年产8000吨活性轻质碳酸钙―消化池的设计说明书

1 年年产产 8000 吨吨活活性性轻轻质质碳碳酸酸钙钙 消消化化池池的的设设计计 目录目录 摘 要.1 ABSTRACT.1 1 . 概述 .2 1.1 轻质碳酸钙的简介.2 1.2 轻质碳酸钙的原料来源.2 1.3 轻质碳酸钙的生产方法.2 1.4 轻质碳酸钙的市场现状及应用.4 1.4.1 市场现状.4 1.4.2 应用领域.4 1.5 轻质碳酸钙的前景与展望.5 2 原料、辅料产品的主要技术规格 .6 2.1 原料的要求：.6 2.2 辅料的要求.7 3 消化池的设计 .8 3.1 石灰消化的机理.8 3.2 消化的影响因素.8 3.2.1 石灰的质量.8 3.2.2 灰水比.10 3.2.3 温度.11 3.2.4 石灰的粒度.11 4 设备选型 .11 4.1 消化池材料的选择.12 4.2 消化池的选型.12 4.2.1 搅拌容器.12 4.2.2 搅拌器的选择.13 5.消化池的工艺计算 .13 51 消化工序物料衡算.13 5.1.1 计算基准.13 5.1.2 物料衡算.14 1 5.2 消化池设备的尺寸计算.14 5.2.1 消化池实际体积的计算.14 2 5.2.2 消化池经济尺寸的选取.15 5.2.3 消化池壁厚的计算.16 5.2.4 压力试验，应力校核.16 6 设计结果 .17 参考文献 .18 结 束 语 .18 谢 辞 .20 1 年产 8000 吨活性轻质碳酸钙的工艺设计 消化池的设计 摘摘 要要：轻质碳酸钙是我国传统的化工产品之一，本文综述了轻质碳酸钙的来源、性质、用 途、前景及制造工艺。它的生产过程一般包括石灰石的煅烧、生石灰的消化、消石灰碳化、 悬浮液的液固分离以及滤饼的干燥等。本设计首先通过对消化原理及影响因素的分析，选 择了这种带搅拌的混合釜的材料，确定了搅拌容器以及搅拌器的形式，最后对物料体积的 计算，进而确定设备的经济尺寸，并进行了压力试验和应力校核从而保证消化过程的顺利 进行，确保任务顺利完成。 关键词关键词：轻质碳酸钙 生石灰的消化 带搅拌的混合釜 Process Design of Light Calcium Carbonate Activity with Production of 8000 tons per year：Design of Digester Abstract: Precipitated calcium carbonate is one of the chemical products of our traditional ,this paper, the source of light calcium carbonate, nature, purpose, prospects and manufacturing process. It is generally taken to include the production process of the calcination of limestone, quicklime digestion, lime carbonation, suspension and the liquid-solid separation, such as dry cake. First of all,bassing on the design principle of digestion and analysis of influencing factors, choose this materials of kettle with stirring a mixture, mixing container and stirrer, and finally acorrding to the calculation of the volume of material, and then determine equipment economic size， and pressure stress testing and verification to ensure the smooth progress of the digestive process, to ensure the successful completion of tasks. Key words: light calcium carbonate digestion quicklime mixed with stirring kettle. 2 1. 概述概述 1.1 轻质碳酸钙的简介 轻质碳酸钙(Light Calcium Carbonate)又称沉淀碳酸钙( Precipitated Calcium Carbonate，简称 PCC) ，是将石灰石等原料段烧生成石灰（主要成分为氧化钙） 和二氧化碳，再加水消化石灰生成石灰乳（主要成分为氢氧化钙） ，然后再通入 二氧化碳碳化石灰乳生成碳酸钙沉淀，最后经脱水、干燥和粉碎而制得，或者 先用碳酸钠和氯化钙进行复分解反应生成碳酸钙沉淀，然后经脱水、干燥和粉 碎而制得。由于轻质碳酸钙的沉降体积（2.4-2.8mL/g）比重质碳酸钙的沉降体 积（1.1-1.4mL/g）大，所以称之为轻质碳酸钙。 轻质碳酸钙的形状根据碳酸钙晶粒形状的不同,可将轻质碳酸钙分为纺锤形、 立方形、针形、链形、球形、片形和四角柱形碳酸钙,这些不同晶形的碳酸钙可 由控制反应条件制得。轻质碳酸钙按其原始平均粒径(d) 分为:微粒碳酸钙(5m)、 微粉碳酸钙(15m)、微细碳酸钙(0.11m)、超细碳酸钙(0.020.1m)、超 微细碳酸钙(0.02m)。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。 轻质碳酸钙的粉体特点 : a.颗粒形状规则 ,可视为单分散粉体 ; b. 粒度分 布较窄; c. 粒径小。 1.2 轻质碳酸钙的原料来源 石灰石的主要成分是碳酸钙。在自然界中，纯碳酸钙罕见，但含有各种杂 质的碳酸钙却普遍存在，石灰石、方解石、大理石、白云石等，几乎遍布于地 表。在外层地壳中约占 0.25%，在沉积岩中仅次于泥质沿和沙岩，占第三位。 1.3 轻质碳酸钙的生产方法 轻质碳酸钙的生产方法有多种，但在国内的工业生产的主要是碳化法。 1)碳化法:将石灰石等原料煅烧生成石灰(主要成份为氧化钙) 和二氧化碳,再 3 加水消化石灰生成石灰乳(主要成份为氢氧化钙),然后再通入二氧化碳碳化石灰 乳生成碳酸钙沉淀,最后碳酸钙沉淀经脱水、干燥和粉碎便制得轻质碳酸钙。 QCOCaOCaCO 23 l66.15kJ/moCa(OH)OHCaO 22 +QO2HCaCOOHCOCa(OH) 23222 图图 1：活性轻质碳酸钙碳化法生产工艺流程图：活性轻质碳酸钙碳化法生产工艺流程图 2)纯碱(Na2CO3)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。 3)苛化碱法:在生产烧碱(NaOH) 过程中,可得到副产品轻质碳酸钙。在纯碱 水溶液中加入消石灰即可生成碳酸钙沉淀,并同时得到烧碱水溶液,最后碳酸钙沉 淀经脱水、干燥和粉碎便制得轻质碳酸钙。 4)联钙法:用盐酸处理消石灰得到氯化钙溶液,氯化钙溶液在吸入氨气后用二 氧化碳进行碳化便得到碳酸钙沉淀。 5)苏尔维法:在生产纯碱过程中,可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,便得到重碱(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。 4 1.4 轻酸钙的市场现质碳状及应用 1.4.1 市场现状 我国是世界上碳酸钙资源和生产大国。目前，我国碳酸钙工业总生产能力 达 400 万 t/a。但是，统计结果显示，在我国碳酸钙行业中，具有一定技术附加 值的沉淀碳酸钙在产品结构中仅占 7.7%，其中具有高附加值的品种不足总产能 的 0.5% ,而国外纳米级超细碳酸钙已形成大规模工业化生产。 表表 1：产品质量指标：产品质量指标 I 型 II 型级数和指标 指标名称一级二级一级二级 98.097.098.097.0 水分0.300.400.400.40 筛余物0.0050.0050.0050.005 沉降体积2.82.52.82.5 盐酸不溶物0.10.2.0.200.30 游离碱0.100.100.100.15 铁0.100.100.100.10 锰0.00450.003 白度90.0 轻质碳酸钙国内有生产企业 300 余家。据统计，2002 年 1 一 9 月，全国生 产轻质碳酸钙 127.14 万 t， 表观消费量 129.83 万 t。前国内超细钙产企业尚未 形成规模 ，仅广东恩平化有限公司、北京化工建材厂、湖南大乘资氮集团公司、 上海华明高科集团公司等几家企业生产超细钙年总产量在 3 万 t 左右。 目前我 国市场普通轻质碳酸钙的价格为 500 一 650 元/t，活性轻质碳酸钙价格为 800 一 1200 元/t ，油墨用超细轻质碳酸钙价格为 1800 一 2000 元/t， 轻质碳酸钙的 价格比同一细度的重质碳酸钙高一倍以上 。 1.4.2 应用领域 近年我国对纳米级超细活性碳酸钙的需求量预计每年以 15% 的增长率增长。 我国橡胶 、塑料 、油墨、特殊纸制品、轿车漆及橡胶等主要行业对纳米碳酸 钙有较大的需求量，到 2005 年预计将增加到 8 万 t 以上。 橡胶行业是我国轻质碳酸钙的最大用户，其用量占轻质碳酸钙总产量的 40%左 右。预计轻质碳酸钙在橡胶行业用量的增长率约为 10%。 5 涂料、建筑等行业轻质碳酸钙的用量占其总产量的 30%左右。由于国家一 直在大力实施安居工程，建筑业明年奖有较大幅度增长，预计该行业消费轻质 碳酸钙将增长 14%左右。 国内塑料市场中，轻质碳酸钙用量占轻质碳酸钙总产量的 15%左右。碳酸 钙添加在塑料中可增加塑料体积，降低产品成本，提高塑料制品的尺寸稳定性 硬度和刚性，改善塑料的加工性能。目前在 PVC 制品的生产加工中少量使用轻 质碳酸钙可提高 PVC 制品的拉伸强度。轻质碳酸钙的品质除由天然碳酸钙的品 位决定外，其缎烧等化学反应条件及分级细度也是十分重要的因素。 油墨、牙膏等行业轻质碳酸钙的用量占其总量的 10%左右。 造纸工业是国内碳酸钙最具开发潜力的应用领域。用轻质碳酸钙作造纸填 料，可提高纸制品白度和蔽光性，可使造纸厂减少纸浆用量 ，大幅降低生产成 本目前我国造纸用轻质碳酸钙用量占轻质碳酸钙总产量的 5%。 在沿海开发放 地区，许多新建、扩建的大中型中外造纸企业己采用中性工艺，随着这些行业 的发展，轻质碳酸钙用量将稳定增长，市场前景乐观。 1.5 轻质碳酸钙的前景与展望轻质碳酸钙的前景与展望 综观国内轻质碳酸钙市场，以上海为中心的江苏、浙江沿海经济发达地区， 橡胶、塑料 、油墨、造纸加工制品制造业水平较高，对轻质碳酸钙的需求较大 且质量要求高，主要需求超细碳酸钙、超微细碳酸钙、造纸专用碳酸钙等高附 加值碳酸钙。另外，浙江杭州、宁波、江苏苏州、镇江等地，广东深圳、东莞 等地，塑料加工、玩具生产业发达，对轻质碳酸钙需求较大，主要是普通碳酸 钙和活性碳酸钙，对橡胶用超细碳酸钙、油墨用超细碳酸钙也有一定的需求。 近年来，我国每年进口高档碳酸钙制品量高达 6 万 10 万 t，市场潜力巨 大。美国市场中粗碳酸钙价格为 70135 美元/t，微细碳酸钙价格为 15275 美 元/t,超细碳酸钙价格为 275485 美元 /t。日本市场超细轻质碳酸钙价格为 434 美元/t。 不同行业对碳酸钙产品的要求不同，因此碳酸钙产品必将朝系列化、精细 高档化的方向发展。近年来，英国、西班牙、日本等国的碳酸钙生产商纷纷看 好我国市场，在广东、江苏、 安徽、浙江等省相继建起一些年产 2 万5 万 t 6 超细碳酸钙规模的独资或合资企产， 目前英国瓷土公司已在安徽