CN107128894B - 一种可现场制备炭气凝胶的设备与工艺 - Google Patents

一种可现场制备炭气凝胶的设备与工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种可现场制备炭气凝胶的设备与工艺。由乳化总成，螺杆泵总成，微波加热炭化总成，冷却定型区构成，将原料与水装入设备，经乳化，微波加热膨化，炭化，成炭气凝胶。

Description

一种可现场制备炭气凝胶的设备与工艺
技术领域
本发明属于炭制品领域,特别涉及一种制备炭气凝胶的设备与工艺。
背景技术
炭气凝胶(Carbon Aerogels)是一种纳米轻质多孔无定形炭素材料,由于优异的导电性,光导性,绝热性与亲油憎水性,而具有广阔应用前景。
现有生产路线是先制备溶胶-凝胶，再超临界干燥，炭化；流程复杂，成本高昻；尤其气凝胶是目前世界上最轻的凝聚态固体材料，它比重仅0.002-0.8g/cm2,所以存贮与运输都不方便,为此有必要发明一种能在应用现场方便制备炭气凝胶的设备与工艺。
发明内容
本发明涉及一种可现场制备炭气凝胶的设备,由乳化总成，螺杆泵总成，微波加热炭化总成，冷却定型区构成，其特征是乳化总成出口与螺杆泵总成进口联接，螺杆泵总成出口与加热炭化总成进口联接，加热炭化总成出口与冷却定型区进口联接；乳化总成由罐体，上盖，搅拌器，进料口，保护泄压阀，进水管，罐底阀门，加热保温套A构成；罐体上部为圆柱状，下部为倒圆台，可密封的上盖安装在罐体上口，罐体下口作为乳化总成出口与螺杆泵总成进口联接；搅拌器穿过上盖与罐体圆柱中心轴重合安装，上盖上还安装有可密封的进料口，进水管与保护泄压阀；罐底阀门安装在罐体倒圆台下台面上，罐体外包有加热保温套A；螺杆泵总成由螺杆泵与包裹在螺杆泵泵体上加热保温套B构成，螺杆泵进口作为螺杆泵总成进口与乳化总成出口联接，螺杆泵出口作为螺杆泵总成出口与加热炭化总成进口联接；微波加热炭化总成由微波腔体，微波发生器，炭化硅陶瓷管，保温套C构成，圆柱状微波腔体几何尺寸满足微波谐振腔的要求，微波腔体上均匀分布微波发生器，微波发生器由微波电源供电，保温套C包裹在微波腔体外；可吸收微波发热的炭化硅陶瓷管与圆柱状微波腔体的圆柱中心轴重合安装在微波腔体内部；炭化硅陶瓷管进口作为微波加热炭化总成进口与螺杆泵总成出口联接，炭化硅陶瓷管出口作为微波加热炭化总成出口；加热炭化总成出口与冷却定型区进口联接；
冷却定型区几何形状,决定了炭气凝胶形状；
一种利用可现场制备炭气凝胶的设备进行炭气凝胶制备的工艺，包括如下步骤：
a).关闭罐底阀门，从进料口装入原料，原料是含炭源碳水化合物:木焦油，沥青，水溶性酚醛树脂中一种；
b).从进水管装入水,水与原料重量比0.1-10:100；
c).加热保温套A将水与原料加热至80-90℃,并开动搅拌器搅拌水与原料至乳化状；
d).打开乳化总成的罐底阀门,开动螺杆泵,螺杆泵将已乳化状水与原料挤入微波加热炭化总成的炭化硅陶瓷管內腔道；
e).启动微波发生器电源,微波对炭化硅陶瓷管內腔道中已乳化状水与原料加热,首先水吸收微波,升温气化形成气泡膨化,随后原料也加热至260-360℃炭化点,含炭源的碳水化合物脱水炭化成炭气凝胶；
f).已膨化-炭化形成炭气凝胶进入冷却定型区,冷却定型构成成品炭气凝胶。
附图说明
图1是本发明一种制备炭气凝胶的设备结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明作进一步描述，但不是对本发明的一种限制；
一种可现场制备炭气凝胶的设备,由乳化总成(1)，螺杆泵总成(2)，微波加热炭化总成(3)，冷却定型区(4)构成，其特征是乳化总成(1)出口与螺杆泵总成(2)进口联接，螺杆泵总成(2)出口与加热炭化总成(3)进口联接，加热炭化总成(3)出口与冷却定型区(4)进口联接；乳化总成(1)由罐体(1-6)，上盖(1-5)，搅拌器(1-3)，进料口(1-2)，保护泄压阀(1-4)，进水管(1-1)，罐底阀门(1-8)，加热保温套A(1-7)构成；罐体(1-6)上部为圆柱状，下部为倒圆台，可密封的上盖(1-5)安装在罐体(1-6)上口，罐体(1-6)下口作为乳化总成(1)出口与螺杆泵总成(2)进口联接；搅拌器(1-3)穿过上盖(1-5)与罐体(1-6)圆柱中心轴重合安装，上盖(1-5)上还安装有可密封的进料口(1-2)，进水管(1-1)与保护泄压阀(1-4)；罐底阀门(1-8)安装在罐体(1-6)倒圆台下台面上，罐体(1-6)外包有加热保温套A(1-7)；螺杆泵总成(2)由己螺杆泵(2-1)与包裹在螺杆泵泵体上加热保温套B(2-2)构成，螺杆泵(2-1)进口作为螺杆泵总成(2)进口与乳化总成(1)出口联接，螺杆泵(2-1)出口作为螺杆泵总成(2)出口与加热炭化总成(3)进口联接；微波加热炭化总成(3)由微波腔体(3-4)，微波发生器(3-2)，炭化硅陶瓷管(3-3)，保温套C(3-1)构成，圆柱状微波腔体(3-4)几何尺寸满足微波谐振腔的要求，微波腔体(3-4)上均匀分布微波发生器(3-2)，微波发生器(3-2)由微波电源供电，保温套C(3-1)包裹在微波腔体(3-4)外；可吸收微波发热的炭化硅陶瓷管(3-3)与圆柱状微波腔体(3-4)的圆柱中心轴重合安装在微波腔体(3-4)内部；炭化硅陶瓷管(3-3)进口作为微波加热炭化总成(3)进口与螺杆泵总成(2)出口联接，炭化硅陶瓷管出口(3-3)作为微波加热炭化总成(3)出口；加热炭化总成出口(3)与冷却定型区(4)进口联接；
冷却定型区(4)几何形状,决定了炭气凝胶形状；
一种利用本发明可现场制备炭气凝胶的设备进行炭气凝胶制备的工艺，包括如下步骤：
a).关闭罐底阀门(1-8)，从进料口(1-2)装入原料，原料是含炭源碳水化合物:木焦油，沥青，水溶性酚醛树脂中一种；
b).从进水管(1-1)装入水,水与原料重量比0.1-10:100；
c).加热保温套A(1-7)将水与原料加热至80-90℃,并开动搅拌器(1-3)搅拌水与原料至乳化状；
d).打开乳化总成的罐底阀门(1-8),开动螺杆泵(2-1),螺杆泵(2-1)将已乳化状水与原料挤入微波加热炭化总成(3)的炭化硅陶瓷管(3-3)內腔道；
e).启动微波发生器(3-2)电源,微波对炭化硅陶瓷管(3-3)內腔道中已乳化状水与原料加热,首先水吸收微波,升温气化形成气泡膨化,随后原料也加热至260-360℃炭化点,含炭源的碳水化合物脱水炭化成炭气凝胶；
f).已膨化-炭化形成炭气凝胶进入冷却定型区(4),冷却定型构成成品炭气凝胶。

Claims (2)

1.一种可现场制备炭气凝胶的设备,由乳化总成(1)，螺杆泵总成(2)，微波加热炭化总成(3)，冷却定型区(4)构成，其特征是乳化总成(1)出口与螺杆泵总成(2)进口联接，螺杆泵总成(2)出口与加热炭化总成(3)进口联接，加热炭化总成(3)出口与冷却定型区(4)进口联接；
乳化总成(1)由罐体(1-6)，上盖(1-5)，搅拌器(1-3)，进料口(1-2)，保护泄压阀(1-4)，进水管(1-1)，罐底阀门(1-8)，加热保温套A(1-7)构成；罐体(1-6)上部为圆柱状，下部为倒圆台，可密封的上盖(1-5)安装在罐体(1-6)上口，罐体(1-6)下口作为乳化总成(1)出口与螺杆泵总成(2)进口联接；搅拌器(1-3)穿过上盖(1-5)与罐体(1-6)圆柱中心轴重合安装，上盖(1-5)上还安装有可密封的进料口(1-2)，进水管(1-1)与保护泄压阀(1-4)；罐底阀门(1-8)安装在罐体(1-6)倒圆台下台面上，罐体(1-6)外包有加热保温套A(1-7)；螺杆泵总成(2)由螺杆泵(2-1)与包裹在螺杆泵泵体上加热保温套B(2-2)构成，螺杆泵(2-1)进口作为螺杆泵总成(2)进口与乳化总成(1)出口联接，螺杆泵(2-1)出口作为螺杆泵总成(2)出口与加热炭化总成(3)进口联接；微波加热炭化总成(3)由微波腔体(3-4)，微波发生器(3-2)，炭化硅陶瓷管(3-3)，保温套C(3-1)构成，圆柱状微波腔体(3-4)几何尺寸满足微波谐振腔的要求，微波腔体(3-4)上均匀分布微波发生器(3-2)，微波发生器(3-2)由微波电源供电，保温套C(3-1)包裹在微波腔体(3-4)外；可吸收微波发热的炭化硅陶瓷管(3-3)与圆柱状微波腔体(3-4)的圆柱中心轴重合安装在微波腔体(3-4)内部；炭化硅陶瓷管(3-3)进口作为微波加热炭化总成(3)进口与螺杆泵总成(2)出口联接，炭化硅陶瓷管出口(3-3)作为微波加热炭化总成(3)出口；加热炭化总成出口(3)与冷却定型区(4)进口联接
冷却定型区(4)几何形状,决定了炭气凝胶形状。
2.一种根据权利要求1所述的可现场制备炭气凝胶的设备进行炭气凝胶制备的工艺,包括如下步骤：
a).关闭罐底阀门(1-8)，从进料口(1-2)装入原料，原料是含炭源碳水化合物:木焦油，沥青，水溶性酚醛树脂中一种；
b).从进水管(1-1)装入水,水与原料重量比0.1-10:100；
c).加热保温套A(1-7)将水与原料加热至80-90℃,并开动搅拌器(1-3)搅拌水与原料至乳化状；
d).打开乳化总成的罐底阀门(1-8),开动螺杆泵(2-1),螺杆泵(2-1)将已乳化状水与原料挤入微波加热炭化总成(3)的炭化硅陶瓷管(3-3)內腔道；
e).启动微波发生器(3-2)电源,微波对炭化硅陶瓷管(3-3)內腔道中已乳化状水与原料；
加热,首先水吸收微波,升温气化形成气泡膨化,随后原料也加热至260-360℃炭化点,含炭源的碳水化合物脱水炭化成炭气凝胶；
f).已膨化-炭化形成炭气凝胶进入冷却定型区(4),冷却定型构成成品炭气凝胶。
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