木材炭化与干馏PPT学习教案

1、会计学1木材炭化与干馏木材炭化与干馏2.1 林产植物原料的干燥2.2 木材炭化2.3 木材干馏2.1 林产植物原料的干燥木材中的水分大部分为自由水和吸附水，而化合水很少。木材木材中的水分大部分为自由水和吸附水，而化合水很少。木材干燥时首先是自由水跑掉，而后是吸附水跑掉。木材受潮时，干燥时首先是自由水跑掉，而后是吸附水跑掉。木材受潮时，先是细胞壁吸水细胞壁吸水达到饱和后，自由水才开始吸先是细胞壁吸水细胞壁吸水达到饱和后，自由水才开始吸入。入。纤维饱和点这个概念，对于我们研究木材性能很有实用价值。纤维饱和点这个概念，对于我们研究木材性能很有实用价值。当木材含水量在纤维饱和点内变动时，木材的许多物理

2、力学性当木材含水量在纤维饱和点内变动时，木材的许多物理力学性能也随之改变，达到纤维饱和后这些性质的改变也自行停止。能也随之改变，达到纤维饱和后这些性质的改变也自行停止。l2.2.木材的纤维饱和点：木材的纤维饱和点：当木材中无自由水，而细胞壁内当木材中无自由水，而细胞壁内吸附水达到饱和时，这时的木材吸附水达到饱和时，这时的木材 含水率称为纤维饱和点含水率称为纤维饱和点。通常。通常25253535 3.3.木材的平衡含水率木材的平衡含水率l平衡含水率平衡含水率: :在在一定温度和湿度环境一定温度和湿度环境中，木材中的含中，木材中的含水量达到与周围环境湿度相平衡时含水率。水量达到与周围环境湿度相平衡

3、时含水率。l北方：北方：1212 南方：南方：1818 长江流域：长江流域：1515l达到相平衡时含水率的木材，性能相对比较稳定，达到相平衡时含水率的木材，性能相对比较稳定，因此因此平衡含水率是木材加工、使用时的控制点。平衡含水率是木材加工、使用时的控制点。以以免使用时由于含水量变化而引起木材各性能的改变免使用时由于含水量变化而引起木材各性能的改变。 4.标准标准含水率：含水率：15%15%但在纤维饱和点以内时，则表明水分都吸附在细但在纤维饱和点以内时，则表明水分都吸附在细胞壁的纤维上，它的增加或减少才能引起体积的胞壁的纤维上，它的增加或减少才能引起体积的增大或缩小，即只有吸附水的改变才影响木

4、材的增大或缩小，即只有吸附水的改变才影响木材的变形。变形。二、原料干燥二、原料干燥 二、原料干燥二、原料干燥 3.内部扩散作用时期 特征：木材表面是干燥的，但是木材内部特征：木材表面是干燥的，但是木材内部空隙中含有相当的水分。此时期水分蒸发空隙中含有相当的水分。此时期水分蒸发除了要达到饱和蒸汽压外，还要克服水分除了要达到饱和蒸汽压外，还要克服水分由木材内部扩散到表面的传质阻力。由木材内部扩散到表面的传质阻力。 一般木材含水率在一般木材含水率在30%以下，干燥过程直接由以下，干燥过程直接由2.3过程开始进行。过程开始进行。 干燥后期，木材中所含有的水分蒸发速度降低，木块表面形成已达干燥后期，木材

5、中所含有的水分蒸发速度降低，木块表面形成已达平衡含水率的干燥层。平衡含水率的干燥层。 进一步干燥时，木块内部的水分要由干燥层内部扩散到木材表面才进一步干燥时，木块内部的水分要由干燥层内部扩散到木材表面才能蒸发，同时干燥层厚度逐渐增加，导致水分扩散速度又逐渐下降能蒸发，同时干燥层厚度逐渐增加，导致水分扩散速度又逐渐下降，干燥阻力逐渐增大。，干燥阻力逐渐增大。 当木块中心的含水率达到平衡含水率时，干燥速度为零，干燥过程当木块中心的含水率达到平衡含水率时，干燥速度为零，干燥过程结束。结束。优点：优点：操作简单、运行稳定，可连续也可间歇干燥作业。缺点：缺点：物料停留时间段，不适于干燥块度较大物料。（三

6、）气流式干燥装置（连续干燥装置） 主要由风机、加料器、干燥管、旋风分离器等构成。含水40%50%的木屑，随160 热风以15 m/s 的流速通过直径0.3m、长19m的干燥管以后，木屑的含水率即可降低至20%25%。适用于干燥粒度很小的原料。2.2 木材炭化一、木材炭化的概述 二、炭化过程 （略）木炭碎粒三 、木材炭化装置（一）炭窑烧炭（二）移动式炭化炉（三）果壳炭化炉1.预热段 2.炭化段 3.耐热混凝土预制板4.进风口5.冷却段6.出料器7.支架8.卸料斗9.烟道10.测温口椰壳炭化料 每台炉由两个立式炭化槽组成。从加料到出料，分为三个阶段：第一阶段：预热阶段 高1250mm第二阶段：炭化

7、阶段 用耐热混凝土预制块筑成槽，炭化槽外是烟道。烟道内用隔板分3层。这四个管口进空气的旁烟道，空气由栅孔进入炭化槽炭化后的混合气体，通过栅孔进入主烟道最后排入烟囱。炭化产生的气体及时通过炭化槽的栅孔进入烟道被燃烧。第三阶段：冷却段 800mm 炭在此自然冷却后通过出料器，排入炭贮槽。为了防止炭在贮槽内自燃和保证底部密封在炭槽底部需要通入少量水蒸气。二、生产设备 为什么通入少量水蒸气可以起到冷却和密封作用？答：水蒸气预热汽化带走一部分热量，炭遇水成糊儿，有承担一定重量的能力。（四）其他炭化炉斯列普炉1. 立式多槽炭化炉 工艺过程（略）1.操作条件：点火：燃烧室点火，炭化槽升温至300开始投料炭化

8、。炭化： 炭化槽冒白烟废弃中有大量水分，进入干燥阶段。 120 150 。 冒黄烟木屑开始热解，进入预炭化阶段。 150 275 。 冒青烟大量分解，进入炭化阶段。 275 450 无烟 物料呈暗红色。 无火星炭化阶段结束。炉温：700 - 800 炭化时间：4-8 h 优点：结构简单，砌造易掌握操作。缺点：得率低，12%20%之间。流态化炉2. 流态化炉 3. 螺旋炭化炉适于炭化微小颗粒物料4.回转炉除C还有H,O等元素，在400900 之间，每隔一百度取一次值分析，（350 纤维素分解，450 煅烧开始）。最后得出的结论：最后得出的结论：相同热解温度下，木炭元素组成和产量由炭化终温决定，与

9、原料种类无关相同热解温度下，木炭元素组成和产量由炭化终温决定，与原料种类无关。随着炭化温度升高，木炭中固定碳随着炭化温度升高，木炭中固定碳C%，H%、O%。木炭得率降低。木炭得率降低。（一） 木炭质量标准（略）（二） 木炭的元素组成固定碳：在规定的高温下（固定碳：在规定的高温下（850 -950 ），不通入空），不通入空气进行煅烧时的无灰分木炭。气进行煅烧时的无灰分木炭。实际测试方法：传统方法坩埚、喷灯、电炉，但现在一般用微波马弗炉来做，通入氮气做保护。木炭固定碳的含量，用下式计算： C=(1-V-A)100% 式中： C固定碳含量（%）； V挥发分含量（%）； A灰分含量（%）（三） 木炭的

10、固定碳木炭的挥发分主要指木煤气的成分，CO、CO2、H2 、CH4和其他硫氧化物称为挥发物。方法：绝干木炭在坩埚中 250 马弗炉中隔绝空气加热7min。 在300 -700 随着炭化温度，CO、CO2、CH4含量逐渐降低，H2 。此时木材炭化时若有O2存在，只要在200 -300 就可使木炭得率降低10%以上。（四）（四） 木炭的挥发分木炭的挥发分（五）（五） 木炭的灰分木炭的灰分木炭的灰分是无机组成部分，一般为白色或淡红色。灰分由多种金属氧化物和盐类组成，来源于木材中的无机成分。随烧制温度、树种、被炭化木材木块与树皮的比例，烧制温度越高，灰分含量越大；另阔叶材烧制的木炭其灰分含量比针叶材高

11、；树木的不同部位，烧制的木炭灰分含量也不同。（六）（六） 木炭的机械强度木炭的机械强度（七）（七） 木炭的密度、真密度及孔隙率木炭的密度、真密度及孔隙率1.木炭的密度受原料树种、炭化的最终温度和炭化速度的影响。 一般的，原料密度大，其制成的木炭密度相对也大。 无孔木炭的比重为1.351.40g/cm33.木炭的孔隙率（八）（八） 木炭的发热量、导热系数及热容木炭的发热量、导热系数及热容1.木炭的发热量 木炭的发热量随炭化终温的升高而升高。 通常，木炭炭化终温在700 ，由于焦油的二次分解，炭化终温越高，固定碳含量越高，即为碳素含量高，发热量也较大。2.木炭的导热系数 木炭的导热系数具有方向性，

12、沿纤维方向导热性较垂直于纤维方向的导热系数大。其数值随树种及炭化终温而异。 木炭的纵向导热系数通常为0.81.1kJ（mhC）， 横向导热系数通常为0.30.5 kJ（mhC）。3.木炭的热容木炭的热容随温度的升高而增加。水分的存在对热容影响很大。 （九）（九） 木炭的反应能力木炭的反应能力RTTgVK1G-11ln2R（十）（十） 木炭的导电性木炭的导电性（十一）（十一） 木炭的自燃及预防木炭的自燃及预防1.冶炼铁及铁合金优点：木炭冶炼的生铁杂质含量少，质地紧密均匀质量好，更适于生产优质钢。木炭作为氧化铁的还原剂，催化反应温度低。（一）冶金工业五、木炭的用途承担社会责任消减峰谷差拓展电力市场

13、改善能源结构五、木炭的用途2.冶炼有色金属优点：木炭冶炼有色金属做表面助溶剂，在金属表面形成保护层，将金属与空气隔离。3.冶炼有色金属优点：木炭冶炼有色金属做表面助溶剂，在金属表面形成保护层，将金属与空气隔离。承担社会责任消减峰谷差拓展电力市场改善能源结构五、木炭的用途木炭氧化成CO，在生成CO2的同时放出原子态C，与钢件表面Fe生成Fe3C并溶于奥氏体中，在逐渐向零件内部渗透，使零件表面碳含量增加。BaCO3+C BaO+ 2COBaO+ CO2 BaCO3反应中为保证足够CO的浓度，需加入适量的BaCO3或Na2CO3 、K2CO3 （二）制造渗碳剂O2+C 2CO2CO CO2+C木炭是

14、制造二硫化碳的优质原料。CS2 是挥发性无色液体，易燃、有毒、具有强折光性，沸点46，凝固点-109 。对硫、磷、碘、生橡胶、各种油脂及树脂类物质具有良好的溶解性能，常用作溶剂。广泛用于人造丝、玻璃纸、橡胶轮胎帘子线等，还用于制造四氯化碳、黄原酸盐等生产中。 （三）制造二硫化碳 制备过程：在800 硫磺蒸汽通过高温木炭层，生成CS2。（四）木炭的其他用途2.3 木材干馏一、木材干馏的概述 一、木材干馏的概述 木材干馏产物其产率约占绝干原料的4550%其产率约占绝干原料的3338%其产率约占绝干原料的1618%木醋液木醋液木炭木炭木煤气木煤气二、木材干馏的产物甄别： 木材干馏与木材炭化的区别：

15、在有限制供给少量空气的条件下，在炭化装置内使林产植物原料热分解的操作过程称为木材炭化。 在隔绝空气的条件下，让木材在干馏釜中进行热分解，以制取甲醇、醋酸、丙酮、木焦油抗聚剂、松焦油、木炭及木煤气等多种化工产品的方法称为木材干馏。 干馏条件相同时，针叶材木炭产率高于阔叶材。P381 图(一一)木炭木炭木材干馏后残留的固体产物是木炭。通常占绝干原料木材重量的33%38%。木炭在275 以上的高温下生成。产率随树种及干馏的最终温度而异。 其产率占绝干木材重量的4550%沉淀木焦油 澄清木醋液 粗松节油 针叶材粗木醋液（二）*粗木醋液醋酸来源于木材组分中的乙酰基和低聚糖的热分解。甲醛、乙醛、糠醛等初级

16、分解来源于木材组分中的纤维素、半纤维素及木质素热分解，也可通过二次反应生成。丙酮、酯类物质是由二次分解生成的。*阔叶材的粗木醋液静置后只有澄清木醋液和沉淀木焦油二层。 粗松节油红褐色液体。相对密度为0.95 1.02.主要成分：萜烯类与萜烯醇类物质还含有少量的醛和酮。其产物有一次产物也有二次产物，例如醋酸。 澄清木醋液黄色红棕色液体，呈酸性，20 相对密度为1.02 1.05.含有80% 90%的水分。可用于提取甲醇、醋酸、丙酮、愈创木酚等有机化合物。现在一般直接用作土壤改良剂、杀菌剂及植物生长促进剂等。黑色、黏稠、油状液体。相对密度为1.05 1.15，含有10%左右的水分，其余是分子量较大

17、的有机化合物。木焦油中酚类化合物含量达10% 50%。针叶材木焦油中酚类含量大于阔叶材。酚类化合物有苯酚、甲苯酚、二甲苯酚等单元酚；邻苯二酚、愈创木酚及其衍生物的二元酚；邻苯三酚及其衍生物等三元酚。木焦油可直接用做木材防腐剂和成产成型颗粒活性炭的粘结剂。沉淀木焦油（三）木煤气干馏时生成的不凝性气体称作木煤气。产率约占绝干原料木材重量的16%18%。木煤气的组成受干馏最终温度的影响。随着干馏最终温度的升高，木煤气中CO2及CO的含量减少，CH4、C2H4及H2的升高而增大。木材干馏的初级反应及二次反应，都有不凝性气体木煤气生成。三、木材干馏工艺（明子干馏）( 二)明子干馏工艺1.原料种类 松林经采伐后，松根或刮倒的松树干埋在土壤中，经过腐熟剩下的树脂含量较高的部分称为“明子”。按含水量不同分为： 干明子含水率 25% 2.明子干馏过程1.干馏釜 2. 焦油分离器 3. 焦油贮槽 4.冷凝器5.原油贮槽 6.缓冲器 7.油水分离器 8.泵主要 产物： 松木炭制造活性炭的优良原料。