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年产8000吨活性轻质碳酸钙―消化池的设计.rar

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    年产 8000 活性 碳酸钙 消化 设计
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    1本科毕业论文(设计)题 目 年 产 8000 吨 活 性 轻 质 碳 酸 钙 ― 消 化 池 的 设 计 学生姓名 代宏博 专业名称 化学工程与工艺 指导教师 张孟民 2013 年 5 月 27 日教学单位 化学化工学院 学生学号 200992074084 编 号 1目录摘 要 ..................................................................................................................................................1ABSTRACT...............................................................................................................................................11 . 概述 .....................................................................................................................................................21.1 轻质碳酸钙的简介 .........................................................................................................................21.2 轻质碳酸钙的原料来源 .................................................................................................................21.3 轻质碳酸钙的生产方法 .................................................................................................................21.4 轻质碳酸钙的市场现状及应用 .....................................................................................................41.4.1 市场现状 ..................................................................................................................................41.4.2 应用领域 ..................................................................................................................................41.5 轻质碳酸钙的前景与展望 .............................................................................................................52 原料、辅料产品的主要技术规格 ........................................................................................................62.1 原料的要求: .................................................................................................................................62.2 辅料的要求 .....................................................................................................................................73 消化池的设计 ........................................................................................................................................83.1 石灰消化的机理 .............................................................................................................................83.2 消化的影响因素 .............................................................................................................................83.2.1 石灰的质量 ..............................................................................................................................83.2.2 灰水比 ....................................................................................................................................103.2.3 温度 ........................................................................................................................................113.2.4 石灰的粒度 ............................................................................................................................114 设备选型 ..............................................................................................................................................114.1 消化池材料的选择 .......................................................................................................................124.2 消化池的选型 ...............................................................................................................................124.2.1 搅拌容器 ................................................................................................................................124.2.2 搅拌器的选择 ........................................................................................................................135.消化池的工艺计算 ..............................................................................................................................135.1 消化工序物料衡算 ....................................................................................................................135.1.1 计算基准 ................................................................................................................................1315.1.2 物料衡算 ................................................................................................................................145.2 消化池设备的尺寸计算 ...............................................................................................................145.2.1 消化池实际体积的计算 ........................................................................................................1425.2.2 消化池经济尺寸的选取 ........................................................................................................155.2.3 消化池壁厚的计算 ................................................................................................................165.2.4 压力试验,应力校核 ............................................................................................................166 设计结果 ..............................................................................................................................................17参考文献 .................................................................................................................................................18结 束 语 .................................................................................................................................................18谢 辞 .................................................................................................................................................201年产 8000 吨活性轻质碳酸钙的工艺设计—消化池的设计代宏博 *(宝鸡文理学院 化学化工学院 陕西 宝鸡 721013)摘 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: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 Dai Hongbo (Baoji university of Arts and Sciences Department of Chemistry and Chemical Engineering, Baoji, Shaanxi 721013)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.* 交稿日期:2013-05-27 指导老师:张孟民作者简介:代宏博(1989-) ,男,陕西宝鸡人,化学化工院 2013 届化学工程与工艺专业毕业21. 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(5μm)、微粉碳酸钙(1~5μm)、微细碳酸钙 (0.1~1μm) 、超细碳酸钙 (0.02~0.1μm)、超微细碳酸钙(0.02μm) 。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60~90ml/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3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。 QCOaC23l6.15kJ/mo(H)aO2+Q() 232图 1: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。41.4 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 1: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98.0 97.0 98.0 97.0水分 0.30 0.40 0.40 0.40筛余物 0.005 0.005 0.005 0.005沉降体积 2.8 2.5 2.8 2.5盐酸不溶物 0.1 0.2. 0.20 0.30游离碱 0.10 0.10 0.10 0.15铁 0.10 0.10 0.10 0.10锰 0.0045 0.003 —— ——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 70~135 美元/t,微细碳酸钙价格为 15~275 美元/t, 超细碳酸钙价格为 275~485 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 t6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建设了 2 万t/a 的造纸用超细碳酸钙生产厂,并准备在宁波再建 1 套 5 万 t/a 的生产装置。瑞士的有关公司也派专家来我国考察碳酸钙原料矿的情况,探讨与我国合作的可能性。我国碳酸钙对国外公司吸引由此可见一斑,同时也显示了超细碳酸钙在我国有着广阔的发展前景。2 原料、辅料产品的主要技术规格2.1 原料的要求:石灰石:沉淀(轻质)碳酸钙产品的质量很大程度上取决于原料石灰石的质量。石灰石所含的杂质主要是硅、镁、铁、铝等的氧化物或碳酸盐。生产上对原料石灰石质量的要求为:表 2:石灰石质量的要求CaO≥54% MgO≤0.7%CaCO3≥96.4% MgCO3≤1.46%SiO2≤1.5% Fe2O3+Al2O3≤0.4%Mn≤0.0045% P+S 微量煅烧石灰石的燃料:在沉淀(轻质)碳酸钙生产中,煅烧石灰石的燃料,我国是以固体燃料为主,基于设备和工艺要求,多使用焦炭和无烟煤。而现代化的直窑和回转窑,则主要使用液体燃料和气体燃料。机械化立窑所用燃料多为焦炭,而一般直窑煅烧石灰石较普遍使用的燃料则是无烟煤。立窑煅烧石灰石用无烟煤应符合下列条件:发热量≥6500kcal/kg(27214.2kJ/kg) ;固定炭≥60%; 灰分≤12% 。 无烟煤与焦炭相比,机械强度差,易碎成小块或粉末,故作为立窑燃料用的无烟煤应以块状为佳,块度控制在 3-7cm(按立方体边长计 )范围内。
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