畢業(yè)論文-年產(chǎn)10000噸輕質(zhì)碳酸鈣工藝設計

1、本科畢業(yè)論文本科畢業(yè)論文(科研訓練、畢業(yè)設計)題題 目：目：8000t/a8000t/a 輕質(zhì)碳酸鈣的工藝設計輕質(zhì)碳酸鈣的工藝設計姓 名： 學 院：化學化工學院系：化學工程與生物工程系專 業(yè)：化學工程與工藝年 級：03 級學 號：03091075本科畢業(yè)論文10000t/a10000t/a 輕質(zhì)碳酸鈣的工藝設計輕質(zhì)碳酸鈣的工藝設計摘要 本文主要介紹了國內(nèi)外碳酸鈣生產(chǎn)，發(fā)展和研究方向的最新內(nèi)容。介紹了輕質(zhì)碳酸鈣產(chǎn)品在各種日用化工中的應用。詳細闡述了碳化法制備輕質(zhì)碳酸鈣的生產(chǎn)原理，生產(chǎn)方法，工藝指標，操作要求，采用的主要設備及其三廢治理等。 關鍵詞關鍵詞 沉淀碳酸鈣沉淀碳酸鈣 碳化法碳化法 工藝流

2、程工藝流程 設備布置設備布置本科畢業(yè)論文The design of 10000t/a Ultrafine Calcium Carbonate technicsAbstract The text introduces the latest contents about the production, development and the research of Ultrafine Calcium Carbonate. It also introduces the daily chemical application of Ultrafine Calcium Carbonate products

3、. Paticularly It expatiates the principle of production, methods of production, technics target aim, and requestions of work, main equipments, waste manage and so on.Keywords Ultrafine Calcium Carbonate carbonization technic flow equipments collocation本科畢業(yè)論文目目 錄錄第一章 總論 .11.1 概述 .11.2 文獻綜述 .41.3 設計依據(jù)

4、 .131.4.產(chǎn)品主要來源、規(guī)格，水電汽（氣）等供應方式.15第二章 生產(chǎn)流程和生產(chǎn)方案的確定 .162.1 輕質(zhì)碳酸鈣生產(chǎn)方法 .162.2 碳化法流程簡圖： .17第三章 生產(chǎn)流程簡述 .193.1 煅燒 .193.2 消化精制與碳化 .193.3 窯氣凈化 .193.4 過濾干燥 .203.5 后續(xù)加工 .20第四章 工藝計算 .214.1 計算基準： .214.2 煅燒工段物料衡算 .214.3 消化工段物料衡算 .244.4 凈化系統(tǒng)物料衡算 .254.5 碳化過程物料衡算 .26本科畢業(yè)論文4.6 碳酸鈣漿液后處理物料衡算 .28第五章 主要設備的工藝計算和選型 .315.1 燃

5、料、礦石料倉設計計算 .315.2 石灰窯設計計算： .315.3 石灰料倉設計計算： .315.4 消化設備設計選型： .325.5 粗漿槽設計計算： .335.6 石灰乳初調(diào)槽設計計算： .335.7 旋液分離器設計選型： .335.8 碳化塔設計計算： .345.9 碳酸鈣漿液池設計計算： .345.10 過濾設備選型計算： .345.11 碳酸鈣料倉設計計算： .355.12 設備一覽表 .35第六章 原材料、動力消耗定額及消耗量 .36第七章 環(huán)境保護 .377.1 氣體的治理與應用 .377.2 廢渣的處理與應用 .377.3 廢水處理與應用 .387.4 粉塵處理與回收 .38第

6、八章 勞動安全與工業(yè)衛(wèi)生 .39本科畢業(yè)論文8.1 勞動安全 .398.2 工業(yè)衛(wèi)生 .39設計體會和收獲 .40致 謝 .41參考文獻 .42附件 .43A.手繪 10000T/A沉淀碳酸鈣工藝流程圖. .43B.設備一覽表.43C.翻譯英文文獻：中文；原文.43D.帶控制點的工藝流程圖.43E.工廠平面與車間設備平面布置圖.43本科畢業(yè)論文- 1 -第一章總論1.1 概述 本次設計的任務是年產(chǎn) 10000 噸輕質(zhì)碳酸鈣工藝設計，輕質(zhì)碳酸鈣是以石灰石為原料，經(jīng)煅燒、消化、碳化、分離、干燥分級制取的產(chǎn)品，通常以PCC 表示。1.1.1 輕質(zhì)碳酸鈣的主要用途輕質(zhì)碳酸鈣是用量最大，使用范圍最廣的一

7、種無機填充劑（又稱無機填料），主要應用于橡膠、塑料、建材、紙張、涂料、油漆、醫(yī)藥、食品、飼料、牙膏、化妝品、油墨等的生產(chǎn)、加工和應用中。輕質(zhì)碳酸鈣最主要的作用就是增加產(chǎn)品的體積，降低生產(chǎn)成本。碳酸鈣的應用范圍：（1） 碳酸鈣在紙張中的應用在紙張中添加適量的碳酸鈣，可以保證紙張具有一定的強度和白度，同時降低成本。碳酸鈣還在銅版紙的涂料中作白色顏料，并在紙張中起一些特殊作用，如在郵票中，因為郵票加工中需要打孔，紙張的添料要求柔軟，這就需要特殊的碳酸鈣，這種碳酸鈣約為纖維的 40%。（2） 碳酸鈣在涂料中的應用在涂料中，碳酸鈣用作填料，起骨架作用，所以在涂料工業(yè)中，碳酸鈣被稱為體質(zhì)顏料。由于碳酸鈣價

8、格便宜，顆粒細，能在涂料中均勻分散，所以碳酸鈣在涂料中也是用量較大的添料。在油性涂料中，碳酸鈣的填入可以增強底漆對基層表面的沉積性和滲透性，可以在厚漆中使涂料增稠和加厚，起填充和補平作用，在罩面漆中是理想的消光填料，在金屬防銹涂料中是體制顏料，還本科畢業(yè)論文- 2 -有一點防銹作用。在水性涂料中，由于碳酸鈣為白色，且親水、價格便宜，因此獲得大量的應用。另外，隨著碳酸鈣工業(yè)的發(fā)展，已出現(xiàn)了不少專用涂料碳酸鈣，在涂料中達到高光澤、不沉降、易分散等特性。（3） 碳酸鈣在塑料中的應用碳酸鈣也是塑料工業(yè)中使用較早、用量較大的填充劑。碳酸鈣廣泛的填充在聚氯乙烯（PVC） 、聚乙烯（PE） 、聚丙烯（PP）

9、 、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）等樹脂中，以增加塑料（制品）的體積，節(jié)約昂貴的樹脂，降低產(chǎn)品成本。碳酸鈣的添加在塑料中起到一定的骨架作用，對塑料的尺寸穩(wěn)定有很大作用。在塑料（特別是軟質(zhì)聚氯乙烯）中，塑料的硬度隨碳酸鈣配入量的增加而增大，塑料的伸長率又隨其硬度的增加而降低，因此碳酸鈣的加入可以調(diào)節(jié)塑料的硬度和剛性。加入碳酸鈣還可以改善塑料的加工性能、提高塑料的耐熱性、改進塑料的散光性，并可使塑料具有絕緣、阻燃等特殊性能。（4） 碳酸鈣在橡膠中的作用碳酸鈣是橡膠工業(yè)中使用最早、用量最大的填充劑。碳酸鈣大量的填充在橡膠制品之中，可以增加產(chǎn)品的體積，從而節(jié)約昂貴的天然橡膠或合成橡膠，達到降低

10、成本的目的。碳酸鈣不僅可以與橡膠成任意比例混煉，而且可以和其他助劑一起混入橡膠中進行混煉，并且碳酸鈣的添加比例的變化不會影響橡膠的硫化體系，所以在橡膠制品中加入適量的碳酸鈣可以改進橡膠的加工性能。近年隨著活性碳酸鈣、超細碳酸鈣等的發(fā)展，碳酸鈣在起填充作用的同時，還可以改進硫化橡膠的性能，起補強或半補強的作用。另外，碳酸鈣還在橡膠加工中發(fā)揮本科畢業(yè)論文- 3 -一些特殊作用，例如，在硫化橡膠中碳酸鈣可以調(diào)節(jié)硬度；在乳膠、膠漿中，碳酸鈣（特別是活性碳酸鈣）的添加可以調(diào)節(jié)粘度；在半透明或透明制品中添加超細碳酸鈣可以達到透明或半透明效果等。（5） 碳酸鈣在粘結劑、密封劑中的作用 碳酸鈣廣泛用于粘結劑和

11、密封劑中作填料。粘結劑和密封劑應用范圍很廣，從住宅建筑嵌縫水泥到地毯背膠，從瓷磚嵌縫到玻璃幕強密封膠，所以各種碳酸鈣都可用于其中，各國的建住房時不一，所以材料不同，在美國 FGCC 作為填料用于粘結劑和密封劑年消費量大約為 200 萬噸，其中最大市場是嵌縫水泥，占總消費量的 45%，其次是地毯背膠，占 30%，密封劑和其他粘結劑占 25%。一般 FGCC 價格低一些，用于大量的嵌縫，而高性能的 PCC 用于密封劑。（6） 碳酸鈣在化學建材中的作用隨著塑料工業(yè)的發(fā)展，近年來出現(xiàn)了一種新型復合材料鈣塑材料，這種材料是在少量的聚烯烴樹脂中添加大量的碳酸鈣填充劑和適量的其他添加劑制成，可用作建筑材料，

12、所以又稱為化學建材。由于它可以廣泛的代替鋼材和木材，所以在當今世界中化學建材與鋼材、木材和水泥并列，統(tǒng)稱為“四大材”?；瘜W建材以碳酸鈣為主要成分，一般用量在 30%90%范圍內(nèi)，最大可達到95%。因此，碳酸鈣在化學建材市場中占有極重要的地位。（7） 碳酸鈣在醫(yī)藥、食品、飼料、牙膏、化妝品、油墨等中的應用碳酸鈣是制藥工業(yè)中培養(yǎng)基的重要組成部分之一，其作用除了提供金屬鈣外，還對穩(wěn)定發(fā)酵培養(yǎng)過程中 pH 值變化發(fā)揮緩沖作用，所以碳酸鈣成為制藥工業(yè)微生物發(fā)酵的緩沖劑。在藥品的片劑中，碳酸鈣一般可作為填料，在止酸片中則起一定的藥效。本科畢業(yè)論文- 4 -碳酸鈣可作為食品添加劑。在食品中添加少量的碳酸鈣，

13、通常不超過 2%，以保證人體所必須的鈣的攝入。在某些食品中，如口香糖、巧克力等，碳酸鈣作強化劑，即降低成本，又作為基質(zhì)材料。碳酸鈣還是飼料的添加劑，作為牲畜家禽體內(nèi)鈣質(zhì)的主要來源，促進牲畜家禽的健康成長。在牙膏中，碳酸鈣作為摩擦劑使用，一般填充量大于 40%。在化妝品中，較細的優(yōu)質(zhì)碳酸鈣也作為填充劑。碳酸鈣還用于印刷油墨、油灰、封蠟、膠粘劑中，大多是起增加體積和降低成本的填充作用。1.1.2 輕質(zhì)碳酸鈣市場前景及價格分析目前國內(nèi)橡膠行業(yè)是輕質(zhì)碳酸鈣的最大用戶，其用量占輕質(zhì)碳酸鈣總產(chǎn)量的 40% 左右。預計明年輕質(zhì)碳酸鈣在橡膠行業(yè)用量的增長率約 10%。涂料、建筑等行業(yè)輕質(zhì)碳酸鈣的用量占其總產(chǎn)量

14、的 30%左右。由于國家一直在大力實施安居工程，建筑業(yè)明年將有較大幅度增長，預計該行業(yè)消費輕質(zhì)碳酸鈣將增長 14% 左右。國內(nèi)塑料市場中，輕質(zhì)碳酸鈣用量占輕質(zhì)碳酸鈣總產(chǎn)量的 15%左右。油墨、牙膏等行業(yè)輕質(zhì)碳酸鈣的用量占其總產(chǎn)量 10%左右。造紙工業(yè)是國內(nèi)碳酸鈣最具開發(fā)潛力的應用領域。目前我國造紙用輕質(zhì)碳酸鈣用量占輕質(zhì)碳酸鈣總產(chǎn)量的 5%。在沿海地區(qū)，許多新建、擴建的大中型中外造紙企業(yè)已采用中性工藝，與之配套的新增輕質(zhì)碳酸鈣年需求量超過 35 萬噸。隨著這些行業(yè)的發(fā)展，輕質(zhì)碳酸鈣用量將穩(wěn)定增長，市場前景樂觀。近年來，英國、西班牙、日本等國的碳酸鈣生產(chǎn)商紛紛看好我國市場，在本科畢業(yè)論文- 5 -

15、廣東、江蘇、安徽、浙江等省相繼建起一些年產(chǎn) 2050kt 超細碳酸鈣的獨資或合資企業(yè)，目前英國瓷土公司已在安徽建設了 20kt/a 的造紙用超細碳酸鈣生產(chǎn)廠，并準備在寧波再建 1 套 50kt/a 的生產(chǎn)裝置。瑞士的有關公司也派專家來我國考察碳酸鈣原料礦的情況，探討與我國合作的可能性。我國碳酸鈣市場對國外公司的吸引力由此可見一斑，同時也顯示了超細碳酸鈣在我國有著廣闊的發(fā)展前景。目前我國市場普通輕質(zhì)碳酸鈣的價格為 500650 元/t，活性輕質(zhì)碳酸鈣為 8001200 元/t，油墨用超細輕質(zhì)碳酸鈣為 18002000 元/t。輕質(zhì)碳酸鈣的價格比同一細度的重質(zhì)碳酸鈣高一倍以上。1.2 文獻綜述1.

16、2.1 碳酸鈣的定義碳酸鈣是一種無機化合物，是石灰?guī)r石（簡稱石灰石）的主要成分，其分子式為 CaCO3，相對分子質(zhì)量為 100.09。其中氧化鈣（CaO）占 56.03%，二氧化碳（CO2）占 43.97%。1.2.2 碳酸鈣產(chǎn)品分類1. 按生產(chǎn)方法分類根據(jù)碳酸鈣生產(chǎn)方法的不同，可以將碳酸鈣分為輕質(zhì)碳酸鈣、重質(zhì)碳酸鈣和活性碳酸鈣。本科畢業(yè)論文- 6 -（1）輕質(zhì)碳酸鈣 又稱沉淀碳酸鈣，簡陳輕鈣，是將石灰石等原料煅燒生成石灰（主要成分為氧化鈣）和二氧化碳，再加水消化石灰生成石灰乳（主要成分為氫氧化鈣） ，然后再通過二氧化碳碳化石灰乳生成碳酸鈣沉淀，最后經(jīng)脫水、干燥和粉碎而制得。或者先用碳酸鈉和氧

17、化鈣進行復分解反應生成碳酸鈣沉淀，然后經(jīng)脫水、干燥和粉碎而制得。由于輕質(zhì)碳酸鈣的沉降體積（2.42.8mL/g）比重質(zhì)碳酸鈣的沉降體積（1.11.4mL/g）大，所以稱之為輕質(zhì)碳酸鈣。（2）重質(zhì)碳酸鈣 簡陳重鈣，是機械方法直接粉碎天然的方解石、石灰石、白堊、貝殼等而制得。由于重質(zhì)碳酸鈣的沉降體積比輕質(zhì)碳酸鈣的沉降體積小，所以稱之為重質(zhì)碳酸鈣。（3）活性碳酸鈣 又稱改性碳酸鈣、表面處理碳酸鈣、膠質(zhì)碳酸鈣或白艷華，簡稱活鈣，是用表面改性劑對輕質(zhì)碳酸鈣或重質(zhì)碳酸鈣進行表面改性而制得。由于經(jīng)表面改性劑改性后的碳酸鈣一般都具有補強作用，即所謂的“活性” ，所以習慣上把改性碳酸鈣都稱為活性碳酸鈣。2. 按

18、粉體粒徑分類碳酸鈣產(chǎn)品是一種粉體，根據(jù)碳酸鈣粉體平均粒徑（d）的大小，可以將碳酸鈣分為微粒碳酸鈣（d5m） 、微粉碳酸鈣（1md5m） 、微細碳酸鈣（0.1md1m） 、超細碳酸鈣（0.02md0.1m）和超微細碳酸鈣（d0.02m） 。（1）輕質(zhì)碳酸鈣的粉體特點a顆粒形狀規(guī)則，可視為單分散粉體，但可以是多種形態(tài)，如紡錘形、立方形、針形、鏈形、球形、片形和四角柱形。這些不同形狀的碳酸鈣可由控制本科畢業(yè)論文- 7 -反應條件制得。b粒度分布較窄。c粒徑小，平均粒徑一般為 13m。要確定輕質(zhì)碳酸鈣的平均粒徑，可用三軸粒徑中的短軸粒徑作為表觀粒徑，再取中位粒徑作為平均粒徑。以后除說明外，平均粒徑，即

19、指平均短軸粒徑。（2）重質(zhì)碳酸鈣的粉體特點a顆粒形狀不規(guī)則，是多分散粉體。b粒徑分布較寬。c粒徑大，平均粒徑一般為 510m。要確定重質(zhì)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。（3）活性碳酸鈣的平均粒徑取為表面改性前輕質(zhì)碳酸鈣或重質(zhì)碳酸鈣的平均粒徑。3. 按微觀排列分類根據(jù)組成碳酸鈣的原子和離子的排列是否有規(guī)律，可以將碳酸鈣分為晶體碳酸鈣和非晶體碳酸鈣。其中，根據(jù)晶體結構不同，可將晶體碳酸鈣分為方解石形碳酸鈣、霰石（又稱文石）形碳

20、酸鈣、球霰石形碳酸鈣。4. 按結晶形狀分類據(jù)碳酸鈣結晶形狀的不同，可將輕質(zhì)碳酸鈣分為紡錘形碳酸鈣、立方形碳酸鈣、針形碳酸鈣、鏈形碳酸鈣、球形碳酸鈣、片形碳酸鈣和四角柱形碳酸鈣。這些不同晶形的碳酸鈣可由控制反應條件制得。重質(zhì)碳酸鈣則為不規(guī)則形碳酸本科畢業(yè)論文- 8 -鈣?；钚蕴妓徕}的形狀一般為表面鈣性前輕質(zhì)碳酸鈣或重質(zhì)碳酸鈣的形狀。（1）紡錘體碳酸鈣 紡錘體是輕質(zhì)碳酸鈣中最常見的一種晶形。顧名思義，紡錘體碳酸鈣的形狀像紡錘，其平均長軸粒徑為 512m，平均短軸粒徑為13m?？刂埔欢ǖ姆磻獥l件，也可以得到平均短軸粒徑為 0.11.0m 的小紡錘形碳酸鈣。（2）立體形碳酸鈣 晶形呈小立方狀，平均粒徑

21、為 0.020.1m。（3）針形碳酸鈣 晶形呈針狀，平均粒徑為 0.010.1m，平均長短軸粒徑之比為 510。（4）鏈形碳酸鈣 晶形呈鏈鎖狀，平均粒徑為 0.010.1m，平均長短軸粒徑之比為 550。（5）球形碳酸鈣 晶形呈球狀，通常由碳酸鹽與鈣鹽在濃堿性溶液中經(jīng)低溫反應制得。平均粒徑為 0.030.5m。（6）片形碳酸鈣 晶形呈片狀，平均粒徑為 13m。（7）四角柱形碳酸鈣 晶形呈四角柱狀，平均粒徑為 25m。（8）不規(guī)則形碳酸鈣 用機械方法直接粉碎天然的方解石、石灰石、白堊、貝殼等而制得的重質(zhì)碳酸鈣的形狀都是不規(guī)則的，其顆粒大小差異較大，而且顆粒有一定的棱角。1.2.3 碳酸鈣的性質(zhì)1

22、. 物理性質(zhì)（1）密度：各種碳酸鈣的同質(zhì)異構體的密度不同。密度平均值：方解石為 2.710g/cm3，霰石為 2.929g/cm3，球霰石為 2.650g/cm3。本科畢業(yè)論文- 9 -（2）硬度：方解石的莫氏硬度為 3，霰石約為 3.54。（3）強度：只可測出方解石根據(jù)直徑 d（mm）不同，經(jīng)多大力P（kgf，1kgf=9.8N）就被壓碎。直徑在 0.12mm 之間時關系為P=0.95d+0.091d2。（4）分解溫度：在常溫下，方解石的分解溫度為 898，霰石的分解溫度為 825，球霰石則在溫度升到分解溫度之前已轉變?yōu)榉浇馐?，所以球霰石的分解溫度不存在。?）熔點：在較大的壓力范圍內(nèi)，方解

23、石在溫度升到熔點之前已分解為氧化鈣和二氧化碳，所以在較大的壓力范圍內(nèi)，方解石的熔點不存在。當壓力為 10.4MPa 時，方解石的熔點為 1339。由于霰石在高溫高壓下會轉變成方解石，所以霰石的熔點不存在。球霰石是不穩(wěn)定型，其熔點也不存在。（6）濃度積、溶解度和 pH 值：各種碳酸鈣的同質(zhì)異構體的濃度積是相同的。在 25時，碳酸鈣在水中的濃度積為 8.710-9。碳酸鈣在冷水（25）和熱水（100）中的溶解度（100 克水中溶解克數(shù)）分別為 0.0014 和0.0020。在常溫下，碳酸鈣水溶液的 pH 值為 9.510.2。水中如溶解有二氧化碳，則碳酸鈣的溶解度會增大。在常溫下，被空氣飽和的水中

24、，碳酸鈣水溶液的 pH 值為 8.08.6。（7）熱膨脹系數(shù)：方解石的熱膨脹系數(shù)取決于測量時的方向。在常溫下，平行于 c 軸的熱膨脹系數(shù)約為 2.510-6。C-1，垂直于 c 軸方向的熱膨脹系數(shù)約為 510-6。C-1，而垂直于菱面體晶格面的熱膨脹系數(shù)約為 1110-6。C-1。在常溫下。霰石在晶軸a、b、c方向的熱膨脹系數(shù)aa、ab和ac約為分別約為1010-6-1、1610-6-1、和 3210-6-1。本科畢業(yè)論文- 10 -（8）比熱容：方解石和霰石在普通溫度和較高溫度下的熱溶差別不大，在 1200以內(nèi)的平均定壓比熱容 Cp=0.825+0.000762T kJ/（kgK） 。（9）

25、熱導率：方解石的熱導率與測量時的溫度和方向有關，方解石的熱導率無論是平行于c軸還是垂直于c軸都隨溫度的升高而減小，而且平行于c軸方向的導熱系數(shù)比垂直于c軸方向的熱導率大。（10）反射率：方解石的反射率取決于所用光的波長。從 235nm 開始，隨著波長的縮短，反射率逐漸增加，到 170nm 以下，則迅速增加。約從波長187nm 開始，有 11%14%的入射光波被反射回。（11）折射率：當光在方解石中傳播時，被分成兩種波，即尋常光線和非常光線。其中尋常光線的傳播速度與折射方向無關，而非常光線的傳播速度則隨折射方向而異。因而有尋常光線折射率n0和非常光線折射率ne之分。兩種折射率的差（n0-ne）機

26、為衡量雙折射的尺度。（12）介電常數(shù)：方解石的介電常數(shù)取決于頻率以及與光軸所呈的方向。在常溫下，平行于c軸方向的介電常數(shù)為 7.58.8，垂直于c軸方向的介電常數(shù)為 8.58.8。霰石的介電常數(shù)與方向的關系更為突出。在常溫下，霰石在晶軸a、b和c方向的介電常數(shù) a、b和 c分別約為 9.5、7.3 和 6.5。（13）電導率：方解石的電導率與測量時的溫度和方向有關，方解石的電導率無論是平行于c軸還是垂直于c軸都隨溫度的升高而增大，而且平行于c軸方向的電導率比垂直于c軸方向的電導率大。（14）顏色：天然方解石的最純形式冰洲方解石是無色透明的，而其他形式的方解石（如白堊）通常呈白色。霰石則通常呈白

27、色或黃白色。2. 化學性質(zhì)本科畢業(yè)論文- 11 -（1）在常壓下加熱到 898（方解石）或 825（霰石）時，碳酸鈣將分解成氧化鈣（CaO）和二氧化碳（CO2）：CaCO3=CaO+CO2（2）碳酸鈣幾乎與所有的強酸發(fā)生反應，生成相應的鈣鹽，同時放出二氧化碳。如：CaCO3+2HCl=CO2+CaCl2+H2O（3）碳酸鈣在含二氧化碳的水中的溶解度比在無二氧化碳的水中高得多，這是因為這是碳酸鈣生成了比較易溶的碳酸氫鈣（Ca（HCO3）2）:CaCO3+ H2O+ CO2=Ca（HCO3）2（4）碳酸鈣可以形成 6 個水的水合物 CaCO3 6H2O，可以通過往單蔗糖鈣溶液中通入 CO2而制得。

28、普通碳酸鈣則不形成水合物。（5）除酸以外，許多腐蝕性物質(zhì)都不能腐蝕或只能緩慢的腐蝕碳酸鈣。1.2.4 沉淀碳酸鈣的生產(chǎn)原理本節(jié)以碳化法生產(chǎn)沉淀碳酸鈣為主要介紹沉淀碳酸鈣的生產(chǎn)原理。碳化法生產(chǎn)沉淀碳酸鈣的原理主要有以下幾步反應：（1）石灰石的煅燒沉淀碳酸鈣的生產(chǎn)，首先是石灰石經(jīng)高溫煅燒分解生成氧化鈣（生石灰）和二氧化碳。石灰石在石灰窯中的分解主要決定于溫度，一般空氣中含有少量二氧化碳，其含量為空氣體積的 0.03%，在大氣壓力下，二氧化碳的分壓為29.43Pa，而當碳酸鈣加熱到 530，其表面分解所產(chǎn)生的二氧化碳也正好為29.43Pa，可以認為高于 530碳酸鈣就開始分解，由于其表面二氧化碳的分

29、解本科畢業(yè)論文- 12 -壓大于空氣中二氧化碳的分解壓，所以石灰石表面的二氧化碳就向空氣中擴散。此過程雖在進行，但其速率卻很小。當溫度達到 850時，其表面分解放出的二氧化碳分壓為 4.91104Pa，可明顯地看出分解的進行。當溫度上升到接近910（1183K）時，碳酸鈣表面二氧化碳分壓達到 9.81104Pa，分解則急劇進行，二氧化碳會騰涌而出，其反應方程式如下： CaCO3=CaO+CO2 H0由于石灰石中含有一定量的碳酸鎂，在高溫下它也有類似的反應。與碳酸鈣相比，碳酸鎂的分解溫度較低，約為 540，其反應式為： MgCO3=MgO+CO2 H0以上兩個反應都是吸熱反應，焓變大于零，需要由

30、燃料的燃燒來提供必要的能量。為了使反應連續(xù)進行，根據(jù)化學平衡的原理，一方面應加熱，另一方面應將分解出的二氧化碳氣體迅速移走。另外，石灰石中還含有少量其他化合物，如氧化鋁（Al2O3） 、氧化鐵（Fe2O3） 、二氧化硅（SiO2）等，在高溫下可以與氧化鈣進行反應。 X CaO+Al2O3X CaOAl2O3 Y CaO+Fe2O3Y CaOFe2O3 Z CaO+SiO2Z CaOSiO2上式的反應產(chǎn)物按不同的成分組合，可以形成一系列的低熔點物質(zhì)，在高溫下引起窯體結瘤，影響正常的生產(chǎn)。尤其是主要成分為二氧化硅的泥沙很容易生成玻璃狀的熔體覆蓋在石灰塊的表面，降低石灰的消化性能。而氧化鋁含量高時，

31、在石灰消化過程中會形成一種粘性大的膏體，以致堵塞化灰機的篩網(wǎng)。本科畢業(yè)論文- 13 -這些氧化物的存在要消耗 CaO，影響生石灰的得率。為了保證生產(chǎn)順利進行，必須對入窯石灰石進行沖洗和雜質(zhì)剔除。在燃燒過程中，碳燃燒成二氧化碳： C+O2CO2燃料中的硫則燃燒后生成了二氧化硫酸性氣體： S+O2SO2這些燃燒產(chǎn)物都會進入窯氣中，前者可以增加窯氣的二氧化碳的含量，而后者將對窯氣凈化設備造成嚴重的腐蝕。（2）生石灰的消化將石灰窯所得的生石灰，即氧化鈣（CaO） ，加水消化，產(chǎn)生消石灰，即氫氧化鈣（Ca(HO)2） ，其反應如下： CaO+H2OCa(OH)2 H0生石灰中所含的氧化鎂也有類似的反應

32、MgO+H2OMg(OH)2 H0以上兩個反應為放熱反應，生成兩種堿，其中氫氧化鈣為強堿，而氫氧化鎂為中強的堿。氫氧化鈣在水中的溶解度較氫氧化鎂大，如在 20水中的溶解度，Mg(OH)2為 510-4mol/L，Ca(OH)2為 6.910-3mol/L。由于鈣、鎂離子性質(zhì)相近，且都難溶于水，因此石灰乳中不易將氫氧化鎂除去。為了獲得顆粒度細、分散度高的石灰乳，消化反應最好在較高溫度下進行。（3）窯氣的凈化降溫石灰窯氣分解出的二氧化碳隨同窯氣一起排出，由于窯氣中含有硫的氧化物、炭粒粉塵和焦油，同時窯氣溫度較高，所以窯氣需要凈化、降溫。凈化降本科畢業(yè)論文- 14 -溫采用水洗滌方式。在洗滌過程中，

33、吸收了二氧化硫氣體，同時也損失了一部分二氧化碳氣體。 CO2 +H2O=H2SO4 CO2+H2O=H2CO3CO2與水的反應一般在常溫常壓下很難進行，只有在壓力下才能部分反應。CO2損失的部分是由于它在水中的溶解所引起的，CO2 在水中的溶解度較大，在常壓下 100 單位體積的水所能溶解 CO2 的單位體積如下：當 0oC 時為171；15oC 時為 100；42oC 時為 50，它隨著溫度的升高而降低。二氧化硫在水中的溶解度也同樣隨著溫度上升而降低，100 克水在 10oC 時能溶解 16.21 克SO2，而 40oC 時僅能溶解 5.14 克，10oC 為 40OC 時的三倍。對于凈化過

34、程用水量以及最終窯氣溫度應有所限制，用水量應考慮能盡量除去二氧化碳，且窯氣溫度在 30-40 度范圍內(nèi)，這樣既可以除去二氧化硫氣體，又可以使粉塵得以洗滌去除，損失的二氧化硫一般為用水量的 0.67-0.52 倍（體積比） 。洗滌的目的還為了使含塵量降低到 50 毫克/米3以下,以保證壓縮機的正常運轉,實際上這個限制一般不易達到,目前洗滌后的窯氣含塵量一般在 100 毫克/米3左右。（4）消石灰的碳（酸）化氫氧化鈣與二氧化碳在碳化塔內(nèi)反應，生成碳酸鈣，其反應為：Ca(OH)2+CO2CaCO3 +H2O H 0 另一類似的反應為： Mg(OH)2+CO2MgCO3+H20 H 0以上前兩式為放熱

35、反應，實際上碳化反應首先是溶解在水中的那部分氫氧化鈣先與二氧化碳反應，然后固相迅速補充到液相中使反應連續(xù)進行下去。故本科畢業(yè)論文- 15 -氫氧化鈣活性越大，對碳化反應越有利。對碳化反應而言，無疑壓力高，二氧化碳的分壓高，使反應向生成沉淀的方向進行，對反應有利。窯氣的壓力可以通過壓縮機來增壓，但窯氣中的二氧化碳濃度一般是取決于石灰窯的類型，不同的石灰窯產(chǎn)生的窯氣質(zhì)量不同，鐵殼立窯的窯氣二氧化碳含量高，而簡易窯的二氧化碳含量低。 碳化溫度一般控制在 5565oC，此時，所得到的產(chǎn)品一般為紡錘體的形狀，其顆粒直徑在 0.55m，但由于它們粒子之間的相互吸引，顆粒一般呈聚集狀態(tài)。 碳酸鈣后處理的離心

36、脫水 干燥 粉碎 篩分等均系物理過程，后處理所采用的設備對碳酸鈣的物理性質(zhì)有一定的影響。1.2.5 沉淀碳酸鈣生產(chǎn)方法及新工藝試驗概況目前，國內(nèi)輕質(zhì)碳酸鈣生產(chǎn)廠家大都采用碳化法工藝，碳化法主要工藝過程為：將石灰石和無煙煤從石灰窯頂加入石灰窯內(nèi)與空氣進行煅燒，從石灰窯底部出來的石灰與熱水進消化機進行消化反應，得到的石灰乳精制后送入碳化塔中與窯氣進行碳化反應。從石灰窯頂部出來的窯氣經(jīng)換熱、除塵凈化、壓縮后進入碳化塔與精灰乳進行碳化反應生產(chǎn)碳酸鈣沉淀。從碳化塔出來的碳酸鈣懸浮液通過重力沉降增濃后經(jīng)脫水、干燥和粉碎便制得輕質(zhì)碳酸鈣產(chǎn)品。碳化法是生產(chǎn)輕質(zhì)碳酸鈣比較成熟的一種工藝，其主要設備包括石灰石煅燒

37、設備、碳化設備、脫水設備和干燥設備，目前國內(nèi)針對這些設備的改進試驗進展如下：本科畢業(yè)論文- 16 -1. 石灰石煅燒設備（1）中國新式石灰普通立窯現(xiàn)正在推廣的“中國新式石灰普通立窯”與舊式普通立窯相比，其窯形結構上主要特點:一是采用曲線錐形窯形（舊式窯形常采用直筒形、矮壇形、截圓錐形等） ；二是窯的上部設置窯口環(huán)形煙道和煙囪聯(lián)合排煙，下部采用軸流式通風機送風的“上抽下送”的通風排煙方式；三是采用傘型爐柵（舊式窯采用平爐柵） 。這種窯型是兩個大小不同的正截圓錐形和一個曲線錐形，中間夾一個直筒形所構成，其中預熱帶為一正截圓面積，煅燒帶為正截錐形加另外半個直筒形。（2）旋流動態(tài)煅燒設備生產(chǎn)實踐表明，

38、旋流動態(tài)煅燒設備的各種參數(shù)穩(wěn)定易控，反應速度快，精度高。采用自動煅燒機具有自動配風、自動點火及燃燒充分等多項功能，能保證爐內(nèi)氣氛干凈。耐火材料采用高級不定形耐火澆注料搗實成型后燒結而成，能保證高溫條件下表面不剝落，產(chǎn)品無污染。2. 碳化設備輕質(zhì)碳酸鈣生產(chǎn)過程對產(chǎn)品晶形、粒徑、堿度等起決定作用的是碳化工序，其設備選型至關重要。目前碳化工序設備絕大多數(shù)廠選用間歇鼓泡式碳化塔，使用壓縮機的生產(chǎn)廠碳化塔直徑多為 1.2m，還有 1.4m、1.6m，高在 10m 以上；使用羅茨風機的生產(chǎn)廠碳化塔直徑一般在 3.0m 左右，高為 57m；其次采用河北科技大學化工設計研究所“雙噴新工藝生產(chǎn)超細碳酸鈣”技術的

39、企業(yè)，碳化工序采用三級連續(xù)噴霧碳化塔，其直徑為 1.4m、1.6m，高 10m 以上。前二者投資小，操作方便，但氣、液接觸表面積小，碳化不均勻，時間長，產(chǎn)品平均粒徑 510m；后者接觸表面積大，碳化比較均勻，時間短，產(chǎn)品平均粒徑在0.040.08m。為了提高碳化效率，生產(chǎn)超細或超微細碳酸鈣產(chǎn)品，在原碳化本科畢業(yè)論文- 17 -塔內(nèi)部或外部加冷凍裝置，降低碳化反應溫度，保持低溫下碳化反應，這是目前國內(nèi)外碳酸鈣企業(yè)廣泛采用的形式之一。現(xiàn)就目前國內(nèi)正在研究、中試、生產(chǎn)采用的幾種設備簡介如下:（1）噴射碳化器窯氣通過除塵降溫后，經(jīng)羅茨風機或壓縮機送入噴射碳化器中，石灰乳用漿液泵送入噴射碳化器中，在碳化

40、器狹窄的喉管處，窯氣與石灰乳高度分散，相互剪切混合，因而具有很大的氣液接觸面積。氣液沿長長的反應管，流入石灰乳液池，實現(xiàn)充分反應。該設備投資少，碳化器投資為原碳化塔的 50%；設備簡單，維修方便；碳化效率高，能耗低，可節(jié)省電耗 30%；產(chǎn)品粒度細，比表面積大，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。該設備由中南工業(yè)大學滿瑞林等研究并進行中試。（2）垂直篩板碳化塔垂直篩板碳化塔是由河北科技大學化工設計研究所設計。該設備高效、低耗，碳化效率高，體積小。3. 脫水設備目前輕質(zhì)碳酸鈣生產(chǎn)中脫水絕大多數(shù)企業(yè)采用上懸式離心機，該設備生產(chǎn)能力大，下卸料，操作簡單、適用。為進一步提高分離效率，降低水分含量，唐山化工機械廠最近推出 X

41、R1000A 微機控制調(diào)速上懸式離心機，經(jīng)使用證明相同裝機容量、相同操作周期時，濾餅水分可降低 13%。生產(chǎn)超細或超微細碳酸鈣，脫水一般選用板框過濾機，根據(jù)多年來生產(chǎn)實踐證明，采用增強聚乙烯雙隔膜箱式壓濾機防腐、結構簡單、性能穩(wěn)定、可靠、操作方便;由于采用壓榨技術使濾餅水分降低 10%15%，節(jié)煤節(jié)電效果明顯。4. 干燥設備全國碳酸鈣企業(yè)萬噸級以上生產(chǎn)廠絕大多數(shù)使用回轉干燥機，單臺設備可本科畢業(yè)論文- 18 -達 1013kt/a。小型廠大多數(shù)采用炕式干燥，其優(yōu)點是投資小，電耗低;但產(chǎn)品質(zhì)量不易保證，操作環(huán)境惡劣等。近年來生產(chǎn)超細碳酸鈣廠采用噴霧干燥機、旋轉閃蒸干燥機、氣流干燥機等全動態(tài)干燥設

42、備，省去篩分等工序，自動化程度高，產(chǎn)品質(zhì)量好，可達到清潔生產(chǎn)。1.2.6 碳酸鈣研究的發(fā)展趨勢橡膠、塑料、造紙、涂料工業(yè)及復合材料中，根據(jù)填充的基質(zhì)及應用性能不同，對碳酸鈣的性能要求也越來越高。1. 碳酸鈣的結構復雜化目前已有紡錘形、立方形、針形、球形、鏈鎖形、片狀及非晶態(tài)沉淀碳酸鈣，同時其晶體結構也從方解石型向文石型發(fā)展，由于后者具有更好的分散性。碳酸鈣的形狀及晶型不同，性能也不同，其用途也就不同。2. 碳酸鈣粒徑微細化粒子微細化是工業(yè)碳酸鈣的主要發(fā)展方向之一。碳酸鈣產(chǎn)品粒徑越小，粉體表面積越大，與被填充物的總界面作用力相應增大，其補強效果就更好，從而提高碳酸鈣的應用價值。3. 碳酸鈣粒子的

43、表面處理普通碳酸鈣作為填料與有機高聚物并用時存在的主要缺點是碳酸鈣表面親水疏油。在有機高聚物中分散性差。碳酸鈣對有機高聚合物不能吸收，因而幾乎沒有補強性，還會導致某些性能降低。碳酸鈣粉末表面處理為碳酸鈣的應用注入了新的活力。經(jīng)過表面處理的改性技術是各國競相開發(fā)的又一熱點，每年都有新的碳酸鈣表面處理技術專利。本科畢業(yè)論文- 19 -1.2.7 沉淀碳酸鈣生產(chǎn)方法目前沉淀碳酸鈣生產(chǎn)方法主要有以下幾種方法：碳化法，純堿（碳酸鈉）-氯化鈣法或碳酸鉀-氯化鈣法，苛化法，聯(lián)鈣法，蘇維爾法等等。關于這幾種方法的具體介紹會在第二章中講到。1.3 設計依據(jù)設計任務的來源（導師指定）：10000t/a 沉淀碳酸鈣

44、的工藝設計產(chǎn)品規(guī)模： 10000t/a 沉淀碳酸鈣產(chǎn)品規(guī)格：輕質(zhì)碳酸鈣產(chǎn)品規(guī)格（HG 222691）一、外觀：白色粉末二、輕質(zhì)碳酸鈣的技術要求列于表 1-1 中。表 1-1 輕質(zhì)碳酸鈣的技術要求指 標指標項目優(yōu)等品一等品合格品主含量（以 CaCO3 計） ，%98.0100.098.0100.097.0100.0pH 值（10%懸浮液）8.010.08.010.58.011.0105。C 下?lián)]發(fā)物含量，% 0.400.701.00鹽酸不溶物含量% 0.100.200.30本科畢業(yè)論文- 20 -沉降體積 ml/g 2.82.62.4鐵（Fe）含量，% 0.080.100.10錳（Mn）含量，%

45、 0.0060.0080.010篩余物，%： 125m 試驗篩 45m 試驗篩0.0050.300.0100.400.0150.50白度， 90.090.0年工作日：300 天工作班次：五班三運轉1.4.產(chǎn)品主要來源、規(guī)格，水電汽（氣）等供應方式1.4.1.石灰石生產(chǎn)所需原料石灰石在自然界的蘊藏極為豐富，國內(nèi)各省區(qū)均有豐富的石灰石資源，輕質(zhì)碳酸鈣生產(chǎn)所需石灰石的標準見表 1-2。表 1-2 生產(chǎn)輕質(zhì)碳酸鈣對石灰石的要求本科畢業(yè)論文- 21 -項 目指 標項 目指 標CaCO3，%96.5Al2O3+Fe2O3，%0.4（或 CaO，%54）Mn，%0.0045MgCO3，%1.46P+S微量（

46、或 MgO，%0.7）粒度，mm75150SiO2，%1.5抗壓強度，MPa117.681.4.2.煤石灰石中碳酸鈣的分解反應是一個吸熱反應，所以需要用燃料提供熱量。立窯煅燒石灰石可以采用的燃料有焦炭、無煙煤、重油、天然氣、焦爐煤氣和高爐煤氣等。有些地區(qū)受條件限制，也有采用煙煤、褐煤、泥煤、煤矸石甚至柴草作燃料的。但用來生產(chǎn)輕質(zhì)碳酸鈣最常用的煅燒燃料是無煙煤。輕質(zhì)碳酸鈣生產(chǎn)所需石灰石的標準見表 1-3。表 1-3 生產(chǎn)輕質(zhì)碳酸鈣對無煙煤的要求項 目指 標項 目指 標熱值29309kJ/kg灰分16%固定碳80%粒度2040mm揮發(fā)分4.5%1.4.3.水1. 消化用水消化用水是石灰消化時加入到

47、石灰中的水，由于該消化用水進入了工藝系本科畢業(yè)論文- 22 -統(tǒng)，所以消化用水的質(zhì)量對產(chǎn)品質(zhì)量有很大影響。消化用水可以是天然水或自來水，但其水質(zhì)必須滿足一定的要求。有的廠家為了節(jié)約用水，循環(huán)使用增濃時和沉降時排出的清液來作為部分消化用水。石灰消化對水的要求列于表 1-4。表 1-4 石灰消化用水的指標項 目指 標項 目指 標懸浮物20mg/L氧化鎂（MgO）100mg/L透明度30cm錳（Mn）0.5mg/L鹽酸不溶物（SiO2）10mg/LpH6.58.5氧化鐵（Fe2O3）10mg/L2. 洗滌用水洗滌用水是窯氣凈化時加入到窯氣中的水。雖然該洗滌用水也進入工藝系統(tǒng)，但由于窯氣在進入碳化塔對

48、精灰乳進行碳化之前，窯氣中的洗滌用水已基本上排出工藝系統(tǒng)，只有少量的洗滌用水以微滴或蒸汽的形式夾在窯氣中進行碳化塔，所以洗滌用水的質(zhì)量對產(chǎn)品質(zhì)量的影響不大。因此，沒有明顯懸浮物的水就可作為洗滌用水。增濃時排出的清液和沉降時排出的清液?；厥兆鳛橄礈煊盟詼p少耗水量。另外，在活性碳酸鈣的生產(chǎn)中，要用水蒸氣對產(chǎn)品進行干燥，所以要使用蒸汽鍋爐。蒸汽鍋爐的用水則按鍋爐給水標準。本科畢業(yè)論文- 23 -第二章生產(chǎn)流程和生產(chǎn)方案的確定2.1 輕質(zhì)碳酸鈣生產(chǎn)方法2.1.1 碳化法將石灰石等原料煅燒成生石灰（主要成分為氧化鈣）和二氧化碳，再加水消化石灰生成石灰乳（主要成分為氫氧化鈣） ，然后再通入二氧化碳和石灰

49、乳本科畢業(yè)論文- 24 -生成碳酸鈣沉淀，最后碳酸鈣沉淀經(jīng)脫水、干燥和粉碎便制得輕質(zhì)碳酸鈣。主要化學反應如下：（1）石灰石在高溫下分解成氧化鈣和二氧化碳CaCO3=CaO+CO2（2）用水消化氧化鈣生成石灰乳（Ca(OH）2）CaO+H2O= Ca(OH)2（3）用二氧化碳碳化石灰乳生成碳酸鈣沉淀和水Ca(OH)2+CO2= CaCO3+ H2O2.1.2 純堿（碳酸鈉）-氯化鈣法或碳酸鉀-氯化鈣法在純堿（碳酸鈉）或碳酸鉀水溶液中加入氯化鈣即可生成碳酸鈣沉淀，最后碳酸鈣沉淀經(jīng)脫水、干燥和粉碎便制得輕質(zhì)碳酸鈣，主要化學反應如下：NaCO3+CaCl2=CaCO3+2NaClK2CO3+CaCl2

50、=CaCO3+2KCl2.1.3.苛化法生產(chǎn)燒堿（氫氧化鈉）時副產(chǎn)輕質(zhì)碳酸鈣。在純堿水溶液中加入消石灰（主要成分為氫氧化鈣）即可生成碳酸鈣沉淀，并同時得到燒堿水溶液，最后碳酸鈣沉淀經(jīng)脫水、干燥和粉碎便制得輕質(zhì)碳酸鈣。主要化學反應如下：Na2CO3+Ca（OH）2=CaCO3+2NaOH2.1.4.聯(lián)鈣法本科畢業(yè)論文- 25 -用鹽酸處理消石灰得到氯化鈣溶液，氯化鈣溶液在吸入氨氣后用二氧化碳進行碳化便得到碳酸鈣沉淀，最后碳酸鈣沉淀經(jīng)脫水、干燥和粉碎便制得輕質(zhì)碳酸鈣。主要化學反應如下：Ca（OH）2+2HCl=CaCl2+2H2OCaCl2+2NH3H2O+CO2=CaCO3+2NH4Cl+H2O

51、2.1.5.蘇爾維法蘇爾維法是生產(chǎn)純堿的一種方法，也可以用來生產(chǎn)輕質(zhì)碳酸鈣。飽和食鹽水（氯化鈉）在吸入氨氣后用二氧化碳及行碳化便得到重堿（碳酸氫鈉）沉淀和氯化銨溶液。中建沉淀經(jīng)脫水、煅燒便得到純堿。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碳化便得到碳酸鈣沉淀經(jīng)脫水、干燥和粉碎便制得輕質(zhì)碳酸鈣。主要化學反應如下：NH3+CO2+NaCl+H2O=NaHCO3+NH4Cl2NaHCO3= Na2CO3+CO2+H2OCaCO3=CaO+CO2CaO+H2O=Ca（OH）2Ca（OH）2+2NH4Cl=2NH3+CaCl2+2H2O2NH3+CaCl2+CO2+H2O=2NH

52、4Cl+CaCO3輕質(zhì)碳酸鈣的生產(chǎn)方法雖然不少，但在國內(nèi)實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的幾乎只有碳化法，因為其他方法要么消耗昂貴的 Na2CO3 、NH3，要么工藝復雜，這在國內(nèi)是沒有經(jīng)濟效益的。中國目前廣泛采用的工藝是以 1909 年日本白石恒二發(fā)明的碳化法為基礎的工藝。用該工藝生產(chǎn)的輕質(zhì)碳酸鈣是平均粒徑為 13m 的紡本科畢業(yè)論文- 26 -錘形碳酸鈣，本項目即采用碳化法工藝。2.2碳化法流程簡圖：輕鈣包裝粉碎干燥脫水增濃沉降碳化精制調(diào)和消化煅燒冷卻凈化壓縮石灰石無煙煤石灰粗灰乳精灰乳熟漿清液冷水冷水水蒸氣空氣濃漿濕料干料粉料熱水窯氣母液濃漿清液圖2-1 碳化法流程簡圖本科畢業(yè)論文- 27 -第三章生產(chǎn)流程

53、簡述3.1 煅燒如果石場開采的石灰石粒度很大，就要將大塊的石灰石破碎成為粒度為80-120 mm 的石灰石再和粒度為 50-90mm 的無煙煤按一定的配煤率(10012-10015)、一定的間隔(2h)、一定的總量(由生產(chǎn)能力確定)從石灰窯頂加入石灰窯內(nèi)與空氣進行煅燒反應，空氣按需要量(空氣過剩系數(shù)為 1105 -1110)從石灰窯送入(強制通風或自然通風)，石灰按一定的間隔(2h，與加料相配合，先加料后出灰)、一定的溫度(6080)從石灰窯底部出窯，窯氣則連續(xù)按一定溫本科畢業(yè)論文- 28 -度(120150)從石灰窯頂部出窯。通過控制石灰窯底部石灰的出料量來控制生產(chǎn)能力和窯的煅燒溫度。3.2

54、 消化精制與碳化從石灰窯底部出來的石灰運到消化車間與來自夾套換熱器的熱水在消化機或消化池中進行消化反應(石灰與水之比為 14.8)，消化得到的石灰乳的濃度約為 20B，用冷水調(diào)和至 30B，先經(jīng)過流槽沉淀粗渣后再用三級篩和旋液分離器進行精制并調(diào)至 12B，然后精灰乳送入碳化塔中與窯氣進行碳化反應。3.3 窯氣凈化從石灰窯頂部出來的窯氣經(jīng)夾套換熱器與冷水換熱(溫度降至 6080)后，再經(jīng)慣性除塵器、旋風除塵器、噴淋除塵器、篩板除塵塔、氣水分離器和焦油吸附器凈化(溫度降至約 40)，然后進入空氣壓縮機進行壓縮，從空壓機出來的窯氣經(jīng)油氣分離器分離出所夾帶的油霧后進入儲氣罐緩沖穩(wěn)壓，然后進入碳化塔與精

55、灰乳進行碳化反應生產(chǎn)碳酸鈣沉淀。3.4 過濾干燥從碳化塔出來的碳酸鈣懸浮液(熟漿，15B)進入熟漿池中通過重力沉降本科畢業(yè)論文- 29 -進行增濃，增濃后的熟漿(20B)送入高位槽后靠位差進入上懸式離心機進行過濾(脫水)，過濾得到的濾液(母液)進入沉降池中進行重力沉降回收其中的碳酸鈣，加收的碳酸鈣返回熟漿池，沉降時排出的清液與增濃時排出的清液一起返回噴淋除塵器篩板除塵塔以凈化窯氣。從離心機出來的濾餅(濕料，含水量35%)經(jīng)打散機打散后，用皮帶輸送機送入轉筒干燥器中進行干燥，除去大部分水。3.5 后續(xù)加工從干燥器出來的干料(含水量0.4%)經(jīng)除鐵器除鐵后，送入高速離心粉碎機中進行粉碎，從粉碎機出

56、來的粉料(99.995%過 125m 篩，99.7%過 45m 篩，即為產(chǎn)品碳酸鈣)進入旋風收塵器，絕大部分較粗的產(chǎn)品碳酸鈣旋風收塵器的底部出來后即包裝入庫，少部分較細的產(chǎn)品碳酸鈣從旋風收塵器的頂部出來后，進入布袋集塵器收集起來后也作為產(chǎn)品(而且是高質(zhì)量產(chǎn)品)包裝入庫。本科畢業(yè)論文- 30 -第四章工藝計算4.1 計算基準：生產(chǎn)能力：10000 噸/年工作時間：300 天/年安全系數(shù)：1.15日生產(chǎn)能力：33.33 噸/天，考慮安全系數(shù)后：38.33 噸/天，即 1.6 噸/小時生產(chǎn)方法：普通燃煤式立窯 間歇式鼓泡碳化塔生產(chǎn)工藝各工段收率：1石灰石煅燒工序：考慮石灰石過燒和生燒等因素，取石灰石

57、轉化率為 95%，石灰石中 GaCO3含量 97%，煅燒及輸送過程損失 3%，該過程總收率：95%97%97%=89.39%。2石灰消化及精制：收率為 93%，損耗在消化機和旋液分離器中，消化機中石灰乳隨同大塊渣石一起排除，旋液也分離器中石灰乳則隨一定粒度的僵石灰或尚未化好的粒子由旋液分離器底部排除。3碳化工序：通常 CO2過量，石灰乳可視為完全反應，取 99.9%本科畢業(yè)論文- 31 -4后處理工序：離心脫水，隨濾過液帶去約 1%2%的碳酸鈣，但這部分可返回消化機中，回收使用，考慮該部分收率為 99.9%?；剞D窯干燥收率為 99.9%。篩分、包裝等操作收率為 99.8%。碳酸鈣總收率：89.

58、31%98%99%99%99%99%=84.08%消耗石灰石量：38.3384.08%=45.59 噸/天，即 1.90 噸/小時4.2 石灰石煅燒物料衡算按 38.33t/d 計，即 16kmol/h（100%）GaCO3石灰窯進料：1. 石灰石：160.826319.36kmol/h1936kg/h其中： GaCO3 0.970 1877.92kg/h MgCO3 0.012 23.23kg/h H2O 0.005 9.68kg/h FE、Mn、Al 等雜質(zhì) 0.013 25.17kg/h2. 焦炭：按石灰石投料量的 8%計算則焦炭量為 19360.08154.88kg/h其中： 含碳 0

59、.800 123.9kg/h 水分 0.030 4.65kg/h 灰分子 0.120 18.59kg/h本科畢業(yè)論文- 32 - 揮發(fā)分子 0.045 6.97kg/h 硫酸 0.005 0.77kg/h3. 空氣量確定：空氣過剩系統(tǒng)取，按此系數(shù)所得到的窯氣一般為還原性1.10氣體。這種氣體對凈化系統(tǒng)的腐蝕情況可以得到很大的緩和。算得總需氧量為 391.56kg/h，相應氮氣量為 1436.34kg/h，則總空氣量為1827.9kg/h4. 產(chǎn)出生石灰：CaO 量根據(jù)反應方程式 CaCO3CaO+CO2則 CaO 量為：19.360.970.9556=999.05kg/h未反應的碳酸鈣量：19

60、.360.970.05100=93.9kg/hMgO 量根據(jù)反應方程式 MgCO3MgO+CO2MgO 量為：23.238440=11.06kg/h雜質(zhì)（包括石灰石中的雜質(zhì)和焦炭的灰分）：25.17+18.59=43.76kg/h生石灰出料量：G=999.05+93.9+11.06+43.76=1147.77kg/h5. 產(chǎn)生窯氣生成 CO2量：根據(jù) CaCO3CaO+CO2 MgCO3MgO+CO2 CO2+C2CO 計算結果： 由 CaCO3分解得 CO2量：19361000.970.9544=784.97kg/h 由 MgCO3分解得 CO2量：23.238440=11.06kg/h 根