年產(chǎn)12萬噸微粉碳酸鈣生產(chǎn)線工藝設(shè)計和實(shí)現(xiàn) 化學(xué)工程與工藝專業(yè)

題目：年產(chǎn)12萬噸微粉碳酸鈣生產(chǎn)線工藝設(shè)計目錄TOC\o"1-3"\h\u摘要 IVAbstract V第1章緒論 11.1碳酸鈣介紹與分類 11.1.1碳酸鈣介紹 11.1.2碳酸鈣分類 11.2碳酸鈣市場分析 21.2.1國內(nèi)外行情 21.2.2國內(nèi)現(xiàn)狀分析 21.3研究的目的及意義 2第2章工藝分類及流程設(shè)計 42.1工藝分類 42.1.1重質(zhì)碳酸鈣生產(chǎn)方式 42.1.2輕質(zhì)碳酸鈣生產(chǎn)方式 42.2工藝流程設(shè)計 52.2.1煅燒工段 88752.2.2消化工段 62.2.3粗灰乳的調(diào)和與精制工段 72.2.4窯氣的冷卻與凈化工段 72.2.5窯氣的壓縮工段 PAGEREF_Toc647782.2.6精灰乳的碳化工段 82.2.7熟漿的増濃和過濾工段 82.2.8母液沉降工段 92.2.9干燥及包裝工段 92.3本章小結(jié) 10第3章物料衡算與能量衡算 113.1概述 113.2物料衡算的計算基準(zhǔn) 113.2.1石灰石煅燒工段的物料衡算 113.2.2石灰消化過程的物料衡算 143.2.3碳化過程的物料衡算 163.2.4漿液增濃與過濾過程的物料衡算 173.2.5干燥與包裝過程的物料衡算 183.3能量衡算 193.3.1石灰石煅燒過程的能量衡算 193.3.2石灰消化過程的能量衡算 203.3.3漿液調(diào)溫調(diào)濃過程的能量衡算 213.3.4碳化過程的能量衡算 223.3.5干燥過程的能量衡算 23第4章主要設(shè)備的設(shè)計與選型 254.1立窯主要數(shù)據(jù)的確定 254.2碳化塔主要數(shù)據(jù)的確定 284.3石灰消化與精制設(shè)備 314.3.1槽式化灰機(jī)的主要數(shù)據(jù)確定 314.3.2直線振動篩的主要數(shù)據(jù)確定 314.4固液分離設(shè)備選型 PAGEREF_Toc2835324.5小結(jié) 32第5章經(jīng)濟(jì)性能評價 335.1總投資成本、產(chǎn)品成本 335.1.1總投資成本 PAGEREF_Toc20380335.1.2產(chǎn)品成本 345.2環(huán)境保護(hù) 365.2.1環(huán)境保護(hù)意義 365.2.2環(huán)境保護(hù)措施 36第6章總結(jié)與展望 386.1總結(jié) 386.2展望 38參考文獻(xiàn) 39致謝 41年產(chǎn)12萬噸微粉碳酸鈣生產(chǎn)線工藝設(shè)計摘要碳酸鈣是一種使用非常廣泛的無機(jī)化合物，通常用作填充劑和增強(qiáng)劑。中國雖然礦產(chǎn)資源豐富，但基本用于生產(chǎn)重質(zhì)碳酸鈣和低等級輕質(zhì)碳酸鈣產(chǎn)品。為改善形勢，提高碳酸鈣產(chǎn)品的附加值和產(chǎn)量。本項目以無煙煤和石灰石為原料，確定了以年產(chǎn)12萬噸微粉碳酸鈣為課題項目。通過對現(xiàn)有工藝的比較，確定了用間歇鼓泡碳化法生產(chǎn)碳酸鈣的工藝流程。通過輕質(zhì)碳酸鈣生產(chǎn)的物料平衡計算和熱量平衡計算，定量地確定主副產(chǎn)品的產(chǎn)量和組成，間接地確定了關(guān)鍵設(shè)備的技術(shù)參數(shù)。此外，本文還繪制了工藝設(shè)備圖和工藝流程圖，為了更直觀地呈現(xiàn)設(shè)備的形狀和尺寸以及每個階段物料的去向。通過對經(jīng)濟(jì)性能的評價，確認(rèn)了該項目的可行性。綜上所述，本文所設(shè)計的生產(chǎn)線工藝對優(yōu)化中國碳酸鈣的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)有著重要的幫助，為提高碳酸鈣產(chǎn)品的價值和產(chǎn)量提供了有力的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。文中所設(shè)計的設(shè)備圖和工藝流程圖也對未來碳酸鈣項目建設(shè)有著重要的參考價值。關(guān)鍵詞：輕質(zhì)碳酸鈣；間歇鼓泡碳化；工藝設(shè)計；經(jīng)濟(jì)性評價ProductionProcessDesignof120,000TonsofPowderedCaCO3ProductionLineAbstractCalciumcarbonatewaswidelyusedasinorganiccompound,afillerandreinforcingagent.AlthoughChinahadrichmineralresources,itwasbasicallyusedtoproduceheavycalciumcarbonateandlowgradelightcalciumcarbonateproducts.Toimprovethesituationandincreasetheaddedvalueandoutputofcalciumcarbonateproducts,thisprojecthaddeterminedthattheannualoutputof120,000tonsofpowderedcalciumcarbonatewasthesubjectoftheprojectwithAnthraciteandLimestoneasrawmaterials.Throughthecomparisonoftheexistingprocesses,theproductionprocessofcalciumcarbonatebybatchbubblingcarbonizationwasdetermined.Bythematerialbalanceandheatbalancecalculationoflightcalciumcarbonateproduction,compositionofmainandsubsidiaryproductswerequantitativelydeterminedandthetechnicalparametersofkeyequipmenindirectlyalsodetermined.Inaddition,thispaperhaddrawnaprocessequipmentdiagramandaprocessflowdiagraminordertomoreintuitivelypresenttheshapeandsizeoftheequipmentandthewhereaboutsofthematerialsateachstage.Throughtheevaluationofeconomicperformance,thefeasibilityoftheprojectwasconfirmed.Insummary,theproductionprocesswasdesignedinthispaper.Ithadhelptooptimizingtheindustrialstructureofcalciumcarbonateandprovidingadatabaseforimprovingthevalueandoutputofcalciumcarbonateproducts.Theequipmentmapandprocessflowchartdesignedinthispaperhadalsoimportantreferencevalueforthefutureconstructionofcalciumcarbonateproject.KeyWords:LightCalciumcarbonate;IntermittentBubblingCarbonization;TechnologicalDesign;EconomicEvaluation第1章緒論1.1碳酸鈣介紹與分類1.1.1碳酸鈣介紹碳酸鈣是一種重要的無機(jī)化學(xué)產(chǎn)品，它是地球最上常見的材料，廣泛存在于石灰石，霰石，白堊，方解石，大理石，石灰華等巖石中。由于原料非常普遍，價格比較低廉并且無毒無味，碳酸鈣被廣泛應(yīng)用于以下行業(yè)生產(chǎn)中：①在制備橡膠領(lǐng)域里面，碳酸鈣可以被添加進(jìn)橡膠里面，起到節(jié)約成本的作用。②在塑料生產(chǎn)領(lǐng)域里面，碳酸鈣可以加進(jìn)塑料中，起到支撐作用，而且由此生產(chǎn)出來塑料質(zhì)量也比普通的要好。不僅僅提高了塑料的質(zhì)量，還極大地節(jié)約了成本。③在造紙領(lǐng)域里面[1-3]，把碳酸鈣加入到紙張里面，既能使紙張更白，又能增加紙張的耐用程度，還減少了成本。④在涂料工業(yè)中，碳酸鈣是一種廣泛用于涂料并充當(dāng)骨架的填料。在油漆中填充碳酸鈣可以增稠并充當(dāng)填充效果。碳酸鈣在其他領(lǐng)域也有很多應(yīng)用，例如醫(yī)學(xué)[3-4]、化妝品等等。隨著時代的發(fā)展，市場對于碳酸鈣的需求量也越來越大。1.1.2碳酸鈣分類根據(jù)碳酸鈣的生產(chǎn)方法，碳酸鈣可分為輕質(zhì)碳酸鈣，重質(zhì)碳酸鈣和活性碳酸鈣。①輕質(zhì)碳酸鈣由化學(xué)方法制得，主要工藝是：石灰石煅燒，石灰消解，石灰乳凈化，石灰乳碳化，脫水，干燥，篩分。密度比重質(zhì)碳酸鈣輕。通常白度越高，沉降量越高。粒徑可以做得更細(xì)，如超細(xì)鈣，細(xì)鈣，納米鈣等。②重質(zhì)碳酸鈣通過物理方法獲得的碳酸鈣產(chǎn)品，通常由高純度石灰石（例如：方解石，白堊等）粉碎制得，具有比輕質(zhì)碳酸鈣更高的密度，通常白度更低，沉降量更低。粒度難以達(dá)到更細(xì)（但現(xiàn)在通過氣流篩，可以達(dá)到一定細(xì)度，但它不能達(dá)到納米級）。③活性碳酸鈣也稱為改性碳酸鈣，對輕質(zhì)碳酸鈣或者重質(zhì)碳酸鈣進(jìn)行表面改性就得到了。根據(jù)微粒大小，碳酸鈣又可以被分為以下幾種類型：表1.1碳酸鈣分類粒度d（um）品種d>5微粒碳酸鈣1<d<5微粉碳酸鈣0.1<d<1微細(xì)碳酸鈣0.02<d<0.1超細(xì)碳酸鈣d<0.02超微細(xì)碳酸鈣1.2碳酸鈣市場分析1.2.1國內(nèi)外行情目前，世界碳酸鈣總生產(chǎn)力已達(dá)4500萬噸的水平，其中輕質(zhì)碳酸鈣達(dá)1000萬噸，重質(zhì)碳酸鈣3500萬噸；全球碳酸鈣總產(chǎn)量約2920萬噸，其中輕質(zhì)碳酸鈣850萬噸，重質(zhì)碳酸鈣2070萬噸。近幾年來，歐洲碳酸鈣行業(yè)發(fā)生了很大變化，生產(chǎn)結(jié)構(gòu)向大規(guī)模生產(chǎn)發(fā)展。激烈的市場競爭給中小企業(yè)的生存帶來了很大困難。近年來，中國碳酸鈣進(jìn)口量一直保持高位，年進(jìn)口量在7萬噸至10萬噸左右，約2000萬美元。中國出口碳酸鈣的平均單價僅為進(jìn)口產(chǎn)品單價的三分之一至四分之一。美國市場碳酸鈣粗品價格為70-135美元/噸，輕質(zhì)碳酸鈣價格為15-275美元/噸[6]。超細(xì)輕質(zhì)碳酸鈣的價格為275-485美元/噸，日本市場超輕質(zhì)碳酸鈣價格為434美元/噸。簡言之，中國的市場有著很大的開發(fā)空間。在過去的7年時間里，西方市場對輕質(zhì)碳酸鈣的需求以每年8％的速度極速增長。在中國沿海一些地區(qū)，很多外來的大型碳酸鈣工廠入駐，將中國碳酸鈣發(fā)展推向一個新的高潮。1.2.2國內(nèi)現(xiàn)狀分析中國是世界上最大的碳酸鈣資源生產(chǎn)國。但是據(jù)統(tǒng)計，中國在碳酸鈣市場上的產(chǎn)品占比極為失衡，一些高端的產(chǎn)品僅占市場產(chǎn)品總量的8.2%，一些納米級或者更細(xì)的碳酸鈣產(chǎn)品更加不到1%[7]，而其他國家在這個領(lǐng)域已經(jīng)朝著大規(guī)模、高端化發(fā)展了。與發(fā)達(dá)國家相比，目前中國輕質(zhì)碳酸鈣主要用于初級產(chǎn)品，而輕質(zhì)碳酸鈣應(yīng)用的實(shí)際價值在于其進(jìn)一步加工產(chǎn)品。目前國際上生產(chǎn)和應(yīng)用的高端超細(xì)碳酸鈣主要集中在美國，西歐和日本。另外，中國輕質(zhì)碳酸鈣產(chǎn)品過剩，高附加值產(chǎn)品少，不能滿足國際市場和中國高端市場的需求，造成大量高價進(jìn)口超細(xì)輕質(zhì)碳酸鈣產(chǎn)品[8]。1.3研究的目的及意義我國現(xiàn)有缺少大規(guī)模的輕質(zhì)碳酸鈣生產(chǎn)線，很多小規(guī)模工廠又存在很多污染環(huán)境、耗能高等問題。該課題旨在根據(jù)現(xiàn)有碳酸鈣生產(chǎn)線的基礎(chǔ)上，綜合經(jīng)濟(jì)、環(huán)境保護(hù)等方面，通過選取更加經(jīng)濟(jì)環(huán)保的工藝設(shè)備，優(yōu)化傳統(tǒng)加工流程，設(shè)計出一條更具有經(jīng)濟(jì)效應(yīng)的微粉碳酸鈣生產(chǎn)線。通過本課題的研究，可以為以后輕質(zhì)碳酸鈣大規(guī)模化生產(chǎn)提供有力的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，從而極大地填補(bǔ)我國在中高端碳酸鈣市場上的空白[9]。第2章工藝分類及流程設(shè)計2.1工藝分類2.1.1重質(zhì)碳酸鈣生產(chǎn)方式（1）干法生產(chǎn)工藝流程：首先，使用來自采石場的方解石和石灰石，去除脈石，接著用粉碎機(jī)粉碎石灰石。然后，石灰石粉再用雷蒙磨粉碎，得到的磨粉用分級機(jī)分級。滿足粒度要求的粉末被作為產(chǎn)品進(jìn)行包裝，否則將被返回再次研磨。（2）濕法生產(chǎn)工藝流程：首先將干燥的細(xì)粉末制成懸浮液并在磨機(jī)中進(jìn)一步粉碎，脫水、干燥之后就得到了重鈣。2.1.2輕質(zhì)碳酸鈣生產(chǎn)方式選取一些品質(zhì)好的石灰石，煅燒之后產(chǎn)生氧化鈣與二氧化碳，然后氧化鈣和水發(fā)生消化反應(yīng)，產(chǎn)生氫氧化鈣漿料，再將二氧化碳?xì)怏w進(jìn)一步引入到其中發(fā)生碳化反應(yīng)[10-11]。在碳化過程中，可以使用不同濃度的水楊酸或乙酸等添加劑作為晶型控制劑來制備不同形狀和尺寸的碳酸鈣顆粒。根據(jù)實(shí)際操作過程，可分為間歇碳化法，連續(xù)噴霧碳化法，超重力碳化法，噴射吸收法等[12-13]。（1）間歇鼓泡碳化法[14]間歇式碳化法分為間歇鼓泡式碳化法和間歇攪拌式碳化法兩種[15]：①間歇鼓泡碳化法是將某些石灰乳的濃度降低到25°C以下，并通過進(jìn)料泵進(jìn)入碳化塔，并根據(jù)需要控制其在碳酸塔中的含量，從塔底部向里面通入二氧化碳混合氣鼓泡進(jìn)行碳化反應(yīng)。通過控制反應(yīng)溫度，濃度，氣液比，添加劑等工藝條件，可間歇獲得不同晶型的納米碳酸鈣。②間歇攪拌碳化法是將二氧化碳混合氣通入碳化反應(yīng)器中的石灰乳中進(jìn)行碳化反應(yīng)。通過控制反應(yīng)溫度，濃度，攪拌速度，添加劑等工藝條件，間歇制備納米碳酸鈣。（2）連續(xù)噴霧碳化法[16]連續(xù)噴霧碳化方法通過進(jìn)入碳化塔底部的二氧化碳?xì)怏w混合物與塔頂霧化器的霧化石灰乳液液滴接觸，進(jìn)行碳化反應(yīng)，然后將碳化溶液注入下一個碳化塔中以繼續(xù)碳化反應(yīng)直至碳化完成。[17]通過調(diào)節(jié)反應(yīng)過程中氫氧化鈣懸浮液的濃度，噴霧液滴的直徑和二氧化碳?xì)怏w混合物的濃度，可以連續(xù)制備具有小的平均粒徑均勻的納米碳酸鈣。（3）超重力碳化法超重力碳化法以二氧化碳和石灰乳為原料。高速旋轉(zhuǎn)的填料將氫氧化鈣溶液切成細(xì)小液滴，液體長絲和液膜。同時，氫氧化鈣溶液與二氧化碳?xì)怏w的接觸面積大大增加并迅速更新，反應(yīng)速度大大提高。超重力碳化法能夠有效地在分子尺度上控制碳化反應(yīng)和結(jié)晶過程，從而獲得粒徑小，分布均勻的納米碳酸鈣。（4）噴射吸收法噴射吸收法采用氣液并流傳質(zhì)法，二氧化碳被噴嘴以極高的速度噴出，同時石灰乳漿液發(fā)生強(qiáng)烈的紊流，高速噴氣機(jī)將液體噴成小霧狀。氣液在注入階段被強(qiáng)烈吸收，并從噴霧塔頂部向下完成，最終實(shí)現(xiàn)氣液分離。該設(shè)備設(shè)備簡單，生產(chǎn)強(qiáng)度高，運(yùn)行穩(wěn)定[18]。2.2工藝流程設(shè)計圖2.1輕質(zhì)碳酸鈣生產(chǎn)過程的基本步驟示意圖如圖2.1所示，輕質(zhì)碳酸鈣的生產(chǎn)分為10個基本部分[19]。2.2.1煅燒工段1—石灰石皮帶運(yùn)輸機(jī)；2—無煙煤皮帶運(yùn)輸機(jī)；3—石灰石貯倉；4—無煙煤貯倉；5—料車；6—卷攪機(jī)；7—受料機(jī)；8—料棒；9—窯體；10—旋轉(zhuǎn)蝸殼式出料機(jī)；11—星型出料機(jī)；12—鼓風(fēng)機(jī)；13—窯氣出口圖2.2煅燒工段的工藝流程示意圖石灰石煅燒段是生產(chǎn)的重要部分，也是節(jié)能的關(guān)鍵。石灰石可以用以下幾種窯來煅燒：機(jī)械立式窯；空氣窯；雙梁立式窯；套筒式立窯；回轉(zhuǎn)窯。綜合考慮，該工藝使用自動機(jī)械立窯，該窯有以下幾個優(yōu)點(diǎn)：①計算機(jī)控制可以更容易地觀察每個部分的進(jìn)度；②利用底部和腰部的進(jìn)氣口使窯內(nèi)燃燒更加均勻；③采用旋轉(zhuǎn)蝸殼式卸料系統(tǒng)，減少窯內(nèi)漏風(fēng)。如圖2.2所示該立窯比傳統(tǒng)立窯減少了2％-3％的生燒及過燒，操作更加簡便，也更加節(jié)能。石灰石通過帶式輸送機(jī)輸送到石灰石倉和無煙煤儲存?zhèn)}中，并與一定規(guī)格的無煙煤一起運(yùn)輸。0.4m范圍內(nèi)窯中煤配煤率為100:10，窯壁附近0.5m配煤率為100:12。按照一層無煙煤一層石灰石的方式裝入窯內(nèi)，石灰石的進(jìn)料厚度可以根據(jù)石灰石的大小進(jìn)行調(diào)整。石灰煅燒后，它從刮板和旋轉(zhuǎn)蝸殼排出機(jī)中出來，排出溫度保持在約100℃。另外，窯氣需要冷卻、除塵后，再到壓縮過程，窯溫保持在120-150℃。2.2.2消化工段1—振動篩分輸送機(jī)；2—皮帶輸送機(jī)；3—破碎機(jī)；4—斗式提升機(jī)；5—石灰貯倉；6—給料機(jī)；7—消化機(jī)圖2.3消化工段的工藝流程示意圖化灰機(jī)是將煅燒過后的生石灰消化成石灰漿的裝置，也是生產(chǎn)碳酸鈣的主要設(shè)備之一。目前國內(nèi)制備的石灰漿要么是使用灰槽或灰池，要么是使用旋轉(zhuǎn)式灰化機(jī)?；也垡话悴捎枚鄠€并用的方法，需人工加入熱水和生石灰攪拌，這種辦法由于操作環(huán)境差、勞動強(qiáng)度高、污染大等缺點(diǎn)只適合產(chǎn)量小，資金不足的企業(yè)。旋轉(zhuǎn)灰化機(jī)具有高度的機(jī)械性，可以連續(xù)生產(chǎn)。如圖2.3所示，本工藝使用的就是回轉(zhuǎn)式化灰機(jī)，石灰經(jīng)過煅燒后經(jīng)窯底從旋轉(zhuǎn)蝸殼式出料機(jī)出來，篩除煤灰及石灰粉塵后，皮帶輸送機(jī)將其送到破碎機(jī)，破碎成15-30mm左右的顆粒后，再經(jīng)過提升機(jī)到石灰貯倉，最后，它由送料器傳送到化灰機(jī)中。在窯氣凈化和壓縮部分，溫度為55-70°C的熱水和石灰按4:8:1進(jìn)入消化機(jī)中，生產(chǎn)的石灰乳經(jīng)過篩選后離開消化機(jī)，經(jīng)未消化清洗后送入灰渣池。2.2.3粗灰乳的調(diào)和與精制工段1—粗灰乳池；2—粗灰乳漿；3—排渣篩；4—振動篩；5—細(xì)灰乳池；6—上漿泵；7—懸液分離器；8—中漿池；9—上漿泵；10—懸液分離器；11—精灰乳池；12—精灰乳漿圖2.4精制工段工藝流程示意圖如圖2.4所示，使用篩分和旋流除渣集成在一起的設(shè)備。首先在粗灰乳池中加水并不斷攪拌來自消化工段的粗灰乳直到濃度降至約13波美度，將粗灰乳送入直線振動篩，把顆粒較大的雜質(zhì)去除掉，通過篩除的返回初漿池，沒有通過的將被送到灰渣池。上漿泵把細(xì)灰乳送入旋液除渣器中，并從水力旋流器溢流口流出并進(jìn)入中漿池，消化約16h，并繼續(xù)攪拌，直到濃度再次調(diào)整到12波美度，將其送到旋液除渣器二次除渣。濃度大于12波美度時，將冷水直接加入精灰乳池；濃度小于12波美度時，則將精灰乳池靜置，吸掉一部分上層清液，保持濃度為12波美度左右，然后進(jìn)入下一個工段。一些從底部出來，非常稀的灰漿被通入其他池并通過水力旋流器分離。流出的返回到細(xì)灰乳池中，廢渣則送到渣池。2.2.4窯氣的冷卻與凈化工段1—石灰窯；2—夾套換熱器；3—慣性除塵器；4—旋風(fēng)除塵器；5—耐腐蝕泵；6—噴淋除塵器；7—污水池；8—篩板除塵器；9—?dú)馑蛛x器；10—焦炭吸附器圖2.5窯氣的冷卻與凈化工段工藝流程示意圖如圖2.5所示，凈化窯氣主要利用水吸收二氧化硫和窯氣與煙塵密度不同這兩方面的原理。為了凈化窯氣，首先要進(jìn)行窯氣的冷卻，套換熱器就是窯氣進(jìn)行冷卻的地方。冷卻后，窯氣應(yīng)使用慣性除塵器除去大部分灰塵，余下的煙塵將進(jìn)入旋風(fēng)除塵器進(jìn)行處理。緊接著，經(jīng)過初步處理的窯氣要通過噴淋除塵器去除二氧化硫以及一部分細(xì)小的煙灰。最后，篩網(wǎng)過濾器去除一些剩余的有害物質(zhì)。為了節(jié)約資源和提高水的利用率，除塵步驟中使用的所有洗滌水是上一步驟中石灰乳增稠和沉淀后獲得的澄清液體。2.2.5窯氣的壓縮工段1—空氣壓縮機(jī)；2—油氣分離器；3—儲氣罐圖2.6窯氣壓縮工段工藝流程示意圖如圖2.6所示，經(jīng)凈化和冷卻后，窯氣送入L型往復(fù)式壓縮機(jī)的兩個氣缸中，內(nèi)部溫度可保持在60-65℃。壓縮后，兩個氣缸連接在一起，窯內(nèi)的氣體與油霧分離，最后儲存在儲罐中。2.2.6精灰乳的碳化工段1—清水泵；2—碳化塔圖2.7碳化工段工藝流程示意圖如圖2.7所示，將精灰乳送至碳化塔內(nèi)，當(dāng)碳化塔的出水口有精灰乳流出的時候，停止輸送精灰乳，然后關(guān)閉閥門，將壓縮過后的窯氣通入碳化塔與精灰乳進(jìn)行碳化反應(yīng)。碳化完成后，打開底部閥門，將漿液放入增稠器進(jìn)入下一道工序。2.2.7熟漿的増濃和過濾工段1—清液泵；2—熟料泵；3—熟料泵；4—高位槽；5—離心機(jī)；6—皮帶輸送機(jī)；7—母液池；8—母液槽圖2.8熟漿的增濃和過濾工段工藝流程示意圖如圖2.8所示，使用攪拌器攪拌濃縮機(jī)最后一道工序中的漿液并測量熟灰乳的濃度。借助清水泵將上清液的濃度控制在約20波美度左右，然后輸出熟漿經(jīng)隔膜壓濾機(jī)壓濾，再用皮帶輸送機(jī)把壓濾得到的濾餅送至下道工序。過濾后的母液被送到沉降部分的母液沉降槽。2.2.8母液沉降工段來自沉降槽過濾部分的母液需要沉降約8h，然后將其送至凈化部分以清洗篩板除塵器，并且在液體被完全抽出后繼續(xù)攪拌剩余的母液，并在熟漿池中進(jìn)行二次過濾。2.2.9干燥及包裝工段1—皮帶運(yùn)輸機(jī)；2—打散機(jī)；3—圓盤加料機(jī)；4—皮帶運(yùn)輸機(jī)；5—旋風(fēng)機(jī)；6—燃燒爐；7—二級干燥機(jī)；8—皮帶運(yùn)輸機(jī)；9—旋風(fēng)吸塵器；10—濕氣引風(fēng)機(jī)；11—煙氣引風(fēng)機(jī)；12—除塵池；13—煙囪圖2.9干燥及包裝工段工段流程如圖2.9所示，過濾后的濾餅含有約50％的水，需要進(jìn)入帶式干燥器以利用熱空氣除去大部分水。所獲得的半干燥粉末具有約20％的水分含量，并且將獲得的干燥粉末送入與熱空氣接觸的旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥器以快速完成干燥和粉碎。細(xì)粉跟隨氣流進(jìn)入旋風(fēng)分離器，然后回收。較粗糙的顆粒繼續(xù)破碎，重復(fù)循環(huán)直至達(dá)到所需要求。最后將產(chǎn)品包裝入袋。2.3本章小結(jié)通過分析各工段的工藝流程，得出以下結(jié)論：①該課題對現(xiàn)有工藝的改進(jìn)使該工藝更經(jīng)濟(jì)，更節(jié)能，更加具有可實(shí)施性。②窯氣凈化的裝備減少了碳酸鈣生產(chǎn)過程中對大氣的污染，窯氣的二次利用又很大地減少了成本，提高了產(chǎn)能。③更加嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓に嚵鞒碳由细吖δ芑脑O(shè)備，使得我們設(shè)計的微粉碳酸鈣生產(chǎn)線更加具有競爭力。第3章物料衡算與能量衡算3.1概述該工藝采用一定規(guī)格的石灰石和無煙煤為原料，研究煅燒，消化，碳化，精制，過濾，干燥，包裝等一系列工藝程序之后，生產(chǎn)碳酸鈣和副產(chǎn)品灰渣的工藝以及熱條件。通過每個部分的整體物料平衡和能量平衡，可以幫助我們掌握各種材料的利用情況，三種廢物的排放情況以及主晶體和副晶體的生量和組成。為下以后設(shè)備的選擇提供基本數(shù)據(jù)。生產(chǎn)過程是間歇式生產(chǎn)過程。涉及的主要材料有石灰石，無煙煤，生石灰，粗灰乳等。整個生產(chǎn)體系能源主要有無煙煤的熱值，熱介質(zhì)所帶來的熱量和進(jìn)入物料的熱量。輸出的熱量主要是輸出物料的熱量。3.2物料衡算的計算基準(zhǔn)該工藝采用間歇鼓泡碳化法，年生產(chǎn)日為300天，日產(chǎn)量達(dá)到400噸，即每小時生產(chǎn)碳酸鈣17噸。各個階段的碳酸鈣獲得率如下：①煅燒工段：石灰石轉(zhuǎn)化率為95％，石灰石中碳酸鈣的量為97％，煅燒和石灰運(yùn)輸過程中石灰的損失率為1％。所以該工藝的總收率為97％×95％×99％=91.23％；②消化工段：篩分機(jī)和水力旋流分離器中材料的損失計算為15％，此部分的產(chǎn)量為95％；③碳化工段：該工段的收率為99.9％；④壓濾工段：考慮到熟料漿沉降等其他操作的損失，本節(jié)的產(chǎn)量為98％；⑤干燥工段：使用袋式除塵器和其他回收設(shè)備，產(chǎn)量達(dá)到99.9％。因此，精細(xì)碳酸鈣生產(chǎn)總產(chǎn)量為：91.23％×95％×99.9％×99.9％×98％×99.9％=84.68％。按每小時17噸的產(chǎn)量，每小時所需的石灰石原料質(zhì)量為17÷84.68％=20.08噸。下面涉及的物質(zhì)平衡基于上述基準(zhǔn)[20]。3.2.1石灰石煅燒工段的物料衡算（1）石灰窯進(jìn)料每小時需要碳酸鈣的質(zhì)量為20080kg/h，石灰石各物質(zhì)的含量如下：表3.1石灰石各物質(zhì)含量石灰石質(zhì)量流量kg/h質(zhì)量百分?jǐn)?shù)CaCO319477.697MgCO3180.720.9Fe2O310.040.05H2O100.40.5其他雜質(zhì)311.241.55總質(zhì)量流量kg/h20080100（2）無煙煤用量計算為石灰石的12％，配煤比為100:12，即1噸石灰需要120kg無煙煤。則無煙煤的用量為：20080×0.12=2409.6kg/h。無煙煤中各物質(zhì)的含量如下：表3.2無煙煤各物質(zhì)含量煤質(zhì)量含量kg/h質(zhì)量百分?jǐn)?shù)C2072.2686H105.304.37O105.304.37N24.581.02其他102.174.24總質(zhì)量流量kg/h2409.6100（3）空氣量：空氣過剩系數(shù)取1.2無煙煤燃燒耗氧量的計算：C+O2=CO2(3.1)燃燒需要的氧氣的量：W氧氣=2072.26÷12×32=5526.03kg/h其他組分和揮發(fā)性組分的小號的氧氣量約為：546.7kg/h總需氧量為：W氧氣=（5526.03+546.7）×1.2=7287.28kg/h相應(yīng)需要氮?dú)獾牧繛椋篧氮?dú)?7287.28×79÷21=27414.04kg/h空氣的量為：W空氣=7287.28×100÷21=34701.24kg/h=26900.19Nm3/h（4）生石灰反應(yīng)式為：CaCO3=CaO+CO2(3.2)石灰石中碳酸鈣的含量按97％計算，同時取石灰石的轉(zhuǎn)化率為95％，則生成生石灰的量如下：W生石灰=20080×97％×95％×56÷100=10362.08kg/h未反應(yīng)的碳酸鈣的量為：W未反應(yīng)石灰石=20080×0.97×5％=973.88kg/h氧化鎂的量按下式計算：反應(yīng)式為：MgCO3=MgO+CO2（3.3）W氧化鎂=180.72×40÷84=86.06kg/h雜質(zhì)含量的計算：W雜質(zhì)量=86.06+10.04+311.24=407.34kg/h窯底出料量：W出料=10362.08+973.88+407.34=11743.3kg/h鍛燒過后的生石灰，必須篩分煅燒生石灰以去除較大和較小的生石灰顆粒，這個階段生石灰的收率為99％，篩選后生石灰的質(zhì)量要求占總質(zhì)量的88.3％，則生石灰的量為：W生石灰=10362.08×99％=10258.66kg/h占88.24％雜質(zhì)量：W雜質(zhì)=10258.66×11.76÷88.24=1367.2kg/h占11.76％合計為：W生石灰=10258.66+1398.91=11657.57kg/h由于一次篩選后得到的生石灰達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，即要進(jìn)行第二次篩除，第二次篩除，CaO得率為99.6％二次篩除物中氧化鈣的質(zhì)量流量：W篩除=10258.66-10217.63=41.03kg/h總的質(zhì)量流量為：10217.63+1367.2×99％=11571.16kg/h（5）存在于窯氣中的氧氣原料發(fā)生反應(yīng)的方程式：CaCO3=CaO+CO2(3.4)MgCO3=MgO+CO2(3.5)C+O2=CO2(3.6)計算結(jié)果：分離碳酸鈣過程中生成的二氧化碳的量：W二氧化碳=20080×97％×95％÷100×44=8141.64kg/h由碳酸鎂分離的得到的二氧化碳的量為：W二氧化碳'=20080×0.9％÷84×44=94.66kg/h無煙煤燃燒產(chǎn)生的二氧化碳的量（忽略生成的一氧化碳及還原一氧化碳所消耗的二氧化碳量）W二氧化碳"=2072.26×44÷12×95％=7218.37kg/h總二氧化碳的量:W二氧化碳=8141.64+94.66+7218.37=15454.67kg/h換算成體積為：V二氧化碳=15454.67÷1.977=7817.23Nm3/h不參與反應(yīng)的氮?dú)饬繛椋篧氮?dú)?27414.04kg/h換算成體積為：V氮?dú)?27414.04÷1.251=21913.70Nm3/h剩余的氧氣量為：W氧氣=7287.28-5526.03-546.7=1214.55kg/h換算成體積為：V氧氣=1214.55÷1.429=849.93Nm3/h窯氣總體積含量為:V窯氣=7817.23+21913.70+849.93=30580.86Nm3/h窯氣總質(zhì)量流量為：W窯氣=15454.67+27414.04+1214.55=44083.26kg/h生成的二氧化碳的體積濃度為：CO2％=7817.23÷(7817.23+21913.70+849.93)×100％=25.56％（6）凈化與壓縮窯氣有30580.86Nm3/h的窯氣進(jìn)入凈化裝置，通過凈化、冷卻后，仍有一小部分CO2溶在水中，假設(shè)溫度為40℃，在水中CO2的溶解度為0.58m3/m3H20,需水量按照10t/h計算，溶解在水中的CO2的量為0.58×10000÷1000=5.8Nm3/h,質(zhì)量流量為10.1kg/h。二氧化碳總體積的含量為：V二氧化碳=7817.23-5.8=7811.43Nm3/h窯氣總體積含量為：V窯氣=30580.86-5.8=30575.06Nm3/h窯氣總質(zhì)量流量為:V窯氣=44083.26-10.1=44073.16kg/h生成的二氧化碳的體積濃度為：CO2％=7811.43÷30575.06×100％=25.55％3.2.2石灰消化過程的物料衡算CaO+H2O=Ca(OH)2(3.7)（1）消化機(jī)進(jìn)料煅燒工段送來的生石灰的質(zhì)量流量為11571.16kg/h,其中CaO占88.3％，流量為10217.63kg/h；CaCO3占8.2％，流量為954.50kg/h。（2）消化機(jī)出料消化反應(yīng)的最終狀態(tài)是石灰乳的濃度達(dá)到20°Bé，相當(dāng)于氧化鈣的重量百分比為17.72％，并假設(shè)80％雜質(zhì)可以在消化機(jī)排渣口排出，20％的雜質(zhì)在旋液分離器中除去，碳酸鈣在本工段石灰乳的收率為95％。（3）渣中各成分含量經(jīng)篩選，去掉了8％的雜質(zhì)，雜質(zhì)含量為：1367.2×99％=1353.53kg/h1353.53×80％=1082.82kg/h其中包含CaCO3的量為：954.50×80％=763.6kg/hCa(OH)2含量為：W氫氧化鈣=10217.63×74÷56×5％×80％=540.07kg/h20°Bé濃度的CaO質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為17.72％，可以折算成含量為23.41％的Ca(OH)2，可以估算出所需熱水用量為：H2O含量：540.07×76.59％÷23.41％=1766.94kg/h排渣總量為：1082.82+540.07+1766.94=3389.83kg/h（4）濃度為20°Bé石灰乳W水=12826.77×76.59％÷23.41％=41965.07kg/h生成的雜質(zhì)的量為：W雜質(zhì)=1353.53×20％=270.71kg/h20°Bé石灰乳W總量=W氫氧化鈣+W水+W雜質(zhì)=12826.77+41965.07+270.71=55062.55kg/h需加入的水量為：消化反應(yīng)生成氫氧化鈣所耗用的水量（氧化鎂所耗水量忽略）W1=10217.63×18÷56=3284.24kg/h配制20°Bé石灰乳所需水量為：W2=41965.07-3284.24=38680.83kg/h總用水量為：W水=W1+W2=41965.07kg/h（5）旋液分離器物料平衡石灰乳用水力旋流器分離，剩余的雜質(zhì)被除去。進(jìn)料：55062.55kg/h出料：溢流精制石灰乳中Ca(OH)2的含量為：W氫氧化鈣=12826.77-540.07=12286.7kg/hH2O含量為：WH2O=12286.7×76.59％÷23.41％=40198.14kg/h石灰乳的量為：W=W氫氧化鈣+W水=12286.7+40198.14=52484.84kg/h從底部出來的各部分殘渣含量為：Ca(OH)2含量：10217.63×5％×20％÷56×74=135.02kg/hH2O含量：135.02×76.59％÷23.41％=441.74kg/h雜質(zhì)含量：1353.53-1082.82=270.71kg/h排渣總量為：W渣=135.02+441.74+270.71=847.47kg/h（6）石灰乳配制成8°Bé，Ca(OH)2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9.36％需水量：W水=12286.7×90.64％÷9.36％=118981.46kg/h需補(bǔ)充水量：W補(bǔ)水=118981.46-40198.14=78783.32kg/h8°BéCa(OH)2石灰乳總量：W石灰乳=52484.84+78783.32=131268.16kg/h3.2.3碳化過程的物料衡算Ca(OH)2+CO2=CaCO3+H2O(3.8)由于二氧化碳是過量的，即所有的Ca(OH)2都反應(yīng)完全，轉(zhuǎn)化為CaCO3，Mg(OH)2全部轉(zhuǎn)化為Mg(HCO3)2，生成的被碳化尾氣帶走損失1％，即碳化工段的CaCO3的收率為99％。（1）碳化塔進(jìn)料濃度為8°Bé石灰乳總量為131268.16kg/h，即漿液泵的最小流量為31kg/s，最大流量取最小流量的1.3倍，則最大流量為40.3kg/s。濃度為8°Bé的石灰乳中Ca(OH)2含量為12286.7kg/h，水的總量為118981.46kg/h，所有的CO2的量為7811.43Nm3/h（CO2在水中的溶解度很小，故忽略該部分的損失）。（2）碳化塔出料參與反應(yīng)的CO2的量為：W二氧化碳=12286.7×44÷74=7305.61kg/h故尾氣中二氧化碳的含量為：7811.43-7305.61÷1.977=4116.13Nm3/h由于窯氣中的氮和氧不參與反應(yīng)，所以碳化反應(yīng)與尾氣一起排出。尾氣中夾帶著水分，取尾氣溫度為65℃，相對濕度為100％，該溫度下水蒸氣壓取25.83KPa，出碳化塔干尾氣量為：30575.06-4116.13=26458.93Nm3/h水蒸氣體積為：V=26458.93×25.83÷(101.25-25.83)=9061.71Nm3/h換算成質(zhì)量為：9061.71×18÷22.4=7281.73kg/h生成熟料漿：其中碳酸鈣的含量為：12286.7×100÷74×99％=16437.61kg/h反應(yīng)生成的水量為：W生成水量=12286.7×18÷74=2988.66kg/h料漿含水量：118981.46+2988.66-7281.73=114688.39kg/h料漿總重：114688.39+16437.61=131126kg/h碳化后料漿的濃度為：CaCO3％=16437.61÷131126×100％=12.54％3.2.4漿液增濃與過濾過程的物料衡算沉淀的目的一方面是為了進(jìn)一步碳化尚未碳化的Ca(OH)2懸浮液，另一方面熟料漿料需要沉淀脫水，達(dá)到提高濃度的目的。重力沉降后，碳酸鈣含量為20％，產(chǎn)率為100％。過濾階段使用隔膜壓濾機(jī)，料漿經(jīng)隔膜壓濾機(jī)壓濾后固相含水量為30％，收率為99.9％。（1）沉降池進(jìn)料沉降池的進(jìn)料就是碳化后料漿的總重，總質(zhì)量流量為131126kg/h,其中包括碳酸鈣固相的質(zhì)量流量為16443.20kg/h，料漿的含水量為114688.39kg/h。該工段采用濕法改性，改性劑的添加量為碳酸鈣量的2％，改性劑的加入量為：16437.61×2％=328.75kg/hW進(jìn)料=131126+328.75=131454.75kg/h（2）沉降池出料排放分為兩部分，一部分是沉降后的潮濕物質(zhì)，另一部分是沉降后的脫水量。20％碳酸鈣料漿量：W出料=16437.61÷20％=82188.05kg/h總料漿量：82188.05+328.75=82516.8kg/h脫水量：W水=131126-82188.05=48937.95kg/h（3）隔膜壓濾機(jī)壓濾濾餅量：16437.61×99.9％÷70％+328.75=23787.57kg/h其中碳酸鈣含量：16437.61×99.9％=16421.17kg/h水含量：23458.82×30％=7037.65kg/h脫水量：82188.05-16421.17-7037.65=58729.23kg/h碳酸鈣損失量：16437.61×0.1％=16.44kg/h濾液量：58729.23+16.44=58745.67kg/h3.2.5干燥與包裝過程的物料衡算該階段選用皮帶系列旋轉(zhuǎn)閃蒸二次干燥技術(shù)來干燥濕物料。二次干燥后，材料含水率為0.5％，產(chǎn)品符合要求。干燥工段收率取99％。篩分機(jī)和包裝機(jī)用于過濾和包裝。該工段的收率99.8％。（1）一級干燥進(jìn)料：含水量30％的濾餅質(zhì)量流量為：23787.57kg/h其中碳酸鈣含量為：16421.17kg/h水含量：7037.65kg/h改性劑含量：328.75kg/h出料：水含量20％的濾餅的質(zhì)量：16421.17÷80％