傳統輕質碳酸鈣生產工藝及設備
輕型碳酸鈣是一種重要的基礎化工原料,主要有造紙、塑料、塑料薄膜、化纖、橡膠、粘合劑、密封劑、日化、化妝品、建筑材料、涂料、油墨、油灰、蠟封、膩子、醫藥、食品(口香糖、巧克力)、飼料等。輕鈣劑的作用是增加產品體積,降低成本;改善工藝性能(如調整粘度、流變性、硫化性能);提高尺寸穩定性、補強性和半補強性;改善印花性能;改善物理性能(如耐熱、消光、耐磨損、耐燃燒、耐白度、光澤等)。生產輕型碳酸鈣的方法。
生產輕型碳酸鈣的方法有多種:
(1)碳化、(2)堿氯化鈣、(3)苛化、(4)聯鈣法、(5)蘇爾維法。
在國內,主要采用碳化方法,將石灰石原料燃燒成生灰石和二氧化碳,通過加水消化生石灰,生成石灰乳,然后通過通入二氧化碳,由石灰乳產生碳酸鈣沉淀,經脫水、干燥、冷卻、粉碎、過篩,就可以生產輕質碳酸鈣。
重大的化學反應
一、石灰石鍛燒反應。
圖像。
二、生石灰消解反應。
caO+H2O→Ca(OH)
三、碳酸化。
在Ca(OH)2+CO2→CaCO3+H2O之前,國內大部分沉淀碳酸鈣生產廠家都是以石灰石為原料,無煙塊煤或粉煤為燃料,以一定的比例、一定的粒度,在半機械化或鐵皮機械化立窯上鍛燒,生石灰經篩選,加一定的水,或在化灰機或化灰池中加70℃以上的熱水進行消解反應,制得石灰乳,再通過滾篩或曲流池、三級旋液分離器除渣,制得精漿,待碳化。
窯頂排出CO2濃度在25%以上的窯氣,經慣性除塵器、噴淋塔、泡沫或填料塔等三級除塵冷卻后,進入壓縮機或羅茨風機,壓縮升壓至碳化塔。用泵將精制石灰乳注入到碳化塔中,液面高度3.5~10m(因窯氣壓力不同,高度不同),停止噴射液體,打開碳化塔底部窯氣進氣閥。窯氣體在炭化塔底部自上鼓泡,CO2與精漿中的Ca(OH)2發生碳化反應,產生CaCO3沉淀。
炭化反應結束后,關閉窯氣進氣閥,停止炭化。開啟炭化塔底部放漿閥門,放入稠厚池,停留1~2h后,稠液經高位機槽進入離心機,進行固液分離。除濾液外的液池,部分送消化作為化灰水的補充,部分通過沉淀排出。過濾網經過粉碎機粉碎后,送入旋轉干燥機干燥,干粉通過篩粉機或風選機篩除渣分級,產品通過包裝機包裝,待銷。
活化碳酸鈣生產過程。
活化沉淀碳酸鈣生產工藝,分為干法和濕法兩種改性處理工藝。產品質量好,活性劑用量少,但遇水解或不溶于水時,必須采用干法改性,方可使用濕法改性。
濕法改性工藝,是在生產沉淀碳酸鈣的過程中,在碳化塔后增加濕法處理設備,生產活性沉淀碳酸鈣。
干改性工藝,是在生產沉淀碳酸鈣的過程中,在干燥后加入干處理工藝設備,生產活性沉淀碳酸鈣。輕鈣制得正常后,由羅粉機篩分的合格粉末,定量輸入混合機。打開攪拌器,蒸氣加熱到90~110℃,按要求均勻加入攪拌劑。1h后,待粉體表面完全包覆,打開卸粉閥,放入冷卻的貯槽,冷卻后進入氣流振動篩系統,進行篩分、裝料。
生產型選擇原則。
工藝流程設備的選擇原則是:從設備的各項技術經濟指標中擇擇,綜合平衡,優化組合。輕質碳酸鈣/鎂(白云石法)的生產工藝路線基本成熟確定(兩類不同的產品其前部工藝過程幾乎類似),由若干個相互關聯且相對的單元(如石灰(白云石)石鍛燒、石灰消化與灰乳精制、窯氣凈化、壓送碳化、增濃(熱解-增濃)脫水干燥、篩選等,每一個單元都依靠不同單元設備來完成任務。
以設備選型的優劣保證了工藝技術和經濟指標的先進。
依據以上原則,對工藝設備的選擇,主要應從以下六個經濟技術指標綜合平衡,得出組合。
一是生產能力。
機器設備的生產能力是指單位時間內能夠完成的生產任務的數量。另一種關于機械設備的生產能力的表述是單位生產能力,即機械設備在單位時間內每單位體積(體積、重量或面積)所能完成的生產任務量。舉例說,石灰窯的生產能力是(噸石灰,每天立方米)。設備越完善,單位生產能力越高。
每個設備的生產能力是根據生產任務的要求來選擇的。在使用定型設備時,應力求使名義生產能力與實際生產能力相近。另外,在整個生產系統中,所組合的各種設備的生產能力應力求平衡,否則,如果有的設備設.備能力不足,而有的設備又成為生產中的薄弱環節,則整個系統的生產能力就會受制于這些薄弱環節。
機械設備的生產能力當然是從數量上來衡量的,首先要保證所生產的產品的質量。由于沒有質量保證,根本談不上數量的多少。在一個生產環節中,若要選擇結構形式多樣的設備,首先要保證產品的質量要求,然后選擇合適的設備。
二是消耗系數。
消耗量是指生產產品的單位重量或體積所消耗的原材料和能源的量。原材料,燃料,蒸汽,水,壓縮空氣,電力等;舉例來說,石灰窯本身的產品是生石灰和窯氣(含CO2成分),通常用每生產一噸生石灰所消耗的石灰石,無煙煤或焦炭的量,或煤氣、電能(含強力鼓風耗電)的量來表示石灰窯的消耗系數,作為窯氣是回收用于石灰窯生石灰的副產品,這一副產品的原材料消耗在石灰窯中不再計算。
其消耗系數不與所采用的工藝路線有關,而且與所采用的設備結構和設備組合方式密切相關。一般情況下,消耗系數越小越好,但有時為了提高原有設備的總產量,在整個系統中也允許適當增加某一環節設備的消耗系數。提高設備效率,降低設備消耗系數;本文著重介紹了如何選擇高效、低耗的設備。
三是環境效益。
環境友好性是指在完成生產任務的過程中,設備或設備組合本身或通過必要的輔助設施,對所排放的廢渣、廢氣、廢水(通常稱為三廢)的凈化程度。具有良好環保性能的設備或其組合,應配套設施簡單,三廢排放達到國家規定的排放標準,并能使某些三廢凈化的中間產品或終產品得到回收或再利用,以達到降耗減排的目的。
舉例來說,碳酸鈣生產的干燥過程——是一種含濕濾并的動態干燥,干燥機排出的水和碳酸鈣粉末混在一起,其中含有大量熱能的水蒸氣和空氣的混合物。直排既浪費能源,又污染環境,采用了與之配套的收集回收裝置(潮汽除塵器)的干燥機,不防止了污染,還回收了碳酸鈣半成品和大量的熱能,達到了降耗減排的雙效。
四是價格。
由于設備價格影響著工廠投資的規模,所以有必要采用簡單、實用、廉價的設備。有些設備雖然復雜,價格昂貴,但卻能提高產品質量,增加生產能力,延長使用壽命,在防止污染、減少消耗方面效果,而且在經過經濟合理性的核算之后,也有必要使用這種價格較高的設備。
五是管理費。
管理層的開支包括人力成本,維護和維修成本等。生產成本降低了,產品成本也相應降低了。但管理費并非一個孤立的因素。比如,如果設備不能高度自動化,則管理費用會降低,但投資會大幅增加。例如石灰窯,目前我國碳酸鈣/鎂行業有些企業已采用微電腦控制全自動機械立窯,收到了良好的單位產量、產品質量和低成本效果,但其投資卻幾乎是一般機械立窯的1-2倍。所以它的采用不能單邊考慮,必須結合企業的能力、條件具體分析,擇擇。
六是產品費用。
在整個生產過程中,產品成本是所有經濟效應的綜合反映.機械設備結構是否完善,性能是否適應是影響產品成本的重要因素。例如用石灰石(白云石)、石灰消化和灰乳精制碳酸鈣和碳酸鎂的生產工藝,以及窯氣凈化和壓送,碳化增濃,(熱解)增濃等工藝。
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