湖南化工职业技术学院毕 业 设 计毕业设计题3.0万t/a轻质碳酸钙工艺设计与碳化塔选型 毕业设计类型产品设计 工艺设计 方案设计 姓名 刘宏伟 班级 化工1313 所属系部(院) 化学工程学院 专业 应用化工技术 校内指导教师 魏义兰 职称 助教 王宇 企业指导老师完成时间 2015年 11 月 16 日 借鉴1%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、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；碳化塔选型借鉴1%Abstract This 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, 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 the 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借鉴1%目 录第一章 文献综述11.1定义11.2性质11.3分类11.3.1根据碳酸钙晶粒形状分类11.3.2按其平均粒径(d)分类21.4特点21.4.1轻质碳酸钙的特点21.4.2重质碳酸钙的特点21.5用途2第二章生产工艺42.1碳化原理42.2生产方法42.2.1碳化法42.2.2氯化钙法42.2.3苛化碱法42.2.4联钙法42.2.5苏尔维法52.3碳化工艺生产方法52.3.1间歇鼓泡碳化法52.3.2连续鼓泡碳化法62.3.3连续喷雾碳化法62.3.4超重力反应结晶法72.4普通轻质碳酸钙生产的流程方框图82.5流程说明82.6碳化工艺条件的影响82.6.1温度82.6.2压力9借鉴1%2.6.3窑气中CO的浓度92.6.4精制石灰乳的浓度92.6.5窑气的流量102.6.6游离碱102.7碳化终点的指示102.7.1根据电导率的变化来指示终点102.7.2根据pH值的变化来指示终点112.7.3根据溶液的温度变化来指示终点112.7.4根据体系的压力变化来指示终点112.8连续鼓泡碳化法的工艺流程112.8.1连续鼓泡碳化法工艺流程图112.8.2连续鼓泡碳化法工艺流程说明122.8.3连续鼓泡碳化工艺的特点12第三章工艺计算133.1物料衡算133.1.1计算基准133.1.2轻质碳酸钙生产过程的收率和所需原料量133.1.3消化过程的物料衡算133.1.4旋液分离器的物料衡算143.1.5石灰乳配置的物料衡算143.1.6碳化过程物料衡算143.1.7脱水工序的物料衡算153.1.8干燥工序的物料衡算163.1.9物料衡算汇总163.2热量衡算173.2.1连续消化机的热量衡算173.2.2碳化塔的热量衡算183.2.3干燥系统的热量衡算193.2.4热量衡算表20借鉴1%第四章碳化塔设备的计算与选型214.1碳化塔的类型214.2碳化塔的设备计算214.3停留时间估算214.4由物料衡算估算224.5设备一览表23第五章设计图纸245.1鼓泡碳化塔设备结构图245.2轻质碳酸钙生产过程工艺流程图255.3平面布置图25参考书目及文献26致谢28借鉴1%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(1.11.4mL/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4.9610-9，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。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）；微粉碳酸钙（1d5）；微细碳酸钙（0.1d1）；超细碳酸钙（0.02d0.1）；超微细碳酸钙（d0.02）。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13。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。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%。借鉴1%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：2.2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:2.2.2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：2.2.3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：2.2.4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：2.2