輕質碳酸鈣工藝設計

1、湖南化工職業(yè)技術學院畢 業(yè) 設 計畢業(yè)設計題3.0萬t/a輕質碳酸鈣工藝設計與碳化塔選型 畢業(yè)設計類型產(chǎn)品設計 工藝設計 方案設計 姓名 劉宏偉 班級 化工1313 所屬系部(院) 化學工程學院 專業(yè) 應用化工技術 校內指導教師 魏義蘭 職稱 助教 王宇 企業(yè)指導老師完成時間 2015年 11 月 16 日 摘 要本設計主要采用連續(xù)鼓泡碳化法生產(chǎn)輕質碳酸鈣，并采用了三塔串聯(lián)連續(xù)鼓泡碳化工藝；在文中介紹了輕質碳酸鈣產(chǎn)品的性質、分類、特點和應用，詳細的闡述了碳化法生產(chǎn)輕質碳酸鈣的原理、生產(chǎn)方法、工藝條件、影響碳化的因素；根據(jù)3萬t/a的年產(chǎn)量進行了生產(chǎn)過程的工藝計算和碳化塔設備的計算與選型；采用C

2、AD繪出了生產(chǎn)過程的工藝流程圖、碳化塔的結構圖和設備平面布置圖。關鍵詞：輕質碳酸鈣；連續(xù)鼓泡碳化法；碳化塔選型Abstract This design mainly uses continuous bubbling carbonation method to produce calcium carbonate,and the three towers in series continuous bubbling carbonation process;the nature of light calcium carbonate product is introduced in this paper

3、, classification, characteristics and application,detailed describes the principle of carbonation for producing light calcium carbonate,production method, process conditions, factors affecting carbonation; according to an annual output of 3 million T / a were calculation and selection of the product

4、ion process of the process calculation and carbonization tower equipment; CAD draw using the production process of the process flow diagram, carbonation tower structure chart and equipment layout.Key words: light calcium carbonate;continuous bubbling carbonation method; the type selection of carboni

5、zation tower目 錄第一章 文獻綜述11.1定義11.2性質11.3分類11.3.1根據(jù)碳酸鈣晶粒形狀分類11.3.2按其平均粒徑(d)分類21.4特點21.4.1輕質碳酸鈣的特點21.4.2重質碳酸鈣的特點21.5用途2第二章生產(chǎn)工藝42.1碳化原理42.2生產(chǎn)方法42.2.1碳化法42.2.2氯化鈣法42.2.3苛化堿法42.2.4聯(lián)鈣法42.2.5蘇爾維法52.3碳化工藝生產(chǎn)方法52.3.1間歇鼓泡碳化法52.3.2連續(xù)鼓泡碳化法62.3.3連續(xù)噴霧碳化法62.3.4超重力反應結晶法72.4普通輕質碳酸鈣生產(chǎn)的流程方框圖82.5流程說明82.6碳化工藝條件的影響82.6.1溫度

6、82.6.2壓力9窯氣中CO的濃度92.6.4精制石灰乳的濃度92.6.5窯氣的流量102.6.6游離堿102.7碳化終點的指示102.7.1根據(jù)電導率的變化來指示終點102.7.2根據(jù)pH值的變化來指示終點112.7.3根據(jù)溶液的溫度變化來指示終點112.7.4根據(jù)體系的壓力變化來指示終點112.8連續(xù)鼓泡碳化法的工藝流程112.8.1連續(xù)鼓泡碳化法工藝流程圖112.8.2連續(xù)鼓泡碳化法工藝流程說明122.8.3連續(xù)鼓泡碳化工藝的特點12第三章工藝計算133.1物料衡算133.1.1計算基準133.1.2輕質碳酸鈣生產(chǎn)過程的收率和所需原料量133.1.3消化過程的物料衡算133.1.4旋液分

7、離器的物料衡算143.1.5石灰乳配置的物料衡算143.1.6碳化過程物料衡算143.1.7脫水工序的物料衡算153.1.8干燥工序的物料衡算163.1.9物料衡算匯總163.2熱量衡算173.2.1連續(xù)消化機的熱量衡算173.2.2碳化塔的熱量衡算183.2.3干燥系統(tǒng)的熱量衡算193.2.4熱量衡算表20第四章碳化塔設備的計算與選型214.1碳化塔的類型214.2碳化塔的設備計算214.3停留時間估算214.4由物料衡算估算224.5設備一覽表23第五章設計圖紙245.1鼓泡碳化塔設備結構圖245.2輕質碳酸鈣生產(chǎn)過程工藝流程圖255.3平面布置圖25參考書目及文獻26致謝28第一章 文獻

8、綜述輕質碳酸鈣用于工業(yè)生產(chǎn)已有100多年的歷史了,輕質碳酸鈣世界生產(chǎn)與應用主要集中在美國、中國、日本和西歐。我國輕質碳酸鈣生產(chǎn)工藝已發(fā)展成熟,在工藝指標控制等方面各有其特點,今后輕質碳酸鈣行業(yè)將朝著超細化、高純化的方向發(fā)展,產(chǎn)品的規(guī)格品種將呈多元化,專用化。本設計過程是以年產(chǎn)3萬噸的生產(chǎn)能力為依據(jù)來對碳化過程進行工藝設計和設備選型，是以消化得到的漿液經(jīng)過碳化、脫水、干燥到產(chǎn)品進行檢測包裝的過程。1.1定義輕質碳酸鈣又稱沉淀碳酸鈣(簡稱PCC)，是由化學加工方法制得的產(chǎn)品，其沉降體積(2.42.8mL/g)與用機械方法生產(chǎn)得到的重質碳酸鈣沉降體積(1.11.4mL/g)要大的多，因此被稱為輕質碳

9、酸鈣。1.2性質輕質碳酸鈣的分子式：CaCO3，分子量：100.09，它是一種無毒、無味的白色粉末，相對密度為2.72.9 ，難溶于水，醇。 在常溫下,碳酸鈣在水中的溶度積為4.96×10-9，溶解度為0.0014,碳酸鈣水溶液的pH值為9.510.2 ,空氣飽和碳酸鈣水溶液的pH 值為8.08.6。輕質碳酸鈣的沉降體積:2.5ml/g 以上，比表面積為5m2/g左右。輕質碳酸鈣顆粒微細、表面較粗糙,比表面積大,因此吸油值較高,為6090ml/100g 左右。1.3分類根據(jù)碳酸鈣晶粒形狀分類分為無規(guī)則體、紡錘體、立方體、針狀體、鏈狀體、球形體、片狀體和無定型體碳酸鈣；按其平均粒徑(d

10、)分類微粒碳酸鈣（d>5）；微粉碳酸鈣（1<d<5）；微細碳酸鈣（0.1<d1）；超細碳酸鈣（0.02<d0.1）；超微細碳酸鈣（d0.02）。1.4特點1.4.1輕質碳酸鈣的特點a.顆粒形狀規(guī)則，可視為單分散粉體，但可以是多種形狀，如紡錘體、立方體、針狀體、鏈狀體、球形體、片狀體等。這些不同形狀的碳酸鈣可由控制反應條件制得。b.粒度分布較窄。c.粒徑小，平均粒徑一般為13。要確定輕質碳酸鈣的平均粒徑，可用三軸粒徑中的短軸粒徑作為表現(xiàn)粒徑，再取中位粒徑作為平均粒徑。以后除特別說明外，平均粒徑，即指平均短軸粒徑。重質碳酸鈣的特點a.顆粒形狀不規(guī)則。b.粒徑分布較寬，

11、是多分散粉體。c.粒徑大，平均粒徑一般為510。要確定重質碳酸鈣的平均粒徑，需要測定粒徑分布函數(shù)和諸如顆粒沉降速度或比表面積之類的粉體現(xiàn)象函數(shù)。作為一種簡便的方法是在電子顯微鏡照片上測量顆粒投影的長度和寬度，計算幾何平均粒徑作為表觀粒徑，再取中位粒徑作為平均粒徑。d.活性碳酸鈣的平均粒徑取為表面改性前輕質碳酸鈣或重質碳酸鈣的平均粒徑。1.5用途輕質碳酸鈣可用作橡膠、塑料、造紙、涂料和油墨等行業(yè)的填料，廣泛用于有機合成、冶金、玻璃和石棉等生產(chǎn)中。還可用作工業(yè)廢水的中和劑、胃與十二指腸潰瘍病的制酸劑、酸中毒的解毒劑、含SO2廢氣中的SO2消除劑、乳牛飼料填加劑和油毛氈的防粘劑。也可用作牙粉、牙膏及

12、其它化妝品的原料，以及在電纜行業(yè)能起一定的絕緣作用。還能作為牙膏的摩擦劑。（1） 橡膠行業(yè) 碳酸鈣是橡膠工業(yè)中使用最早、用量最大的填充劑之一，碳酸鈣大量填充在橡膠之中，可以增加制品的容積，從而節(jié)約昂貴的天然橡膠達到降低成本的目的，碳酸鈣填入橡膠能獲得比純橡膠硫化物更高的抗張強度耐磨性，撕裂強度，并在天然橡膠和合成橡膠中有顯著的補強作用，同時可以調整稠度。（2） 塑料行業(yè) 碳酸鈣在塑料制品中能起到一種骨架作用，對塑料制品尺寸的穩(wěn)定性有很大作用，能提高制品的硬度，還可以提高制品的表面光澤和表面平整性。在一般塑料制品中添加碳酸鈣耐熱性可以提高，由于碳酸鈣白度在90%以上，還可以取代昂貴的白色顏料起到

13、一定的增白作用。(3) 油漆行業(yè)碳酸鈣在油漆行業(yè)中的用量較大，是不可缺少的骨架，在稠漆中用量為30%以上，酚醛磁漆4-7%，酚醛細花紋皺紋漆39%以上。（4） 水性涂料行業(yè) 在水性涂料行業(yè)的應用，用途更為廣泛，能使涂料不沉降，易分散，光澤好等特性，在水性涂料用量為2060%。第二章生產(chǎn)工藝2.1碳化原理精石灰乳與窯氣反應稱為精灰乳的碳化反應，簡稱為精灰乳碳化反應或碳化反應。主要是精石灰乳中的主要成分氫氧化鈣與窯氣中二氧化碳反應生成碳酸鈣，該反應稱為氫氧化鈣的碳化反應。主要方程式如下：2.2生產(chǎn)方法2.2.1碳化法將石灰石等原料煅燒生成生石灰，加水消化生石灰生成石灰乳，再與通入的二氧化碳碳化生成

14、碳酸鈣沉淀，沉淀經(jīng)過濾、脫水、干燥和粉碎制得輕質碳酸鈣。碳化法的化學反應過程如下:2.2.2氯化鈣法在純堿水溶液中加入氯化鈣,即可生成碳酸鈣沉淀。主要化學反應方程式如下：苛化堿法生產(chǎn)燒堿(NaOH) 過程中,得到副產(chǎn)品輕質碳酸鈣。在純堿水溶液中加入消石灰生成碳酸鈣沉淀,同時也得到燒堿水溶液,最后經(jīng)過脫水、干燥和粉碎得到輕質碳酸鈣。主要化學方程式如下：2.2.4聯(lián)鈣法通過鹽酸處理過的消石灰得到的氯化鈣溶液,在吸入氨氣后再與二氧化碳進行碳化制輕質碳酸鈣。主要化學方程式如下：2.2.5蘇爾維法在生產(chǎn)純堿過程中,得到副產(chǎn)品輕質碳酸鈣。飽和食鹽水在吸入氨氣后用二氧化碳進行碳化,得到重堿(碳酸氫鈉)沉淀和

15、氯化銨溶液。在氯化銨溶液中加入石灰乳便得到氯化鈣氨水溶液,然后用二氧化碳對其進行碳化便得到碳酸鈣沉淀。2.3碳化工藝生產(chǎn)方法輕質碳酸鈣的生產(chǎn)按照碳化工藝分為間歇鼓泡碳化法、連續(xù)鼓泡碳化法、連續(xù)噴霧碳化法、超重力反應結晶法四種。2.3.1間歇鼓泡碳化法 利用塔內有效液面高度形成的靜壓，使壓縮后的CO2氣體由塔底部經(jīng)過氣體分布器后進入碳化塔，與懸浮液充分混合，由于氣液密度差異使氣泡自行由塔底上升至塔頂排出，CO2在上升過程中與懸浮液接觸溶解并發(fā)生碳化反應。該過程中氣泡越小，分散越好，碳化速度也就越快，CO2吸收效率也就越高，由于氣泡在上升過程中所受的壓力逐漸減小，氣泡逐漸膨脹，靜壓差越大(即塔內有

16、效液面越高)，氣泡的體積變化也就越大，較大的氣泡減小了氣液接觸面積，從而降低了碳化反應的速度和CO2的吸收效率。 鼓泡碳化反應器有三種形式：以羅茨鼓風機為打氣裝置的罐式碳化反應器；以壓縮機為打氣裝置的碳化塔；帶強制攪拌的碳化塔。 以羅茨鼓風機為打氣裝置的罐式碳化反應器，由于羅茨鼓風機可提供的氣體壓力較小，但打氣量比較大，不能支持較高的懸浮液液面高度，因此，這種反應器設計成直徑較大、高度較小的矮、粗、胖的罐式碳化反應器。由于液位較低，氣體在碳化罐內的上升距離也就小，氣液接觸時間較短，CO2的吸收效率較低，使得碳化時間加長。以壓縮機為打氣裝置的碳化反應器為細高形的碳化塔。因為壓縮機提供的壓縮氣體壓

17、力較高，打氣量相對較小，能支持較高的液位而不能支持較大直徑的碳化塔。故此設計成細高形的。這種碳化塔氣液接觸時間較長，CO2吸收比較充分，效率較高。 帶攪拌鼓泡碳化塔主要靠攪拌器的葉片以及反應器內的多孔氣體分配器對CO2氣體進行分散剪切。氣體在反應體系內分布均勻，并且氣泡較小，利于吸收，故反應速度較快，由于受設備制造的限制，一般塔的高度較低，為達到一定的生產(chǎn)能力，必需將直徑加大。一般的帶強制攪拌碳化塔的直徑比罐式碳化反應器小，高度比它高。直徑和高度都介于罐式碳化反應器和細高形碳化塔之間。此種碳化所用的打氣裝置一般為壓縮機。2.3.2連續(xù)鼓泡碳化法 連續(xù)鼓泡碳化法氣液逆流操作，一般采用兩級或三級串

18、聯(lián)碳化工藝，即精制石灰乳經(jīng)第一級碳化塔進行部分碳化或得到反應混合液，在漿液槽中加入適當?shù)奶砑觿┖筮M入第二級碳化塔碳化制得最終產(chǎn)品。該法由于碳化過程分步進行，對晶型的成核、生長過程和表面處理可以分段控制，從而可得到較小的粒徑、較好的晶型和粒徑分布?，F(xiàn)在，國內有些碳酸鈣生產(chǎn)廠家可以根據(jù)用戶的需求，通過嚴格控制石灰乳濃度、碳化溫度、添加劑的類型和配比等來生產(chǎn)所需晶型和粒徑的產(chǎn)品。 該工藝所用的碳化反應器一般是細高形的碳化塔，以壓縮機為打氣裝置。并且液體停留時間、氣體流量和氣液比等都可以根據(jù)需要方便的調節(jié)，便于優(yōu)化工藝條件；同時，氣液傳質效果好，CO2吸收效率高，物料反混率低，可以實現(xiàn)“碳化陳化”連續(xù)

19、操作，顯著降低包裹返堿現(xiàn)象的發(fā)生。該工藝產(chǎn)品的質量穩(wěn)定，晶型規(guī)整，粒度分布較窄，不同批次的產(chǎn)品 質量穩(wěn)定性好。 2.3.3連續(xù)噴霧碳化法 連續(xù)噴霧碳化法是將 Ca(OH)2懸浮液調到一定濃度和溫度，一般要加入一定量的分散劑，然后控制適當?shù)膰娙腱F滴，并在碳化塔的頂部向以一定空塔速度上升的二氧化碳氣體噴霧，接觸碳化，使部分氫氧化鈣轉變?yōu)樘妓徕}，成為晶核，然后放入到中間槽，經(jīng)過換熱調節(jié)溫度，或加入一些添加劑，用泵打入第二級噴霧碳化塔。在以后的碳化塔中晶核逐漸長大，成為具有一定粒度和晶型的碳酸鈣產(chǎn)品。 該工藝可控因素有漿液濃度、霧滴大小、CO2的空塔氣速和添加劑等。由于霧化的霧滴細小，比表面積很大，氣

20、液接觸充分、均勻，使反應中心很多，形成多個晶核；氣液接觸時間相近，使得各晶核的成長速度基本相同，因而可以保證產(chǎn)品粒徑均勻，分布較窄。同時在各級碳化塔之間可以實現(xiàn)漿液的陳化，減少包覆現(xiàn)象，使得晶型規(guī)整，避免產(chǎn)品返堿。 該方法具有效率高，能實現(xiàn)自動連續(xù)大規(guī)模生產(chǎn)，并能獲得納米級不同晶型的碳酸鈣產(chǎn)品。但也存在一定問題，如設備投資較高，管路復雜，噴嘴易堵塞，管理難度大等，雖然已經(jīng)工業(yè)化，但目前應用較少。超重力反應結晶法超重力反應結晶法是由湘潭大學和北京化工大學先后開發(fā)成功、并主要由后者推廣應用的超細碳酸鈣生產(chǎn)新工藝。該技術的特征是以強化氣液傳質過程為基本出發(fā)點，其核心在于碳化反應是在超重力離心反應器中

21、進行，利用填充高速旋轉產(chǎn)生的幾十到幾百倍重力加速度，可獲得超重力場環(huán)境。在超重力場環(huán)境中，Ca(OH)2懸濁液在高分散、高湍動、強混合以及界面急速更新的情況下，巨大的剪切力將液體撕裂成納米級的膜、絲、滴，與CO2氣體以極大的相對速度在彎曲孔道中逆流接觸，使相間傳質速率提高13個數(shù)量級，使微觀混合得到極大強化，為CaCO3成核創(chuàng)造了快速均勻的微觀環(huán)境。而傳統(tǒng)的碳化反應器都是非均勻的微觀環(huán)境，使得傳統(tǒng)的沉淀法生產(chǎn)的產(chǎn)品的粒度分布不均勻，不同批次產(chǎn)品的重現(xiàn)性差。這是超重力反應結晶法優(yōu)于傳統(tǒng)方法的理論根源，該法最終得到平均粒徑達1530nm的納米級碳酸鈣。該產(chǎn)品粒徑分布均勻，不同批次產(chǎn)品的重現(xiàn)性好，且

22、碳化反應時間僅為傳統(tǒng)方法的1/41/10，達國際先進水品。2000年10月，世界上第一條3000噸/年的超重力納米碳酸鈣生產(chǎn)線在廣東恩平化工實業(yè)有限公司建成投產(chǎn)以后，又先后在內蒙蒙西高新股份公司、山西芮城華新有限公司等推廣應用，其產(chǎn)品性能達到了英國ICI公司生產(chǎn)的高級轎車專用的SPT納米碳酸鈣質量標準。但是受與其配套的表面活化技術和干燥技術的制約，使其產(chǎn)品質量在功能化方面還難以與國外產(chǎn)品相抗衡，故難以一時普及。2.4普通輕質碳酸鈣生產(chǎn)的流程方框圖2.5流程說明石灰石與煤一同加入石灰窯中進行煅燒，得到的生石灰經(jīng)篩分后進入消化機進行消化得到石灰乳粗漿，粗漿經(jīng)過粗漿槽和旋液分離器后得到精漿，精漿在陳

23、化槽中陳化后進入精漿調濃槽，加清水調節(jié)濃度后進入碳化塔與凈化后的窯氣中的CO2發(fā)生碳化反應，反應后生成的碳酸鈣熟漿經(jīng)靜置和陳化后進入過濾機過濾，得到的濾膏用導熱油干燥機干燥后經(jīng)粉碎、旋風分離、布袋除塵后得到產(chǎn)品輕質碳酸鈣。2.6碳化工藝條件的影響2.6.1溫度從熱力學角度看，溫度升高，可降低的溶解度系數(shù)和的溶度積常數(shù)，的溶解度隨溫度升高而降低，的碳化反應平衡常數(shù)減小，平衡向左移動，使碳化反應推動力減小，對提高碳化速度不利。但從動力學角度來看，溫度升高，有利于提高碳化速度。沉降體積越大，產(chǎn)品的質量就越高。沉降體積主要取決于晶體的粒度，碳化溫度越高，粒度越小，沉降體積越大；溫度降低可提高的溶解系數(shù)

24、和的溶度積常數(shù)，從而提高了和濃度以及液相的過飽和度。當過飽和度較高時，的晶核形成速度大于其晶體生長速度，晶體的粒度較小，有利于提高產(chǎn)品碳酸鈣的沉降體積；反之，則不利于提高產(chǎn)品碳酸鈣的沉降體積。2.6.2壓力從熱力學角度看，的碳化反應是體積縮小的反應，當提高窯氣總壓，平衡向右移動，有利于提高碳化的速度；從動力學角度來看，提高窯氣總壓，可以提高窯氣中的分壓，分壓越高，的氣相擴散速度越快，所以窯氣總壓越高對碳化反應越有利。窯氣總壓受精石灰乳液柱高度來控制，總壓高，則精石灰乳液柱高度要求也會相應增加，使得碳化塔制造和安裝的難度也增加。另外，隨著總壓的升高，分壓也升高，當分壓升高到一定程度后，再提高分壓

25、，對提高碳化速度作用不大?？倝焊?，對空壓機的要求也高，能耗也高。窯氣中的濃度窯氣中的濃度越高，的氣相擴散推動力越大，從而使氣相擴散和液相擴散速度的加快，有利于提高碳化速度，增大的沉降體積，所以窯氣中的濃度越高越好。但窯氣中的濃度最高只能達到約35%左右，一般情況下，只能達到20%25%。若窯氣中的的濃度低于20%則會影響碳化的速度，窯氣中的濃度調節(jié)會使得晶體的粒度較大，沉降體積較小，導致設備利用率低，生產(chǎn)能力下降。然而降低空氣過剩系數(shù)和防止空氣漏入窯氣中，是提高窯氣中濃度的有效方法。2.6.4精制石灰乳的濃度石灰乳的濃度是指單位體積的石灰乳中所含的總量。精制石灰乳的濃度越高，精灰乳中的粒子就越

26、多，的液固相界面面積就越大，固相的溶解阻力減小，在碳化反應前期碳化速度較快，得到充分的反應，對提高整個碳化反應速度和沉降體積有利，反之，則不利于提高整個碳化反應速度和沉降體積，會隨著碳化反應前期消失，進入碳化反應后期導致碳化速度逐漸降至零，從而降低整個碳化速度和沉降體積，設備利用率低，生產(chǎn)能力下降。2.6.5窯氣的流量窯氣的流量越大，則氣相流速越大，氣液接觸面積越大，對精制石灰乳的攪動也增加，導致的氣相擴散阻力和液相擴散阻力減小，固相的溶解阻力減小，對提高整個碳化過程的速度和沉降體積有利；反之，窯氣的流量減小，則氣相流速減小，氣液接觸面積也會隨著減小，從而使的的氣相擴散阻力增大，使的氣相擴散步

27、驟變成整個碳化反應過程的必要控制的步驟，從而降低整個碳化速度和沉降體積設備利用率低，生產(chǎn)能力下降。然而窯氣的流量也不能過大，當窯氣的流量過大，會使空壓機的電耗增大的吸收率降低，從而造成與的不平衡。2.6.6游離堿碳化過程游離堿含量一般應小于0.05%。當產(chǎn)品游離堿含量超標，在平均粒徑一定的情況下，表現(xiàn)為其沉降體積也會隨之增大，填充過程與紙張纖維相容性變差，某種程度上，游離堿含量超標比平均粒徑偏大或偏小的危害來得更大，因此，游離堿含量必須嚴格加以控制。2.7碳化終點的指示碳化反應終點的判斷通常采用電導儀、酸度計、酚酞指示劑等其中一種方法，或者其中兩種方法的結合使用，不管采用什么方法都必須使熟漿的

28、PH值接近7。根據(jù)電導率的變化來指示終點 碳化反應的前期、中期，反應體系中存在 的過飽和溶液，有大量的和，當反應進行到末期，體系中的和得濃度顯著減少，導致體系的電導率發(fā)生突變性的改變，顯示著碳化反應的終了。但采用電導率法來指示反應終點時，電極在體系中容易結垢，影響指示的精度，電極需要經(jīng)常清洗。根據(jù)pH值的變化來指示終點 當碳化反應接近終點時，體系中 的濃度顯著減少，pH值發(fā)生突躍，可根據(jù)pH值的突躍性改變來指示指示反應終點。采用來指示反應終點也存在上述弊端，電極因結垢而需要經(jīng)常清洗。在實際生產(chǎn)中，對敞開式的反應器，通常不采用pH計來指示終點，而是使用酸堿指示劑（如酚酞試劑等）來指示終點。根據(jù)溶

29、液的溫度變化來指示終點 碳化反應是放熱反應，隨著反應的進行，反應體系的溫度會不斷升高。當碳化反應不采用外界方式控溫時，會發(fā)現(xiàn)體系的溫度上升到某一值時不再升高，這就預示著碳化反應的結束。該方法不十分精確，但對具有一定操作經(jīng)驗的操作人員而言也是容易掌握的。根據(jù)體系的壓力變化來指示終點 如果以高濃度的氣體為碳化氣，常采用加壓碳化法生產(chǎn)。碳化反應在密閉容器中進行，當碳化反應接近終點時，體系內不再消耗，從而導致壓力急劇上升，預示著碳化終點的到來。2.8連續(xù)鼓泡碳化法的工藝流程連續(xù)鼓泡碳化法工藝流程2.8.2連續(xù)鼓泡碳化法工藝流程說明連續(xù)鼓泡碳化塔作為連續(xù)反應器，采用三塔串聯(lián)、氣相自下而上、液相則自上而下

30、，二者逆流接觸；氣相為連續(xù)流動相，液相為連續(xù)流動相和反應相，碳化塔為空心塔，高徑比約為8:1，其中1#、3#碳化塔塔身只需外設噴水冷卻裝置，使其出口溫度控制在2535，而2#碳化塔反應比較劇烈，塔內必須設置制冷管。在2#、3#、4#漿液槽中也需設置制冷管控制進塔物料的溫度在1015之間；在活化槽中需要設置加熱裝置，使活化溫度提高到6070。連續(xù)鼓泡碳化工藝的特點連續(xù)鼓泡碳化法的碳化過程采用制冷和表面處理，連續(xù)化程度高，產(chǎn)品質量穩(wěn)定，具有投資少、操作簡單、生產(chǎn)規(guī)模能夠實現(xiàn)大型化等特點。第三章工藝計算3.1物料衡算3.1.1計算基準 年產(chǎn)3萬噸輕質碳酸鈣，每個工藝環(huán)節(jié)的收率都為95%，按300天/

31、年計算。主要技術指標如下：煅燒煤熱值/kcal/kg窯氣CO2含量/%消化灰水比（質量）碳化漿液濃度/%熟漿增濃后濃度/%濾餅含水量/%干燥煤熱值/kcal/kg產(chǎn)品含水量/%6200351516202551000.33.1.2輕質碳酸鈣生產(chǎn)過程的收率和所需原料量(1)煅燒、消化、碳化、脫水和干燥工序的收率都為95%，碳酸鈣生產(chǎn)過程的總收率為(2)生石灰中CaO含量一般為97%。一年按300天計算，以年產(chǎn)3.0萬噸的輕質碳酸鈣為標準，則每天生產(chǎn)100噸碳酸鈣，即1000kmol/d，亦即41.7kmol/h。則每天所需原料石灰總量為： 每年所需要的石灰總量為: 年所需要的石灰石總量為：3.1.

32、3消化過程的物料衡算 消化反應： 石灰中CaO的含量平均為97%，所以石灰中雜質為：CaO的質量為一般約75%的機械雜質由消化機尾部排除，25%的機械雜質經(jīng)旋液分離器排除，即消化機和旋液分離器排出的機械雜質分別為69.3kg/h及23.1kg/h，其比例關系為3:1。消化機排出的Ca(OH)2為石灰消化過程灰水比為1:5，消化所需的水量為，得到粗石灰乳的質量濃度為：則其中水的質量百分含量為79.2%。 消化機排出的粗石灰乳質量其中Ca(OH)2的質量為：水的質量為則年產(chǎn)粗石灰乳的質量為3.1.4旋液分離器的物料衡算 旋液分離器的進料量即為生產(chǎn)的粗漿量18031.3kg/h,該工序的收率為95%

33、，其生產(chǎn)出精漿量為，其中Ca(OH)2質量為旋液分離器排出的雜質總量為年產(chǎn)精漿量為3.1.5石灰乳配置的物料衡算 進入碳化塔以前，石灰乳需配置到所需的濃度，即含Ca(OH)2的質量百分濃度為16%， 配置后的精漿總量為所需補充的水量為年產(chǎn)精漿總量為3.1.6碳化過程物料衡算 碳化反應的方程式：（1）進入碳化塔的精漿量為23122.5kg/h，即漿液泵的最小流量6.4kg/s，實際功率系數(shù)取1.3，則實際的最大流量為8.3kg/s，CaCO3的收率為95%，則所生成的CaCO3的量為，損耗的CaCO3的量為250kg/h。（2）參加反應的CO2的體積為： 年吸收的CO2的體積為： 假設進入碳化塔

34、的窯氣中的CO2全部被吸收， 則進入碳化塔的窯氣總量為：， 則排放的尾氣量為： 年排放的尾氣總量為：（3）碳化反應生成的水量為 由于碳化塔內水分的揮發(fā)可忽略不計，故漿液的含水量為： CaCO3漿液的量為： CaCO3的百分濃度為： 增濃為 CaCO3百分含量為20%的熟漿需要脫去的水量為： 熟漿的量為 年產(chǎn)熟漿的量為3.1.7脫水工序的物料衡算 （1）采用廂式壓濾脫水，收率為95%，濾餅的含水量為25%,固含量為75%。 濾餅的質量為，其中CaCO3的質量為 4512kg/h，水的質量為1504kg/h， 年產(chǎn)濾餅的數(shù)量為 （2）脫水量為： 年脫水的總量為： 帶出的CaCO3的量為： 排放的廢

35、水總量為3.1.8干燥工序的物料衡算（1） 干燥工序采用濾餅噴霧干燥塔與板式干燥器相結合的二級干燥技術，得到 含水量為0.3%的產(chǎn)品，干燥的收率按95%計。（2）進料總量為6016kg/h，其中CaCO3的質量為4512kg/h，水的質量為 1504kg/h。 則產(chǎn)品中CaCO3的質量為 水分的質量為 蒸發(fā)的水分量為 年蒸發(fā)的水分量為 蒸發(fā)的水分中夾帶的CaCO3的質量為3.1.9物料衡算匯總（1）年消耗的工藝水總量為： 年脫水總量為：（2） 由下文干燥工序熱量衡算可得，所需干燥煤數(shù)量為： 年需干燥煤數(shù)量為（2）物料衡算表年需石灰石數(shù)量/（t/a)年需生石灰數(shù)量/（t/a)消化用水數(shù)量/（kg

36、/h)年需粗石灰乳數(shù)量/（t/a)粗石灰乳的質量濃度/%年需精石灰乳數(shù)量/（t/a）年吸CO2的數(shù)量/（Nm3/a）年排放碳化尾氣數(shù)量/（Nm3/a）碳化反應生成水的數(shù)量/（kg/h)年需質量濃度20%的熟漿數(shù)量/（t/a）年需含水25%的濾餅數(shù)量/（t/a）年蒸發(fā)的水分數(shù)量/（t/a）年消耗工藝水數(shù)量/（t/a）年脫水數(shù)量/（t/a）年需干燥煤數(shù)量/（t/a）396002217615400129825.420.81664828.06*1061.5*107899.917098243315.210731.6148069.4136688.46282.363.2熱量衡算3.2.1連續(xù)消化機的熱量衡算

37、1、消化機輸入的熱量 （1）生石灰輸入的熱量為。不自產(chǎn)生石灰，其溫度與環(huán)境溫度同為25， 故。 （2）水輸入的熱量為，其溫度為60， 則 （3）消化反應熱為，由消化反應得： 所以2、消化機輸出的熱量（1）假定消化反應后物料的溫度上升到t，則水溫上升所吸收的熱量為，則（2）消石灰?guī)ё叩臒崃?，其比熱為c=0.84kJ/kg。則（3）設備散熱按消化反應熱的20%計，則所以根據(jù)熱量平衡原理從而計算出消化溫度t=98.6消化反應過程中有部分水分氣化而帶走一些熱量，因此實際反應溫度略低于計算值，但反應溫度愈高愈有利于石灰乳的細度和分散性，故消化進水溫度要大于60，以保證消化溫度高于90。3.2.2碳化塔的

38、熱量衡算1、輸入熱量（1）消石灰?guī)霟崃?。消石?60)進入碳化塔以前必須經(jīng)制冷降溫處理 以確保較低的碳化溫度和碳化初始溫度（1218，在此取15），此時需移出的熱量為，或者稱之為制冷量。則（2）CO2帶入的熱量，二氧化碳的熱容查取為5atm、30時的數(shù)據(jù)。則（3）碳化反應熱所以輸入熱量 2、輸出熱量（1）尾氣帶出的熱量，則（2）CaCO3漿液帶出的熱量，假定漿液的溫度為30， 則，由于漿液溫度接近常溫，設備散熱可忽略不計。（3) 假定制冷所移走的熱量為所以輸出熱量根據(jù)熱量平衡，從而計算出制冷量:加上對消石灰的制冷量，制冷總量3.2.3干燥系統(tǒng)的熱量衡算假定進料溫度為30，物料加熱到80，氣相

39、出口溫度為120。（1）物料帶入熱量而（2）物料帶出熱量，其則（3）蒸汽帶出熱量，包括三部分：水蒸氣，燃氣（組成可視為空氣）以及其夾帶的少量碳酸鈣等，查水蒸氣表，120時，燃氣數(shù)量與水蒸氣相同。則 （4）設備散熱，由于設備無保溫措施，散熱較大，一般為總量的20%，即。（5）根據(jù)熱量平衡原理，燃氣供應的熱量為，則 ，即，所以， 所需要的干燥煤數(shù)量年需干燥煤數(shù)量消化機輸入輸出熱量/kJ/h精漿帶入熱量/kJ/hCO2帶入的熱量/kJ/h碳化反應熱/kJ/h碳化尾氣帶出的熱量/kJ/hCaCO3漿液帶出的熱量/kJ/h制冷總量Q/kJ/h濾餅帶入熱量/kJ/h產(chǎn)品帶出熱量/kJ/h蒸汽帶出熱量/kJ

40、/h燃氣供應的熱量/kJ/h5.8*1061.28*1061.8*1055.8*1061.2*1054.5*1051.05*10750534.4203385.34.3*1064.45*1063.2.4熱量衡算表第四章碳化塔設備的計算與選型4.1碳化塔的類型常用的碳化塔的類型有三種，一種是塔徑1.01.5m、塔高1015m、裝漿高度810m、長徑比達（815）：1的“細高型”碳化塔，該類塔的特點是塔型不采用電動攪拌裝置，可在塔內設置多層氣體分布器和導流板來實現(xiàn)氣體均勻分布和漿液的循環(huán)流動，該塔型需要配備壓頭較大的空壓機和高壓羅茨鼓風機，二化氧碳利用率較高。第二種是直徑3.8m左右、高度5.56.

41、0m、裝漿高度在4m以下，長徑比僅為1.5：1的“矮胖型”碳化塔或碳化釜，該型碳化塔一般采用常壓羅茨鼓風機，其優(yōu)點是電耗低、風機故障少，同時采用電動攪拌裝置來實現(xiàn)氣體的快速均勻分布，能提高二氧化碳的利用率。第三種是低溫攪拌碳化釜，一般高徑比僅為13.體積比為10100不等，可采用密閉式加壓反應，以加壓快速反應速度和提高CO2利用率。4.2碳化塔的設備計算設碳化塔直徑為1400mm，高為12000mm，高徑比8.57：1，全容積為21.55，有效容積為17.24，液柱高為9.6m，在連續(xù)碳化法中三塔總的有效容積為51.72。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，采用間歇碳化法時，單塔17.24、濃度為16%的石灰乳所需

42、的碳化時間約為10小時（含進料和出料時間），單塔的生產(chǎn)能力為則采用三個同樣大小的間歇鼓泡碳化塔時的總的生產(chǎn)能力為864.75kg/h。4.3停留時間估算由分析可知，間歇鼓泡碳化塔擬為全混流反應器，連續(xù)鼓泡碳化塔擬為平推流反應器，在反應器容積和轉化率都相同的條件下，前者所需的停留時間為后者的兩倍多；也就是說，在單位時間內，連續(xù)鼓泡碳化塔的生產(chǎn)能力為間歇鼓泡碳化塔的兩倍多。由于碳化反應為擬一級反應，其轉化率為100%，在傳統(tǒng)的間歇鼓泡碳化法的碳化末期，其轉化率雖然只占不到10%，但反應時間卻要多一半多，其主要原因是碳化反應末期溶液的pH值較低（810），但在連續(xù)鼓泡碳化新工藝中，碳化氣為高濃度CO

43、2，從而使碳化反應末期的反應速度與碳化反應中前期沒有明顯的區(qū)別，因此新工藝的停留時間又將比傳統(tǒng)的間歇鼓泡碳化法縮小一半。加上進料和出料所花的時間，估計連續(xù)鼓泡碳化法的停留時間約為間歇鼓泡碳化法的十分之一。4.4由物料衡算估算由物料衡算可知，進入碳化系統(tǒng)的物料流量為6.4kg/s，漿液的密度取1.06kg/L，折算成體積流量為6.03L/s，為了使碳化反應進行完全，整個碳化過程的停留時間為3小時，則體積流量應為：，則碳化過裝置數(shù)：，可見，理論上碳化裝置為2套。 4.5設備一覽表序號設備名稱型號規(guī)格單位數(shù)量備注1消化機1400×14700臺22旋液分離器150臺63皮帶輸送機臺24貯槽3500×400臺65碳化塔1400×1200臺66溴化鋰制冷機組