工业卤水净化制轻质碳酸钙的工艺设计.docx

目 录前 言2第一章 设计背景31.1轻质碳酸钙概述31.1.1轻质碳酸钙理化性质31.1.2轻质碳酸钙的作用41.1.3中国碳酸钙市场现状4第二章工业卤水制取轻质碳酸钙的实验研究与工艺设计72.1概述72.2主要药品及其设备72.2.1主要药品72.2.2主要仪器设备72.3实验原理82.4实验前准备82.5实验过程82.5.1复分解反应82.5.2过滤82.5.5干燥和产品处理82.5.6产品展示810第三章 生产工艺初步设计113.1工业卤水净化制轻质碳酸钙113.5碳化釜内部结构图错误！未定义书签。3.6平面平置图12前 言 工业卤水（brine；bittern；brine water） ，俗称为盐卤、苦卤、卤碱，是氯化物、硫酸盐、可溶性碳酸盐等盐类的水溶液，由海水或盐湖水经化学反应和物理方法制食盐（NaCl）后，残留于盐池内的母液，主要成分有氯化镁（MgCl2）、硫酸钙（CaSO4）、氯化钙（CaCl2）及氯化钠（NaCl）等多种盐类物质，味苦，有毒。蒸发冷却后析出溶质结晶，称为卤块。简介成分卤水中常含有K+、Na+、Ca1+、Mg2+、Cl-、SO2-、CO2-、B、Li、Br、I、Sr、Rb、Cs等离子。盐卤中含有70%以上的氯化镁。这些物质构成的盐可以使蛋白质凝固，所以在日常生活中常用于制作豆腐。工业卤水中毒卤水对皮肤、粘膜有很强的刺激作用，对中枢神经系统有抑制作用，不可直接食用，人如不小心误服，会感觉恶心呕吐、口干、胃痛、烧灼感，腹胀、腹泻，头晕，头痛，出皮疹等，严重者呼吸停止，出现休克，甚至造成死亡。工业卤水从自然界中的盐类含量大于5%的液态矿产提炼后用于化工用途。聚集于地表的称表卤水或湖卤水。聚集于地面以下者称地下卤水。与石油聚集一起的称石油卤水。按地下卤水赋存条件有孔隙卤水、晶间卤水、裂隙卤水。按卤水的水力性质可分为潜卤水、承压卤水，按卤水的水化学性质可分为氯化物型卤水、硫酸盐型卤水、碳酸盐型卤水。卤水根据其所含的主要离子，即CO、HCO、SO、Cl(、Ca、Mg、Na、K的相对含量来确定其所属类型。卤水中还常含有少量其他元素，如硼、锂、溴、钡、锶、碘等。碳酸盐型卤水通常含有氯化钠,碳酸钠、硫酸钠。有的还含有硼砂、氯化钾等。通常将卤水浓缩，碳化得碳酸氢钠，碳酸氢钠煅烧制纯碱，析出碳酸氢钠后的卤水，可利用分步结晶法，分别析出硼砂、氯化钾等。硫酸盐型卤水如海水及美国大盐湖卤水, 含有氯化钠、硫酸镁、硫酸钠、氯化钾等，海水通常采用兑卤法进行综合利用。大盐湖卤水是利用盐田日晒而制得钾镁复盐，再用化学法加工成硫酸钾。氯化物型卤水如察尔汗盐湖卤水含有氯化钠第一章 设计背景1.1轻质碳酸钙概述1.1.1轻质碳酸钙理化性质轻质碳酸钙(Light Calcium Carbonate)又称沉淀碳酸钙 。轻质碳酸钙是用化学加工方法制得的。由于它的沉降体积(2.4-2.8mL/g)比用机械方法生产的重质碳酸钙沉降体积(1.1-1.9mL/g)大，因此被称为轻质碳酸钙。它的化学式为CaCO3，它与所有的强酸发生反应，生成和相应的钙盐(如氯化钙CaCl2)，同时放出二氧化碳。在常温(25)下，轻质碳酸钙在水中的浓度积为8.轻质碳酸钙(Light Calcium Carbonate)又称沉淀碳酸钙( Precipitated 7/1029、溶解度为0.0014；轻质碳酸钙水溶液的pH值为9.510.2；空气饱和轻质碳酸钙水溶液的pH值为8.08.6；轻质碳酸钙无毒、无臭、无刺激性，通常为白色，相对密度为2.72.9；沉降体积2.5ml/g以上，比表面积为5m2/g左右。碳酸钙与所有的强酸发生反应,生成水和相应的钙盐(如氯化钙CaCl2) ,同时放出二氧化碳;在常温(25)下,碳酸钙在水中的浓度积为8. 7 1029、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。碳酸钙无毒、无臭、无刺激性,通常为白色,相对密度为2.72.9 。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(5m)、微粉碳酸钙(15m)、微细碳酸钙(0.11m)、超细碳酸钙(0.020.1m)、超微细碳酸钙(0.02m)。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。碳酸钙的化学式为CaCO3。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。一、化学式：CaCO3二、分子量 ： 100.09三、结晶形 ：六方晶系四、比重： 2.7五、折射率:1.461.65六、CAS: 471-34-1性状特点白色粉末或无色结晶。无气味。无味。82.5分解为氧化钙和二氧化碳。溶于稀酸而放出二氧化碳，不溶于及醇。有两种结晶，一种是正交晶体文石，一种是六方菱面晶体方解石。方解石,有刺激性。a 颗粒形状规则，可视为单分散粉体，但可以是多种形状，如纺锤形、立方形、针形、链形、球形、片形和四角柱形。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1-3m。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。以后除说明外，平均粒径，即指平均短轴粒径。1.1.2轻质碳酸钙的作用轻质碳酸钙的作用及用途非常广泛，可用于以下行业：橡胶行业；碳酸钙是橡胶工业中使用最早量最大填充剂之一，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。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。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%里酚醛细花纹皱纹漆39%以上。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20-60%。其它；另外，碳酸钙在造纸工业起重要作用能保证纸的强度，白度，成本较低。在电缆行业能起一定的绝缘作用。还能作为牙膏的摩擦剂。1.1.3中国碳酸钙市场现状 中国轻质碳酸钙行业生产企业遍布全国二十八个省、市、自治区，目前共有500余家生产企业。据统计，2018年中国轻质碳酸钙市场规模达到104.26亿元，同比增长14.4%。2014-2018年中国轻质碳酸钙市场规模及增长产能产量方面，据统计，2018年中国轻质碳酸钙产量为1285万吨，同比增长3.5%，产能为1650万吨，同比增长4.4%；2018年中国轻质碳酸钙产能利用率为77.88%。2014-2018年中国轻质碳酸钙产能产量及产能利用率需求方面，据统计，2018年中国轻质碳酸钙需求量为1252万吨，同比增长3%。2014-2018年中国轻质碳酸钙需求量及增长进出口方面，据统计，2019年中国碳酸钙进口量为4.91万吨，同比增长2.9%，出口量为12.17万吨，同比增长20%。2015-2019年中国碳酸钙进出口数量统计资料来源：中国海关，华经产业研究院整理进出口额方面，据统计，2019年中国碳酸钙进口额为1486万美元，同比下降19.15%，出口额为3813万美元，同比增长67.3%。2015-2019年中国碳酸钙进出口金额统计第二章工业卤水制取轻质碳酸钙的实验研究与工艺设计2.1概述卤水净化制轻质碳酸钙主要采用化学法1.炭化反应;在炭化釜加入卤水搅拌，匀速加入适量碳酸钠溶液，加入少量表面活性剂AD755进行反应，反应一段时间后过滤，然后120下干燥3小时研磨。2.2主要药品及其设备2.2.1主要药品工业卤水、碳酸钠溶液、表面活性剂AD755。2.2.2主要仪器设备炭化+活化釜、真空抽滤器、烧杯、电动搅拌器、恒温干燥箱等。2.3实验原理卤水中的钙离子与碳酸钠溶液反应生成碳酸钙 Na2CO3+CaSO4CaCO3+NaSO4 Na2CO3+CaCl2CaCO3+2NaCl2.4实验前准备（1）清理设备：将水注入碳化釜内，直到碳化釜的三分之一的位置时停止水的注入，打开搅拌装置，并反复冲洗碳化釜内壁，直到出料口排出清水为止，同时停止搅拌装置。 （2）检查装置：检查设备是否漏水、漏气，检查并确定工艺流程中的各个阀门的功能和状态，检查电源和仪表显示是否正常。2.5实验过程2.5.1炭化反应准备20千克卤水倒入炭化釜中，开启搅拌装置，并用烧杯量取400毫升碳酸钠溶液加入炭化釜中，再加入4毫升表面活性剂AD755，进行反应。2.5.2过滤 在真空过滤器上放置滤布，然后打开炭化釜出料口，将液体排放至真空过滤器进行过滤，将滤布中的白色固体收集起来。2.5.5干燥和产品处理将收集的碳酸钠放入干燥箱在120下干燥3小时，然后将干燥好的碳酸钠放入研磨机中研磨，将研磨好的碳酸钠，用包装袋打包好。写上标签并放在指定的位置。2.5.6产品展示未沉淀的水溶液 沉淀中的水溶液 过滤后的碳酸钙 干燥研磨包装好的碳酸钙第三章 生产工艺初步设计表面活性剂碳酸钠c卤水包装干燥过滤活化釜3.1卤水净化制轻质碳酸钙生产工艺设计流程 卤水净化轻质碳酸钙生产工艺设计流程 3.2卤水净化轻质碳酸钙生产工艺设计流程图卤水净化轻质碳酸钙生产工艺设计流程图3.3平面平置图卤水净化制轻质碳酸钙生产工艺流程一楼平面布置图 卤水净化制轻质碳酸钙生产工艺一楼平面图 2020.12 3.4炭化釜内部结构图16