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1、湖南化工职业技术学院毕业设计毕业设计3.0万t/a轻质碳酸钙工艺设计与碳化塔选题型毕业设计 产品设计 丁工艺设计方案设型计姓名刘宏伟班级化工1313所属系部化学工程学院院）专业应用化工技术校内指导魏义兰师职称助教企业指导王宇师完成时间2015年11月16日类(教老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
2、、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AbstractThis 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, classification
3、, 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 production process of t
4、he 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 carbonization tower目录第一
5、章 文献综述 01.1 定义01.2 性质01.3 分类01.3.1 根据碳酸钙晶粒形状分类01.3.2按其平均粒径(d)分类01.4 特点11.4.1 轻质碳酸钙的特点11.4.2重质碳酸钙的特点11.5 用途1第二章生产工艺 32.1 碳化原理32.2 生产方法32.2.1 碳化法32.2.2 氯化钙法32.2.3 苛化碱法32.2.4 联钙法32.2.5 苏尔维法42.3 碳化工艺生产方法42.3.1 间歇鼓泡碳化法42.3.2连续鼓泡碳化法52.3.3 连续喷雾碳化法52.3.4 超重力反应结晶法62.4 普通轻质碳酸钙生产的流程方框图62.5 流程说明72.6 碳化工艺条件的影响72
6、.6.1 温度72.6.2 压力82.6.3 窑气中 CO 的浓度82.6.4 精制石灰乳的浓度82.6.5 窑气的流量92.6.6 游离碱92.7 碳化终点的指示92.7.1 根据电导率的变化来指示终点92.7.2 根据 pH 值的变化来指示终点92.7.3 根据溶液的温度变化来指示终点102.7.4 根据体系的压力变化来指示终点102.8 连续鼓泡碳化法的工艺流程102.8.1 连续鼓泡碳化法工艺流程图102.8.2 连续鼓泡碳化法工艺流程说明102.8.3 连续鼓泡碳化工艺的特点 11第三章工艺计算 123.1 物料衡算123.1.1 计算基准123.1.2 轻质碳酸钙生产过程的收率和所
7、需原料量123.1.3 消化过程的物料衡算123.1.4 旋液分离器的物料衡算133.1.5 石灰乳配置的物料衡算133.1.6 碳化过程物料衡算133.1.7 脱水工序的物料衡算143.1.8 干燥工序的物料衡算153.1.9 物料衡算汇总153.2 热量衡算 163.2.1 连续消化机的热量衡算163.2.2 碳化塔的热量衡算173.2.3 干燥系统的热量衡算183.2.4 热量衡算表19第四章碳化塔设备的计算与选型 204.1 碳化塔的类型204.2 碳化塔的设备计算204.3 停留时间估算204.4 由物料衡算估算214.5 设备一览表 21第五章设计图纸 225.1 鼓泡碳化塔设备结
8、构图225.2 轻质碳酸钙生产过程工艺流程图235.3 平面布置图24参考书目及文献 25致谢 27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
9、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(1.1 1.4mL/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4.96X10-9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
10、。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、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(d5 pm )；微粉碳酸钙(1 pm d5 pm )；微细碳酸钙(0.1 pmdW1 pm )；超细碳酸钙(0.02 pm dW0.1 pm )；超微细碳酸钙(dW0.02 pm )。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1
11、3 pm。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 pm。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
12、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
13、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
14、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：Ca (OH) + CO T CaCO J+ HO2 2 3 22.2 生产方法2.2.1 碳化法将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:石灰烧制：CaCO T CaO + CO T -Q3 2 1消化反应：CaO + HOTCa(OH) + Q2 2 2碳化反应：Ca (OH) + CO T CaCO + HO +
15、Q2 2 3 2 3过碳化反应： CaCO +HO+CO TCa(HCO)3 2 2 3 22.2.2 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：Na CO + CaCl T CaCO I +2NaCl2 3 2 32.2.3 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：Na CO + Ca(OH) T CaCO 1+2NaOH2 3 2 32.2.4 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：CaCl + 2NH + HO + CO T CaCO 1+2NH C
