ایده هاایده های صنعتی

طرح توجیهی تولید کربن فعال

سفارش طرح توجیهی

معرفي کربن فعال

كربن فعال مادهاي كريستالي و غير گرافيتي است كه به علت داشتن حفرات دروني زياد به عنوان جاذب در صنايع مختلفي مانند نفت و ،گاز تصفيه آب و پساب هاي صنعتي ، صنايع دارويي و غذايي و… به كار مي رود. كربن هاي فعال از مواد اوليه كربن دار مختلف به روش شيميايي يا فيزيكي تهيه مي شوند بعضي از موادي كه براي توليد كربن فعال استفاده مي شوند عبارتند :از چوب، زغال، ضايعات گياهي مانند پوست نارگيل ، هسته ميوه هايي نظير: ،هلو گيلاس ، زيتون ، زردآلو و پوسته هاي سخت (بادام، پسته وگردو ).

مطلب پیشنهادی : درآمد فوق العاده از فروش پوست خشکبار

كربن هاي فعال در اشكال گرانولي ، پودري ، اكسترودي و فيبري تهيه مي شوند. درخواص كربن فعال پارامترهاي مختلفي مانند ماده اوليه ، روش فعالسازي، نسبت آغشتگي و نوع ماده آغشته كننده ، دماي فعالسازي ، زمان ماند در دماي نهايي و سرعت افزايش دما دخالت مي كنند. علاوه بر شرايط توليد كربن، نوع هماد اوليه در خواص كربن فعال توليدي موثر مي باشد.

به عنوان مثال ميزان سلولز موجود در ماده اوليه بر ميزان سطح فعال و ساختمان حفره اي كربن فعال موثر مي باشد به طوري كه مواد اوليه با مقدار سلولز بالاتر و ليگنين پايين تر براي توليد كربن مناسب تر هستند. درصد خاكستر ماده اوليه نيز در ميزان خاكستر و ظرفيت جذبي كربن فعال حاصل موثر مي باشد. هرچه مقدار خاكستر ماده اوليه كمتر باشد ، كربن فعال با خاكستر كمتر به دست مي آيد كه اين امر در بسياري از مصارف مختلف كربن فعال به ويژه در مصارف غذايي و دارويي مهم است.

دانسيته توده يا مواد اوليه در مقاومت مكانيكي كربن فعال توليدي موثر مي باشد و از خرد شدن ذرات كربن در هنگام استفاده جلوگيري مي كند. مواد اوليه با دانسيته توده اي كم براي توليد كربن هاي پودري مناسب مي باشند در حالت كلي انتخاب ماده اوليه به مقدار سلولز ، ليگنين و خاكستر آن بستگي دارد ا. ستفاده از ضايعات گياهي براي توليد كربن فعال علاوه بر كاهش هزينه تهيه مواد اوليه ، ميزان آلودگي ايجاد شده توسط آن ها در محيط زيست را نيز كاهش مي يابد.

كربنها را با توجه به نحوه آرايش و قرار گرفتن بلورهاي آن در كنار هم به صورت گرافيت و غيرگرافيت تعريف كردهاند. كربنهاي گرافيتي داراي بلورهايي با سه بعد يكسان هستند در صورتي كه كربنهاي غيرگرافيتي فاقد چنين ساختاري هستند . محصولات مرحله كربونيزاسيون داراي ظرفيت جذب بسيار پاييني هستند كه اين ويژگي ميتواند ناشي از كربونيزاسيون در دماي پايين و وجود ماده قيري باقي مانده در منافذ بين بلورها و روي سطح باشد.

بعضي محصولات كربونيزه شده را ميتوان با خارج كردن مواد قيري به وسيله حرارت دادن در بخار يا تحت گاز و يا عمل خالص سازي به كمك حلال و همچنين واكنشهاي شيميايي فعال كرد. عمل فعالسازي سبب بزرگ شدن قطر حفره هايي ميشود كه در حين فرآيند كربونيزاسيون ايجاد شده اند، علاوه بر اين در حين اين فرآيند حفره هاي بسيار ريزي نيز ايجاد خواهد شد كه در نهايت سبب ايجاد ساختاري حفرهاي با مساحت سطح داخلي بالا خواهد شد. منافذ ايجادشده در كربن فعال داراي اندازه و شكل متفاوتي است. در برخي از انواع كربن فعال توليدشده، شكل منافذ موجود در كربن فعال با توجه به نوع مواد خام مصرفي متفاوت خواهد بود .

بررسی موارد مصرف و كاربرد کربن فعال

كربن فعال به عنوان يك جاذب داراي كاربردهاي مهم و حياتي ميباشد. اين ماده از پيروليز موادگياهي حاوي كربن توليد ميشود و تحت عمليات فعالسازي قرار ميگيرد. با توجه به نوع موادخام مصرفي، كربنهاي فعال داراي اندازه منفذ و شكلهاي متفاوت هستند و از طرفي با توجه به اندازه منفذ و توزيع اندازه داراي كاربردهاي گسترده و ويژه اي مي باشند.

كربنهاي فعال بهعنوان جاذبهاي حياتي در صنايع شناخته شده اند و كاربردهاي گستردهاي با توجه به قابليت جذب گازها و مايعات مزاحم دارند و ميتوان از آنها براي تصفيه و پاكسازي و حتي بازيافت مواد شيميائي استفاده نمود. كربنهاي فعال به دليل ويژگيهاي منحصر به فرد و همچنين قيمت پائين در مقايسه با جاذبهاي غيرآلي مانند زئوليت از اهميت ويژهاي برخوردار ميباشند.

كربنهاي فعال شده به دليل مساحت گسترده آنها، ساختار منفذي، ظرفيت جذب بالا و قابليت فعالسازي مجدد سطح، يك ماده منحصربهفرد ميباشند. كاربرد مهم و قابل اهميت آنها در جداسازي بو، رنگ، مزه هاي غير دلخواه از آب در عملياتهاي خانگي و صنعتي، بازيافت حلال، تصفيه هوا بويژه در رستورانها، صنايع غذائي و شيميائي ميباشد، همچنين با مواد غيرآلي به عنوان كاتاليست نيز استفاده ميشوند.

در داروسازي نيز براي مبارزه با يك نوع باكتري خاص مورد استفاده قرار ميگيرند و بهعنوان جداكننده اسيدهاي آروماتيك از حلال در داخل اسيد استيك نيز ميتوان از كربن فعال استفاده كرد. كربنهاي فعال شده محصولات پيچيده اي مي باشند و به تبع طبقه بندي آنها براساس رفتار، مشخصات سطح و روش آماده سازي مشكل ميباشد.

طبقه بندي كربن فعال براساس مشخصات فيزيكي به شرح ذيل مي باشد :

  1. كربن فعال پودري (داراي اندازهاي كمتر از 100 نامومتو و ميانگين قطري بين 15 تا 25 ميكرومتر )
  2. كربن فعال گرانولي (داراي اندازهاي بزرگتر از كربن فعال شده پودري ميباشد )
  3. كربن فعال كروي
  4. كربن تزريق شده
  5. كربن روكش شده با پليمرها

كربن فعال در مقايسه با كربن معمولي از مساحت سطح داخلي، تخلخل و قابليت بيشتري براي جذب گازها و مايعات شيميايي برخوردار است. اين گروه از مواد به عنوان جاذبهاي حياتي در صنايع شناخته شده اند و با توجه به اين ا كه قابليت ويژه ي در جذب گازها و مايعات مزاحم دارند، در زمينه هاي مختلفي مورد استفاده قرار ميگيرند و ميتوان از آنها براي تصفيه و پاكسازي و حتي بازيافت مواد شيميايي استفاده كرد.

كربن هاي فعال شده محصولات پيچيده اي هستند و به همين دليل طبقه بندي آنها براساس رفتار، مشخصات سطح و روش آماده سازي اغلب مشكل خواهد بود. استاندارد جذب براي كربن فعال مورد استفاده جذب حدود 20 درصد وزني گاز GB يا سيانوژن كلرايد است . اگر كربن فعال تازه و در معرض رطوبت قرار گرفته باشد، ميتواند تا 40 درصد وزني GB را جذب كند. تعداد زيادي از گازهاي سمي را ميتوان با گذراندن از كربن فعال شده از هوا جدا كرد .

اين ويژگي درخصوص مواد شيميايي با وزن مولكولي بالا مانند GB موثر است، اما گازهاي سبك مانند كربن يا سيانوژن كلرايد را نميتوان به راحتي ديگر گازها جدا كرد. براي مثال منواكسيد كربن يكي از موادي است كه به سختي ميتوان آن را به كمك كربن فعال جذب كرد . اين در حالي است كه ميتوان با استفاده از تزريق يك سري از مواد شيميايي به كربن فعال، قابليت جذب اين گونه مواد را نيز در كربن فعال ايجاد كرده و قدرت بازدارندگي كربن فعال را افزايش داد. براي اين كار ميتوان از نمك هاي نقره، مس و كرم استفاده كرد .

همچنين فيلترهاي كربن فعال خاصيت جذب مواد آلي و بعضي از فلزات سنگين محلول در آب را دارند و رنگ، بو، كلر و تركيبات كلر را از آب جذب ميكنند. از آنجا كه بستر كربن فعال نيز مانند فيلترهاي رزين، محيط مناسبي را براي تغذيه و بستر باكتري ها به وجود خواهد آورد، گندزدايي و تصفيه ميكروبي از مراحل بعدي ضروري در تصفيه آب خواهد بود .

بطور خلاصه زغال فعال شده داراي كاربردهاي به شرح ذيل است :

  • تصفيه آبها ( آب شرب, آب آكواريومها, آبهاي صنعتي , ) از نظر رنگ و بو و طعم
  • رنگزدايي از قند و شکر
  • بازيافت فلزات
  • به سازي رنگ و طعم در نوشيدني ها و آب ميوه ها
  • استفاده در دستگاه هايي مثل: تصفيه كننده هاي هوا, خوش بو كننده ها, تصفيه كننده هاي صنعتي
  • ساختار منافذ كربن
    منافذ در كربنهاي فعال شده داراي اندازه و شكلهاي متفاوتي ميباشند. منافذ براساس اندازه آنها به سه دسته تقسيم بندي ميشوند :
    1. ماكرومنافذ: داراي ميانگين قطري بيشتر از 50 نانومتر ميباشند .
    2. مزومنافذ: داراي قطري برابر با 2 الي 50 نانومتر ميباشند .
    3. ميكرومنافذ: داراي قطري كمتر از 2 نانومتر ميباشند كه خود نيز به سوپر و آلتراميكرو تقسيم ميشوند .
  • جذب بهوسيله كربن فعال شده
    جذب عبارت است از قرارگيري لايهاي مولكولهاي گاز يا مايع از يك فاز در حال حركت بر روي سطح يك جسم جامد به كمك نيروي جاذبه مولكولي واندروالس. اتمهاي سطحي جسم جامد كربن فعال در مقايسه با اتمهاي داخلي داراي انرژي موازنه نشدهاي ميباشند و مولكولهاي خارجي سعي بر موازنه كردن اين انرژي دارند و بر سطح جذب ميشوند، اين مولكولها لايه تكي روي سطح جسم جامد را تشكيل ميدهند .
  • كربنهاي فعال پيشرفته
    علاوه بر كاربردهاي عمومي كربنهاي فعال، كربنهاي فعال پيشرفتهاي با كنترل مخصوص بر روي ساختار منافذ در چند دهه اخير براي كاربردهاي خاص، ايجاد شده اند :
    1. غربال كننده هاي مولكولي كربني (CMS)
      غربالهاي كربني يك كلاس ويژه از كربنهاي فعال ميباشند كه داراي منفد با اندازه كوچك و با يك محدوده توزيع كوچك در حدود ميكرومنافذ ميباشند . اين كربنها براي جداسازي و جذب گاز و مايع در محيطهائي با غلظت هاي خيلي كم مورد استفاده قرار ميگيرند. مشابه جذب گاز اتيلن براي تازه نگهداشتن ميوه و سبزيجات، اغلب كاربرد كربنهاي CMS در سيستمهاي جداسازي گاز ميباشد. اندازه منفذ در كربنهاي CMS با اندازه مولكولهاي جذب شونده نيتروژن و هيدروژن قابل مقايسه ميباشد. دماي جذب نيز سرعت جذب يك گاز را تحت تأثير خود قرار ميدهد، در دماي بالا سرعت جذب نيز بالاتر ميباشند. كربنهاي CMS براي جداسازي نيتروژن و اكسيژن مورد استفاده قرار ميگيرند .
    2. الياف كربن فعال
      تكنولوژي توليد الياف كربن فعال شده تركيبي از توليد الياف كربن بعلاوه مراحل فعالسازي آن ميباشد. تا هنگامي كه خصوصيات مكانيكي بالا مورد نياز نباشد ترجيح داده ميشود كه الياف كربن با ساختار آمورف توليد شود. بنابراين فرآيند توليد الياف كربن فعال شده شامل توسعه الياف كربن آمورف در دمائي در حدود 1000 درجه سانتيگراد صورت ميگيرد. در الياف كربن حاصل از قير ميتوان بالاترين مساحت ويژهاي در حدود 250متر مربع بر گرم و بيشترين حجم ميكرو منافذ در حدود 61.1 ميليگرم بر ليتر را به دست آورد .

بررسي كالاهاي جايگزين کربن فعال

مصرف انواع كربن فعال در دنياي روز به روز در حال افزايش است. همچنين با نگاهي اجمالي به كشورهاي توليد كننده متوجه افزايش توليد آن در سالهاي گذشته مي شويم . بنابراين مجموع اين عوامل به همراه گستره كاربرد اين محصول غير قابل جايگزين بودن اين ماده را آشكار مي سازد . ساير جاذب هاي موجود (مانند زئوليت) اولا هزينه تهيه بالايي را دارند و ثانيا مانند كربن فعال تنوع كاربرد ندارند

كشورهاي عمده توليد كننده و مصرف كننده

عمده کشورهای تولید کننده کربن فعال
ردیف نام کشور نوع تولیدات
1 آمريكا عمدتا دانه اي- پودري
2 چين عمدتا دانه اي- پودري
3 ژاپن عمدتا دانه اي- پودري

 

كشورهاي عمده مصرف كننده كربن فعال
ردیف نام کشور عنوان محصول
1 آمريكا فعال كربن
2 ژاپن فعال كربن
3 اروپاي غربي فعال كربن
4 چين فعال كربن
5 آمريكاي مركزي و جنوبي فعال كربن

 

برخي مصرف كنندگان عمده كربن فعال در ايران
ردیف نوع كارخانه نوع توليدات محل كارخانه
1 واحدهاي توليد طلاي شمش طلا اصفهان- آذربايجان
2 واحدهاي تصفيه كننده صنايع غذايي، پتروشيمي و …. سراسر كشور

 

بررسي اجمالي تكنولوژي و روش هاي توليد کربن فعال

كربن فعال شده از پيروليز مواد كربني از قبيل چوب، زغالسنگ، پوسته مواد آجيلي و هسته ميوه ها يا پليمرهاي مصنوعي از قبيل ريون، پلياكريلونيتريل يا فنوليك حاصل ميگردد و در مراحل بعدي تحت عمليات فعالسازي قرار ميگيرد. پيروليز موادكربني، بدون حضور هوا، باعث تخريب مولكولهاي غيرآلي ميشود كه يك ماده قيري شكل حاوي مواد گازدار خواهد بود و در نهايت يك جسم جامد كربني از آن ايجاد خواهد شد. جسم توليدشده داراي تعداد زيادي حفرههاي بزرگ و داراي سطح ويژهاي در حد چندين مترمربع برگرم ميباشد.

1 موادخام
از نظر اقتصادي، ترجيحاً موادي با كربن بالا و مواد آلي كم براي توليد كربن فعال انتخاب ميشود، ماده تشكيل شده جامد حاصل از عمليات پيروليز بايد دانسيته بالا و همچنين داراي گازهاي فرار كافي باشند، آزادسازي گازهاي فرار در مرحله پيروليز باعث ايجاد منافذ در كربن ميشود. دانسيته بالا باعث ميشود كربن از استحكام و ساختار محكمي برخوردار گردد

2 كربونيزاسيون
در حين كربونيزاسيون اجزاء غيركربني از قبيل هيدروژن و اكسيژن به صورت گاز از مواد اوليه خارج ميشوند و كربنهاي آزاد نيز به صورت گروهي، بلورهاي گرافيت تشكيل ميدهند به. دليل وجود منافذ در بين بلورها آرايشيافتگي بلورها از دو طرف بهصورت نامنظم ميباشد. اين فرآيند معمولاً در درجه حرارتي زير 800 درجه سانتيگراد در يك محيط حاوي يك جريان ورودي از اتمسفر صورت ميگيرد،
پارامترهاي مهم تعيين كننده كيفيت محصول توليد شده عبارتند از :

  1. نرخ حرارت دادن
  2. دماي نهائي
  3. مدت زمان خيساندن

ساختار ريز منافذ كربن در دمايي در حدود 500 درجه سانتيگراد شكل ميگيرد. بعضي از اين منافذ به وسيله ماده قيري آزاد شده در حين فرآيند پيروليز مسدود ميشود كه ميتوان با حرارت دادن مجدد در 800 درجه سانتيگراد دوباره اين منافذ را ايجاد كرد. افزايش دما تا 100 درجه سانتيگراد و بيش از آن باعث سخت شدن ساختار كربن و كاهش درجه تخلخل ميشود .

3 فعال سازي
کرینها را با توجه به آرایش یافتگی بلورهای آن به صورت گرافیت یا غیر گرافیت تعریف کرده اند. کرینهای گرافیتی دارای بلورهائی با سه بعد یکسان می باشند. در حین کربونیزاسیون سه فضای خالی در کربن ایجاد می شود که در حین کربونیزاسیون به وسیله کربن های غیر آرایش یافته (آمورف مسدود می شود.

محصولات مرحله کربونیزاسیون دارای ظرفیت جذب خیلی کمی می باشند و احتمالا این مسئله به دلیل کربونیزاسیون در دمای پائین و وجود ماده قیری باقیمانده در منافذ بین بلورها و روی سطح آنها می باشد. بعضی از محصولات کربونیزه شده را می توان با خارج ساختن مواد قیری به وسیله حرارت دادن در بخار یا تحت گاز و یا عمل خالص سازی به کمک حلال و یا واکنش های شیمیائی فعال کرد.

عمل فعال سازی باعث بزرگ شدن قطر حفره هایی می شود که در حین فرآیند کربونیزاسیون ایجاد شده اند و همچنین باعث ایجاد یک سری حفره ریز نیز خواهد شد و بدین گونه می توان به یک ساختار حفره ای با مساحت سطح داخلی بالا دست یافت. پدیده فعال سازی به دو روش انجام می شود :

  1. فعال سازی شیمیائی: در ابتدا ماده خام با یک محلول غلیظ از مواد فعال کننده اشباع می شود و با این عمل مواد سلولزی از بین می روند و تحت عملیات حرارتی در دمای بین ۴۰۰ تا ۶۰۰ درجه سانتیگراد قرار می گیرند، مواد پیرولیز شده سرد می شوند و به منظور خارج ساختن مواد فعال کننده، تحت عملیات شستشو قرار می گیرند. مواد فعال کننده عبارتند از: اسید فسفریک، کلرید روی، اسید سولفوریک و یدید پتاسیم .
  2. فعال سازی فیزیکی (با بخار): در این فرآیند به کمک محصولات کربونیزه شده، ابعاد و ساختار مولکولی منافذ گسترش می یابد و مساحت سطحی آنها افزایش می یابد. این عملیات در دمائی بین ۸۰۰ إلى ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد با حضور مواد گازی اکسید کننده مناسب مانند دی اکسید کربن و هوا انجام می گیرد.

فرآيند توليد صنعتي كربن فعال بدينصورت است كه ابتدا عمليات كربناسيون روي مواد اوليه صورت گرفته و سپس مواد با سنگ شكن چكشي خرد شده و با كمك سرند طبقه بندي مي گردند. مواد خرد شده سپس وارد كوره هاي فعالسازي مي شوند و در درجه حرارت بالا كربن فعال تشكيل مي گردد. در ادامه مواد وارد خنك كن مي شوند و سپس عمليات شستشو با آب و اسيد روي آنها صورت مي گيرد. در نهايت مواد آبگيري و خشك مي گردند و جهت فروش بسته بندي مي شوند.

تجزيه و تحليل و ارائه جمع بندي و پيشنهاد نهايي

بطور كلي موارد قابل ذكر در طرح احداث كارخانه توليد كربن فعال به شرح ذيل مي باشد .

  • طرح مذكور جزء طرحهاي كوچك مقياس و زود بازده بوده و بدين جهت از حمايتهاي خاص دولتي و تسهيلات مناسب برخوردار است.
  • مواد اوليه طرح از داخل كشور قابل تامين است و گستردگي و تنوع تامين آن در داخل كشور وجود دارد ، بنابراين مي توان در نقاط مختلف كشور طرح را اجرا نمود.
  • تامين تجهيزات طرح در داخل كشور قابل انجام است، كه اين امر مدت زمان احداث را كاهش داده و همچنين هزينه هاي خريد خارجي و هزينه هاي حمل را كاهش مي دهد .
  • محصولات طرح از نيازهاي كشور است و مشكلات تامين آن از خارج و واردات را كاهش مي دهد.
  • به جهت مشكلات اشتغال در كشور اين طرح مي تواند بصورت مستقيم و غير مستقيم بخشي از مشكلات موجود را تعديل كند.

با توجه به نياز كشور به محصولات كربن فعال و واردات آن، طرحهاي بسياري از اين نوع در مناطق مختلف كشور مي توان احداث نمود .

امتیاز کاربران: 4.3 ( 7 رای)
سفارش طرح توجیهی
گرد آورنده
ایـ توجیهی
دانلود رایگان طرح توجیهی

نوشته های مشابه

6 دیدگاه

  1. ببخشید میشه بگید راه اندازی این طرح در صنعت چقدر هزینه میخواد و اینکه از اونجایی ک رشته تحصیلیم شیمی فیزیک است و پایان نامه ام هم در زمینه تولید نانو ذرات کربن (کربن اکتیو) از هسته خرما و بررسی میزان قدرت آنتی اکسیدانی بوده آیا جایی هست ک برای شروع کار بر اساس مدرکم وام کم بهره بهم بدن؟

    1. با سلام و احترام
      بله وام میدن اگر طرج توجیهی خوبی ارایه بدید به سازمان صنعت.
      بنیاد برکت هم برای برخی شهرها الان وام اشتغال زایی بسیار خوبی با درصد بسیار پایین میده که اون رو هم یه استعلام بگیرید از شهرتون.

  2. سلام. ممنون از راهنمایی و اطلاعات خوبی ک در اختیارمون گذاشتید. موفق باشید

  3. مطالب بسیار آموزنده و جالبی مطرح شده و راهنمای اولیه خوبی برای اشتغال می باشد.موفق باشید.

دکمه بازگشت به بالا
Call Now Buttonتماس فقط جهت سفارش طرح توجیهی