轻质碳酸钙工艺设计

1、湖南化工职业技术学院毕业设计湖南化工职业技术学院毕 业 设 计毕业设计题3.0万t/a轻质碳酸钙工艺设计与碳化塔选型 毕业设计类型产品设计 工艺设计 方案设计 姓名 刘宏伟 班级 化工1313 所属系部(院) 化学工程学院 专业 应用化工技术 校内指导教师 魏义兰 职称 助教 王宇 企业指导老师完成时间 2015年 11 月 16 日 摘 要本设计主要采用连续鼓泡碳化法生产轻质碳酸钙，并采用了三塔串联连续鼓泡碳化工艺；在文中介绍了轻质碳酸钙产品的性质、分类、特点和应用，详细的阐述了碳化法生产轻质碳酸钙的原理、生产方法、工艺条件、影响碳化的因素；根据3万t/a的年产量进行了生产过程的工艺计算和碳

2、化塔设备的计算与选型；采用CAD绘出了生产过程的工艺流程图、碳化塔的结构图和设备平面布置图。关键词：轻质碳酸钙；连续鼓泡碳化法；碳化塔选型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

3、 in this paper, 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

4、of the production 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 select

5、ion of carbonization tower目 录第一章 文献综述11.1定义11.2性质11.3分类11.3.1根据碳酸钙晶粒形状分类11.3.2按其平均粒径(d)分类21.4特点21.4.1轻质碳酸钙的特点21.4.2重质碳酸钙的特点21.5用途2第二章生产工艺42.1碳化原理42.2生产方法42.2.1碳化法42.2.2氯化钙法42.2.3苛化碱法42.2.4联钙法42.2.5苏尔维法52.3碳化工艺生产方法52.3.1间歇鼓泡碳化法52.3.2连续鼓泡碳化法62.3.3连续喷雾碳化法62.3.4超重力反应结晶法72.4普通轻质碳酸钙生产的流程方框图82.5流程说明82.6碳化工

6、艺条件的影响82.6.1温度82.6.2压力92.6.3窑气中CO的浓度92.6.4精制石灰乳的浓度92.6.5窑气的流量102.6.6游离碱102.7碳化终点的指示102.7.1根据电导率的变化来指示终点102.7.2根据pH值的变化来指示终点112.7.3根据溶液的温度变化来指示终点112.7.4根据体系的压力变化来指示终点112.8连续鼓泡碳化法的工艺流程112.8.1连续鼓泡碳化法工艺流程图112.8.2连续鼓泡碳化法工艺流程说明122.8.3连续鼓泡碳化工艺的特点12第三章工艺计算133.1物料衡算133.1.1计算基准133.1.2轻质碳酸钙生产过程的收率和所需原料量133.1.3

7、消化过程的物料衡算133.1.4旋液分离器的物料衡算143.1.5石灰乳配置的物料衡算143.1.6碳化过程物料衡算143.1.7脱水工序的物料衡算153.1.8干燥工序的物料衡算163.1.9物料衡算汇总163.2热量衡算173.2.1连续消化机的热量衡算173.2.2碳化塔的热量衡算183.2.3干燥系统的热量衡算193.2.4热量衡算表20第四章碳化塔设备的计算与选型214.1碳化塔的类型214.2碳化塔的设备计算214.3停留时间估算214.4由物料衡算估算224.5设备一览表23第五章设计图纸245.1鼓泡碳化塔设备结构图245.2轻质碳酸钙生产过程工艺流程图255.3平面布置图25

8、参考书目及文献26致谢28第一章 文献综述轻质碳酸钙用于工业生产已有100多年的历史了,轻质碳酸钙世界生产与应用主要集中在美国、中国、日本和西欧。我国轻质碳酸钙生产工艺已发展成熟,在工艺指标控制等方面各有其特点,今后轻质碳酸钙行业将朝着超细化、高纯化的方向发展,产品的规格品种将呈多元化,专用化。本设计过程是以年产3万吨的生产能力为依据来对碳化过程进行工艺设计和设备选型，是以消化得到的浆液经过碳化、脱水、干燥到产品进行检测包装的过程。1.1定义轻质碳酸钙又称沉淀碳酸钙(简称PCC)，是由化学加工方法制得的产品，其沉降体积(2.42.8mL/g)与用机械方法生产得到的重质碳酸钙沉降体积(1.11.

9、4mL/g)要大的多，因此被称为轻质碳酸钙。1.2性质轻质碳酸钙的分子式：CaCO3，分子量：100.09，它是一种无毒、无味的白色粉末，相对密度为2.72.9 ，难溶于水，醇。 在常温下,碳酸钙在水中的溶度积为4.96×10-9，溶解度为0.0014,碳酸钙水溶液的pH值为9.510.2 ,空气饱和碳酸钙水溶液的pH 值为8.08.6。轻质碳酸钙的沉降体积:2.5ml/g 以上，比表面积为5m2/g左右。轻质碳酸钙颗粒微细、表面较粗糙,比表面积大,因此吸油值较高,为6090ml/100g 左右。1.3分类1.3.1根据碳酸钙晶粒形状分类分为无规则体、纺锤体、立方体、针状体、链状体、

10、球形体、片状体和无定型体碳酸钙；1.3.2按其平均粒径(d)分类微粒碳酸钙（d>5）；微粉碳酸钙（1<d<5）；微细碳酸钙（0.1<d1）；超细碳酸钙（0.02<d0.1）；超微细碳酸钙（d0.02）。1.4特点1.4.1轻质碳酸钙的特点a.颗粒形状规则，可视为单分散粉体，但可以是多种形状，如纺锤体、立方体、针状体、链状体、球形体、片状体等。这些不同形状的碳酸钙可由控制反应条件制得。b.粒度分布较窄。c.粒径小，平均粒径一般为13。要确定轻质碳酸钙的平均粒径，可用三轴粒径中的短轴粒径作为表现粒径，再取中位粒径作为平均粒径。以后除特别说明外，平均粒径，即指平均短轴粒

11、径。1.4.2重质碳酸钙的特点a.颗粒形状不规则。b.粒径分布较宽，是多分散粉体。c.粒径大，平均粒径一般为510。要确定重质碳酸钙的平均粒径，需要测定粒径分布函数和诸如颗粒沉降速度或比表面积之类的粉体现象函数。作为一种简便的方法是在电子显微镜照片上测量颗粒投影的长度和宽度，计算几何平均粒径作为表观粒径，再取中位粒径作为平均粒径。d.活性碳酸钙的平均粒径取为表面改性前轻质碳酸钙或重质碳酸钙的平均粒径。1.5用途轻质碳酸钙可用作橡胶、塑料、造纸、涂料和油墨等行业的填料，广泛用于有机合成、冶金、玻璃和石棉等生产中。还可用作工业废水的中和剂、胃与十二指肠溃疡病的制酸剂、酸中毒的解毒剂、含SO2废气中

12、的SO2消除剂、乳牛饲料填加剂和油毛毡的防粘剂。也可用作牙粉、牙膏及其它化妆品的原料，以及在电缆行业能起一定的绝缘作用。还能作为牙膏的摩擦剂。（1） 橡胶行业 碳酸钙是橡胶工业中使用最早、用量最大的填充剂之一，碳酸钙大量填充在橡胶之中，可以增加制品的容积，从而节约昂贵的天然橡胶达到降低成本的目的，碳酸钙填入橡胶能获得比纯橡胶硫化物更高的抗张强度耐磨性，撕裂强度，并在天然橡胶和合成橡胶中有显著的补强作用，同时可以调整稠度。（2） 塑料行业 碳酸钙在塑料制品中能起到一种骨架作用，对塑料制品尺寸的稳定性有很大作用，能提高制品的硬度，还可以提高制品的表面光泽和表面平整性。在一般塑料制品中添加碳酸钙耐热

13、性可以提高，由于碳酸钙白度在90%以上，还可以取代昂贵的白色颜料起到一定的增白作用。(3) 油漆行业碳酸钙在油漆行业中的用量较大，是不可缺少的骨架，在稠漆中用量为30%以上，酚醛磁漆4-7%，酚醛细花纹皱纹漆39%以上。（4） 水性涂料行业 在水性涂料行业的应用，用途更为广泛，能使涂料不沉降，易分散，光泽好等特性，在水性涂料用量为2060%。第 27 页第二章生产工艺2.1碳化原理精石灰乳与窑气反应称为精灰乳的碳化反应，简称为精灰乳碳化反应或碳化反应。主要是精石灰乳中的主要成分氢氧化钙与窑气中二氧化碳反应生成碳酸钙，该反应称为氢氧化钙的碳化反应。主要方程式如下：2.2生产方法2.2.1碳化法将

14、石灰石等原料煅烧生成生石灰，加水消化生石灰生成石灰乳，再与通入的二氧化碳碳化生成碳酸钙沉淀，沉淀经过滤、脱水、干燥和粉碎制得轻质碳酸钙。碳化法的化学反应过程如下:2.2.2氯化钙法在纯碱水溶液中加入氯化钙,即可生成碳酸钙沉淀。主要化学反应方程式如下：2.2.3苛化碱法生产烧碱(NaOH) 过程中,得到副产品轻质碳酸钙。在纯碱水溶液中加入消石灰生成碳酸钙沉淀,同时也得到烧碱水溶液,最后经过脱水、干燥和粉碎得到轻质碳酸钙。主要化学方程式如下：2.2.4联钙法通过盐酸处理过的消石灰得到的氯化钙溶液,在吸入氨气后再与二氧化碳进行碳化制轻质碳酸钙。主要化学方程式如下：2.2.5苏尔维法在生产纯碱过程中,

15、得到副产品轻质碳酸钙。饱和食盐水在吸入氨气后用二氧化碳进行碳化,得到重碱(碳酸氢钠)沉淀和氯化铵溶液。在氯化铵溶液中加入石灰乳便得到氯化钙氨水溶液,然后用二氧化碳对其进行碳化便得到碳酸钙沉淀。2.3碳化工艺生产方法轻质碳酸钙的生产按照碳化工艺分为间歇鼓泡碳化法、连续鼓泡碳化法、连续喷雾碳化法、超重力反应结晶法四种。2.3.1间歇鼓泡碳化法 利用塔内有效液面高度形成的静压，使压缩后的CO2气体由塔底部经过气体分布器后进入碳化塔，与悬浮液充分混合，由于气液密度差异使气泡自行由塔底上升至塔顶排出，CO2在上升过程中与悬浮液接触溶解并发生碳化反应。该过程中气泡越小，分散越好，碳化速度也就越快，CO2吸

16、收效率也就越高，由于气泡在上升过程中所受的压力逐渐减小，气泡逐渐膨胀，静压差越大(即塔内有效液面越高)，气泡的体积变化也就越大，较大的气泡减小了气液接触面积，从而降低了碳化反应的速度和CO2的吸收效率。 鼓泡碳化反应器有三种形式：以罗茨鼓风机为打气装置的罐式碳化反应器；以压缩机为打气装置的碳化塔；带强制搅拌的碳化塔。 以罗茨鼓风机为打气装置的罐式碳化反应器，由于罗茨鼓风机可提供的气体压力较小，但打气量比较大，不能支持较高的悬浮液液面高度，因此，这种反应器设计成直径较大、高度较小的矮、粗、胖的罐式碳化反应器。由于液位较低，气体在碳化罐内的上升距离也就小，气液接触时间较短，CO2的吸收效率较低，使

17、得碳化时间加长。以压缩机为打气装置的碳化反应器为细高形的碳化塔。因为压缩机提供的压缩气体压力较高，打气量相对较小，能支持较高的液位而不能支持较大直径的碳化塔。故此设计成细高形的。这种碳化塔气液接触时间较长，CO2吸收比较充分，效率较高。 带搅拌鼓泡碳化塔主要靠搅拌器的叶片以及反应器内的多孔气体分配器对CO2气体进行分散剪切。气体在反应体系内分布均匀，并且气泡较小，利于吸收，故反应速度较快，由于受设备制造的限制，一般塔的高度较低，为达到一定的生产能力，必需将直径加大。一般的带强制搅拌碳化塔的直径比罐式碳化反应器小，高度比它高。直径和高度都介于罐式碳化反应器和细高形碳化塔之间。此种碳化所用的打气装

18、置一般为压缩机。2.3.2连续鼓泡碳化法 连续鼓泡碳化法气液逆流操作，一般采用两级或三级串联碳化工艺，即精制石灰乳经第一级碳化塔进行部分碳化或得到反应混合液，在浆液槽中加入适当的添加剂后进入第二级碳化塔碳化制得最终产品。该法由于碳化过程分步进行，对晶型的成核、生长过程和表面处理可以分段控制，从而可得到较小的粒径、较好的晶型和粒径分布。现在，国内有些碳酸钙生产厂家可以根据用户的需求，通过严格控制石灰乳浓度、碳化温度、添加剂的类型和配比等来生产所需晶型和粒径的产品。 该工艺所用的碳化反应器一般是细高形的碳化塔，以压缩机为打气装置。并且液体停留时间、气体流量和气液比等都可以根据需要方便的调节，便于优

19、化工艺条件；同时，气液传质效果好，CO2吸收效率高，物料反混率低，可以实现“碳化陈化”连续操作，显著降低包裹返碱现象的发生。该工艺产品的质量稳定，晶型规整，粒度分布较窄，不同批次的产品 质量稳定性好。 2.3.3连续喷雾碳化法 连续喷雾碳化法是将 Ca(OH)2悬浮液调到一定浓度和温度，一般要加入一定量的分散剂，然后控制适当的喷入雾滴，并在碳化塔的顶部向以一定空塔速度上升的二氧化碳气体喷雾，接触碳化，使部分氢氧化钙转变为碳酸钙，成为晶核，然后放入到中间槽，经过换热调节温度，或加入一些添加剂，用泵打入第二级喷雾碳化塔。在以后的碳化塔中晶核逐渐长大，成为具有一定粒度和晶型的碳酸钙产品。 该工艺可控

20、因素有浆液浓度、雾滴大小、CO2的空塔气速和添加剂等。由于雾化的雾滴细小，比表面积很大，气液接触充分、均匀，使反应中心很多，形成多个晶核；气液接触时间相近，使得各晶核的成长速度基本相同，因而可以保证产品粒径均匀，分布较窄。同时在各级碳化塔之间可以实现浆液的陈化，减少包覆现象，使得晶型规整，避免产品返碱。 该方法具有效率高，能实现自动连续大规模生产，并能获得纳米级不同晶型的碳酸钙产品。但也存在一定问题，如设备投资较高，管路复杂，喷嘴易堵塞，管理难度大等，虽然已经工业化，但目前应用较少。2.3.4超重力反应结晶法超重力反应结晶法是由湘潭大学和北京化工大学先后开发成功、并主要由后者推广应用的超细碳酸

21、钙生产新工艺。该技术的特征是以强化气液传质过程为基本出发点，其核心在于碳化反应是在超重力离心反应器中进行，利用填充高速旋转产生的几十到几百倍重力加速度，可获得超重力场环境。在超重力场环境中，Ca(OH)2悬浊液在高分散、高湍动、强混合以及界面急速更新的情况下，巨大的剪切力将液体撕裂成纳米级的膜、丝、滴，与CO2气体以极大的相对速度在弯曲孔道中逆流接触，使相间传质速率提高13个数量级，使微观混合得到极大强化，为CaCO3成核创造了快速均匀的微观环境。而传统的碳化反应器都是非均匀的微观环境，使得传统的沉淀法生产的产品的粒度分布不均匀，不同批次产品的重现性差。这是超重力反应结晶法优于传统方法的理论根

22、源，该法最终得到平均粒径达1530nm的纳米级碳酸钙。该产品粒径分布均匀，不同批次产品的重现性好，且碳化反应时间仅为传统方法的1/41/10，达国际先进水品。2000年10月，世界上第一条3000吨/年的超重力纳米碳酸钙生产线在广东恩平化工实业有限公司建成投产以后，又先后在内蒙蒙西高新股份公司、山西芮城华新有限公司等推广应用，其产品性能达到了英国ICI公司生产的高级轿车专用的SPT纳米碳酸钙质量标准。但是受与其配套的表面活化技术和干燥技术的制约，使其产品质量在功能化方面还难以与国外产品相抗衡，故难以一时普及。2.4普通轻质碳酸钙生产的流程方框图2.5流程说明石灰石与煤一同加入石灰窑中进行煅烧，

23、得到的生石灰经筛分后进入消化机进行消化得到石灰乳粗浆，粗浆经过粗浆槽和旋液分离器后得到精浆，精浆在陈化槽中陈化后进入精浆调浓槽，加清水调节浓度后进入碳化塔与净化后的窑气中的CO2发生碳化反应，反应后生成的碳酸钙熟浆经静置和陈化后进入过滤机过滤，得到的滤膏用导热油干燥机干燥后经粉碎、旋风分离、布袋除尘后得到产品轻质碳酸钙。2.6碳化工艺条件的影响2.6.1温度从热力学角度看，温度升高，可降低的溶解度系数和的溶度积常数，的溶解度随温度升高而降低，的碳化反应平衡常数减小，平衡向左移动，使碳化反应推动力减小，对提高碳化速度不利。但从动力学角度来看，温度升高，有利于提高碳化速度。沉降体积越大，产品的质量

24、就越高。沉降体积主要取决于晶体的粒度，碳化温度越高，粒度越小，沉降体积越大；温度降低可提高的溶解系数和的溶度积常数，从而提高了和浓度以及液相的过饱和度。当过饱和度较高时，的晶核形成速度大于其晶体生长速度，晶体的粒度较小，有利于提高产品碳酸钙的沉降体积；反之，则不利于提高产品碳酸钙的沉降体积。2.6.2压力从热力学角度看，的碳化反应是体积缩小的反应，当提高窑气总压，平衡向右移动，有利于提高碳化的速度；从动力学角度来看，提高窑气总压，可以提高窑气中的分压，分压越高，的气相扩散速度越快，所以窑气总压越高对碳化反应越有利。窑气总压受精石灰乳液柱高度来控制，总压高，则精石灰乳液柱高度要求也会相应增加，使

25、得碳化塔制造和安装的难度也增加。另外，随着总压的升高，分压也升高，当分压升高到一定程度后，再提高分压，对提高碳化速度作用不大。总压高，对空压机的要求也高，能耗也高。2.6.3窑气中的浓度窑气中的浓度越高，的气相扩散推动力越大，从而使气相扩散和液相扩散速度的加快，有利于提高碳化速度，增大的沉降体积，所以窑气中的浓度越高越好。但窑气中的浓度最高只能达到约35%左右，一般情况下，只能达到20%25%。若窑气中的的浓度低于20%则会影响碳化的速度，窑气中的浓度调节会使得晶体的粒度较大，沉降体积较小，导致设备利用率低，生产能力下降。然而降低空气过剩系数和防止空气漏入窑气中，是提高窑气中浓度的有效方法。2

26、.6.4精制石灰乳的浓度石灰乳的浓度是指单位体积的石灰乳中所含的总量。精制石灰乳的浓度越高，精灰乳中的粒子就越多，的液固相界面面积就越大，固相的溶解阻力减小，在碳化反应前期碳化速度较快，得到充分的反应，对提高整个碳化反应速度和沉降体积有利，反之，则不利于提高整个碳化反应速度和沉降体积，会随着碳化反应前期消失，进入碳化反应后期导致碳化速度逐渐降至零，从而降低整个碳化速度和沉降体积，设备利用率低，生产能力下降。2.6.5窑气的流量窑气的流量越大，则气相流速越大，气液接触面积越大，对精制石灰乳的搅动也增加，导致的气相扩散阻力和液相扩散阻力减小，固相的溶解阻力减小，对提高整个碳化过程的速度和沉降体积有

27、利；反之，窑气的流量减小，则气相流速减小，气液接触面积也会随着减小，从而使的的气相扩散阻力增大，使的气相扩散步骤变成整个碳化反应过程的必要控制的步骤，从而降低整个碳化速度和沉降体积设备利用率低，生产能力下降。然而窑气的流量也不能过大，当窑气的流量过大，会使空压机的电耗增大的吸收率降低，从而造成与的不平衡。2.6.6游离碱碳化过程游离碱含量一般应小于0.05%。当产品游离碱含量超标，在平均粒径一定的情况下，表现为其沉降体积也会随之增大，填充过程与纸张纤维相容性变差，某种程度上，游离碱含量超标比平均粒径偏大或偏小的危害来得更大，因此，游离碱含量必须严格加以控制。2.7碳化终点的指示碳化反应终点的判

28、断通常采用电导仪、酸度计、酚酞指示剂等其中一种方法，或者其中两种方法的结合使用，不管采用什么方法都必须使熟浆的PH值接近7。2.7.1根据电导率的变化来指示终点 碳化反应的前期、中期，反应体系中存在 的过饱和溶液，有大量的和，当反应进行到末期，体系中的和得浓度显著减少，导致体系的电导率发生突变性的改变，显示着碳化反应的终了。但采用电导率法来指示反应终点时，电极在体系中容易结垢，影响指示的精度，电极需要经常清洗。2.7.2根据pH值的变化来指示终点 当碳化反应接近终点时，体系中 的浓度显著减少，pH值发生突跃，可根据pH值的突跃性改变来指示指示反应终点。采用来指示反应终点也存在上述弊端，电极因结

29、垢而需要经常清洗。在实际生产中，对敞开式的反应器，通常不采用pH计来指示终点，而是使用酸碱指示剂（如酚酞试剂等）来指示终点。2.7.3根据溶液的温度变化来指示终点 碳化反应是放热反应，随着反应的进行，反应体系的温度会不断升高。当碳化反应不采用外界方式控温时，会发现体系的温度上升到某一值时不再升高，这就预示着碳化反应的结束。该方法不十分精确，但对具有一定操作经验的操作人员而言也是容易掌握的。2.7.4根据体系的压力变化来指示终点 如果以高浓度的气体为碳化气，常采用加压碳化法生产。碳化反应在密闭容器中进行，当碳化反应接近终点时，体系内不再消耗，从而导致压力急剧上升，预示着碳化终点的到来。2.8连续

30、鼓泡碳化法的工艺流程2.8.1连续鼓泡碳化法工艺流程2.8.2连续鼓泡碳化法工艺流程说明连续鼓泡碳化塔作为连续反应器，采用三塔串联、气相自下而上、液相则自上而下，二者逆流接触；气相为连续流动相，液相为连续流动相和反应相，碳化塔为空心塔，高径比约为8:1，其中1#、3#碳化塔塔身只需外设喷水冷却装置，使其出口温度控制在2535，而2#碳化塔反应比较剧烈，塔内必须设置制冷管。在2#、3#、4#浆液槽中也需设置制冷管控制进塔物料的温度在1015之间；在活化槽中需要设置加热装置，使活化温度提高到6070。2.8.3连续鼓泡碳化工艺的特点连续鼓泡碳化法的碳化过程采用制冷和表面处理，连续化程度高，产品质量

31、稳定，具有投资少、操作简单、生产规模能够实现大型化等特点。第三章工艺计算3.1物料衡算3.1.1计算基准 年产3万吨轻质碳酸钙，每个工艺环节的收率都为95%，按300天/年计算。主要技术指标如下：煅烧煤热值/kcal/kg窑气CO2含量/%消化灰水比（质量）碳化浆液浓度/%熟浆增浓后浓度/%滤饼含水量/%干燥煤热值/kcal/kg产品含水量/%6200351516202551000.33.1.2轻质碳酸钙生产过程的收率和所需原料量(1)煅烧、消化、碳化、脱水和干燥工序的收率都为95%，碳酸钙生产过程的总收率为(2)生石灰中CaO含量一般为97%。一年按300天计算，以年产3.0万吨的轻质碳酸钙

32、为标准，则每天生产100吨碳酸钙，即1000kmol/d，亦即41.7kmol/h。则每天所需原料石灰总量为： 每年所需要的石灰总量为: 年所需要的石灰石总量为：3.1.3消化过程的物料衡算 消化反应： 石灰中CaO的含量平均为97%，所以石灰中杂质为：CaO的质量为一般约75%的机械杂质由消化机尾部排除，25%的机械杂质经旋液分离器排除，即消化机和旋液分离器排出的机械杂质分别为69.3kg/h及23.1kg/h，其比例关系为3:1。消化机排出的Ca(OH)2为石灰消化过程灰水比为1:5，消化所需的水量为，得到粗石灰乳的质量浓度为：则其中水的质量百分含量为79.2%。 消化机排出的粗石灰乳质量

33、其中Ca(OH)2的质量为：水的质量为则年产粗石灰乳的质量为3.1.4旋液分离器的物料衡算 旋液分离器的进料量即为生产的粗浆量18031.3kg/h,该工序的收率为95%，其生产出精浆量为，其中Ca(OH)2质量为旋液分离器排出的杂质总量为年产精浆量为3.1.5石灰乳配置的物料衡算 进入碳化塔以前，石灰乳需配置到所需的浓度，即含Ca(OH)2的质量百分浓度为16%， 配置后的精浆总量为所需补充的水量为年产精浆总量为3.1.6碳化过程物料衡算 碳化反应的方程式：（1）进入碳化塔的精浆量为23122.5kg/h，即浆液泵的最小流量6.4kg/s，实际功率系数取1.3，则实际的最大流量为8.3kg/

34、s，CaCO3的收率为95%，则所生成的CaCO3的量为，损耗的CaCO3的量为250kg/h。（2）参加反应的CO2的体积为： 年吸收的CO2的体积为： 假设进入碳化塔的窑气中的CO2全部被吸收， 则进入碳化塔的窑气总量为：， 则排放的尾气量为： 年排放的尾气总量为：（3）碳化反应生成的水量为 由于碳化塔内水分的挥发可忽略不计，故浆液的含水量为： CaCO3浆液的量为： CaCO3的百分浓度为： 增浓为 CaCO3百分含量为20%的熟浆需要脱去的水量为： 熟浆的量为 年产熟浆的量为3.1.7脱水工序的物料衡算 （1）采用厢式压滤脱水，收率为95%，滤饼的含水量为25%,固含量为75%。 滤饼

35、的质量为，其中CaCO3的质量为 4512kg/h，水的质量为1504kg/h， 年产滤饼的数量为 （2）脱水量为： 年脱水的总量为： 带出的CaCO3的量为： 排放的废水总量为3.1.8干燥工序的物料衡算（1） 干燥工序采用滤饼喷雾干燥塔与板式干燥器相结合的二级干燥技术，得到 含水量为0.3%的产品，干燥的收率按95%计。（2）进料总量为6016kg/h，其中CaCO3的质量为4512kg/h，水的质量为 1504kg/h。 则产品中CaCO3的质量为 水分的质量为 蒸发的水分量为 年蒸发的水分量为 蒸发的水分中夹带的CaCO3的质量为3.1.9物料衡算汇总（1）年消耗的工艺水总量为： 年脱

36、水总量为：（2） 由下文干燥工序热量衡算可得，所需干燥煤数量为： 年需干燥煤数量为（2）物料衡算表年需石灰石数量/（t/a)年需生石灰数量/（t/a)消化用水数量/（kg/h)年需粗石灰乳数量/（t/a)粗石灰乳的质量浓度/%年需精石灰乳数量/（t/a）年吸CO2的数量/（Nm3/a）年排放碳化尾气数量/（Nm3/a）碳化反应生成水的数量/（kg/h)年需质量浓度20%的熟浆数量/（t/a）年需含水25%的滤饼数量/（t/a）年蒸发的水分数量/（t/a）年消耗工艺水数量/（t/a）年脱水数量/（t/a）年需干燥煤数量/（t/a）396002217615400129825.420.8166482

37、8.06*1061.5*107899.917098243315.210731.6148069.4136688.46282.363.2热量衡算3.2.1连续消化机的热量衡算1、消化机输入的热量 （1）生石灰输入的热量为。不自产生石灰，其温度与环境温度同为25， 故。 （2）水输入的热量为，其温度为60， 则 （3）消化反应热为，由消化反应得： 所以2、消化机输出的热量（1）假定消化反应后物料的温度上升到t，则水温上升所吸收的热量为，则（2）消石灰带走的热量，其比热为c=0.84kJ/kg。则（3）设备散热按消化反应热的20%计，则所以根据热量平衡原理从而计算出消化温度t=98.6消化反应过程中有

38、部分水分气化而带走一些热量，因此实际反应温度略低于计算值，但反应温度愈高愈有利于石灰乳的细度和分散性，故消化进水温度要大于60，以保证消化温度高于90。3.2.2碳化塔的热量衡算1、输入热量（1）消石灰带入热量。消石灰(60)进入碳化塔以前必须经制冷降温处理 以确保较低的碳化温度和碳化初始温度（1218，在此取15），此时需移出的热量为，或者称之为制冷量。则（2）CO2带入的热量，二氧化碳的热容查取为5atm、30时的数据。则（3）碳化反应热所以输入热量 2、输出热量（1）尾气带出的热量，则（2）CaCO3浆液带出的热量，假定浆液的温度为30， 则，由于浆液温度接近常温，设备散热可忽略不计。（

39、3) 假定制冷所移走的热量为所以输出热量根据热量平衡，从而计算出制冷量:加上对消石灰的制冷量，制冷总量3.2.3干燥系统的热量衡算假定进料温度为30，物料加热到80，气相出口温度为120。（1）物料带入热量而（2）物料带出热量，其则（3）蒸汽带出热量，包括三部分：水蒸气，燃气（组成可视为空气）以及其夹带的少量碳酸钙等，查水蒸气表，120时，燃气数量与水蒸气相同。则 （4）设备散热，由于设备无保温措施，散热较大，一般为总量的20%，即。（5）根据热量平衡原理，燃气供应的热量为，则 ，即，所以， 所需要的干燥煤数量年需干燥煤数量消化机输入输出热量/kJ/h精浆带入热量/kJ/hCO2带入的热量/k

40、J/h碳化反应热/kJ/h碳化尾气带出的热量/kJ/hCaCO3浆液带出的热量/kJ/h制冷总量Q/kJ/h滤饼带入热量/kJ/h产品带出热量/kJ/h蒸汽带出热量/kJ/h燃气供应的热量/kJ/h5.8*1061.28*1061.8*1055.8*1061.2*1054.5*1051.05*10750534.4203385.34.3*1064.45*1063.2.4热量衡算表第四章碳化塔设备的计算与选型4.1碳化塔的类型常用的碳化塔的类型有三种，一种是塔径1.01.5m、塔高1015m、装浆高度810m、长径比达（815）：1的“细高型”碳化塔，该类塔的特点是塔型不采用电动搅拌装置，可在塔内

41、设置多层气体分布器和导流板来实现气体均匀分布和浆液的循环流动，该塔型需要配备压头较大的空压机和高压罗茨鼓风机，二化氧碳利用率较高。第二种是直径3.8m左右、高度5.56.0m、装浆高度在4m以下，长径比仅为1.5：1的“矮胖型”碳化塔或碳化釜，该型碳化塔一般采用常压罗茨鼓风机，其优点是电耗低、风机故障少，同时采用电动搅拌装置来实现气体的快速均匀分布，能提高二氧化碳的利用率。第三种是低温搅拌碳化釜，一般高径比仅为13.体积比为10100不等，可采用密闭式加压反应，以加压快速反应速度和提高CO2利用率。4.2碳化塔的设备计算设碳化塔直径为1400mm，高为12000mm，高径比8.57：1，全容积

42、为21.55，有效容积为17.24，液柱高为9.6m，在连续碳化法中三塔总的有效容积为51.72。根据生产经验，采用间歇碳化法时，单塔17.24、浓度为16%的石灰乳所需的碳化时间约为10小时（含进料和出料时间），单塔的生产能力为则采用三个同样大小的间歇鼓泡碳化塔时的总的生产能力为864.75kg/h。4.3停留时间估算由分析可知，间歇鼓泡碳化塔拟为全混流反应器，连续鼓泡碳化塔拟为平推流反应器，在反应器容积和转化率都相同的条件下，前者所需的停留时间为后者的两倍多；也就是说，在单位时间内，连续鼓泡碳化塔的生产能力为间歇鼓泡碳化塔的两倍多。由于碳化反应为拟一级反应，其转化率为100%，在传统的间歇

43、鼓泡碳化法的碳化末期，其转化率虽然只占不到10%，但反应时间却要多一半多，其主要原因是碳化反应末期溶液的pH值较低（810），但在连续鼓泡碳化新工艺中，碳化气为高浓度CO2，从而使碳化反应末期的反应速度与碳化反应中前期没有明显的区别，因此新工艺的停留时间又将比传统的间歇鼓泡碳化法缩小一半。加上进料和出料所花的时间，估计连续鼓泡碳化法的停留时间约为间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，进入碳化系统的物料流量为6.4kg/s，浆液的密度取1.06kg/L，折算成体积流量为6.03L/s，为了使碳化反应进行完全，整个碳化过程的停留时间为3小时，则体积流量应为：，则碳化过装置数：，可见，理论上碳化装置为2套。 4.5设备一览表序号设备名称型号规格单位数量备注1消化机1400×14700台22旋液分离器150台63皮带输送机台24贮槽3500×400台65碳化塔1400×1200台