年产12万吨微粉碳酸钙生产线工艺设计和实现 化学工程与工艺专业

设计(论文)题目：年产12万吨微粉碳酸钙生产线工艺设计目录TOC\o"1-3"\h\u摘要 IVAbstract V第1章绪论 11.1碳酸钙介绍与分类 11.1.1碳酸钙介绍 11.1.2碳酸钙分类 11.2碳酸钙市场分析 21.2.1国内外行情 21.2.2国内现状分析 21.3研究的目的及意义 2第2章工艺分类及流程设计 42.1工艺分类 42.1.1重质碳酸钙生产方式 42.1.2轻质碳酸钙生产方式 42.2工艺流程设计 52.2.1煅烧工段 52.2.2消化工段 62.2.3粗灰乳的调和与精制工段 72.2.4窑气的冷却与净化工段 72.2.5窑气的压缩工段 82.2.6精灰乳的碳化工段 82.2.7熟浆的増浓和过滤工段 82.2.8母液沉降工段 92.2.9干燥及包装工段 92.3本章小结 10第3章物料衡算与能量衡算 113.1概述 113.2物料衡算的计算基准 113.2.1石灰石煅烧工段的物料衡算 113.2.2石灰消化过程的物料衡算 143.2.3碳化过程的物料衡算 163.2.4浆液增浓与过滤过程的物料衡算 173.2.5干燥与包装过程的物料衡算 183.3能量衡算 193.3.1石灰石煅烧过程的能量衡算 193.3.2石灰消化过程的能量衡算 203.3.3浆液调温调浓过程的能量衡算 213.3.4碳化过程的能量衡算 223.3.5干燥过程的能量衡算 23第4章主要设备的设计与选型 254.1立窑主要数据的确定 254.2碳化塔主要数据的确定 284.3石灰消化与精制设备 314.3.1槽式化灰机的主要数据确定 314.3.2直线振动筛的主要数据确定 314.4固液分离设备选型 324.5小结 32第5章经济性能评价 335.1总投资成本、产品成本 335.1.1总投资成本 335.1.2产品成本 345.2环境保护 365.2.1环境保护意义 365.2.2环境保护措施 36第6章总结与展望 386.1总结 386.2展望 38参考文献 39致谢 41年产12万吨微粉碳酸钙生产线工艺设计摘要碳酸钙是一种使用非常广泛的无机化合物，通常用作填充剂和增强剂。中国虽然矿产资源丰富，但基本用于生产重质碳酸钙和低等级轻质碳酸钙产品。为改善形势，提高碳酸钙产品的附加值和产量。本项目以无烟煤和石灰石为原料，确定了以年产12万吨微粉碳酸钙为课题项目。通过对现有工艺的比较，确定了用间歇鼓泡碳化法生产碳酸钙的工艺流程。通过轻质碳酸钙生产的物料平衡计算和热量平衡计算，定量地确定主副产品的产量和组成，间接地确定了关键设备的技术参数。此外，本文还绘制了工艺设备图和工艺流程图，为了更直观地呈现设备的形状和尺寸以及每个阶段物料的去向。通过对经济性能的评价，确认了该项目的可行性。综上所述，本文所设计的生产线工艺对优化中国碳酸钙的产业结构有着重要的帮助，为提高碳酸钙产品的价值和产量提供了有力的数据基础。文中所设计的设备图和工艺流程图也对未来碳酸钙项目建设有着重要的参考价值。关键词：轻质碳酸钙；间歇鼓泡碳化；工艺设计；经济性评价ProductionProcessDesignof120,000TonsofPowderedCaCO3ProductionLineAbstractCalciumcarbonatewaswidelyusedasinorganiccompound,afillerandreinforcingagent.AlthoughChinahadrichmineralresources,itwasbasicallyusedtoproduceheavycalciumcarbonateandlowgradelightcalciumcarbonateproducts.Toimprovethesituationandincreasetheaddedvalueandoutputofcalciumcarbonateproducts,thisprojecthaddeterminedthattheannualoutputof120,000tonsofpowderedcalciumcarbonatewasthesubjectoftheprojectwithAnthraciteandLimestoneasrawmaterials.Throughthecomparisonoftheexistingprocesses,theproductionprocessofcalciumcarbonatebybatchbubblingcarbonizationwasdetermined.Bythematerialbalanceandheatbalancecalculationoflightcalciumcarbonateproduction,compositionofmainandsubsidiaryproductswerequantitativelydeterminedandthetechnicalparametersofkeyequipmenindirectlyalsodetermined.Inaddition,thispaperhaddrawnaprocessequipmentdiagramandaprocessflowdiagraminordertomoreintuitivelypresenttheshapeandsizeoftheequipmentandthewhereaboutsofthematerialsateachstage.Throughtheevaluationofeconomicperformance,thefeasibilityoftheprojectwasconfirmed.Insummary,theproductionprocesswasdesignedinthispaper.Ithadhelptooptimizingtheindustrialstructureofcalciumcarbonateandprovidingadatabaseforimprovingthevalueandoutputofcalciumcarbonateproducts.Theequipmentmapandprocessflowchartdesignedinthispaperhadalsoimportantreferencevalueforthefutureconstructionofcalciumcarbonateproject.KeyWords:LightCalciumcarbonate;IntermittentBubblingCarbonization;TechnologicalDesign;EconomicEvaluation第1章绪论1.1碳酸钙介绍与分类1.1.1碳酸钙介绍碳酸钙是一种重要的无机化学产品，它是地球最上常见的材料，广泛存在于石灰石，霰石，白垩，方解石，大理石，石灰华等岩石中。由于原料非常普遍，价格比较低廉并且无毒无味，碳酸钙被广泛应用于以下行业生产中：①在制备橡胶领域里面，碳酸钙可以被添加进橡胶里面，起到节约成本的作用。②在塑料生产领域里面，碳酸钙可以加进塑料中，起到支撑作用，而且由此生产出来塑料质量也比普通的要好。不仅仅提高了塑料的质量，还极大地节约了成本。③在造纸领域里面[1-3]，把碳酸钙加入到纸张里面，既能使纸张更白，又能增加纸张的耐用程度，还减少了成本。④在涂料工业中，碳酸钙是一种广泛用于涂料并充当骨架的填料。在油漆中填充碳酸钙可以增稠并充当填充效果。碳酸钙在其他领域也有很多应用，例如医学[3-4]、化妆品等等。随着时代的发展，市场对于碳酸钙的需求量也越来越大。1.1.2碳酸钙分类根据碳酸钙的生产方法，碳酸钙可分为轻质碳酸钙，重质碳酸钙和活性碳酸钙。①轻质碳酸钙由化学方法制得，主要工艺是：石灰石煅烧，石灰消解，石灰乳净化，石灰乳碳化，脱水，干燥，筛分。密度比重质碳酸钙轻。通常白度越高，沉降量越高。粒径可以做得更细，如超细钙，细钙，纳米钙等。②重质碳酸钙通过物理方法获得的碳酸钙产品，通常由高纯度石灰石（例如：方解石，白垩等）粉碎制得，具有比轻质碳酸钙更高的密度，通常白度更低，沉降量更低。粒度难以达到更细（但现在通过气流筛，可以达到一定细度，但它不能达到纳米级）。③活性碳酸钙也称为改性碳酸钙，对轻质碳酸钙或者重质碳酸钙进行表面改性就得到了。根据微粒大小，碳酸钙又可以被分为以下几种类型：表1.1碳酸钙分类粒度d（um）品种d>5微粒碳酸钙1<d<5微粉碳酸钙0.1<d<1微细碳酸钙0.02<d<0.1超细碳酸钙d<0.02超微细碳酸钙1.2碳酸钙市场分析1.2.1国内外行情目前，世界碳酸钙总生产力已达4500万吨的水平，其中轻质碳酸钙达1000万吨，重质碳酸钙3500万吨；全球碳酸钙总产量约2920万吨，其中轻质碳酸钙850万吨，重质碳酸钙2070万吨。近几年来，欧洲碳酸钙行业发生了很大变化，生产结构向大规模生产发展。激烈的市场竞争给中小企业的生存带来了很大困难。近年来，中国碳酸钙进口量一直保持高位，年进口量在7万吨至10万吨左右，约2000万美元。中国出口碳酸钙的平均单价仅为进口产品单价的三分之一至四分之一。美国市场碳酸钙粗品价格为70-135美元/吨，轻质碳酸钙价格为15-275美元/吨[6]。超细轻质碳酸钙的价格为275-485美元/吨，日本市场超轻质碳酸钙价格为434美元/吨。简言之，中国的市场有着很大的开发空间。在过去的7年时间里，西方市场对轻质碳酸钙的需求以每年8％的速度极速增长。在中国沿海一些地区，很多外来的大型碳酸钙工厂入驻，将中国碳酸钙发展推向一个新的高潮。1.2.2国内现状分析中国是世界上最大的碳酸钙资源生产国。但是据统计，中国在碳酸钙市场上的产品占比极为失衡，一些高端的产品仅占市场产品总量的8.2%，一些纳米级或者更细的碳酸钙产品更加不到1%[7]，而其他国家在这个领域已经朝着大规模、高端化发展了。与发达国家相比，目前中国轻质碳酸钙主要用于初级产品，而轻质碳酸钙应用的实际价值在于其进一步加工产品。目前国际上生产和应用的高端超细碳酸钙主要集中在美国，西欧和日本。另外，中国轻质碳酸钙产品过剩，高附加值产品少，不能满足国际市场和中国高端市场的需求，造成大量高价进口超细轻质碳酸钙产品[8]。1.3研究的目的及意义我国现有缺少大规模的轻质碳酸钙生产线，很多小规模工厂又存在很多污染环境、耗能高等问题。该课题旨在根据现有碳酸钙生产线的基础上，综合经济、环境保护等方面，通过选取更加经济环保的工艺设备，优化传统加工流程，设计出一条更具有经济效应的微粉碳酸钙生产线。通过本课题的研究，可以为以后轻质碳酸钙大规模化生产提供有力的基础数据，从而极大地填补我国在中高端碳酸钙市场上的空白[9]。第2章工艺分类及流程设计2.1工艺分类2.1.1重质碳酸钙生产方式（1）干法生产工艺流程：首先，使用来自采石场的方解石和石灰石，去除脉石，接着用粉碎机粉碎石灰石。然后，石灰石粉再用雷蒙磨粉碎，得到的磨粉用分级机分级。满足粒度要求的粉末被作为产品进行包装，否则将被返回再次研磨。（2）湿法生产工艺流程：首先将干燥的细粉末制成悬浮液并在磨机中进一步粉碎，脱水、干燥之后就得到了重钙。2.1.2轻质碳酸钙生产方式选取一些品质好的石灰石，煅烧之后产生氧化钙与二氧化碳，然后氧化钙和水发生消化反应，产生氢氧化钙浆料，再将二氧化碳气体进一步引入到其中发生碳化反应[10-11]。在碳化过程中，可以使用不同浓度的水杨酸或乙酸等添加剂作为晶型控制剂来制备不同形状和尺寸的碳酸钙颗粒。根据实际操作过程，可分为间歇碳化法，连续喷雾碳化法，超重力碳化法，喷射吸收法等[12-13]。（1）间歇鼓泡碳化法[14]间歇式碳化法分为间歇鼓泡式碳化法和间歇搅拌式碳化法两种[15]：①间歇鼓泡碳化法是将某些石灰乳的浓度降低到25°C以下，并通过进料泵进入碳化塔，并根据需要控制其在碳酸塔中的含量，从塔底部向里面通入二氧化碳混合气鼓泡进行碳化反应。通过控制反应温度，浓度，气液比，添加剂等工艺条件，可间歇获得不同晶型的纳米碳酸钙。②间歇搅拌碳化法是将二氧化碳混合气通入碳化反应器中的石灰乳中进行碳化反应。通过控制反应温度，浓度，搅拌速度，添加剂等工艺条件，间歇制备纳米碳酸钙。（2）连续喷雾碳化法[16]连续喷雾碳化方法通过进入碳化塔底部的二氧化碳气体混合物与塔顶雾化器的雾化石灰乳液液滴接触，进行碳化反应，然后将碳化溶液注入下一个碳化塔中以继续碳化反应直至碳化完成。[17]通过调节反应过程中氢氧化钙悬浮液的浓度，喷雾液滴的直径和二氧化碳气体混合物的浓度，可以连续制备具有小的平均粒径均匀的纳米碳酸钙。（3）超重力碳化法超重力碳化法以二氧化碳和石灰乳为原料。高速旋转的填料将氢氧化钙溶液切成细小液滴，液体长丝和液膜。同时，氢氧化钙溶液与二氧化碳气体的接触面积大大增加并迅速更新，反应速度大大提高。超重力碳化法能够有效地在分子尺度上控制碳化反应和结晶过程，从而获得粒径小，分布均匀的纳米碳酸钙。（4）喷射吸收法喷射吸收法采用气液并流传质法，二氧化碳被喷嘴以极高的速度喷出，同时石灰乳浆液发生强烈的紊流，高速喷气机将液体喷成小雾状。气液在注入阶段被强烈吸收，并从喷雾塔顶部向下完成，最终实现气液分离。该设备设备简单，生产强度高，运行稳定[18]。2.2工艺流程设计图2.1轻质碳酸钙生产过程的基本步骤示意图如图2.1所示，轻质碳酸钙的生产分为10个基本部分[19]。2.2.1煅烧工段1—石灰石皮带运输机；2—无烟煤皮带运输机；3—石灰石贮仓；4—无烟煤贮仓；5—料车；6—卷搅机；7—受料机；8—料棒；9—窑体；10—旋转蜗壳式出料机；11—星型出料机；12—鼓风机；13—窑气出口图2.2煅烧工段的工艺流程示意图石灰石煅烧段是生产的重要部分，也是节能的关键。石灰石可以用以下几种窑来煅烧：机械立式窑；空气窑；双梁立式窑；套筒式立窑；回转窑。综合考虑，该工艺使用自动机械立窑，该窑有以下几个优点：①计算机控制可以更容易地观察每个部分的进度；②利用底部和腰部的进气口使窑内燃烧更加均匀；③采用旋转蜗壳式卸料系统，减少窑内漏风。如图2.2所示该立窑比传统立窑减少了2％-3％的生烧及过烧，操作更加简便，也更加节能。石灰石通过带式输送机输送到石灰石仓和无烟煤储存仓中，并与一定规格的无烟煤一起运输。0.4m范围内窑中煤配煤率为100:10，窑壁附近0.5m配煤率为100:12。按照一层无烟煤一层石灰石的方式装入窑内，石灰石的进料厚度可以根据石灰石的大小进行调整。石灰煅烧后，它从刮板和旋转蜗壳排出机中出来，排出温度保持在约100℃。另外，窑气需要冷却、除尘后，再到压缩过程，窑温保持在120-150℃。2.2.2消化工段1—振动筛分输送机；2—皮带输送机；3—破碎机；4—斗式提升机；5—石灰贮仓；6—给料机；7—消化机图2.3消化工段的工艺流程示意图化灰机是将煅烧过后的生石灰消化成石灰浆的装置，也是生产碳酸钙的主要设备之一。目前国内制备的石灰浆要么是使用灰槽或灰池，要么是使用旋转式灰化机。化灰槽一般采用多个并用的方法，需人工加入热水和生石灰搅拌，这种办法由于操作环境差、劳动强度高、污染大等缺点只适合产量小，资金不足的企业。旋转灰化机具有高度的机械性，可以连续生产。如图2.3所示，本工艺使用的就是回转式化灰机，石灰经过煅烧后经窑底从旋转蜗壳式出料机出来，筛除煤灰及石灰粉尘后，皮带输送机将其送到破碎机，破碎成15-30mm左右的颗粒后，再经过提升机到石灰贮仓，最后，它由送料器传送到化灰机中。在窑气净化和压缩部分，温度为55-70°C的热水和石灰按4:8:1进入消化机中，生产的石灰乳经过筛选后离开消化机，经未消化清洗后送入灰渣池。2.2.3粗灰乳的调和与精制工段1—粗灰乳池；2—粗灰乳浆；3—排渣筛；4—振动筛；5—细灰乳池；6—上浆泵；7—悬液分离器；8—中浆池；9—上浆泵；10—悬液分离器；11—精灰乳池；12—精灰乳浆图2.4精制工段工艺流程示意图如图2.4所示，使用筛分和旋流除渣集成在一起的设备。首先在粗灰乳池中加水并不断搅拌来自消化工段的粗灰乳直到浓度降至约13波美度，将粗灰乳送入直线振动筛，把颗粒较大的杂质去除掉，通过筛除的返回初浆池，没有通过的将被送到灰渣池。上浆泵把细灰乳送入旋液除渣器中，并从水力旋流器溢流口流出并进入中浆池，消化约16h，并继续搅拌，直到浓度再次调整到12波美度，将其送到旋液除渣器二次除渣。浓度大于12波美度时，将冷水直接加入精灰乳池；浓度小于12波美度时，则将精灰乳池静置，吸掉一部分上层清液，保持浓度为12波美度左右，然后进入下一个工段。一些从底部出来，非常稀的灰浆被通入其他池并通过水力旋流器分离。流出的返回到细灰乳池中，废渣则送到渣池。2.2.4窑气的冷却与净化工段1—石灰窑；2—夹套换热器；3—惯性除尘器；4—旋风除尘器；5—耐腐蚀泵；6—喷淋除尘器；7—污水池；8—筛板除尘器；9—气水分离器；10—焦炭吸附器图2.5窑气的冷却与净化工段工艺流程示意图如图2.5所示，净化窑气主要利用水吸收二氧化硫和窑气与烟尘密度不同这两方面的原理。为了净化窑气，首先要进行窑气的冷却，套换热器就是窑气进行冷却的地方。冷却后，窑气应使用惯性除尘器除去大部分灰尘，余下的烟尘将进入旋风除尘器进行处理。紧接着，经过初步处理的窑气要通过喷淋除尘器去除二氧化硫以及一部分细小的烟灰。最后，筛网过滤器去除一些剩余的有害物质。为了节约资源和提高水的利用率，除尘步骤中使用的所有洗涤水是上一步骤中石灰乳增稠和沉淀后获得的澄清液体。2.2.5窑气的压缩工段1—空气压缩机；2—油气分离器；3—储气罐图2.6窑气压縮工段工艺流程示意图如图2.6所示，经净化和冷却后，窑气送入L型往复式压缩机的两个气缸中，内部温度可保持在60-65℃。压缩后，两个气缸连接在一起，窑内的气体与油雾分离，最后储存在储罐中。2.2.6精灰乳的碳化工段1—清水泵；2—碳化塔图2.7碳化工段工艺流程示意图如图2.7所示，将精灰乳送至碳化塔内，当碳化塔的出水口有精灰乳流出的时候，停止输送精灰乳，然后关闭阀门，将压缩过后的窑气通入碳化塔与精灰乳进行碳化反应。碳化完成后，打开底部阀门，将浆液放入增稠器进入下一道工序。2.2.7熟浆的増浓和过滤工段1—清液泵；2—熟料泵；3—熟料泵；4—高位槽；5—离心机；6—皮带输送机；7—母液池；8—母液槽图2.8熟浆的增浓和过滤工段工艺流程示意图如图2.8所示，使用搅拌器搅拌浓缩机最后一道工序中的浆液并测量熟灰乳的浓度。借助清水泵将上清液的浓度控制在约20波美度左右，然后输出熟浆经隔膜压滤机压滤，再用皮带输送机把压滤得到的滤饼送至下道工序。过滤后的母液被送到沉降部分的母液沉降槽。2.2.8母液沉降工段来自沉降槽过滤部分的母液需要沉降约8h，然后将其送至净化部分以清洗筛板除尘器，并且在液体被完全抽出后继续搅拌剩余的母液，并在熟浆池中进行二次过滤。2.2.9干燥及包装工段1—皮带运输机；2—打散机；3—圆盘加料机；4—皮带运输机；5—旋风机；6—燃烧炉；7—二级干燥机；8—皮带运输机；9—旋风吸尘器；10—湿气引风机；11—烟气引风机；12—除尘池；13—烟囱图2.9干燥及包装工段工段流程如图2.9所示，过滤后的滤饼含有约50％的水，需要进入带式干燥器以利用热空气除去大部分水。所获得的半干燥粉末具有约20％的水分含量，并且将获得的干燥粉末送入与热空气接触的旋转闪蒸干燥器以快速完成干燥和粉碎。细粉跟随气流进入旋风分离器，然后回收。较粗糙的颗粒继续破碎，重复循环直至达到所需要求。最后将产品包装入袋。2.3本章小结通过分析各工段的工艺流程，得出以下结论：①该课题对现有工艺的改进使该工艺更经济，更节能，更加具有可实施性。②窑气净化的装备减少了碳酸钙生产过程中对大气的污染，窑气的二次利用又很大地减少了成本，提高了产能。③更加严谨的工艺流程加上更具功能化的设备，使得我们设计的微粉碳酸钙生产线更加具有竞争力。第3章物料衡算与能量衡算3.1概述该工艺采用一定规格的石灰石和无烟煤为原料，研究煅烧，消化，碳化，精制，过滤，干燥，包装等一系列工艺程序之后，生产碳酸钙和副产品灰渣的工艺以及热条件。通过每个部分的整体物料平衡和能量平衡，可以帮助我们掌握各种材料的利用情况，三种废物的排放情况以及主晶体和副晶体的生量和组成。为下以后设备的选择提供基本数据。生产过程是间歇式生产过程。涉及的主要材料有石灰石，无烟煤，生石灰，粗灰乳等。整个生产体系能源主要有无烟煤的热值，热介质所带来的热量和进入物料的热量。输出的热量主要是输出物料的热量。3.2物料衡算的计算基准该工艺采用间歇鼓泡碳化法，年生产日为300天，日产量达到400吨，即每小时生产碳酸钙17吨。各个阶段的碳酸钙获得率如下：①煅烧工段：石灰石转化率为95％，石灰石中碳酸钙的量为97％，煅烧和石灰运输过程中石灰的损失率为1％。所以该工艺的总收率为97％×95％×99％=91.23％；②消化工段：筛分机和水力旋流分离器中材料的损失计算为15％，此部分的产量为95％；③碳化工段：该工段的收率为99.9％；④压滤工段：考虑到熟料浆沉降等其他操作的损失，本节的产量为98％；⑤干燥工段：使用袋式除尘器和其他回收设备，产量达到99.9％。因此，精细碳酸钙生产总产量为：91.23％×95％×99.9％×99.9％×98％×99.9％=84.68％。按每小时17吨的产量，每小时所需的石灰石原料质量为17÷84.68％=20.08吨。下面涉及的物质平衡基于上述基准[20]。3.2.1石灰石煅烧工段的物料衡算（1）石灰窑进料每小时需要碳酸钙的质量为20080kg/h，石灰石各物质的含量如下：表3.1石灰石各物质含量石灰石质量流量kg/h质量百分数CaCO319477.697MgCO3180.720.9Fe2O310.040.05H2O100.40.5其他杂质311.241.55总质量流量kg/h20080100（2）无烟煤用量计算为石灰石的12％，配煤比为100:12，即1吨石灰需要120kg无烟煤。则无烟煤的用量为：20080×0.12=2409.6kg/h。无烟煤中各物质的含量如下：表3.2无烟煤各物质含量煤质量含量kg/h质量百分数C2072.2686H105.304.37O105.304.37N24.581.02其他102.174.24总质量流量kg/h2409.6100（3）空气量：空气过剩系数取1.2无烟煤燃烧耗氧量的计算：C+O2=CO2(3.1)燃烧需要的氧气的量：W氧气=2072.26÷12×32=5526.03kg/h其他组分和挥发性组分的小号的氧气量约为：546.7kg/h总需氧量为：W氧气=（5526.03+546.7）×1.2=7287.28kg/h相应需要氮气的量为：W氮气=7287.28×79÷21=27414.04kg/h空气的量为：W空气=7287.28×100÷21=34701.24kg/h=26900.19Nm3/h（4）生石灰反应式为：CaCO3=CaO+CO2(3.2)石灰石中碳酸钙的含量按97％计算，同时取石灰石的转化率为95％，则生成生石灰的量如下：W生石灰=20080×97％×95％×56÷100=10362.08kg/h未反应的碳酸钙的量为：W未反应石灰石=20080×0.97×5％=973.88kg/h氧化镁的量按下式计算：反应式为：MgCO3=MgO+CO2（3.3）W氧化镁=180.72×40÷84=86.06kg/h杂质含量的计算：W杂质量=86.06+10.04+311.24=407.34kg/h窑底出料量：W出料=10362.08+973.88+407.34=11743.3kg/h锻烧过后的生石灰，必须筛分煅烧生石灰以去除较大和较小的生石灰颗粒，这个阶段生石灰的收率为99％，筛选后生石灰的质量要求占总质量的88.3％，则生石灰的量为：W生石灰=10362.08×99％=10258.66kg/h占88.24％杂质量：W杂质=10258.66×11.76÷88.24=1367.2kg/h占11.76％合计为：W生石灰=10258.66+1398.91=11657.57kg/h由于一次筛选后得到的生石灰达不到标准，即要进行第二次筛除，第二次筛除，CaO得率为99.6％二次筛除物中氧化钙的质量流量：W筛除=10258.66-10217.63=41.03kg/h总的质量流量为：10217.63+1367.2×99％=11571.16kg/h（5）存在于窑气中的氧气原料发生反应的方程式：CaCO3=CaO+CO2(3.4)MgCO3=MgO+CO2(3.5)C+O2=CO2(3.6)计算结果：分离碳酸钙过程中生成的二氧化碳的量：W二氧化碳=20080×97％×95％÷100×44=8141.64kg/h由碳酸镁分离的得到的二氧化碳的量为：W二氧化碳'=20080×0.9％÷84×44=94.66kg/h无烟煤燃烧产生的二氧化碳的量（忽略生成的一氧化碳及还原一氧化碳所消耗的二氧化碳量）W二氧化碳"=2072.26×44÷12×95％=7218.37kg/h总二氧化碳的量:W二氧化碳=8141.64+94.66+7218.37=15454.67kg/h换算成体积为：V二氧化碳=15454.67÷1.977=7817.23Nm3/h不参与反应的氮气量为：W氮气=27414.04kg/h换算成体积为：V氮气=27414.04÷1.251=21913.70Nm3/h剩余的氧气量为：W氧气=7287.28-5526.03-546.7=1214.55kg/h换算成体积为：V氧气=1214.55÷1.429=849.93Nm3/h窑气总体积含量为:V窑气=7817.23+21913.70+849.93=30580.86Nm3/h窑气总质量流量为：W窑气=15454.67+27414.04+1214.55=44083.26kg/h生成的二氧化碳的体积浓度为：CO2％=7817.23÷(7817.23+21913.70+849.93)×100％=25.56％（6）净化与压缩窑气有30580.86Nm3/h的窑气进入净化装置，通过净化、冷却后，仍有一小部分CO2溶在水中，假设温度为40℃，在水中CO2的溶解度为0.58m3/m3H20,需水量按照10t/h计算，溶解在水中的CO2的量为0.58×10000÷1000=5.8Nm3/h,质量流量为10.1kg/h。二氧化碳总体积的含量为：V二氧化碳=7817.23-5.8=7811.43Nm3/h窑气总体积含量为：V窑气=30580.86-5.8=30575.06Nm3/h窑气总质量流量为:V窑气=44083.26-10.1=44073.16kg/h生成的二氧化碳的体积浓度为：CO2％=7811.43÷30575.06×100％=25.55％3.2.2石灰消化过程的物料衡算CaO+H2O=Ca(OH)2(3.7)（1）消化机进料煅烧工段送来的生石灰的质量流量为11571.16kg/h,其中CaO占88.3％，流量为10217.63kg/h；CaCO3占8.2％，流量为954.50kg/h。（2）消化机出料消化反应的最终状态是石灰乳的浓度达到20°Bé，相当于氧化钙的重量百分比为17.72％，并假设80％杂质可以在消化机排渣口排出，20％的杂质在旋液分离器中除去，碳酸钙在本工段石灰乳的收率为95％。（3）渣中各成分含量经筛选，去掉了8％的杂质，杂质含量为：1367.2×99％=1353.53kg/h1353.53×80％=1082.82kg/h其中包含CaCO3的量为：954.50×80％=763.6kg/hCa(OH)2含量为：W氢氧化钙=10217.63×74÷56×5％×80％=540.07kg/h20°Bé浓度的CaO质量百分数为17.72％，可以折算成含量为23.41％的Ca(OH)2，可以估算出所需热水用量为：H2O含量：540.07×76.59％÷23.41％=1766.94kg/h排渣总量为：1082.82+540.07+1766.94=3389.83kg/h（4）浓度为20°Bé石灰乳W水=12826.77×76.59％÷23.41％=41965.07kg/h生成的杂质的量为：W杂质=1353.53×20％=270.71kg/h20°Bé石灰乳W总量=W氢氧化钙+W水+W杂质=12826.77+41965.07+270.71=55062.55kg/h需加入的水量为：消化反应生成氢氧化钙所耗用的水量（氧化镁所耗水量忽略）W1=10217.63×18÷56=3284.24kg/h配制20°Bé石灰乳所需水量为：W2=41965.07-3284.24=38680.83kg/h总用水量为：W水=W1+W2=41965.07kg/h（5）旋液分离器物料平衡石灰乳用水力旋流器分离，剩余的杂质被除去。进料：55062.55kg/h出料：溢流精制石灰乳中Ca(OH)2的含量为：W氢氧化钙=12826.77-540.07=12286.7kg/hH2O含量为：WH2O=12286.7×76.59％÷23.41％=40198.14kg/h石灰乳的量为：W=W氢氧化钙+W水=12286.7+40198.14=52484.84kg/h从底部出来的各部分残渣含量为：Ca(OH)2含量：10217.63×5％×20％÷56×74=135.02kg/hH2O含量：135.02×76.59％÷23.41％=441.74kg/h杂质含量：1353.53-1082.82=270.71kg/h排渣总量为：W渣=135.02+441.74+270.71=847.47kg/h（6）石灰乳配制成8°Bé，Ca(OH)2的质量分数为9.36％需水量：W水=12286.7×90.64％÷9.36％=118981.46kg/h需补充水量：W补水=118981.46-40198.14=78783.32kg/h8°BéCa(OH)2石灰乳总量：W石灰乳=52484.84+78783.32=131268.16kg/h3.2.3碳化过程的物料衡算Ca(OH)2+CO2=CaCO3+H2O(3.8)由于二氧化碳是过量的，即所有的Ca(OH)2都反应完全，转化为CaCO3，Mg(OH)2全部转化为Mg(HCO3)2，生成的被碳化尾气带走损失1％，即碳化工段的CaCO3的收率为99％。（1）碳化塔进料浓度为8°Bé石灰乳总量为131268.16kg/h，即浆液泵的最小流量为31kg/s，最大流量取最小流量的1.3倍，则最大流量为40.3kg/s。浓度为8°Bé的石灰乳中Ca(OH)2含量为12286.7kg/h，水的总量为118981.46kg/h，所有的CO2的量为7811.43Nm3/h（CO2在水中的溶解度很小，故忽略该部分的损失）。（2）碳化塔出料参与反应的CO2的量为：W二氧化碳=12286.7×44÷74=7305.61kg/h故尾气中二氧化碳的含量为：7811.43-7305.61÷1.977=4116.13Nm3/h由于窑气中的氮和氧不参与反应，所以碳化反应与尾气一起排出。尾气中夹带着水分，取尾气温度为65℃，相对湿度为100％，该温度下水蒸气压取25.83KPa，出碳化塔干尾气量为：30575.06-4116.13=26458.93Nm3/h水蒸气体积为：V=26458.93×25.83÷(101.25-25.83)=9061.71Nm3/h换算成质量为：9061.71×18÷22.4=7281.73kg/h生成熟料浆：其中碳酸钙的含量为：12286.7×100÷74×99％=16437.61kg/h反应生成的水量为：W生成水量=12286.7×18÷74=2988.66kg/h料浆含水量：118981.46+2988.66-7281.73=114688.39kg/h料浆总重：114688.39+16437.61=131126kg/h碳化后料浆的浓度为：CaCO3％=16437.61÷131126×100％=12.54％3.2.4浆液增浓与过滤过程的物料衡算沉淀的目的一方面是为了进一步碳化尚未碳化的Ca(OH)2悬浮液，另一方面熟料浆料需要沉淀脱水，达到提高浓度的目的。重力沉降后，碳酸钙含量为20％，产率为100％。过滤阶段使用隔膜压滤机，料浆经隔膜压滤机压滤后固相含水量为30％，收率为99.9％。（1）沉降池进料沉降池的进料就是碳化后料浆的总重，总质量流量为131126kg/h,其中包括碳酸钙固相的质量流量为16443.20kg/h，料浆的含水量为114688.39kg/h。该工段采用湿法改性，改性剂的添加量为碳酸钙量的2％，改性剂的加入量为：16437.61×2％=328.75kg/hW进料=131126+328.75=131454.75kg/h（2）沉降池出料排放分为两部分，一部分是沉降后的潮湿物质，另一部分是沉降后的脱水量。20％碳酸钙料浆量：W出料=16437.61÷20％=82188.05kg/h总料浆量：82188.05+328.75=82516.8kg/h脱水量：W水=131126-82188.05=48937.95kg/h（3）隔膜压滤机压滤滤饼量：16437.61×99.9％÷70％+328.75=23787.57kg/h其中碳酸钙含量：16437.61×99.9％=16421.17kg/h水含量：23458.82×30％=7037.65kg/h脱水量：82188.05-16421.17-7037.65=58729.23kg/h碳酸钙损失量：16437.61×0.1％=16.44kg/h滤液量：58729.23+16.44=58745.67kg/h3.2.5干燥与包装过程的物料衡算该阶段选用皮带系列旋转闪蒸二次干燥技术来干燥湿物料。二次干燥后，材料含水率为0.5％，产品符合要求。干燥工段收率取99％。筛分机和包装机用于过滤和包装。该工段的收率99.8％。（1）一级干燥进料：含水量30％的滤饼质量流量为：23787.57kg/h其中碳酸钙含量为：16421.17kg/h水含量：7037.65kg/h改性剂含量：328.75kg/h出料：水含量20％的滤饼的质量：16421.17÷80％+328.75=20855.21kg/h碳酸钙含量为：16432.83kg/h水含量：16421.17÷80％×20％=4105.29kg/h蒸发带走水量：7037.65-4105.29=2932.36kg/h改性剂含量：328.75kg/h（2）二级干燥进料：含水量20％的滤饼的质量：20855.21kg/h碳酸钙含量：16421.17kg/h水含量：4105.29kg/h改性剂含量：328.75kg/h出料：水含量0.5％的滤饼的质量：(16421.17÷99.5％+328.75)×99％=16664.11kg/h碳酸钙含量为：16421.17×99％=16256.96kg/h水含量：16421.17÷95.5％×0.5％×99％=85.11kg/h蒸发走水量：4105.29-85.11=4020.18kg/h碳酸钙产品损失量：(16421.17÷99.5％+328.75)×1％=168.32kg/h（3）筛分包装产品总量：(16256.96+85.11)×99.8％=16309.39kg/h碳酸钙含量：16256.96×99.8％=16224.45kg/h产品损失量：(16256.96+85.11)×0.2％=32.68kg/h3.3能量衡算3.3.1石灰石煅烧过程的能量衡算（1）输入热量：只考虑无烟煤的发热量。无烟煤的用量是按照100:12的配煤率确定的，石灰石每小时的进料为20080kg/h，需要进无烟煤20080÷100×2=2409.6kg/h，每公斤无烟煤的发热值为6000大卡，且无烟煤的利用为94％。输入热量：6000×4.18×2409.6×0.94=56806801.92kg/h（2）输出热量：分为CaCO3分解吸收热量、CaO带走热量、窑气带走热量、蒸发水带走热量、炉体散热和其他热损失等六个部分。①CaCO3分解吸收热量G石灰石=19477.6kg/h,石灰石反应热效为425kcal/kg19477.6×0.97×425×4.18=33563897.71kg/h②CaO在25℃卸料带走热量己知生石灰的比热容为0.8kJ/kg/℃，石灰石的比热容为0.59kJ/kg/℃，G生石灰=10362.08kg/h，G未反应石灰石=973.88kg/h。10362.08×0.8×(100-25)+973.88×0.59×(100-25)=664818.99kJ/h③150℃空气带走热量已知C氧气=1.3264kJ/m3/℃，C氮气=1.2984kJ/m3/℃，CCO=1.3063kJ/m3/℃，G氧气=3035.49m3/h,G氮气=24982.49m3/h,GCO=8042.7m3/h(150-25)×(1.3264×3025.49+1.2984×24982.49+1.3063×8042.7)=5868307.62kJ/h④水带走热量窑气中水蒸气的含量为G水=2213.54m3/h1.9679×(150-25)×2213.54÷22.4×18=437547.19kJ/h⑤炉体散热--按燃料放热的20％计算0.2×56806801.92=11361360.38kJ/h⑥其他热损失为4910870.03kJ/h表3.3热量输出输入热量输出热量无烟煤热量：56806801.92kJ/hCaCO3分解：33563897.71kJ/hCaO带走热量：664818.99kJ/h窑气带走：5868307.62kJ/h蒸发水带走：437547.1kJ/h炉体散热：11361360.38kJ/h其他：4910870.03kJ/h总输入热量：56806801.92kJ/h总输出热量：56806801.92kJ/h3.3.2石灰消化过程的能量衡算（1）输入热量：包括生石灰带入的热量、热水带来的热量和消化反应放热。为了使消化后的颗粒更细腻，通常在70℃或更高的温度下用热水消化。该工艺使用70℃的热水，通过用143℃蒸汽与滤液更换30℃的一次性水获得。则143℃蒸汽的消耗量为：(45120.11-G蒸汽)×(70-30)×4.187=G蒸汽×(2136.21+4.187×73)解得：G蒸汽=2896.02kg/h①氧化钙带入的热量：考虑在0℃时输入的热量，输入的热量为零。②热水带来的热量，热水温度为70℃，消化用水量W消化=405120.11kg/h，水的比热容C水=1kcal/kJ，则热水带入的热量为：405120.11×1×4.187×70=118736653kJ/h③消化反应放热，消化反应热Q=66.15cal/mol，G生石灰=10217.63kg/h④总输入热量：118736653+12069575.44=130806228.4kJ/h（2）输出热量：分为消石灰带走热量、水分蒸发所需热量、水带走热量和设备散热四个部分。①消石灰带走热量，设出化灰机时料浆的温度为100℃，C消石灰=1.089kJ/m3/℃。(540.07+12826.77)×1.089×100=1346748.88kJ/h②水分蒸发需要的热量kJ/h：2710.08W③水带走热量：(1766.94+41965.07)×4.187×100=18310592kJ/h④设备散热，取消化反应热的20％，即：12069575.44×20％=2413915.09kJ/h⑤根据热平衡计算水分蒸发量W130806228.4=1346748.88+2710.08W+18310592.59+2413915.09解得：W=40122.42kg/h表3.4热量输出输入热量输出热量氧化钙带入热量：0kJ/h消石灰带走热量:1346748.88kJ/h热水带入热量：118736653kJ/h水分蒸发需热：108734968kJ/h消化反应放热：12069575.44kJ/h水带走热量：18310592.59kJ/h总输入热量:130806228.4kJ/h设备散热：241391.09kJ/h总输出热量:130806228kJ/h3.3.3浆液调温调浓过程的能量衡算（1）输入热量：包括浆液带入热量和水带入热量。①浆液带入热量：3.459×52484.84×50=9077253.08kJ/h②水带入热量：78783.32×4.187×18=5937583.70kJ/h（2）输出热量：包括料浆带走的热量、制冷剂带走的热量和热损失。①料浆带走的热量:：133945.37×4.004×20=10726345.07kJ/h②制冷剂带走的热量：9077253.08+5937583.70-10726345.07=4288491.71kJ/h③热损失：忽略热损失。表3.5热量输出输入热量输出热量浆液带入热量：9077253.08kJ/h料浆带走的热量:10726345.07kJ/h水带入热量：5937583.70kJ/h制冷剂带走的热量:4288491.71kJ/h热损失:0kJ/hh总输入热量:15014836.78kJ/h总输出热量:15014836.78kJ/h3.3.4碳化过程的能量衡算浆料进入碳化塔时的温度为20℃，碳化塔里面浆料的温度为40℃，里面气体的温度为50℃，发生碳化反应之后的排气温度为40℃。C消石灰=1.089kJ/kg/℃，C碳酸钙=0.84kJ/kg/℃，碳化反应热效应为115346kJ/kmol入塔料浆平均比热容：1.089×9.36％+4.187×90.64％=3.90kJ/kg/℃出塔料浆平均比热容：0.84×12.33％+4.187×87.67％=3.77kJ/kg/℃入塔密气平均比热容：1.3264×0.028+1.2984×0.71+1.7548×0.26=1.42kJ/m3/℃出塔窑气平均比热容：1.3264×0.023+1.2984×0.61×0.61+1.7548×0.11+1.3063×0.0052+1.9679×0.25=1.51kJ/m3/℃（1）输入热量：包括浆液带入热量、窑气带入热量和碳化反应放热。①浆液带入热量：3.90×133945.37×20=10447738.86kJ/h②窑气带入热量：1.42×31816.03×50=2258938.13kJ/h③碳化反应放热：12286.7÷74×115346=19151644.57kJ/h④总输入热量：10447738.86+2258938.13+19151644.57=31858321.56kJ/h（2）输出热量：包括浆液带走热量、尾气带走热量、制冷剂带走热量和热损失。①浆液带走热量：3.77×134196.98×40=20236904.58kJ/h②尾气带走热量：1.51×34691.05×40=2095339.42kJ/h③制冷剂带走热量：10734381.72+1958806.8+19151644.57-21127969.43-2134748.48=8582115.18kJ/h④热损失：热损失忽略⑤总输出热量：20236904.58+2095339.42+8582115.18=30914359.18kJ/h表3.6热量输出输入热量输出热量浆液带入热量：10447738.86kJ/h料浆带走的热量：20236904.58kJ/h窑气带入热量：2258938.13kJ/h尾气带走热量：2095339.42kJ/h碳化反应热：19151644.57kJ/h制冷剂带走热量：8582115.18kJ/h热损失：0kJ/h总输入热量：30914359.18kJ/h总输出热量：30914359.18kJ/h3.3.5干燥过程的能量衡算假设材料进料温度为30℃，加热至80℃，热空气进料温度为130℃，气相排出温度为102℃。（1）表面改性：蒸汽冷凝放热等于料浆吸收的热量：134196.98×3.77×(70-30)×110％=22260595.04kJ/h（2）干燥热量衡算：①滤饼输入热量根据物料组分，干燥器滤饼进料G滤饼=23787.57kg/h，其中W碳酸钙=16421.17kg/h,占碳酸钙总量的70％，W水=7037.65kg/h，占30％，C碳酸钙=0.84kJ/kg/℃。②干燥物料带出热量物料在90℃时开始卸料，干燥后的碳酸钙的出料量为G0=16891.64kg/h，其中G碳酸钙=16418.67kg/h，占碳酸钙总量的97.2％，G水=135.13kg/h，占0.8％，C碳酸钙=0.84kJ/kg/℃。产品平均比热容为：C平均=0.84×97.2％+4.187×0.8％=0.85kJ/kg/℃干燥物料带出热量：16891.64×0.85×80=1148631.52kJ/h③水蒸气带走热量根据物料衡算，二级干燥后水的蒸发量W水=6902.52kg/h，碳酸钙的损失量W碳酸钙'=333.44kg/h6902.52×(3210.8+1.844×102)=23460892.4kJ/h102℃时碳酸钙带走热量，C碳酸钙=0.88kJ/kg/℃333.44×0.88×102=29929.57kJ/h水蒸气带出的总热量：23460892.4+29929.57=23490821.97kJ/h④热空气输出热量总输出热量：(1148631.52+23490821.97-1315928.37)×110％=25655877.63kJ/h⑤热损失，取10％计算总输入热量：(1148631.52+23490821.97)×110％=27103398.84kJ/h热量损失：27103398.84-1148631.52-23460892.4-29929.57=2463945.35kJ/h表3.7热量输出输入热量输出热量物料带入：1315928.37kJ/h物料带出：1148631.52kJ/h热空气带入：25655877.63kJ/h水蒸汽带走：23490821.97kJ/h空气带入的热量：35628936.6kJ/h热损失：2463945.35kJ/h蒸发水分需热：35497343.6kJ/h总输入热量：62600742.6kJ/h总输出热量：62600742.6kJ/h第4章主要设备的设计与选型4.1立窑主要数据的确定产品的质量与原料和煅烧的设备以及工艺有着密切关系。（1）工艺条件：①原料组成表4.1石灰石与煤的组成石灰石组分比重%煤组分比重%CaCO397固定碳86MgCO30.9O24.37Fe2CO30.05H24.37H200.5N21.02其他杂质1.55其他2.11②石灰石和无烟煤的粒度石灰石：100mm无烟煤：30mm③石灰石烧成率（§=0.97）④t出气=150℃，t下灰=100℃（2）立窑高度的计算和煅烧时间的验证：①预热带公式，预热带根据公式计算。(4.1)式中：h预热带—预热带的高度，mDm—干原料消耗量，kg·m-2·h-1tm—换热后出预热带的物料温度，℃tq—进入预热带的热气体温度，℃dm—石灰石的粒度，mρms—石灰石的视在密度，kg·m-3ρmd—干原料堆的密度，kg·m-3Cms—石灰石的比热，kJ·kg-1·℃-1—总给热系数，kg·m·-2·h-1·℃-1Wm—原料的水当量，kg·h-1·℃-1Wq—气体的水当量，kg·h-1·℃-1Tm=879℃，tq=908.2℃，=17.09w·m-2·k-1，w料/w气=0.863，md=1500kg·m-3Cms=0.284kcal·kg-1·k-1，Gm=814.52kg·m-2·h-1，ms=2600kg·m-3，dm=0.1m②冷却带高度(4.2)式中：h冷却带—冷却带高度，mDn—单位面积的进料量，kg·m-2·h-1dn—石灰颗粒的大小，mρns—石灰的视在密度，kg·m-3Cns—石灰的比热，kJ·kg-1·℃-1—给热系数，kg·m-2·h-1·℃-1Wm—原料水当量，kg·h-1·℃-1Wq—气体水当量，kg·h-1·℃-1Dn=442.44kg·m-2·h-1，dn=0.073m，ns=1450kg·m-3，Cns=0.407kJ·kg-1·k-1=11.06w·m2·k-1，ns=1100kg·m-3，Wm/Wq=1100/（1100-100）=1.1将以上数据代入得：(4.3)③烧成带高度(4.4)式中：Xn—冷却带气体组分浓度，%，dr—燃料的平均直径，mX—烧成带气体组分浓度，%，x—贫化系数，Re—雷诺准数数据：Xn=2.47%，X=18.71%，Re=222.55，x=5.74，dr=0.03m代入数据：④计算窑的高度物料在窑内的平均沉降速度：(4.5)式中：W平均—物料的平均沉降速度，m·h-1D氧化钙—换算成氧化钙的单位石灰产量，kg·m-2·h-1r原料堆—原料堆比重，kg·m-3K干原料—单位产品干原料的消耗量，kJ·kg-1K实际石灰—实际石灰的产量，kgr石灰堆—石灰堆比重，kg·m-1将数据代入公式：h即烧成带内料块停留3.91h煅烧温度t=1100℃，煅烧速度：当煅烧速度R=1.43cm·h-1，石灰石平均粒度为0.1m时，烧透所需要的时间是：10÷(2×1.43)=3.48h＜3.91h，所以能够在煅烧带停留时间内分解。⑤总高度h总=h预热带+h冷却带+h烧成带=9.48+8.52+0.82=18.82m按照要求加裕计算后得出：预热带高度为10m，冷却带高度为10m，烧成带高度为5m，所以总有效高度为：自由空间高度以2.5m计算，所以总高度，有效容积：s：煅烧立窑直径/mh：煅烧立窑高度/m代入数据得m3所以总的容积：m3窑的有效利用率：综上所述：选用两座该参数的机械立窑。4.2碳化塔主要数据的确定（1）确定碳化塔的高度和直径采用经验计算，方法简便可靠、可行性高。由经验可知，空塔流速一般在0.28-0.85m/s，所以，取空塔气速为0.6m/s原液的质量流量QVG=9462.26kg·h-1，密度ρ=1.0587g·L-1，氢氧化钙悬浊液的浓度是8波美度，即单位体积精制乳中含有9.36%的氢氧化钙，精灰乳的密度一般在25-60g·L-1之间。所以m3·h-1。一共有六台碳化塔，所以每台的体积流量qVG=1489.6m3·h-1。所以，圆整后取D=1.8m式中：uog—碳化塔空塔流速，m/sQVG—单位时间内，原料液的体积流量，m3·h-1根据经验，塔高和塔径的比值在3-7之间，取比值为3.5，计算得塔高H=6.3m。（2）确定碳化塔的体积由上式估算得体积m³（3）进出料口管径的确定根据经验，碳化塔进气口的气流速度是3m·s-1，进料口的流动速度是2m·s-1，出料口料浆的流动速速是2m·s-1，1mol二氧化碳和1mol氢氧化钙乳液反应生成1mol碳酸钙，摩尔比1:1:1。已知m氢氧化钙/44=m二氧化碳/74=m碳酸钙/100，所以D进料口=1.59×D进气口，D进料口=0.86×D出料口。得进气口接管外径为20mm，进料口接管外径为32mm，出料口外径为37mm。因此，在碳化塔上面设一个进料口，下面设一个窑气的进气口和一个出料口，尺寸分别是32mm，20mm，37mm。（4）气体分布器的选用根据本次工艺，对旋涡式气体分布器改进。直径设为碳化塔直径2/3，由8个喷嘴组成，以相应成45°排列在一个平面内。（5）液体分布器材料选择与结构设计采用炉篦结构[21]，选型号的角钢，材料为Q235-AF。本次工艺用4块液体分布器，相邻两块90°交错，可以使反应充分进行。（6）碳化塔塔板材料的选用和结构的设计塔板的分类和优缺点如下表所示。表4.2不同类型塔板的比较踏板类型优点缺点筛孔塔板生产能力和塔板效率高，结构简单，维修方便筛板易漏液，操作弹性范围小，小孔易堵塞泡罩塔板操作稳定，操作弹性好，不易漏液塔板结构复杂，压降大，造价高，生产能力不大浮阀塔板生产能力大，操作弹性大，塔板效率高，结构简单易漏液，塔板压降大喷射塔板塔板压降小，生产能力大，结构简单操作弹性小，塔板效率低导向浮阀型塔板踏板效率高，生产能力高塔板效率低穿流塔板结构简单，维修方便，塔截面积利用率高，生产能力大塔板效率低，操作弹性较小通过比较，我们选择筛孔塔板，并进行了改进，改善了液漏的情况。塔板在结构上主要是筛孔。筛孔的材料选择Q235-AF，厚2mm，开孔直径4mm，同一个板上开有420个孔，相邻距离0.2mm。设计为弧形，减少了液漏，也增加了气体的数量，这样，塔板也可以鼓泡，提高了效率，使熟浆的质量变高，还节约了成本。塔板结构如图所示：图4.1弧形塔板结构示意图（7）计算桶壁厚度主要数据如下：工作压力P1=103.15KPa设计压力，为工作压力的1.05倍，KPa计算压力Pc=P=108.31KPa设计温度t=30℃焊接接头系数φ=0.85设[σ]t=113Kpa(4.6)公式适用范围：式中：P—设计压力Di—圆筒内径[σ]t—设计温度下筒体的许用应力C—壁厚附加量，C=C1C1—钢材负偏差，C1=0.8C2—腐蚀裕度，C2=2所以mmmm，取整后δd=3.2mm（8）封头的计算封头的厚度：塔上都采用标准的封头(4.7)所以，mm封头名义厚度和桶壁名义厚度都取3.2mm。最大许用工作压力：(4.8)椭圆封头，K=1所以，符合。（9）换热器材料冷却管组为U型换热器。Q235-A钢板比较合适，钢板性能如表所示。表4.3Q235-A港版性能及参数性能指标参数厚度（mm）4.5-6常用强度（Kpa）375指标（Kpa）235200-100℃的许用压力（Kpa）113（10）人孔人孔直径Dx=500mm综上，碳化塔参数如下：主体是钢制圆筒，直径1.