者辐射波长的匹配将直接影响加热效 率；当涂料为三氧化二铁和氧化锆组台时再生能耗 约为 1
27、.45kw h/kg Ac；直接通电加热再生装置是和J用活性炭自身导电、炭自身具有的电阻和炭粒间 具有的接触电阻，使炭产生焦耳热，逐步达到再生 温度，再通入过热水蒸汽进行活化；日本此类再生 炉为全封闭结构，炉体高 6m，再生时间 l-6h ，再生总能耗为 1.5-1.7kw h/kg Ac高频炉是以电子振荡设计工程运算与说明结果器使供电频率增高，在线圈磁场感应下产生涡流的热场, 从而使活性炭获得加热再生的热量；1微波加热；微波是由磁控管 或速调管 通过电压的周期性变动而产生，使微波吸取体的内部极性分子高速反复运动产生热能；再生炉体为微波谐振膛；用于干燥或加热工艺的微波频970MHz及2450M
28、Hz两种；微波再生的优点是微波使炭自身发 热，加热速度快，可快速达到再生要求的高温，装置体积小；缺点是炉膛内加热不易匀称 微波能量吸取不匀称 ，有时产生炭烧结现象；此外，微波辐射需要较好的屏蔽，当漏能功率大于0.01w/cm2，接触时间在 6min 以上时，对人体的健康有损害；在微波产生、输送过程中，磁控管本身消耗30 -40 的功率，再生能耗一般为 1.46kW.hkg 活性炭；2 远红外线再生装置；远红外线加热，一般用于干燥活性炭，也有用于再生的，其成效取决于被加热物体对各特定波长的红外线的吸取才能；辐射体一般是用碳化硅板加涂料，二者辐射波长的匹配将直接影响加热效率；当涂料为三氧化二铁和氧
29、化锆组合时，再生能耗约为 1.45kW.hkg 活性炭；3直接通电加热再生装置；是利用炭自身具有的电阻和炭粒间具有的接触电阻，使炭产生焦耳 热，逐步达到再生温度，再通入水蒸汽进行活化；日本此类再生炉有间歇式和连续式；图 3-4 为日本连续式直接通电再生装置；炭在炉内停留 6h，再生碘值复原率 94 -96 ，再生损耗率 1 -3 ，采纳蒸汽活化，蒸汽量折合电耗为 0.5kW h kg活性炭；脱臭电耗 0.05 kW hkg活性炭；再生电耗 1kW hkg 活性炭，总能耗为 1.59kWhkg活性炭；图3-5 所示为国内研制的直接通电加热再生装置，为二段式连续再生装置，再生饮用水深度处理后的饱和
30、炭 ；干 燥段由 电加热室将空 气加 热至200，而后热空气进入流化床干燥器底部，将湿炭设计工程运算与说明结果干燥 1 h ，使湿炭含水量 干基 由76降至 6，耗电 1.55 kw/kg 活 性 炭 ， 干 炭 再 进 入 有 效 断 面0.1m0.1m，有效高度为 3.0 m 的直接通电加热再生炉，停留时间 14 min ，完成焙烧、活化；耗电 0.22kw h kg 活性炭，总耗电量为 1.77kw h kg活性炭；碘吸附复原率可达 96 98，再生总损耗率为3 ；1976年运行至今情形良好；图 3-4连续式直接通电加热再生装置设计工程运算与说明结果图 3-5 二段式连续再生装置国内研制
31、胜利的活性炭强制放电再生方法及装 置已应用在黄金矿山、热电厂、啤酒、饮料、化工 等行业的活性炭再生多年，其原理见图 3-6 ；再生量为 100kg h 的 强 制 放 电 再生 炉 平 面 尺 寸 仅 为1.6m2.0m，高度为 2.5m；近年来放电高温再生方法又有新的创新 - 活性炭调频放电脉动再生装置 专利号 ZL01210957.6 ，使放电高温再生装置效率更高，体积更小，再生量为 100kg h的再生炉子面尺寸仅为 1.3ml.2 m ，高度仅 2.0 m ；是一种值得推广的活性炭再生装置；放电再生所以具有杰出效果，在于放电过程中有下述功能： 1 高温使吸附的有机物快速气化、碳化； 2
32、放电孤隙中的气体热游离和电锤效应，使活性炭吸附物被瞬时电离而分解；3 放电形成的紫外线，使炭粒间空气中的氧有部分产生臭氧，对吸附物起放电氧化作用；4 吸附水在瞬时成为过热水蒸汽，与碳化物进行水性氧化反应；设计工程运算与说明结果图3-6强制放电再生装置溶剂再生法是利用活性炭、溶剂与被吸附质三者之间的相平稳关系，通过转变温度、溶剂的pH值等条件，打破吸附平稳，将吸附质从活性炭上脱附下来；依据所用溶剂的不同可分为无机溶剂再生法和有机溶剂再生法；前者用无机酸H2SO4、HCl 等或碱NaOH 等作为再生溶剂；厦门高校叶李艺等争论了苯酚和对氯苯酚水溶液在活性炭上的吸附平稳关系，同时采纳间歇和固定床连续法争论了吸附苯酚后的活性炭碱再生工艺过程，以及多次再生对活性炭再生效率的影响，探讨了碱性溶剂再生活性炭的初步规律；南京化工高校材料科学和工程学院张果金和周永璋等利用一种新型有机再生溶剂对印染废水处理中的活性炭进行再生；后者用苯、丙酮及甲醇等有机溶剂，萃取吸附在活性炭上的吸附质；溶剂再生法一般比较适用于那些可逆吸附，如对高浓度、低沸点有机废水的吸附；它的针对性较强， 往往一种溶剂只能脱附某些污染物，而水处理过程中的污染物种类繁多，变化不定，因此，一种特定设计工程运算与说明结果溶剂的应用范畴较窄；对于高浓度、