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 3
1.1轻质碳酸钙概述 3
1.1.1轻质碳酸钙理化性质 3
1.1.2轻质碳酸钙的作用 4
1.1.3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 7
2.1概述 7
2.2主要药品及其设备 7
2.2.1主要药品 7
2.2.2主要仪器设备 7
2.3实验原理 8
2.4实验前准备 8
2.5实验过程 8
2.5.1复分解反应 8
2.5.2过滤 8
2.5.5干燥和产品处理 8
2.5.6产品展示 8
10
第三章 生产工艺初步设计 11
3.1工业卤水净化制轻质碳酸钙 11
3.5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。①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。②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。③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9.5～10.2；空气饱和轻质碳酸钙水溶液的pH值为8.0～8.6；轻质碳酸钙无毒、无臭、无刺激性，通常为白色，相对密度为2.7～2.9；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 ×10^29、溶解度为0.0014,碳酸钙水溶液的pH值为9.5～10.2 ,空气饱和碳酸钙水溶液的pH 值为8.0～8.6。碳酸钙无毒、无臭、无刺激性,通常为白色,相对密度为2.7～2.9 。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(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)。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:25ml/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。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:1.46～1.65六、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1-3μm。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+2NaCl

2.4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

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