TWI633056B - Vinegar and activated carbon continuous operation generating device - Google Patents

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Abstract

一種醋液與活性炭連續作業生成裝置，包含一裂解單元，與該裂解單元連接的一收集單元及一活化單元。該裂解單元包括一界定出一加熱空間的爐體、一設置於該加熱空間的加熱器，及一資訊連接於該加熱器的控制器。該收集單元包括一收集管路、一設置於該收集管路中的熱交換器，及一連通於該收集管路末端的收集瓶。該活化單元包含一儲存活化氣體的儲存瓶，及一連通該加熱空間的充氣管路。溫度在特定溫度範圍時，該加熱空間中的氣體經該收集管路，在該熱交換器冷凝成醋液。溫度到達臨界溫度時，活化氣體與產生的焦油反應，增加活性炭的孔隙度及比表面積。

Description

醋液與活性炭連續作業生成裝置
本發明是有關於一種產物生成裝置，特別是指一種醋液與活性炭連續作業生成裝置。
對於木質材料進行高溫裂解時，會產生有價值的經濟產物，主要有木炭以及木醋液。
當高溫裂解木質材料的製程參數、步驟不同的情況下，會產生性質有所差異的不同木炭種類，其中又以活性炭的經濟價值較高。活性炭和一般單純用以當作燃料之木炭的差異，主要是經過活化的程序，使活性炭具有高比表面積及高孔隙體積，因此活性炭具備極佳的吸附能，故活性炭常作為吸附劑被廣泛的使用，最常見的例如是液態或氣態汙染物的回收及純化。
而所述的木醋液中，含有醋酸、甲酸、酚類等等成分，上述各成分經研究顯示，使用於農作物時有利於作物根部和葉片的生長，並有減緩老化且提高果實風味的效果。除此之外，對於消除家禽糞尿臭味、加速堆肥發酵也有相當的效果。
然而，傳統的高溫裂解製程中，在對木質材料加熱的過程中會產生焦油，而所述的焦油會因填充於生成之活性炭的部分孔隙中，造成活性炭的比表面積變小，因而影響製成之活性炭的品質。另外，由於木醋液在高溫裂解製程中，必須以收集氣體而冷凝的方式獲得，考量到製造活性炭的過程中所需的溫度，以及可能通入其他氣體而幫助生成的需要，目前並沒有在製造活性炭的同時有效收集醋液之氣體的生成裝置，因此發明人特針對生成高品質活性炭且同時獲得有經濟價值之木醋液的需求，積極進行相關裝置的研究開發。
因此，本發明之目的，即在提供一種能生成高品質之活性炭，並能在一次性作業中同時獲得醋液的醋液與活性炭連續作業生成裝置。
於是，本發明醋液與活性炭連續作業生成裝置，適用於處理一木質材料而製造出醋液與活性炭，並包含一裂解單元、一連接於該裂解單元的收集單元，及一連接於該裂解單元的活化單元。
該裂解單元包括一界定出一用於容置該木質材料之加熱空間的爐體、一設置於該加熱空間中的加熱器，及一資訊連接於該加熱器的控制器。
該收集單元包括一連通於該加熱空間的收集管路、一設置於該收集管路中的熱交換器，及一連通於該收集管路末端的收集瓶。
該活化單元包括一用以儲存活化用之氣體的儲存瓶，及一連通於該儲存瓶與該加熱空間中的充氣管路。
該控制器藉由控制該加熱器而控制該加熱空間中的一加熱溫度，在該加熱溫度在一特定溫度範圍時，該加熱空間中的氣體經由該收集管路，在該熱交換器冷凝形成醋液後流入該收集瓶，在該加熱溫度到達一臨界溫度時，該控制器控制該加熱器維持該加熱溫度在該臨界溫度，此時該儲存瓶輸出該活化用之氣體並經由該充氣管路填充至該加熱空間中，與製成之活性炭中產生的焦油反應，增加所述活性炭的孔隙度及比表面積。
本發明之功效在於：木質材料在該加熱空間中進行熱裂解時，該收集單元能同步收集該加熱空間中因熱裂解產生的氣體，並冷凝製成醋液，而該活化單元輸入該加熱空間中的活化氣體，能排出熱裂解於製造活性炭的過程中所產生的焦油，或者與所述的焦油反應，藉此增加所述活性炭的孔隙度及比表面積，提高所製成之活性炭的品質，也能達成同時製造醋液以及活性炭的目的。
參閱圖1與圖2，本發明醋液與活性炭連續作業生成裝置之一實施例，適用於處理一木質材料9而製造出醋液與活性炭，並包含一裂解單元1、一連接於該裂解單元1的收集單元2、一連接於該裂解單元1的活化單元3，及一連接於該裂解單元1的安全單元4。
該裂解單元1包括一界定出一用於容置該木質材料9之加熱空間110的爐體11、一設置於該加熱空間110中的加熱器12，及一資訊連接於該加熱器12的控制器13。其中，該裂解單元1的加熱器12具有一供電部121，及一連接於該供電部121並用以將電能轉換為熱能的電熱部122。
該收集單元2包括一連通於該加熱空間110的收集管路21、一設置於該收集管路21中的熱交換器22、一連通於該收集管路21末端的收集瓶23、一設置於該收集管路21中並與該裂解單元1之控制器13資訊連接的閥門機構24、一連通於該熱交換器22的分流管路25、一設置於該分流管路25中的開關閥26、一設置於該分流管路25中並用於再一次進行冷凝的冰水機27，及一連接於該分流管路25末端並用於蒸餾而取得高純度醋液的蒸餾台28。其中，該閥門機構24具有一與該控制器13電性連接的電動閥241，及一與該電動閥241並聯設置的手動閥242。
該活化單元3包括一用以儲存活化用之氣體的儲存瓶31，及一連通於該儲存瓶31與該加熱空間110之間的充氣管路32。
該安全單元4包括一連通於該加熱空間110的檢測管路41、一設置於該檢測管路41中並用以測量該加熱空間110中之一壓力值的壓力表42，及一安裝於該檢測管路41末端並與該壓力表42資訊連接的安全閥43。
參閱圖1至圖3，使用該實施例製造醋液以及活性炭時，將欲使用的木質材料9置入該加熱空間110中，透過預先設定該控制器13的方式，控制該加熱器12來控制該加熱空間110中的一加熱溫度。該加熱溫度自0℃至200℃時，由於該木質材料9中含有的水分會在此時大量釋放，為了提高所製成之醋液的品質，該控制器13此時控制該閥門機構24關閉，避免該收集單元2收集過多水氣而影響製成之醋液的品質。
當該加熱溫度提高到一特定溫度範圍，也就是200℃至500℃時，該控制器13控制該閥門機構24開啟，該加熱空間110中的氣體此時得以經由該收集管路21，並在該熱交換器22冷凝形成醋液後流入該收集瓶23，藉以得到高品質的醋液。在上述加熱過程中，該木質材料9持續受到高溫作用而炭化，過程中該木質材料9的孔隙度會持續提高，並逐漸形成活性炭，而該裂解單元1的控制器13控制該加熱器12，使該加熱溫度維持在500℃一段預定時間，以完整收集得以冷凝為醋液的氣體。要特別說明的是，該預定時間需配合該木質材料的種類、體積、質量等等因素綜合考量而設定，實際實施時約需要至少維持2至3小時為佳。
另外，由於實際使用醋液時，可能會需要純度、濃度更高的醋成分，故本發明還可以藉由該收集單元2的開關閥26，使經由該熱交換器22的部分氣體通過該分流管路25，經由該冰水機27而流至該蒸餾台28中，藉此使氣體經過該冰水機27而冷凝後，再由該蒸餾台28進行蒸餾，以蒸餾方式分離沸點不同的成分，藉此得到濃度更高、成分更純的醋液，提供不同的使用需求。
接著，為了使該木質材料9確實炭化，該控制器13會控制該加熱器12而使該加熱溫度持續提高，在該加熱溫度超過500℃時，即會開始產生影響孔隙度的焦油，此時該控制器13控制該閥門機構24關閉，停止收集該加熱空間110內的氣體，直到該加熱溫度到達一臨界溫度，也就是700℃時，該控制器13控制該加熱器12維持該加熱溫度在700℃，並使該活化單元3之儲存瓶31輸出該活化用之氣體，並經由該充氣管路32填充至該加熱空間110中，與製成之活性炭中產生的焦油進行反應。其中，所述的活化用之氣體為水氣、二氧化碳、氧氣，或上述氣體的任一組合，藉由所述活化用之氣體與碳元素的反應，能排出活性炭孔隙中的焦油之沉澱物，打開原本封閉的微孔，並使得所述微孔擴張，有效增加孔隙度和比表面積。由於評估活性炭之品質的重要關鍵，即是高孔隙度以及高比表面積所能產生的優良吸附性，故使用該實施例進行上述流程，確實得以製成品質優良的活性炭。
要特別說明的是，由於該閥門機構24的開啟和關閉的動作，為是否能收集到能冷凝為高品質醋液之氣體的關鍵，而該閥門機構24預設的控制方式是藉由該控制器13來控制該閥門機構24的電動閥241，但為了保留使用者依據實際狀況和操作經驗額外控制的彈性，也避免單純自動操控可能產生的誤差，使用者也能選擇自行操作該閥門機構24的手動閥242，以操作該閥門機構24在適當的時機開啟或關閉。
該裂解單元1持續以高溫裂解該木質材料9時，會產生許多氣體充滿於該加熱空間110中，為了防止該閥門機構24作動失誤或者反應過慢而造成危險，該安全單元4的壓力表42得以持續監控該加熱空間110內的壓力值，在該壓力值大於一預設的臨界值時，使該安全閥43開啟而排出該加熱空間110中的氣體，避免氣體壓力持續累積於該加熱空間110中而使相關元件損壞，甚至是該爐體11因壓力過高而爆裂的情況。
綜上所述，本發明醋液與活性炭連續作業生成裝置，能在單次性的一貫製程中連續製成醋液以及活性炭，且能取得純度較高的醋液，以及比表面積較大的活性炭，有效提高所製成之醋液及活性炭的品質，故確實能達成本發明之目的。
惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
1‧‧‧裂解單元
11‧‧‧爐體
110‧‧‧加熱空間
12‧‧‧加熱器
121‧‧‧供電部
122‧‧‧電熱部
13‧‧‧控制器
2‧‧‧收集單元
21‧‧‧收集管路
22‧‧‧熱交換器
23‧‧‧收集瓶
24‧‧‧閥門機構
241‧‧‧電動閥
242‧‧‧手動閥
25‧‧‧分流管路
26‧‧‧開關閥
27‧‧‧冰水機
28‧‧‧蒸餾台
3‧‧‧活化單元
31‧‧‧儲存瓶
32‧‧‧充氣管路
4‧‧‧安全單元
41‧‧‧檢測管路
42‧‧‧壓力表
43‧‧‧安全閥
9‧‧‧木質材料
本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是一系統配置圖，說明本發明醋液與活性炭連續作業生成裝置的一實施例； 圖2是一局部放大圖，說明該實施例之一收集單元的一閥門機構；及 圖3是一溫度-時間關係圖，用以說明使用該實施例製造醋液以及活性炭的過程。

Claims (9)

  1. 一種醋液與活性炭連續作業生成裝置，適用於處理一木質材料而製造出醋液與活性炭，並包含：一裂解單元，包括一界定出一用於容置該木質材料之加熱空間的爐體、一設置於該加熱空間中的加熱器，及一資訊連接於該加熱器的控制器；一收集單元，連接於該裂解單元，並包括一連通於該加熱空間的收集管路、一設置於該收集管路中的熱交換器、一連通於該收集管路末端的收集瓶，及一設置於該收集管路中並與該裂解單元之控制器資訊連接的閥門機構；及一活化單元，連接於該裂解單元，包括一用以儲存活化用之氣體的儲存瓶，及一連通於該儲存瓶與該加熱空間之間的充氣管路；該控制器藉由控制該加熱器而控制該加熱空間中的一加熱溫度，在該加熱溫度到達一特定溫度範圍時，該控制器控制該閥門機構開啟，該加熱空間中的氣體經由該收集管路，在該熱交換器冷凝形成醋液後流入該收集瓶，在該加熱溫度到達一臨界溫度時，該控制器控制該加熱器維持該加熱溫度在該臨界溫度，此時該儲存瓶輸出該活化用之氣體並經由該充氣管路填充至該加熱空間中，與製成之活性炭中產生的焦油反應，增加所述活性炭的孔隙度及比表面積，在該加熱溫度不在該特定溫度範圍中時，該控制器控制該閥門機構關閉。
  2. 如請求項1所述的醋液與活性炭連續作業生成裝置，其中，該特定溫度範圍是200℃至500℃之間。
  3. 如請求項1所述的醋液與活性炭連續作業生成裝置，其中，該臨界溫度是700℃。
  4. 如請求項1所述的醋液與活性炭連續作業生成裝置，其中，該收集單元的閥門機構具有一與該控制器電性連接的電動閥，及一與該電動閥並聯設置的手動閥。
  5. 如請求項1所述的醋液與活性炭連續作業生成裝置，其中，該收集單元還包括一連通於該熱交換器的分流管路、一設置於該分流管路中的開關閥、一設置於該分流管路中並用於再一次進行冷凝的冰水機，及一連接於該分流管路末端並用於蒸餾而取得高純度醋液的蒸餾台。
  6. 如請求項1所述的醋液與活性炭連續作業生成裝置，其中，該裂解單元的加熱器具有一供電部，及一連接於該供電部並用以將電能轉換為熱能的電熱部。
  7. 如請求項2所述的醋液與活性炭連續作業生成裝置，其中，該活化單元的儲存瓶所儲存之活化用的氣體為水氣、二氧化碳、氧氣，或上述氣體的任一組合。
  8. 如請求項2所述的醋液與活性炭連續作業生成裝置，其中，該加熱溫度提高至500℃時，該裂解單元的控制器控制該加熱器，使該加熱溫度維持在500℃一段預定時間，以完整收集得以冷凝為醋液的氣體。
  9. 如請求項1所述的醋液與活性炭連續作業生成裝置，還包含一連接於該裂解單元的安全單元，該安全單元包括一連 通於該加熱空間的檢測管路、一設置於該檢測管路中並用以測量該加熱空間中之一壓力值的壓力表，及一安裝於該檢測管路末端並與該壓力表資訊連接的安全閥，在該壓力值大於一臨界值時，該安全閥開啟而排出該加熱空間中的氣體。
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