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高纯碳酸钙制备工艺の研究
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高纯碳酸钙制备工艺の研究
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&&&&华东理工大学 硕士学位论文 年产5万吨轻质碳酸钙项目工艺技术分析 姓名：李伟 申请学位级别：硕士 专业：材料工程 指导教师：汪济奎;王洋
华东理工大学硕士学位论文５００００吨／年轻质碳酸钙项目工艺技术分析第１页摘要以本公司一年产５万吨轻质碳酸钙项目为研究内容，在提高自&&&&己的技术水平和产品 档次的基础上，扩大生产规模，占领市场，增强自身的竞争力。本文从研究轻质碳酸钙 的生产原理和工业制作方法做一论述，通过对轻质碳酸钙的工艺物料衡算和热量衡算， 分析了消化反应、碳化反应以及干燥工段的机理和生产工艺，着重对重要工段碳化反应 的机理和影响产品品质的生产工艺进行了详细论述。结合现有碳酸钙生产线的经验，根据几何尺寸相似原则和等单位体积功率准则，把核心反应器碳化塔从２０ｍ３放大到６０ｍ３。并根据现有的生产线使用设备的经验和节能降耗原则对主要设备鼓风机、离心机和干燥 机进行选型计算，最终确定了这些主要设备的关键技术参数。并对配套设备、生产工艺及控制方案进行了优化。最终建成了５００００吨／年轻质碳酸钙生产线，经过投产运行其产品综合性能良好，并有所改进提高，设备、劳动效率有较大提高，生产成本明显下降。 关键词：轻质碳酸钙：工艺计算；设备选型；节能第１ｉ页５００００ｔ／ｙ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｅｄ ｃａｌｃｉｕｍ ｃａｒｂｏｎａｔｅａｎａｌｙｓｉｓ华东理工大学硕士学位论文ｐｒｏｊｅｃｔｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｂｓｔｒａｃｔｔｈｉｓ ｄｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎ ｍａｉｎｌｙ ｒｅｌａｔｅｓ ｔｏ ５００００ｔ／ｙ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｅｄ ｃａｌｃｉｕｍ ｃａｒｂｏｎａｔｅｐｒｏｊｅｃｔａｂｏｕｔ ｍｙ ｃｏｍｐａｎｙ．ｉｎ ｒａｉｓｅｓ ｏｗｎ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｌｅｖｅｌ ａｎｄ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔ ｓｃａｌｅ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｅｘｐａｎｄｅｄ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｓｃａｌｅ，ｓｅｉｚｅｓ ｔｈｅ ｍａｒｋｅｔ，ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｓ ｏｗｎ ｃｏｍｐｅｔｉｔｉｖｅ ｐｏｗｅｒ．ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ｍａｋｅｓａｎｅｌａｂｏｒａｔｉｏｎｆｒｏｍｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｅｄｃａｌｃｉｕｍｃａｒｂｏｎａｔｅ’ｓｔｏｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｅｄｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ａｎｄ ｔｈｅｉｎｄｕｓｔｒｙｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｒｏｕｇｈ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄｔｈｅｃａｌｃｉｕｍ ｃａｒｂｏｎａｔｅ’ｓ ｃｒａｆｔ ｍａｔｅｒｉａｌ ｂａｌａｎｃｅ ａｎｄ ｑｕａｎｔｉｔｙ ｏｆ ｈｅａｔ ａｃｃｏｕｎｔｉｎｇ，ｈａｖｅ ａｎａｌｙｓｅｄ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍａｎｄ ｐｒｏｄｕｃｔｉｖｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｄｉｇｅｓｔｉｎｇ ｒｅａｃｔｉｏｎ，ｃａｒｂｏｎａｔｉｏｎ ｒｅａｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｒｙｉｎｇｔｏｐｒｏｃｅｓｓ．ｃａｒｂｏｎｉｚｅｄ ｔｈｅ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｅｍｐｈａｔｉｃａｌｌｙ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ａｎｄ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｐｒｏｄｕｃｔ ｑｕａｌｉｔｙｄｅｔａｉｌｅｄｔｈｅｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓｅｃｔｉｏｎ ｔｈｅｏｎｔｅｃｈｎｉｑｕｅｏｆ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｈａｓ ｃａｒｒｉｅｄｔｈｅｅｌａｂｏｒａｔｉｏｎ．ｗｉｔｈｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｅｓｅｎｔ ｐｒｏｄｕｃｔ ｌｉｎｅ ｏｆ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｅｄ ｃａｌｃｉｕｍｃａｒｂｏｎａｔｅ，ｔｈｅ ｋｅｙ ｒｅａｃｔｏｒ ｗａｓ ｓｃａｌｅｄ’ｕｐ ｆｒｏｍ ３０ｍ３ ｔｏ ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ ｓｉｍｉｌａｒｉｔｙ ｔｈｅ ｍａｉｎａｓ６０ｍ３，ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏ ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆｗｅｌｌａｓｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｔｈｅ ｅｑｕａｌ ｕｎｉｔ ｖｏｌｕｍｅ ｐｏｗｅｒ．ｂｙ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ， ｓｅｌｅｃｔｅｄ ａｎｄ ｔｈｅｅｑｕｉｐｍｅｎｔｗａｓｔｈｅｋｅｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｐａｒａｍｅｔｅｒｗｅｒｅｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｓａｖｉｎｇ ｅｎｅｒｇｙ ａｎｄ ｒｅｄｕｃｉｎｇ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ．ｏｎ ｔｈｅ ｏｔｈｅｒ ｈａｎｄ，ｔｈｅ ａｃｃｅｓｓｏｒｙ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｏｄｅ ｗｅｒｅｏｐｔｉｍｉｚｅｄ．ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔ ｌｉｎｅ ｏｆ ５００００ｔ／ｙ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｅｄ ｃａｌｃｉｕｍ ｃａｒｂｏｎａｔｅ ｗａｓ ｂｕｉｌｔ ｕｐｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙ．ｔｈｅｓｙｎｔｈｅｔｉｃａｌ ｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆ ｐｒｏｄｕｃｔｆｉｎｅ，ｉｍｐｒｏｖｅｒｉｓｅ ｔｏ ｓｏｍｅ ｅｘｔｅｎｔ ｔｏｇｅｔｈｅｒ．ｔｈｅ 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质碳酸钙进行研究，在轻质碳酸钙生产过程中，采用不同的结晶（碳化）条件，可以制 得不同晶形和不同粒径的多种类型的轻质碳酸钙产品，晶形如纺锤形、正方体、针状体、 球状体、链状体、花瓣形等。粒径通常按照碳酸钙的原始粒径，将轻质碳酸钙分为微粒碳酸钙（＞５帅）、微粉碳酸钙（１－－－５ｕｍ）、微细碳酸钙（０．１～ｌｐｍ）、超细碳酸钙（０．０２～０．１帅）、超微细碳酸钙（＜０．０２帅）。在二十世纪八十年代发展起来的新型材料纳米级碳 酸钙，粒径在１．－一ｌｏｏｎｍ之间，由于粒子的超细化，其晶体结构和表面电子结构发生变 化，产生了轻钙所不具有的量子尺寸效应口１、小尺寸效应口１、表面效应ｎ１和宏观量子隧道 效应陆１。成为良好的白色补强填料。此外，为了改进产品的应用性能，对其表面进行活 化改性处理∞１，产品又称为活性碳酸钙。表面改性的方法有湿法活化处理和干法活化处 理，因采用不同的改性方法、改性工艺、改性助剂，又可衍生出不同系列的活性碳酸钙 产品，加上与不同的粒径和形貌组合，碳酸钙产品的种类更是异常繁多。 世界碳酸钙的工业生产，已有１５０多年的历史，我国轻钙生产始于１９３１年，当时 日用化工的发展，迫切需要白色填料，于是轻质碳酸钙工业就应运而生，在上海大中华 橡胶厂建立了生产碳酸钙的工场——大中华制钙厂，当时选用苏州元山太湖石为原料， 煅烧成石灰，经消化、碳化、沉淀后人工捞起放在阴棚中晾干，成为轻质碳酸钙。之后第２页华东理工大学硕士学位论文随着工业技术的发展，轻质碳酸钙产品应用范围越来越广，需求量越来越大，又加之碳 酸钙所需的矿产资源丰富，生产设备简单，生产成本较低，因而产品价格低廉，并且在 其生产过程中与其他无机化工产品相比没有严重的环境污染，在中国一般的方解石、石 灰石开采费用仅在３０元＂－＇６０元／吨，资源的丰富是碳酸钙工业得以发展的基本条件，同 时其开采对于自然环境影响很小，只要是有计划的开采，几乎对生态环境不会造成负面 影响，这是碳酸钙工业近年来得以发展的基本条件之一。随着工业技术的发展，人们环 保意识的增加，碳酸钙工业的技术水平的提高，碳酸钙工业的环境污染已经下降到很低 的程度，不但产生的污染小，而且有利于二氧化碳的吸收。近年来各国对引起温室效应 的二氧化碳的排放非常重视，为了减少空气中二氧化碳含量，采取了很多措施。由于轻 钙生产合理地利用了二氧化碳气体，所以有些先进国家已经把碳酸钙工业能吸收二氧化 碳气体作为环境保护项目加以推崇，这是碳酸钙工业独特的优点。所以近年来随着碳酸 钙产品应用范围的扩大，碳酸钙工业得到迅速发展，在全国很多地方新建了不少碳酸钙生产厂。．１．２碳酸钙的应用ⅲ吲碳酸钙是用途极为广泛的无机化工产品，作为一种重要无机填料，广泛应用于橡胶、 塑料、造纸、涂料、油墨、纺织、医药、食品、日用品、饲料、农药等行业∞儿１０，。无论 是重质碳酸钙还是轻质碳酸钙，在国际上用量最大的都是造纸业，主要是作为纸张的填 充剂和高质量纸张如白板纸、铜版纸等纸张的涂布材料；其次是用于塑料作为填充剂、 补强剂、增量剂，特别是用于聚氯乙烯（塑料）制品，例如用于塑钢门窗，上下水管道， 通讯、电视信号、电力、机房网络的电缆线等；碳酸钙作为填料还用于粘合剂、密封胶 中，在橡胶工业中沉淀碳酸钙是理想的填充剂和半补强剂；另外在日用化工中，用于牙 膏、清洗剂；在饲料和食品中作为补钙剂；在医药工业中也是优质的补钙剂和发酵缓冲剂。特别要指出的是碳酸钙的产品应用越来越广泛，需求量也越来越大，对品种的要求 也越来越高，这是市场的需求，提供了碳酸钙工业发展的潜在动力。１．２．１碳酸钙在塑料中的应用ｎ¨ｎ２１轻质碳酸钙被广泛填充在聚氯乙烯（ｐｖｃ）、聚乙烯（ｐｅ）、聚丙烯（ｐｐ）、丙烯晴一丁二烯一苯乙烯共聚物（ａｂｓ）等树脂之中，碳酸钙的添加对提高改善塑料制品某些性能以扩大其应用范围有一定作用，在塑料的加工中碳酸钙可以减少树脂收缩，改善流变 态，控制粘度等用途。碳酸钙的添加在塑料制品中起到一种骨架作用，对塑料制品尺寸 的稳定有很大作用。它可以增加塑料体积、降低产品成本，提高塑料的尺寸稳定性，提 高塑料的硬度和刚性，改善塑料的加工性能，提高塑料的耐热性，改进塑料的散光性等 等作用。其生产出的工程塑料在某些方面的强度超过钢材，硬度接近玉石，具有耐磨、 耐高温、耐老化的特性，可广泛用于电子、航天、精密机械、仪器、汽车行业等领域。华东理工大学硕士学位论文第３页塑料工业是碳酸钙的重要应用领域，无论是从国际还是国内情况来看，塑料工业所用填 料应用最广的便是碳酸钙，２１世纪以来，世界塑料产品耗用的无机非金属填料大约为 １５００万吨，而碳酸钙由于拥有其他填料无可比拟的优势，在所耗用的各种非金属填料中 约占７０％左右，即达到１０００万多吨左右。我国塑料工业每年所耗用的非金属矿填料至少 在２５０万吨以上，按此比例，塑料工业消耗碳酸钙约在１７０万吨左右。根据我国塑料加 工业“十五”计划和２０１５远景规划，到２００５年塑料制品年产量将达到２５００万吨，２０１５年则达到５０００万吨以上，这两个数字将意味着碳酸钙耗用量分别达到２５０万吨和５００万吨，碳酸钙作为塑料填充剂和增量剂，可减少树脂用量降低成本。 １．２．２碳酸钙在涂料中的应用 在涂料中碳酸钙的作用是填料和白色颜料，起一种骨架作用，所以在涂料工业中称 碳酸钙为体质颜料。由于碳酸钙颜色是白色的，在涂料中相对乳胶、溶剂等价格都便宜，而且颗粒细，能在涂料中均匀分散，所以碳酸钙被大量运用。涂料行业是一个快速发展的行业，随着我国近年经济持续稳定高速发展，涂料总产量已经跃居世界第四位，将来 涂料将成为碳酸钙的第二大用户。近年由于环保意识的提高，在建筑方面涂料已大量使用水性涂料，由于碳酸钙是白色的又亲水，价格又便宜，这一性能使其在涂料工业中被大量推广使用，不仅能应用于厚漆、罩面漆、金属防锈漆等油性涂料中，而且还可以内外墙用水性涂料中ｕ驯。 １．２．３碳酸钙在橡胶中的应用碳酸钙是橡胶工业中使用得最早、用量最大的填充剂之一。碳酸钙大量填充在橡胶 制品之中，可以增加制品容积，从而节约昂贵的天然橡胶或合成橡胶，达到降低成本的 目的。在橡胶行业中，碳酸钙以其白度、纯度以及稳定的性能作为填充剂以降低生胶的 含量，１吨碳酸钙填入橡胶中，将创造５万余元的产值及７千余元的利润。碳酸钙的补 强或半补强性可使其作为橡胶的填充剂，具有与白碳黑同等的补强效果。此外，碳酸钙 的加入使橡胶易混炼、易分散、混炼胶质也柔软，压出加工性能和模型流动性好；硫化 胶表面光滑、伸长大、抗张强度高、永久变形小、耐弯曲性能好、耐撕列强度高。在橡胶中填充入碳酸钙，其拉伸强度、撕裂强度、耐磨性等各项指标有明显提制川ｎ ５１。目前我国橡胶工业正以百分之十几的增长率增长，碳酸钙的工业前景由此可见一斑。 １．２．４碳酸钙在粘结剂中的应用 碳酸钙广泛用在粘结剂和密封胶产品中，粘合剂和密封剂应用范围很广，从住宅建 筑嵌缝水泥到地毯背胶，从瓷砖嵌缝到玻璃幕墙密封胶，所以各种碳酸钙都可以用于其 中，近年比较高档的纳米碳酸钙还用于汽车的ｐｖｃ车底防石击涂料和ｐｖｃ焊缝密封胶产 品中。国内外一般统称该类产品为ｓｐｔ，目前是碳酸钙工业中附加值较高的产品之一。 一般要求粒径在３０～８０ｎｍ，粒度分布均匀，分散性良好，表面处理均匀有效。同时要求 同批次产品性能稳定，这是国内产品普遍比较缺乏的。ｓｐｔ的添加，使ｐｖｃ涂料获得特 殊的改性功能。展宽玻璃化转变区范围，呈现高阻尼值，冲击能转化为热能而消散，使 涂料具有较好的抗石击性；赋予可观的触变性，使涂料能在低剪切速率或静止状态下具第４页华东理工大学硕士学位论文有高粘度，防止涂料沉底和流挂，在高剪切速率下，粘度能明显变低，易于喷涂流平； 同时提高涂料的抗张强度、断裂伸长率和屈服应力及热稳定性、耐老化性、光泽度及 涂膜的表面硬度等ｎ ６ｌ。随着我国汽车工业的飞速发展，轿车底漆专用纳米碳酸钙的用量 直线上升。以前主要从国外进口，目前高端市场缺口仍然很大，纳米轻质碳酸钙在粘合 剂中的应用前景良好。 １．２．５碳酸钙在造纸中的应用 碳酸钙用于造纸工业已有１００多年的历史，造纸工业使用碳酸钙产品主要基于两点： 一是碳酸钙能改变纸品的性能（而这些性能如用木浆纤维将不可能达到），碳酸钙本身 具有很重要的光学性能（如亮度、不透明性、光泽）及印刷性能（如墨吸收性能、印刷 制剂的光泽性、印刷制剂对背面具有低的不透光性等。实际上，碳酸钙在这里已作为“功 能＂颜料在使用；二是碳酸钙的使用可大大降低造纸的成本。随着技术水平的提高，造 纸行业中酸性施胶技术逐步被中性施胶技术所取代，二次涂布技术的应用，为碳酸钙在 造纸行业中的应用创造了条件。而在高档热敏纸、美术铜版纸等的制造工艺技术中，大 量应用碳酸钙使其白度、不透明度、光泽、油墨吸收量等指标都得到了提高。随着我国 人均纸消耗量的增长，各种造纸用碳酸钙的用量逐年增加，市场前景非常广阔。在造纸 方面，碳酸钙主要用作填料，其物理性能比高岭土及重钙ｇｃｃ具有高透明、高亮度、高 膨胀能力、粒径均匀、颜料牢固等优点。根据国家轻工业局提出的造纸工业结构调整和 技术进步的意见，要重点调整和发展高档新闻纸、高档卷烟纸、高档印刷书写纸、牛皮 箱板纸、高强度瓦楞原纸等品种，这些都离不开使用高品质轻质碳酸钙。 １．２．６碳酸钙在医药食品中的应用 碳酸钙在医药配方中可作为中和剂、助滤剂、缓冲和溶解剂、填料和钙源。医药业 要求其品质符合药典标准，即确定最低纯度和金属含量。在食品方面，高档纳米轻质碳 酸钙是柠檬酸钙、葡萄糖酸钙、乳酸钙的钙源，且广泛用于其它补钙食品中。但药品和 食品对碳酸钙的品种要求严格，有的既要求碳酸钙含量达到９９．９９％，又对重金属的含量 提出了严格的要求。我国近几年钙制品发展迅速，柠檬酸钙、葡萄糖酸钙、乳酸钙相继 走俏市场，其市场前景巨大。 １．２．７碳酸钙在硅橡胶中的应用 硅橡胶是聚硅氧烷最重要产品之一，具有耐高低温、耐候、耐臭氧、耐电弧、耐化 学药品、电器绝缘性、高透气性以及生理惰性等性能，广泛应用于汽车零件、建筑、医 学、电器配件和按键等领域。研究表明ｎ引，高档纳米碳酸钙可以促进硅橡胶交联密度的 提高，提高硅橡胶的机械性能。 同时，碳酸钙的粒径越小，比表面积越大，与硅氧烷 分子链作用的表面积也越大，补强点增多，硅橡胶的拉伸强度和扯断伸长率也越大¨刖。 碳酸钙的表面状态也是影响硅橡胶性能的重要因素，碳酸钙经表面处理后，表面由亲水 性变为亲油性，与硅橡胶的润湿分散性好，使碳酸钙均匀分散在硅橡胶中，不但能起增 强作用，而且改善硅橡胶的流变性能。１．２．８碳酸钙在油墨的应用ｎ钔华东理工大学硕士学位论文第５页经过树脂酸处理过的纳米碳酸钙在树脂型油墨中用作油墨填料，除起到一般油墨填 料的作用外，与传统油墨填料相比，还具有稳定性好、光泽高、适应性强等优点。 随着我国国内经济稳步健康持续发展，工业及民众购买力的提高，塑料、橡胶、造 纸、涂料等行业正以１０％的速度发展，造纸生产工艺的不断进步，必将促进我国碳酸钙的迅速发展。１．３论文来源 近年来随着我国经济建设的飞速发展和国际能源价格的飞涨，原油价格节节攀升， 人们对原油资源减少的担心，其下游制品如塑料、橡胶、涂料的价格也将会攀升，为了 降低制品的成本，节约宝贵的资源，碳酸钙作为一种价格低廉的理想填充剂，得到了大 量应用。各制品厂家为了降低生产制品成本，对制品工艺进行了调整，从而进一步提高 对碳酸钙的填充量，碳酸钙随之得到很快的发展。特别是这几年，轻质碳酸钙的应用市 场得到较大的发展。基于此，本单位在提高自己的技术水平和产品档次的基础上，扩大 生产规模，占领市场，增强自身的竞争力，利用自身多年在碳酸钙领域的经验和市场占 有率，结合原来的生产技术再次放大，新建一条年产５００００吨的轻质碳酸钙生产线。并 进行重新设计反应器，采用较为普通的化工通用设备，经过一定的技术改进和工艺优化 组合，建成５万吨级规模生产线，生产出更为价廉物美的轻质碳酸钙以适应市场需求。 １－４本文目标与内容 本课题在现有大多数生产厂家产量都在１５０００吨／年轻质碳酸钙以下的基础上，通 过对轻质碳酸钙产品性能的分析与制备技术的工程研究，结合作者多年从事碳酸钙工程 技术的经历，借鉴我国几十年轻质碳酸钙生产的经验，对其中的主反应器碳化塔进行工 程放大，改进碳化塔的高径比，增加反应量，从而提高每塔的生产能力，从现有的每塔 反应１６立方提高到５４立方的反应量，并改进反应器的通气方式。由于改进降低了碳化 塔的高度，故在选择辅助配套设备压缩机时可以采用更为节电的罗茨风机，使生产成本 大大降低。并对生产线主要设备如钢窑、离心机、干燥进行工艺改进，优化控制，降低 生产能耗，以此建立一条５００００吨／年的轻质碳酸钙生产线，使产品的综合性能在原有 基础上有明显提高并更为稳定，设备生产效率进一步提升，工艺、控制更加优化，能耗 进一步降低，使生产成本能显著降低。１ｊ５论文研究方法和技术关键 （１）本文通过轻质碳酸钙产品的生产原理、生产工艺、以及物料衡算、热量核算，一设计一条５００００吨／年的轻质碳酸钙生产线。 ．（２）并通过产品性能及核心碳化反应的机理、过程分析，结合现有设备存在的问第６页华东理工大学硕士学位论文题，通过工程放大计算，确定碳化反应器放大后的结构与技术参数以及操作条件。 （３）通过对碳化反应器的改进，提出新的节能型的压缩通气设备罗茨风机，对罗 茨风机进行试验和计算，完成设备选型。 （４）以设备投资、产品单耗、操作的合理性为优化目标，进行过程分析，确定最 优的工艺方案和控制方式。 作为一种非常重要的无机化工填料，被广泛应用于橡胶、塑料、造纸、涂料、油墨、 医药、食品、饲料以及化妆品等的生产、加工和应用中。其主要作用就是增加产品体积， 降低生产成本，改善产品的加工性能等。所以轻质碳酸钙工程技术的关键就在于生产过 程中产品的稳定性和低成本，成为轻质碳酸钙行业生产厂家追求的关键所在，在工程设 计中，设备的选用、能耗的控制、余热的利用都是轻质碳酸钙生产过程中关键所在，都 关系到产品最终的成本。随着应用领域的拓展，尤其作为浅色制品的填料，轻质碳酸钙 产品在盐酸不溶物的控制也成为一个关键性的指标，因此在生产过程中对杂质的控制也 是碳酸钙生产的关键技术。 １．６论文的特色与创新点 本文在已成功的轻质碳酸钙生产线基础上再次放大，论文充分解借鉴了目前众多生 产厂家包括设备制造厂家的成功经验，把重点放在了设备能耗的控制上，在深刻掌握过 程本质的基础上，放大改进设计碳化反应器结构，使生产率得到大幅提高，由此采用更 为节能的离心分离、压缩通气和干燥方式，并设计、采用较为普通的化工通用设备，经 过一定的技术改进和优化组合，建成５万吨级规模生产线，生产出更为价廉物美的轻质碳酸钙。华东理工大学硕士学位论文 第２章轻质碳酸钙的生产原理及工艺２．１概述第７页２．１．１轻质碳酸钙制备方法简介早在二十世纪初期，日本和美国的科学家和企业家已经开始采用化学方法生产碳酸 钙了，这种通过无机化学的沉淀反应所得到的碳酸钙称为沉淀碳酸钙（ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｅｄｃａｌｃｉｕｍｃａｒｂｏｎａｔｅ，国际上通用简称ｐｃｃ），也称轻质碳酸钙。与天然碳酸钙不同，轻质碳酸钙是通过钙离子ｃａ２＋与碳酸根离子ｃｏ。２一反应，生成的难溶盐ｃａｃ砚，实现这～基本 反应的途径主要有两种方法： １．沉淀法： 以石灰石为原料，加热煅烧生成ｃｏ：和ｃａｏ，ｃａｏ与ｈ２０反应生成ｃａ（ｏｈ）：，ｃａ（ｏｈ）：中 通入ｃｏ：反应生成沉淀碳酸钙。主要的化学反应方程式如下： ｃａｃ０３一ｃａｏ＋ｃ０２ ｆ ｃａｏ＋ｈ２０一ｃａ（ｏｈ）２ ｃａ（ｏｈ）２＋ｃ０２—．．ｃａｃ０３ ２．化学制备法： 有多种化学反应能生成碳酸钙，利用碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸氢铵等提供碳酸根离 子ｃ０。｝，利用氢氧化钙、氯化钙、硝酸钙等提供ｃａ２＋离子，在通常的反应条件下都能产 生沉淀反应，生成碳酸钙产品。例如：ｌ＋ｈ２０（１）石灰一苏打法（ｌｉｍｅ－－ｓｏｄａ ｐｒｏｃｅｓｓ），又称碱法ｃａ（ｏｈ）２＋ｎａ２ｃ０３一ｃａｃｏ。ｌ＋２ｎａｏｈ（２）氯化钙一苏打法（ｃａｃｌ—ｓｏｄａｐｒｏｃｅｓｓ）ｃａｃｌ２＋ｎａ２ｃ０３一ｃａｃｏ。ｌ＋２ｎａｃｌ其中的ｃａ ｃ１。是以ｃａ（０ｈ）。和ｈｃｉ反应制得。 （３）利用生产碳酸钠过程中的副产物生产碳酸钙的苏尔维法 ｃａ（ｏｈ）２＋２ｎｈ４ｃｌ一２ｎｈ３＋ｈ２０＋ｃａｃｌ２ ２ｎｈ。＋ｈｚ０＋ｃａｃｌ２＋ｃ０２—，ｃａｃ０§｛＋２表２．１典型轻质碳酸钙的化学成分（％）ｔａｂｌｅ ２．１ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｖｅ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｅｄ ｃａｌｃｉｕｍ ｃａｒｂｏｎａｔｅ（％）ｎｈ。ｃｌ所得成品轻质碳酸钙是白色粉末状物，无味、无毒、无臭，在空气中稳定，轻微吸 湿。不溶于水和醇，微溶于含铵盐和二氧化碳的水中。易溶于酸性水溶液中，溶解时放第８页华东理工大学硕士学位论文热并产生二氧化碳气体，表２．１为典型的轻质碳酸钙的化学成分。 碳酸钙粒子的形貌特征（包括晶形、粒度、粒度分布）等在很大程度上决定了产品 粒子的性能。碳酸钙外观形态的改变或改善对碳酸钙的用途有着重要的意义。不同行业 对碳酸钙产品的形态有着不同的要求。如用于陶瓷的碳酸钙要求高纯、微细、球形；在 造纸行业需纺锤形微细碳酸钙，它可以改善纸张的印刷性能，而在卷烟纸中为了影响纸 张的不透明度、透气性和强度，则需要碳酸钙为纺锤形，并且原生粒子经过有规律的团 聚成类球形颗粒；链锁状的碳酸钙用于橡胶制品具有补强功能，性能优于白碳黑；而为 了增加橡胶、塑料和纸张的机械性能，通常需要高比表面积的棒状、针状或者纤维状的 碳酸钙；而在油墨行业，为了提高油墨的透明度、流动度，则需要粒径小的立方形或球形碳酸钙。通过添加不同的晶体控制剂，并且控制不同的反应工艺条件，可以得到形态多样化 的碳酸钙。目前，已经有纺锤形、立方形、针形、球形、链状、无定形等十几种晶形的碳酸钙侧［２ｕ。不同晶形控制剂可以生成不同形貌的碳酸钙产品乜刳，主要有酸类，包括无机酸他３’ 和有机酸、无机盐类乜们但５１、醇类、氨基酸啪儿２７儿捌、蛋白质以及糖类啪¨驯、表面活性剂 和聚合物类口门等。他们可以单一作用，也可以几个控制剂一起协同作用。晶形控制剂对 晶体生长的影响是多方面的，它可影响物质的溶解度和溶液的性质，甚至会显著改变晶体的结晶习性。轻质碳酸钙的颗粒是由若干石型结晶形成的０．０１－－－１０ｐｃｉｎ的晶体，在电子显微镜中 观察到不同的颗粒形状，主要以纺锤形为主，长径为５～１２ｐｒｏ，短径为１～３帅，其比表 面积为５ｍ２／ｇ左右，白度在９０％以上，平均粒径在１～３啪之间，其粒度分布大体如下表２．２表２．２典型轻质碳酸钙的粒度分布ｔａｂｌｅ ２．２ｓｉｚｅｓｃａｔｔｅｒｓｏｆ ｔｈｅ ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｖｅ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｅｄ ｃａｌｃｉｕｍ ｃａｒｂｏｎａｔｅ２．１．２轻质碳酸钙工业制备技术： 通常制备碳酸钙粒子的要求是： ①面洁净；②粒子的形状及粒径、粒度分布可控， 防止粒子团聚；⑦易于收集；④有较好的热稳定性；⑤产率高。目前，碳酸钙的制备方 法主要分为三类：固相法、液相法、气相法㈨㈨㈨。（１）固相法固相法就是把金属盐或金属氧化物按一定比例充分混合，研磨后进行煅烧，发生固华东理工大学硕士学位论文求不高的地方。 （２）气相法第９页相反应后，直接得到超微粒子或再研磨得到超微粒子，其主要用于粉体的纯度和粒度要气相法是直接利用气体或者通过各种手段将物质转变为气态，使之在气态下发生物 理变化或化学反应，最后在冷却过程中凝聚长大形成超微粒子的方法，气相法可分为气 相蒸发法、化学气相沉淀法、惰性气体原味加压法、溅射法、流动油面上真空沉淀法。（３）液相法液相法是用可溶性金属盐溶液制备氧化物的方法。它的基本原理是，选择一种或多 种合适的可溶性金属盐类，按所制备的材料组成计量配制成溶液，使各元素呈离子或分 子态，再选择一种合适的沉淀剂或用蒸发、升华、水解等方法，使金属离子均匀沉淀或结晶出来，最后将沉淀或结晶物脱水或者加热的得到超细粉末。液相法可具体分为沉淀法、溶胶一凝胶法、胶溶法、水解法、溶剂蒸发法、水热合 成法、氧化法、电解法、微乳液法或反向胶束法、共沸蒸馏法、超临界流体干燥法、模 板反应法。其中沉淀法就是通过化学反应使原料的有效成分生成沉淀，然后再经过滤、洗涤、干燥、加热分解而得到碳酸钙粒子。目前，碳酸钙主要采用ｃａ（０ｈ）：一ｈ。ｏ－ｃ０２反应系统进行生产，又称碳化法。 ｃａ（ｏｈ）。一ｈ。０－ｃ０２反应系统是以ｃａ（ｏｈ）。水乳液作为钙源，用ｃ０２碳化制得ｃａｃ０３。ｃａ（ｏｈ）：一般由石灰石经煅烧成生石灰，然后消化得氢氧化钙；碳酸钙煅烧得到的烟道气经净化作为碳化反应的ｃ０。来源。通过控制不同的反应条件，可以制得适合不同行业要求的球 形、立方形、针状、片状、链状等多个产品。ｃａ（ｏｈ）。－ｈ。ｏ－ｃｏ：反应系统原料丰富、成本低廉，可生成多种晶体形状的产品。在具体操作中，根据具体工艺的不同，ｃａ（ｏｈ）：一ｈ：０－ｃ０：反应系统可分为间歇碳化法、喷雾碳化法和超重力法三种工艺。（１）间歇碳化法㈣汹１间歇碳化法是传统生产轻质碳酸钙的方法，是在鼓泡塔中进行反应，本项目设计生产碳酸钙的制备是在搅拌器进行反应，通过搅拌改善反应体系的传质、传热效果。重要的是还必须对反应条件进行严格控制，主要的控制因素有ｃａ（ｏｈ）２浓度、ｃ０２流量等。 通过控制不同的反应条件，生产不同晶型的产品，晶体形状有链状、针状、球形、立方 形、片状等，包括了目前已制备出的所有碳酸钙晶体形状。问歇碳化法设备投资少，操 作简单，易于转化，目前对它的研究开发较多，绝大部分碳酸钙产品可由该法制得，是 目前工业上应用最多的方法。所以本文将以间隙碳化法的生产原理和工艺来实现５００００ 吨／年轻质碳酸钙工程项目。（２）喷雾碳化法喷雾碳化法是将精制的石灰乳在空心锥形压力式喷嘴的作用下，雾化成直径约为 ０．１ｍｍ的液滴，均匀的从碳化塔顶部淋下，与塔底进入的二氧化碳混合气体逆流接触， 进行碳化反应，制得碳酸钙。喷雾碳化法一般采用两段或三段连续碳化工艺，即石灰乳 经第一碳化塔碳化得反应混合液，然后喷入第二段碳化塔进行碳化得最终产品，或再喷第１０页华东理工大学硕士学位论文入第三段碳化塔进行三段碳化得最终产品。由于碳化过程是分段进行的，因此可以对晶 体的成核和生长过程进行分段控制，与间歇碳化法相比晶体的粒径和形状更易控制。目 前已用喷雾碳化法制得碳酸钙，晶体形状由片状、针状等。喷雾碳化法的主要控制因素 有喷雾液滴径、氢氧化钙浓度、碳化塔内的气液比、反应温度、每段的碳化率等。由于 该工艺投资高，管路复杂，技术含量高、管理难度大等因素的影响，目前较少应用。（３）超重力法ｍ１汹儿州超重力法是利用离心力使气一液、液一液、液一固两相，在比地球重力场大数倍的超 重力场条件下的多孔介质中产生流动接触，巨大的剪切力使液体撕裂成极薄的膜和极细 小的丝和滴，产生巨大的和快速的相界面，使相间传质的体积传质速率比塔器中的大卜３ 个数量级，使微观混合速率得到极大的强化。该法以窑气和石灰乳为原料，在独特的超 重力反应装置中进行碳化反应，无需加入晶形控制剂，反应沉淀出平均粒径在１５—３０ｒｉｍ 范围内可调的纳米碳酸钙产品，此法具有生产成本较低，粒径分布窄，碳化时间短等特 点，但生产设备投资大 ２．２轻质碳酸钙的生产原理 轻质碳酸钙的生产工艺流程是将矿石原料石灰石煅烧成生石灰和二氧化碳，所得的 生石灰经消化处理，生成石灰乳，另将煅烧石灰石产生的二氧化碳气体通入上述石灰乳 中，产生的轻质碳酸钙浆液，生成的碳酸钙经过分离、干燥、筛分等处理即可制得碳酸 钙产品。间隙碳化法生产轻质碳酸钙的原理主要有以下几个反应：２．２．１石灰石的煅烧原理轻质碳酸钙的生产，石灰石经高温煅烧分解生成氧化钙（生石灰）和二氧化碳，石 灰石在石灰窑中的分解主要决定于温度，从反应热力学角度看，反应为吸热反应。一般 空气中含有少量二氧化碳，其含量为空气体积的０．０３％，在大气压力下，二氧化碳的分 压为２９．４３ｐａ，而当石灰石加热到５３０℃时，石灰石表面分解产生的二氧化碳的分压也 正好为２９．４３ｐａ，可以认为高于５３０℃碳酸钙就开始分解，由于其表面产生的二氧化碳 的分解压大于空气中二氧化碳的分解压，所以石灰石表面的二氧化碳就向空气中扩散。 此过程虽在进行，但其速率很小，当温度达到８５０℃时，其表面分解放出的二氧化碳分 压为４．９１×１０４ｐａ，可明显的看出分解的进行，当温度上升到接近９１０℃时，碳酸钙表面 二氧化碳分压达到９．８１ｘ１０４ｐａ，分解则急剧进行，二氧化碳会腾涌而出，石灰石分解生成了生石灰。其反应方程式如下：ｃａｃｏ．：ｔ－－＊ｃａ０＋ｃ０２ ｆ ａｈ＞０２．２．２生石灰的消化原理将石灰窑所得的生石灰，即氧化钙加水消化，产生消石灰，即氢氧化钙（ｃａ（ｏｈ）：）， 其反应如下：ｃａｏ＋ｈ２０一ｃａ（ｏｈ）：ａｈ＜０华东理工大学硕士学位论文第１１页石灰的消化过程属于多相反应。多相反应除受温度、浓度等因素影响外，还与相界 面的状态密切相关，当固体参加反应时，反应速度与固体的晶体结构、表面积大小，表 面紧密或多孔等表面状况以及相界面扩散过程密切相关。 石灰消化反应过程按下述步骤进行： （１）水与固体氧化钙接触，水分子扩散移向相界面；（２）水分子与氧化钙生成中间体ｃａｏ．２ｈ。０；（３）中间产品转化为氢氧化钙和水（４）氢氧化钙扩散离开界面ｃａｏ．２ｈ：ｏ—ｃａ（ｏｈ）：＋ｈ：ｏ以上（１）和（４）为界面扩散过程，而（２）和（３）为化学反应过程。化学反应速 度远大于界面扩散速度。由于反应过程中化合热的放出，水急剧升温而汽化，液体变为 蒸汽时体积膨胀，将氧化钙粒块崩裂而增加了相界面。由于温度升高及水汽化的膨胀力， 界面的化学反应和扩散速度均加快，氧化钙表面水相移向界面以及生成的氢氧化钙离开界面的扩散过程连锁发生，在稳定的温度下，氧化钙的消化作用剧烈进行，直到全过程 完成。 反应为放热反应，通常为了获得颗粒粒度细、分散度高的石灰乳，消化反应最好在 较高温度下进行。温度越高反应越剧烈，石灰反应也就越彻底，粒度越细。故在条件允许情况下，尽量使用５０℃以上的热水消化，可以获得质量好、活性高的生浆。２．２．３石灰乳的碳化原理 石灰乳的碳化过程是整个轻质碳酸钙的主要核心反应，ｃａ（ｏｈ）：悬浮液在ｃ０。气体存在下的碳酸化反应，它涉及到气、液、固三相并存，是一个在三相界面上的质量传递及能量交换过程。 反应的化学方程式为： ｃａ（ｏｈ）：（ｓ）＋ｃｏ：（ｇ）＋ｎ：０（ｌ）一ｃａｃｏ。（ｓ）＋ｈ：０（ｌ）由于气、液、固三相的存在，根据双膜理论，反应中的传质阻力有： （１）气膜阻力：（２）气一液界面上的液膜阻力： （３）固一液界面上的液膜阻力：一般认为气膜阻力小，所以整个反应的控制步骤是：通过液膜的氢氧化钙的溶解， 或是通过液膜的二氧化碳的吸收，所以液膜阻力控制着碳化反应的速率。 反应界面的位置根据氢氧化钙的溶解度与二氧化碳的吸收速率之差而变化，或者根 据溶液中氢氧化钙浓度和二氧化碳流量的相对供给量之差而异，若前者快则反应界面位 置在气一液界面上的液膜之内，若后者快，将在固一液界面上的液膜之内，结晶的析出 是在界面上进行。图２．１为石灰乳的碳化机理模式。第１２页华东理工大学硕士学位论文气体：＾液体液膜固相ｂ蜊．ｉ｜棼一一旦。一一一一ｐ ｇ。ｓ气液界面距离固液界面图２．１ｆｉｇ．２．１石灰乳悬浮液的碳化机理模型ｌｉｍｅ ｍｉｌｋ ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ ｌｉｑｕｉｄ ｃａｒｂｏｎａｔｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｍｏｄｅｌ图中：ｐｇ为气相中二氧化碳分压（ｐａ）；ｐｉ为气液界面上的二氧化碳分压（ｐａ）；ａ为二氧化碳在水中的溶解度； ｂｉ为气液界面的离子浓度； ｂｏ为水溶液的离子浓度； ｂｓ为固液界面的离子浓度； 从动力学的角度，氢氧化钙乳浊液与二氧化碳的传质过程包括以下步骤¨训：（１） （２） （３） （４） （５） （６） （７） （８）二氧化碳从气相主体传递到液相界面二氧化碳溶解于界面的液相中溶解于液相中的二氧化碳水解反应 氢氧化钙自固相主体传递到液相界面 氢氧化钙溶解于界面溶液中 溶解于液相中的氢氧化钙发生水解反应 水解后的碳酸钙离子与钙离子进行化学反应 反应物向液相主体扩散，反应物从液相主体向界面扩散其中（３）、（６）、（７）步为化学反应，其余均为传质过程。整个过程的速度取决于物 质的传质速度和化学反应速度，而以上三个化学反应速度极快，几乎是瞬间完成的，因 此总的过程由传质扩散控制。 按照ｊｕｖｅｋａｒｈ¨等人的观点和顾燕芳ｈ２１等研究表明，整个反应的步骤是液膜的 ｃａ（ｏｈ）：的溶解反应和ｃｏ：的传质吸收。碳化初中期，ｃａ（０ｈ）：固相的液固界面面积远大 于气液界面面积，ｃａ（ｏｈ）：的液膜阻力远小于ｃ０：的气膜阻力，碳化反应速率明显大于扩 散速率，反应发生在气、液界面的液膜中，过程速率受ｃｏ：的传质控制，所以在碳化初 期提高ｃ０２气量和浓度有利于碳化时间的缩短。 碳化末期，气相中ｃｏ：浓度不变，浆液中ｃａ（ｏｈ）：浓度大大降低，溶解速率迅速减小，华东理工大学硕士学位论文第１３页ｃａ（ｏｈ）。固相的液固界面面积远小于ｃｏ：的气液界面面积，此时体系的表观反应速率要慢 于表观扩散速率，反应移至液、固界面的液膜内，其结晶析出发生在液固界面上，此时，反应的控制步骤为ｃａ（０ｈ）：固相的溶解过程。根据溶解于水中物质的离解理论，由于水的作用，电解质离解为离子，电解质在溶 液中的反应是离子的反应，因此石灰乳碳酸化反应的机理可表示如下： ｃ０２（ｇ）呻ｃ０２（ｚ）＋ｏｈ一呻ｈｃｏ；＋ｏｈ一营ｃｏ一＋日２０（１）＋ｃａ（ｏｈ）２（ｓ）呻ｃ口２＋＋２０ｈ—ｌｃａｃ０３０） 上述的过程中，最终的产品是以结晶的方式形成粒子的ｎ引。碳酸钙晶体的形成包括 晶核的生成和晶体的生长两个阶段，影响晶体成核生长的因素主要有：过饱和度、温度、和界面性质ｈ劓。，碳化反应的成核和生长速率公式ｎ５１：‘，。＝ｋ。（、／ｉｃ口２＋】【ｃｄ，２一卜瓜）“ｇ＝ｇｑ、］［ｃａ ２＋］ｉｃｏ，卜卜√ｋ印）吁式中：（２—１） （２—２）ｊ。一－－－－ｂ碳酸钙晶体成核速率，［个／（ｍ３．ｓ）］；ｇ……碳酸钙晶体线性生长速率，（ｍ／ｓ）；ｋ。…一成核的速率常数，ｋ．＝１０７；ｋｑ一一生长的速率常数，ｋ。＝８．０６ ｘ１０—９；ｋ卯…一碳酸钙的溶度积，ｋ。。＝２．８×１０—９； ｎ～一一成核级数，ｎ＝４．２； ｑ一…生长级数，ｑ＝２．０。由此可见，碳酸钙成核和生长都是非线性极强的快速过程，过饱和度微小的变化，将使成核和生长速率呈现较大的变化，而且成核速率变化更大。根据ｙａｓｕｓｈｉ ｋｏｔａｄｉ和ｈｉｄｅｋｉ ｔｓｕｇｅ的研究表明ｈ６１，溶液中溶质ｃａｃ０３成核首先要克服成核势垒ａｆ＊，而ａｆ＊与溶质ｃａｃ０３的过饱和度、体系温度ｈ刀以及晶体调节剂ｈ８¨４们 有关。 根据ｂｅｃｋｅｒ－ｄｏｒｉｎｇ理论伽１要提高成核速率，必须提高溶液中ｃａｃ０３的过饱和度。 在一定的溶解条件下，当过饱和度较高时，ｃａｃ０３晶核的生成速率大于其晶体生长速率， 此时析出的品核越多，得到ｃａｃ０３颗粒粒径越小，反之当过饱和度较低时，ｃａｃ０３的晶 核形成速度小于其晶体生长速度，得到ｃａｃ０３颗粒粒径越大。因此，控制溶质的过饱和第１４页华东理工大学硕士学位论文度即溶质的生成速率是制备碳酸钙粒子的关键。通过控制体系的温度畸门畸刳、反应物浓度、 ｃ０２气量等方法来实现过饱和度的改变，从而实现对粒子尺寸、形貌及团聚状态的控制。２．２．４碳酸钙物料干燥的机理哺甜固相物料干燥过程中热能是从物料表面传至内部，干燥过程中所除去的水分是由物 料内部迁移到表面，然后由表面汽化再进入空气中，因此，干燥速率和干燥时间除取决 于空气的性质和操作条件外，还受到物料中含水分性质的影响。 物料中水分存在的形式按水分与物料的结合方式可分为：吸附水分、毛细管水分和 溶胀水分。而化学结合水分即结晶水不属于干燥范围。吸附水分是湿物料粗糙外表上附 着的水分，它的存在状态和液体水分是相同的。任何湿度下，物料表面水分的蒸汽压等 于纯水在此温度下的饱和蒸汽压。毛细管水分是多孔性物质孔隙中所含的水分，其在干 燥中借毛细管的吸引力转移到物料表面。物料孔隙较大时，所含水分等同吸附水；若孔 隙较小，则水分的蒸汽压将小于该温度下的水的饱和蒸汽压。随着干燥过程的进行，水的蒸汽压逐渐下降。物料在一定温度下与含有一定的相对湿度的空气相接触时，物料排出水分或者吸收 水分，直至物料表面的水蒸气压与空气中水蒸气压相等，此时物料中水分与空气中水分 达到平衡，物料所含水分不再与空气接触时间的延长而有所增减，在此状态下，物料所 含水分即平衡水分。平衡水分的高低决定于物料特性及空气状态，物料中水分大于平衡水分的部分称为自由水分。自由水分能用干燥方法从湿物料中除去。物料总水分为自由 水分和平衡水分两部分之和。爪５钿ｍｌｍ咧 蕊：霉ｉｃｏ隹噻咧 蕊 爨干燥时间图２．２含水量、温度与时间的关系曲线ｆｉｇ．２．２ｔｈｅ ｍｏｉｓｔｕｒｅ ｃｏｎｔｅｎｔ、ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｔｉｍｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｃｕｒｖｅｔ一按物料中水分除去的难易程度可分为结合水和非结合水。结合水分包括物料细胞壁内的水分，物料内可溶固体物中的水分以及毛细管中水分等。由于这种水分与物质的结 合强，产生的气压低，其蒸汽压低于同温度下纯水的饱和蒸汽压。在干燥过程中扩散推 动力下降，故它们的除去较纯水困难。非结合水包括存在于物料表面的吸附水分和大孔华东理工大学硕士学位论文第１５页隙中的水分，主要以机械方式与物质结合，所以结合强度弱，比结合水分容易除去。 为了分析固体物料的干燥机理，可将非常潮湿的物料置于一定的湿度、温度和风速 的过量空气流中，测定被干燥物料的总量和湿度随时间的变化，可得图２．２所示的关系曲线。图中ｃ一．ｒ线为干燥曲线，从曲线上可看出含湿量与时间的关系；ｔ．一ｔ曲线表明 物料温度ｔ．与干燥时间．ｒ的关系。从图中可见，物料的干燥分三个阶段：（１）物料预热阶段：即图中的ｃ—ｔ曲线ａｂ段，斜率较小，这是因为被干燥物料 处于预热阶段，由于其表面水分的存在，其温度条件近似等于热风的湿球温度，空气将部分热量用于物料升温。（２）恒速干燥阶段：即ｃ—ｔ曲线ｂｃ段，斜率较大，由于表面水的存在，物料温 度约恒等于湿球温度，湿物料内部水向表面传递速率恰好等于水分自物料表面汽化进入 空气中的速率，故湿物料表面保持润湿状态。此时空气传递物料的热量基本上等于物料 中水分汽化所需的潜热，物料温度基本上保持不变（见图中ｔ．一ｔ曲线的ｆｈ段）。即干燥速度为恒速。 （３）降速干燥阶段：即图中的ｃ—ｔ曲线的ｃｄ段，ｃ点以后，物料含湿量下降速度慢，物料表面已无液态水存在，物料内部的水分扩散慢于物料表面的蒸发，干燥曲线逐渐变平坦，此时空气中有一部分热量使物料升温（见图中ｔ。一＿【曲线的ｈｊ段）。因此随着传入物料内部热量的减少，热量消耗于蒸发水分和加热物料，干燥速率很快降低，最后达到平衡湿含量ｃ。而终止。恒速阶段与降速阶段之间有一个转折点ｃ，与该点对应的物料含湿量称为临界含水 量，以ｃ。表示。干燥速度ｕ为单位时间内单位干燥面积上所汽化的水分总量即：ｕ：ｄｗ／ｆｄ ｔ＝－ｇｅ．ｄｃ／ｆｄ ｔ（２－３） 式中：ｉ卜－—干燥速率，ｋｇ／ｍ２．ｈ；ｗ￣被干燥物料除去的水分总量，ｋｇ；ｆ一—一被干燥物料的表面积，ｍ２；ｇｒ绝干物料的重量，ｋｇ； 卜以绝干物料为基准的含湿量。式中负量表示随干燥时间的增加，物料含湿量不断下降。ｄｃ／ｄ ｔ是干燥曲线的斜率。 据此将图２．２的干燥曲线变成图２．３所示的干燥速率曲线。 恒速干燥阶段的干燥速率，取决于物料表面水分汽化及水蒸气通过干燥表面的气膜 扩散到气相主体的速率，即决定于物料外部的干燥条件，故恒速阶段又称为表面控制阶 段。在降速干燥阶段中，干燥速率主要取决于物料本身的结构、形状和大小等性质，而 与物料的外部的干燥条件关系不大，故降速干燥阶段又称为内部迁移控制阶段。ｔ——干燥时间，ｈ：第１６页华东理工大学硕士学位论文ｃ ｂ＾｛；ｊ鲁卜 担ｑ举ｄ ｃｅ ｃｏ物料湿含量ｃ图２．３恒定条件下的干燥速率曲线ｆｉｇ．２．３ ｃｏｎｓｔａｎｔ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎａｌ ｄｒｙｉｎｇｒａｔｅｓｃｕｒｖｅ图２．４为轻质碳酸钙在１３０℃恒温条件下的干燥速率曲线图。ａｂ段为物料升温预热 阶段。ｂｃ为恒速干燥阶段。ｃ点为临界含湿量点，其对应临界含湿量ｃ。为１５％。ｄ点为 平衡含湿量点，其对应含湿量ｃ。为０．４％。３５— ３０褂２５调囤ｊａ堡蓬ｂｅ－２０ １５ １０ ５ ｃｅ ５ １０ １５ ２０ ２５ ３０ ３５ ４０ ４５ ５０干基含水量ｃ％（ｋｇ水／ｋｇ绝对干料）图２．４轻质碳酸钙在１３０＂ｃ恒温下的干燥速率曲线ｆｉｇ．２．４ｉｎ １３０＂ｃｃｏｎｓｔａｎｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｅｄ ｃａｌｃｉｕｍ ｃａｒｂｏｎａｔｅ ｄｒｙｉｎｇ ｒａｔｅｃｕｒｖｅ干燥过程得以进行的条件是必须使干燥物料表面所产生的水蒸气压力大于其环境 水蒸气压，压差越大，干燥过程进行的越迅速。干燥时，一是向物料供热，一是使物料 水分蒸汽及时移走，以保持一定汽化水分的推动力，两者缺一不可。故说物料的干燥通 过传热与传质两个过程同时作用而实现的。 ２．３轻质碳酸钙生产工艺华东理工大学硕士学位论文２．３．１第１７页生产工艺流程及说明见图２．５轻质碳酸钙生产工艺流程示意图 流程说明：经过挑选的石灰石和无烟煤按一定煤配比通过窑炉自控加料系统控制， 加入石灰窑旱，经煅烧生成生石灰和二氧化碳，其中生石狄加水消化生成氢氧化钙悬浮液，经曲流槽、旋液分离器等分级设备筛分精制成精乳；窑气中的二氧化碳气体经旋风除尘器和净化塔脱尘除硫、水洗净化后经压缩机压缩送入碳化塔进行碳化反应。将精制 后的石灰乳加水调节到所需浓度，由泵送入碳化塔内，通入二氧化碳气体进行碳化反应， 当碳化反应至ｐｈ值等于７时停止反应，反应结束后的碳化成品浆料送入成品中间槽精 制、沉降后，通过离心机脱水制成滤饼送干燥设备干燥成干粉产品，经筛粉机打碎筛分 后进行包装成成品送入仓库。图２．５轻质碳酸钙生产工艺流程示意图ｆｉｇ．２．５ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ ｆｌｏｗ ｓｈｅｅｔ ｏｆ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｅｄ ｃａｌｃｉｕｍ ｃａｒｂｏｎａｔｅ２．３．２石灰石的煅烧工艺 将破碎筛选达到７０＂－－１５０ｍｍ块度的石灰石经称量后输送到钢窑提升斗中，再按照一 定石煤配比将无烟煤称量后放入提升斗里，经提升机提升到窑项，通过布料机均匀地加 入窑炉中，窑底采用鼓风机送入一定量的空气。石灰窑引出的窑气经除尘净化后压缩送 到碳化系统。石灰由窑底振动筛分出灰机卸出，送至消化工段待用。 钢窑在正常生产中，热区一般分为三个热区：预热区、煅烧区、冷却区，为了便于 及时掌控各热区的温度情况，在钢窑壁各区都安装了测温点，通过温度显示仪表及时对 钢窑的工况进行调整处理，一般各热区空间及温度范围为： 预热区：约占有效容积的２５％，温度在５００—９００℃：第１８页华东理工大学硕士学位论文煅烧区：约占有效容积的５０％，温度在９５０－１１００－９００℃；冷却区：约占有效容积的２５％，温度在８００－４００℃。以上三个热区在钢窑内并没有明显的分界线，只是一个温度的概念，在正常生产中起一个指导作用。’２．３．２．１石灰石块度与时间、温度的关系 石狄石煅烧速度取决于石灰石块度和石灰石表面的温度。在一定的温度条件下石灰 石在高温区必要的停留时间取决于石灰石的块度。这是因为石灰的导致系数小于石灰 石，所以石灰石的块度越大，随着煅烧的进行，石灰层的表面厚度逐渐增加，导热系数 减小，热量越难进入石灰石的内部，要求在高温区必须有一定的停留时间，达不到这个 要求，石灰石中心部分就出现生烧，所以大块的石灰石往往有夹心和生烧。量剖《 悼 幅 吣℃８５０’ｃ煅烧时间（ｈ）图２．６石灰石块度与煅烧时问的关系ｆｉｇ．２．６ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｃｈａｌｋ ｐｉｅｃｅ ａｎｄ ｃａｌｃｉｎｅｓ ｔｉｍｅ为了使热量迅速传入石灰石中心，就必须提高煅烧温度，从图２．６就可以看出石灰 石块度为１５０ｍｍ时煅烧温度和煅烧时间的一些关系。在１１５０℃时需煅烧４小时，在９５０℃ 时就需要１７小时，低温煅烧速度壁高温煅烧低４倍左右；在煅烧温度１０００。ｃ时煅烧块 度直径２００ｍｍ需要１５小时，在同样温度下，煅烧块度直径在ｌｏｏｍｍ的，只需要７．５小 时，速度快了１倍。从这些情况看，石灰石块度和煅烧时间、温度有极其密切的关系， 所以石灰的制造过程，不但应控制煅烧窑内有一定的温度，还要控制石灰石的一定块度 范围，特别是掌握块度大小的均匀一致，不然同样的温度，同样的时间内，会出现大块 石灰石生烧，小块石灰石过烧现象。生产工艺中，需要控制石灰石的块度在７０～１５０ｍｍ之间。一２．３．２．２石灰石煅烧速度与温度的关系华东理工大学硕士学位论文第１９页雠 撇呲 毗ｒ、∞℃撇∞℃ ∞℃呲 仉ｆ、图２．７石灰石煅烧速度与温度的关系ｆｉｇ．２．６ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｃｈａｌｋ ｃａｌｃｉｎｅｓ ｒａｔｅ ａｎｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ一一一 一一一一石灰石的煅烧速度与温度的关系更为密切，从图２．７可以看出如下关系：若煅烧温 度为９００℃时，每小时可煅烧透石灰石３．３ｍｍ；若煅烧温度为１０００℃时，则每小时可以 烧透石灰石６．６ｍｍ，若煅烧温度在１１００℃时，则每小时可烧透石灰石１４ｍｍ。以上三个不 同温度的煅烧情况清楚地说明了石灰石煅烧速度随温度地增加而提高。如果符合要求的 石灰石块度１５０ｍｍ（假定石灰石块度为理想的球体），则半径为７５ｍｍ，故煅烧时间为７．５ 小时。而实际上，因石灰的导热系数小于石灰石，并且随着热量传入石灰石内部越深， 二氧化碳逸出的阻力也愈大，所以速度也愈慢。因此，在实际中１０５２℃时煅烧直径１５０ｍｍ 石灰石，需要２０小时以上，才能煅烧完全。认识到煅烧速度与温度的关系后，可以正 确控制合适的温度，提高温度不但对碳酸钙分解有利，并且可以提高产量，但是温度高 又会使石灰石过烧，过烧的石灰坚硬少孔，造成石灰的消化困难，甚至影响碳酸钙产品 的质量。因此温度必须控制在一定的范围内，实际生产中煅烧区的温度控制在１０５０＂－－１１００℃。２．３．２．３石灰窑生产过程中对石灰石块度和燃料块度的要求 在煅烧石灰石的过程中，不但要求燃料与石灰石混合均匀，均匀分布在窑内，而且还要控制石灰石与燃料的块度。如果燃料块度过大，煅烧时间则延长，容易造成在石灰 中残存未烧尽的燃料。这样既浪费了燃料，还会造成窑内温度过低而造成生烧，卸灰时见火。反之，块度偏小，燃烧速度则快，在燃烧区上部即烧尽，往往使煅烧区上移，则会产生燃烧区温度达不到要求，也同样产生生烧。如果石灰石的块度超过标准，夹杂有 大块和小块的石块也会造成石灰生烧、过烧，还会造成在加料过程中，大块石灰石滚到窑壁，小块石灰石和燃料垂直落在窑的中心，产生燃料分布不均，造成靠壁的块度大，阻力小，燃烧迅速，火层上升得快，而窑中心附近得物料块度小，阻力大，燃烧速度慢，第２０页华东理工大学硕士学位论文火层上来得慢，使火层在窑内伸长。同一平面中温度相差很大，影响石灰窑操作和石灰 质量。所以窑炉生产过程中，控制石灰石得块度范围在７０～１５０舢，而燃料得块度控制在３０＂－－－５ｇｒａｍ。２．２．２．４石灰石煅烧与风量的关系 石灰石煅烧过程与风量的关系极大。石灰石煅烧时，窑内有两种通风方式：一是自 然通风，另一种是机械强制通风。一般在鼓风时常采用过量鼓风，尽量使燃料燃烧完全， 过剩系数取１．０５＂－－－１．１，所以每公斤燃料在实际生产中需用７．８７标准立方的空气。 ２．３．３石灰的消化工艺 石灰钢窑煅烧所得的石灰，经由窑底振动筛分去除燃料灰分等杂质后，由皮带输送 机输送到石灰料仓，给料机调整好给料速度后进入化灰机，同时将具有一定温度条件下 的热水以灰：水比以１：５的重量配比流入化灰机中，石灰同热水直接接触，随着简体 的旋转，石灰的消化反应剧烈进行，有利于提高石灰乳的质量，石灰乳（即氢氧化钙） 经旋液分离器分离粗粒杂质精制后，加水调节好石灰乳浓度备碳化使用。 影响石灰消化反应速度和生成氢氧化钙质量的主要因素有：２．３．３．１石灰的质量对氢氧化钙质量的影响石灰的活性度和所含杂质的多少不仅影响石灰消化反应的速度，而且影响氢氧化钙 的质量。在９５０℃～１１００。ｃ条件下煅烧石灰石得到的石灰具有较高的活性，消化速度快。 超过该温度后，石灰的消化速度随着石灰石煅烧温度的提高而降低。用不同温度烧成的 石灰，水化试验其活性的结果如表２．３表２．３石灰煅烧温度同石灰乳产率的关系ｔａｂｌｅ ２．３ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｃｈａｌｋ ｃａｌｃｉｎｅｓ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｌｉｍｅ ｍｉｌｋ ｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙ试验结果指出，在９５０。ｃ条件下煅烧石灰，其每克产出之石灰乳为１２００。ｃ条件下煅 烧石灰之１．７３倍。为了得到质量合格的氢氧化钙，消化用的石灰其有效氧化钙的含量应在８３％以上。２．３．３．２石灰的粒度对氢氧化钙质量的影响华东理工大学硕士学位论文第２１页比表面积的大小，即单位重量氧化钙的全部表面积的大小对氧化钙的消化速度有较大的影响，在其它条件相同下，其块度越小消化过程进行越快、越完全。因此，将预先 粉碎能加快消化速度。在消化过烧氧化钙时，预先粉碎得到特别良好的效果。经研究证 明消化速度随氧化钙粒子的减小而加快。石灰乳的体积产率也随粒子的大小而变化。对 于提高石灰乳质量及消化设备的生产效率来说，氧化钙的预粉碎很重要。 ２．３．３．３温度对氢氧化钙质量的影响 无论是氧化钙的温度还是水温，都影响消化作用的速度，温度越高则速度越快。在液相中消化石灰时，有如下关系： （２－４）式中：ｋ广温度ｔ时的速度常数；△ｔ——－ｔ—ｔ。：ｋｔ－－ｋｏｘ １．０３５甜ｋ０’温度ｔ。时的速度常数；当△ｔ值大时，则消化作用的速度常数ｋ，也越大。 由于氧化钙的消化属于放热反应，基于前述石灰消化的机理，温度为影响过程的重要因素。如无稳定的温度条件，温度低时，界面化学反应及界面扩散作用均缓慢，氢氧 化钙的溶解度增大，未消化的氧化钙表面处于氢氧化钙的包围中，停止与水的接触而延 缓了消化过程。未保证消化作用的继续进行，稳定的温度条件十分重要，表２．４为不同 的温条件下，同品质石灰的扩散情况及石灰乳产率。 表２．４石灰消化水温与石灰乳产率ｔａｂｌｅ ２．４ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｌｉｍｅ ｄｉｇｅｓｔｉｎｇ ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｌｉｍｅ ｍｉｌｋ ｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙ理想的石灰消化温度是保证水汽化的温度１００＊ｃ。氧化钙与水化合的热化学式是一 个可逆反应，其方向取决于界面环境水蒸汽的压力和温度。为了保证过程持续的进行，第２２页华东理工大学硕士学位论文必须提高氢氧化钙界面的蒸汽压力，在沸腾的温度下消化石灰。化学反应热的放出，不 仅仅是用来提高水温，而且促使水分的蒸发，保持水蒸汽压力及系统中温度的稳定，使 消化过程得以持续进行到终点。故水相及固相氧化钙的温度是使消化过程持续进行到底 的重要因素，在制石灰乳时，使之预热到一定温度是十分必要的。 ２．３．３．３灰水比对氢氧化钙质量的影响 氢氧化钙理论上应由７．５％的ｃａｏ和２４．３％的ｈ２０组成，氧化钙消化理论所用水量为 其重量的３２．１３％。在湿法消化过程中，加入理论量１０倍的水，可制得石灰膏。在沉淀 碳酸钙制造中，为也制取石灰乳（氢氧化钙在水中的悬浮液），则需加入约为理论量１５ 倍的水，即：ｃａｏ：ｈ２０＝１：４～５（重量比）水量不足会使石灰消化不完全，水量过多则将引起消化体系中温度下降，出现石灰 消化速度缓慢、灰乳粒子粗、分散性不良、质量低劣现象。某些研究指出，用超理论量 水的１０－１５倍消化成石灰乳。２．３．４石灰乳的碳化工艺腩们将精制好的石灰乳用泵输送到碳化塔中，采用经旋风分离器、净化塔处理好的钢窑 尾气，由压缩机加压后送入碳化塔中进行碳化反应，碳化完成后料浆送到沉降分离池增 浓。碳化过程是碳酸钙生产的主要核心反应，关系到产品的最终质量及产量。石灰乳的 碳化反应是一个多相过程，除受浓度、温度、压力等因素的影响外，还与相界面及固体 的表面状况，如晶体结构、表面积大小、形状等因素有关，所以在生产中需要对各工艺 环节进行控制调节。２．３．４．１氢氧化钙浓度对碳化反应的影响浓度应包括两个方面，一是石灰乳悬浮液中存在的氢氧化钙固相粒子量，二是溶解 于液相中氢氧化钙的粒子量。前者为固相，其量在生产中视最佳工艺条件考虑选定。后 者存在于溶液中，受液相温度条件的制约。这里着重讨论石灰乳悬浮液中存在的氢氧化钙的粒子量。石灰乳碳酸化过程中，在水相中固相的氢氧化钙粒子，同溶解于水的氢氧化钙粒子 共存。ｃａ（ｏｈ）：（ｓ）＝ｃａ（ｏｈ）２（ｌ）＝ｃａ２十（ｌ）＋２０ｈ。（ｌ）为了加速界面过程，提高溶解速度，除采用搅拌等手段，加大固体溶解的传质，适 当增加固相氢氧化钙的量，增大固液界面面积是十分必要的。更重要的是将氢氧化钙分 散成极小的微粒，也就是减小氢氧化钙的粒径，增加它的分散度。但是石灰乳中，如固 相氢氧化钙存在的量过多，不仅液相体积下降，单位体积石灰乳中溶于液相中的ｃａ２＋离 子相对减少，且因粘度增大，粒子运动减缓，固液界面腊阻力增加，过程难于达到终点。 碳化时间延长，能耗也上升。固相浓度大的情况，碳化时化合热释放量增加，将使液相 温升过高，粘度下降，粒子运动加快，其接触碰撞机会增多，晶体合并，凝聚长大的机 率上升，影响产品结晶粒子的大小及晶形，从而恶化成品物性。碳化用石灰乳悬浮液中，华东理工大学硕士学位论文固相氢氧化钙量过少时，将产生设备生产率低、能耗大、成本高的不良后果。第２３页石灰乳碳化反应中，氢氧化钙的最佳量一般随物料性质、温度、二氧化碳分压、入塔速以及塔型等参数变化的具体变化作出适当选择。 ２．３．４．２二氧化碳分压对碳化反应的影响石灰乳碳化反应中，窑气中二氧化碳溶于水，生成碳酸，其平衡关系如下：ｃ０：＋ｈ。０＝ｈ：ｃ０３＝ｎ＋＋ｈｃ０３一＝２ｈ＋＋ｃｏ。’二氧化碳在水中的溶解度随温度的上升而下降，随压力的升高而增加。无论是通过 气膜的二氧化碳传质速率还是二氧化碳在水中溶解度，均直接同二氧化碳的分压有关。 二氧化碳分压的高低影响碳化过程速率，欲提高生产效率就必须提高二氧化碳的分压。 碳化过程中，二氧化碳分压的高低由碳化塔内液柱静压和鼓风机送来石灰窑气中ｃ０２体 积百分含量决定，其间，存在着如下关系。 式中：卜碳化塔内液柱高度，ｍ；ｐ锄＝（１＋ｈ．ｒ／ｌｏ．３３６）ｘｃｏ：％（２—５）ｒ——石灰乳悬浮液密度，ｋｇ／ｍ３； １０．３３６——物理大气压，相当于工程大气压米水柱值；ｃ０２％——入碳化塔窑气中的二氧化碳体积百分含量。碳化中提高二氧化碳分压的途径有二：一是提高窑气中的二氧化碳体积百分含量；二是提高二氧化碳分压，即提高液柱静压。提高窑气中二氧化碳体积百分含量常受石灰 窑设备条件限制，故有效的办法是提高塔内液柱的静压。，然而二氧化碳分压的增加并 不能与效果成正比。当其超过了一定的数值时，就导致了气液界面离子的减少，二氧化 碳的溶解速率降低。过高的二氧化碳分压也将导致塔设备结构复杂化及能源耗用上升。 沉淀碳酸钙生产在间歇式的塔中二氧化碳分压一般控制在３９．２４—５８．５６ｋｐａ范围内是较合适的。 ２．３．４．３温度对碳化反应的影响石灰乳碳化反应中，系统内温度条件下关系着产品质量、生产效率和能耗高低。因 为石灰乳碳化过程是放热反应，化合热的放出将使塔内悬浮液温度升高。料液最高温度 值取决于四个方面：进塔石灰乳原始稳定、窑气温度、碳化反应放热和热损。为了保证 碳化中合适的温度条件，必须对其作适当选择和控制，特别是石灰乳温度。 碳化反应中的反应物为氢氧化钙和二氧化碳。氢氧化钙在水中的溶解度随温度的升 高而降低，二氧化碳也如此。悬浮液中温度高则液相中的ｃａ２＋、ｈｃｏ。。、ｃ０３２一离子相应减 少，当作用物离子的浓度小于碳酸钙溶度积时，碳酸钙的生成过程将缓慢。 从化学动力学的观点分析，温度是影响化学反应速度的重要因素。由实验证明，温 度升高，反应速度加快，当温度降低时，反应速度减少。碳化反应属多相化学反应过程， 反应是在相界面上进行的，其化学反应和扩散作用均受系统内温度的制约。低温时，界 面扩散速度及化学反应速度均较慢，碳化时间长，结晶粒子过细，游离碱偏高。由于反 应物中气相组分的存在，增加压力可加快反应速度。但增加温度则阻碍反应向生成物方第２４页华东理工大学硕士学位论文向进行，高的温度也将使产品结晶粒子凝聚增大，形成长径比值大的针状结晶。由此可见，碳化反应中，温度控制十分重要。２．３．４．４搅拌对碳化反应的影响 搅拌是提高传质系数、加快固体溶解、组织悬浮粒子沉淀的重要方法。石狄乳碳化 反应时，作用是在气一液、固一液界面上进行的，二氧化碳的传质速率受制于液膜阻力； 当反应界面在固一液界面的液膜之内，生成物是难溶物质时，溶液中的微小固体将起晶 核作用。生成物将沉积黏附在氢氧化钙表面上，阻碍其溶解；氢氧化钙粒子粘滞性大， 在水中易沉淀凝聚；碳酸钙的结晶具热不稳定性，易生成重晶孪晶，凝结成大粒子，影 响粒子的大小和分散性。因此，必须使用搅拌手段以克服界面阻力，提高传质速率，也 使固相粒子悬浮，促进界面溶解扩散，同时破坏碳酸钙结晶粒子凝聚。２．３．５固液分离工艺碳化完成之后的碳酸钙悬浮液，经碳化塔泵入沉降分离池，重力沉降分离后将底部 浓浆提升到高位槽，流入离心机离心过滤脱水后经皮带输送机送去干燥机。通常经过离 心机脱水后的碳酸钙滤饼含水量在３５－４０％，提高了滤饼的含固量，降低了能耗，利于干燥机的干燥处理。固液分离的目的在于两相的分离，过滤分离的速率直接受到过滤介质的性质，物料 温度、过滤的推动力、物料性质等四个因素的影响。 ２．３．５．１过滤介质对分离速率的影响 过滤介质是影响过滤分离速度和过滤质量的重要因素，过滤介质构成过滤过程中的 原始阻力，它的性质对过滤速度有较大的影响，合理选用过滤介质可以保证在较高的过 滤速度下，达到生成所需要的滤液澄清度，减少固体粒子的跑料损耗，获得较好的再生 效果和较长的使用寿命。对过滤介质的基本要求是：（１）阻力小，滤液容易通过，孔道不易堵塞；（２）随液相带出的固相尽可能少，固相微粒越细，过滤介质的孔径越小； （３）强度高、耐腐蚀性、耐热性好，不易损坏。 工业生产中使用最多的是织物，统称滤布，滤布的选择应视悬浮液粒子大小、液体 的腐蚀性、工作温度、对强度及腐蚀性的要求条件而定。碳酸钙生产的分离过程中使用 的介质通常为帆布、尼龙布以及涤纶纤维布等。为提高分离效率，通常内衬竹帘或金属丝网。２．３．５．２物料温度对过滤分离速度的影响 温度是促使物料特性中粘度发生变化而影响过滤速率的一个因素。悬浮液中的粘度 影响过滤速度，料液粘度增加，过滤速度则减小。提高温度可以降低悬浮液粘度，从而提高生产能力。２．３．５．３推动力对过滤分离速度的影响 过滤推动力是直接影响过滤速率的一个重要因素，各种类型的过滤设备结构原理不 同，所能产生的推动力大小和性质有差异。本课题主要涉及设备为上悬式离心机，其推华东理工大学硕士学位论文介质而进行过滤，离心力的大小可以人为加以控制。 ２．３．５．４物料的过滤特性对过滤分离速度的影响第２５页动力为高速运转产生的离心力。离心力可加速固体颗粒的沉降，也可加速液相通过多孔物料的过滤特性由浆料的含固量、固体粒子的形状、大小、比重、粘度、可压缩性 等因素组成，这些因素的变化会使物料具有的过滤特性产生很大的差异。各种悬浮液中 固相含量相差悬殊，固相含量小时，过滤阶段持续较长；固相含量高时，过滤时间短。 ２．３．６碳酸钙滤饼的干燥筛分工艺 干燥是利用热能使碳酸钙滤饼中的水分汽化，从而获得符合规格的碳酸钙干粉产 品。干燥的温度控制因干燥设备以及碳酸钙产品规格而各有不同，目前采用较多的干燥 器还是回转干燥器，物料在圆盘给料机的控制下均匀进入转筒，在与高热筒壁的接触中 传质传热，干燥后的产品通过筛分机进行破碎筛选，最后得到符合规格要求的产品。 ２．４本章小结碳酸钙产品欲获得良好的品质，需要原材料品质好、石灰活性高、消化工艺条件适当、石灰乳悬浮液品质优良以及粒子分散性好以外，主要在于石灰乳的碳化过程阶段。所以必须控制好碳化反应过程的各工艺参数。故在主要设备的计算制造、自动化控制上 需要引起重视。减少一些认为因素，稳定生产工艺。通过对各反应工段的生产原理以及生产工艺的分析，其重点在也于对工艺的控制。作为产品的一个重要物性，活化度以及 沉降体积是考察产品质量的一个重要指标。在窑炉工段，石灰的生烧、过烧，在消化工 段石灰乳的活性以及碳化反应工艺的控制在生产时需要特别关注。第２６页华东理工大学硕士学位论文第３章５００００吨／年轻质碳酸钙的物料及热量衡算３．１物料衡算３．１．１计算基准物料衡算是轻质碳酸钙产品设计及设备选型的依据。根据年产量５００００吨／年轻质 碳酸钙可知，每日产量为１６７吨／日，一年以３００天工作同为计算基准，各生产工序的 收率为： 石灰石煅烧工序：考虑石灰石过烧和生烧等因素，取石灰石转化率为９３％，石灰石 中ｃａｃｏ。含量按９７％估算，筛选过程中生石灰随灰渣、煤渣筛去，损耗为５％，故该工 序总收率为：９３％×９７％×９５％＝８５．７０％。 石灰消化工序：收率为９０％，损耗在消化机和旋液分离器中，消化机中石灰乳随渣 石一起排除，旋液分离器中石灰乳则随未化好的粒子由旋液分离器底部排除。 碳化工序：收率为９９％ 沉降工序：取该工序收率为９８％。 回转干燥炉：收率为９９％ 筛分、包装等操作收率为９９．８％故碳酸钙生产总收率为：８５．７０％×９０％×９９％×９８％×９９％×９９．８％＝７２．６％按每天生产１６７吨碳酸钙计，也即生产１６７０ｋｍｏｌ／ｄ或６９．５８ｋｍｏｌ／ｈ碳酸钙所需要 的原料石灰石量应为：６９．５８／７２．６％＝９５．８４ｋｍｏｌ／ｈ，也即每天需要原料石灰石量２３０吨。以下的所有物料衡算均根据以上的基准进行。 ３．１．２石灰石煅烧物料衡算 按照日产１６７吨碳酸钙计算，即６９．５８ｋｍｏｌ／ｈ石灰窑进料： 的ｃａｃｏ。（１００％）。（１）石灰石：ｗ石灰石＝６９．５８／７２．６％＝９５．８４ ｋｍｏｌ／ｈ＝９５８４ｋｇ／ｈ其中含：ｃａｃ０３ ｍｇｃｏ．。 ９７％ １．５％ ９２９６ｋｇ／ｈ１４４ ｋｇ／ｈ １４４ｆｅ／ｍｎ／ａ１等杂质１．５％ｋｇ／ｈ（２）无烟煤： 按石灰石投料量８％计，即１吨石灰石配比无烟煤８０ｋｇ。．贝０无烟煤： ｗ无烟煤＝９５８４×０．０８＝７６６．７２．ｋｇ／ｈ其中：含碳８０％水分３％６１３．３８ ２３ｋｇ／ｈ ｋｇ／ｈ华东理工大学硕士学位论文灰分挥发分 其它（硫等）１０％ ５％２％ ７６．６７ ３８．３４ １５．３３第２７页 ｋｇ／ｈ ｋｇ／ｈ ｋｇ／ｈ（３）空气量：空气过剩系数取ｌ－ｌ。 无烟煤燃烧耗氧量：ｃ＋０２＝ｃ０２碳燃烧时需氧量：‰＝警×３２＝１６３５．６８ｋｇ／ｈ挥发分及其它成分燃烧耗氧量估算约为：１ ５０ ｋｇ／ｈ总需氧量为： ｗ氧气＝（１６３５．６８＋１５０）ｘ 相应氮气量为：ｗ氯气＝１９６４ ｘ－７２８１ １．１＝１９６４ｋｇ／ｈ７２９５ｋｇ／ｈ空气量：ｗ空气＝１９６４ ｘ一‘１．ｏｏ．＝９３５２ ２１ｋｇ／ｈ（７２３２ ｎｍ３／ｈ）（４）产出生石灰ｃａｃ０３＝ｃａｏ＋ｃ０２取石灰石转化率为９３％，石灰石中ｃａｃ０３含量按９７％估算，则ｃａｏ量：ｗｃａｏ＝９５８４×０．９７ｘ０．９３ｘ１５６００＝４８４１ｋｇ／ｈｋｇ／ｈ未反应的碳酸钙量：９５８４ｘ０．９７ｘ７％＝６５０．７５ｍｇｏ量：ｍｇｃｏｓ＝ｍｇｏ＋ｃｏｚｗ－。ｏ＝１４４ ｘ８４０４＝６８．５７ｋｇ／ｈ杂质（包含石灰石中的杂质和无烟煤的灰分）：１４４＋７６．６７＝２２０．６７ ｋｇ／ｈ生石灰出料量：ｗ生石灰＝４８４１＋６５０．７５＋６８．５７＋２２０．６７＝５７８０．９９ ｋｇ／ｈ石灰经振动筛和人工剔除杂质后，收率约为９５％，且要求经筛选后生石灰占总量９０％ 左右，则生石灰有：ｃａｏ量：ｗ咖＝４８４１ ｘ ９５％＝４５９８．９５ ｋｇ／ｈ占９０％杂质量：第２８页华东理工大学硕士学位论文ｗ杂质＝４５９８．９５×９１００＝５１１ｋｇ／ｈ占１０％合计为：４５９８．９５＋５１ 筛去物中的ｃａｏ为：ｌ＝５１０９．９５ ｋｇ／ｈ４８４１—４５９８．９５＝２４２．０５ ｋｇ／ｈ杂质为（包括未反应的碳酸钙、氧化镁等）：６５０．７５＋６８．５７—５１ｌ＝２０８．３２ ｋｇ／ｈ（５）产生窑气生成ｃｏ：量：根据ｃａｃｏ。＝ｃａ０＋ｃｏ。 ｍｇｃｏ。＝ｍｇｏ＋ｃｏ： ｃ＋０２＝ｃｏ。计算结果： 由ｃａｃ０３分解得ｃｏ：量：４４ｗ００２＝９５８４×０．９７×０．９３×二二１００＝３８０４ ｋｇ／ｈ由ｍｇｃｏ。分解得ｃ０：量：ｗｃ０２＝１４４ｘ百４４＝７５．４３ｋｇ／ｈ ８４由碳燃烧生成ｃｏ：量（忽略被ｃ还原生成的ｃｏ而消耗的ｃ０。量）：６１３．３８ｘ ４．４．：２２４９．０６ ｋｇ／ｈ １２生成ｃ０：总量：ｅｗｃｏ：＝３８０４＋７５．４３＋２２４９．０６＝６１２８．４９ ｋｇ／ｈ换算成体积：ｖ＝—６１２８—．４９：３０９．８９ｎｍ３／ｈｃ０２换算成体积：…１．９７７ １．２５１ １．４２９０●０７１ｎｉｉ！ｌ不反应的氮气量：ｗ。。＝７２９５ ｋｇ／ｈｖｎ２堡：５８３１．３３ｎｍ３／ｈｗ倪＝１９６４—１６３５．６８－－１５０＝１７８．３２ ｋｇ／ｈ剩余氧气量：换算成体积：ｖ０２２——＝ ％：—１７８—．３２：１２４．７８ｎｍ：＇／ｈｈ． 窑气总体积含量：ｖ窑气＝３０９９．８９＋５８３１．３３＋１２４．７８＝９０５６ ｎｍ：‘／ｈ华东理工大学硕士学位论文窑气总量：ｗ窑气＝６１２８．４９＋７２９５＋１７８．３２＝１３６０１．８１第２９页ｋｇ／ｈ生成ｃｏ：的体积浓度为：ｃ０２％＝ ＝３４．２３％兰ｑ竺！：璺竺３０９９．８９＋５８３１．３３＋１２４．７８３．１．３消化工序的物料衡算ｃａｏ＋ｈ：０＝ｃａ（ｏｆｔ）： （１）消化机进料：煅烧工序送来的生石灰５１０９．９５ ｋｇ／ｈ其中ｃａｏ－４５９８．９５ｋｇ／ｈ占９０％ ｋｇ／ｈ占１０％杂质： （２）消化机出料：５１１消化机加热水反应控制最终石灰乳浓度为２０。ｂｅ ７，相当于ｃａｏ含量为１７．７２％（重 量），并假设大部分杂质在生石灰消化机排渣口排出，且这里取杂质的７５％，另外的２５ ％杂质在旋液分离器内除去，本工序石灰乳收率９０％，消化机和旋液分离器各占３比ｌ。１．渣中各含量分别为：其中杂质含量５１１×０．７５：３８３．２５ｋｇ／ｈｃａ（０ｈ）。含量一７４ｉ＂ｆｗｃａ（０ｌｉ）２＝４５９８．９５ｘ ５６ｘ １０％×０．７５＝４５５．７９ ｋｇ／ｈ２０。ｂｅ７ｃａｏ含量为１７．７２％（重量），折算ｃａ（０ｈ）：含量为２３．４１％ｈ２０含量：４５５．７９×型２３．４恍＝１４９１．２０ ｋｇ／ｈ ＝２３３０．２４ ｋｇ／ｈ排渣总量：３８３．２５＋４５５．７９＋１４９１．２０２．石灰乳（２０。ｂｅ’）中各含量分别为： 其中生成的ｃａ（ｏｈ）：量：一７４ｗｃａ（伽）２＝４５９８．９５ｘｉ＂ｆ×９０％５６＝５４６９．４７ｋｇ／ｈ生成的ｈ。ｏ量：ｗ啪＝５４６９．４７×—７６．５—９％ ２３．４挑＝１７８９４．３３ ｋｇ／ｈ第３０页生成的杂质量：ｗ杂质－－－５１ １－－３８３．２５＝１２７．７５华东理工大学硕士学位论文ｋｇ／ｈ石灰乳（２０。ｂｅ’）总量为：ｗ石灰乳＝ｗ如（伽）２＋ｗｈ２０＋ｗ杂质 ＝５４６９．４７＋１７８９４．３３＋１２７．７５ ＝２３４９１．５５ ｋｇ／ｈ３．在消化工艺中需加入水量有两方面： 其一是消化反应生成氢氧化钙所耗用的水量（氧化镁所耗水量忽略）ｗ１＝４５９８．９５×一１８５６＝１４７８．２３ ｋｇ／ｈ其二是配制（２０。ｂｅ ７）石狄乳所需用的水量ｗ２＝１７８９４．３３—１４９１．２０－－１６４０３．１３ｋｇ／ｈ总水量ｗ＝ｗ。＋ｗ： ＝１４７８．２３＋１６４０３．１３ ＝１７８９４．３３ ｋｇ／ｈ４．旋液分离器物料平衡 旋液分离器的进料为石灰消化机出料的石灰乳，在旋液分离器内除去全部杂质。进料：石灰乳２３４９１．５５ ｋｇ／ｈ出料：溢流精制石灰乳中ｃａ（ｏｈ）：含量ｗ厶（洲）２＝５４６９．４７－－４５５．７９ ＝５３１７．５４ｘ１／３ｈ２０含量‰－－５３１７．５４ｘ麓＝１７３９７．２８ ｋｇ／ｈｋｇ／ｈ石灰乳量ｗ石灰乳２ｗｃａ（州）２＋ｗｈ２０ ＝５３１７．５４＋１７３９７．２８ ＝２２７１４．８２ ｋｇ／ｈ底部排渣中各成分含量： ｃａ（ｏｈ）。含量４５５．７９ｘ １／３＝１５１．９３ ｋｇ／ｈｈ２０含量１５１．９３×焉－４９７．０７５ｌｌ一３８３．２５＝１２７．７５ －－７７６．７５ｋｇ／ｈ杂质含量 排渣总量ｋｇ／ｈｗ逸＝１５１．９３＋４９７．０７＋１２７．７５ｋｇ／ｈ（排渣量约为进料量的１／４２．６）５．石灰乳配制成８。ｂｅ ７，ｃａ（ｏｈ）：含量为９．３６％（ｗｔ）华东理工大学硕士学位论文需水量：第３１页ｗｎｚｏ＝５３１７．５４ｘ鬻＝５１４９３．７８ｋｇ／ｈ补充水量：ｗ，ｉ．．＝５１４９３．７８—１７３９７．２８－－３４０９６．５０ｋｇ／ｈ９．３６％（ｗｔ）ｃａ（ｏｈ）：石灰乳量：ｗ石灰乳＝２２７１４．８２＋３４０９６．５０ ＝５６８１１．３２ ｋｇ／ｈ３．１．４碳化反应物料衡算 ｃａ（ｏｈ）２＋ｃ０２．－－－ｃａｃ０３＋ｈ：０ 碳化岗位碳酸钙损耗为ｌ％，收率为９９％， 由于二氧化碳过量，故不再计算它的损 失。 （１）碳化塔进料： ９．３６％（ｗｔ）ｃａ（ｏｈ）：石灰乳总量５６８１１．３２ ｋｇ／ｈ，其中ｃａ（ｏｈ）：量５３１７．５４ ｋｇ／ｈ， 水量５１４９３．７８ ｋｇ／ｈ，ｃｏ：总量为６１２８．４９ ｋｇ／ｈ（忽略ｃ０：在净化系统中的溶解量），换算成体积ｖ鲫＝６１２８．４９／１．９７７ ＝３０９９．８９ｎｍ３／ｈ （２）碳化塔出料： 参加反应的二氧化碳量为：ｗ∞。＝５３１７．５４ ｘ４４／７４ ＝３１６１．７８ ｋｇ／ｈ故尾气中ｃｏ：含量为：６１２８．４９—３１６１．７８＝２９６６．７１ ｋｇ／ｈ（ｖ＝１５００．６１ ｎｍ３／ｈ）尾气中氮气和氧气含量不便，尾气中带出水分，取尾气温度６５。ｃ，相对湿度１００％，此 时水蒸汽压为２５．８３ｋｐａ，进碳化塔的窑气经碳化反应后干气量为：９０５６—３１６１．７８／１．９７７＝７４５６．７２ ｎｍ３／ｈ水蒸汽体积：ｖ＝７４５６．７２ ｘ２５．８３／（１０１－２５．８３）＝２５６２．２９ ｎｍ：＇／ｈ尾气中带出水蒸汽重量： ｗ＝２５６２．２９×１８／２２．４＝２０５８．９８ ｋｇ／ｈ第３２页 生成碳酸钙浆量（按收率９９％计算）： 其中ｃａｃｏ。含量ｗ白叫，＝５３１７．５４×１００／７４。华东理工大学硕士学位论文×９９％＝７１ １４ｋｇ／ｈ损耗ｃａｃ０３量： ｗ损耗＝５３１７．５４×１００／７４＝７１．８６ ｋｇ／ｈｘ １％反应生成水量： ｗ¨２。＝５３１７．５４×１８／７４＝１２９３．４６ ｋｇ／ｈ浆液含水量：ｗ。∞＝５１４９３．７８＋１２９３．４６—２０５８．９８＝５０７２８．２６ ｋｇ／ｈ碳化后的碳酸钙浆料浓度：ｃａｃ０３％＝７１１４／（７１１４＋５０７２８．２６）＝１２．３％１２．３％碳酸钙浆料总量：ｗ碳酸钙＝７１ １４＋５０７２８．２６＝５７８４２．２６ ｋｇ／ｈ３．１．５重力沉降工序的物料衡算 沉淀前的碳酸钙浆料浓度很低，需要经过沉降脱水来增浓，以保证离心脱水的顺利 进行，一般离心脱水要求浆料浓度大于２０％含固量，经过重力沉降，我们取沉降后的碳酸钙含量为２２％，重力沉降收率取１００％，无损耗。 （１）沉降池进料：１２．３％碳酸钙浆料总量：ｗ碳酸钙＝７１１４＋５０７２８．２６＝５７８４２．２６ｋｇ／ｈ（２）沉降池出料：２２％碳酸钙浆料量：７１ １４／２２％＝３２３３６．３６ ３．１．６离心分离物料衡算ｋｇ／ｈ重力沉降后脱水量：ｗ水－－５７８４２．２６－－３２３３６．３６＝２５５０５．９ ｋｇ／ｈ离心脱水随滤液带走约２％的碳酸钙，但考虑脱水后的滤液作消化机补充水用，碳 酸钙得到全部回收，本计算考虑消耗取该工序收率为９９．９％，经离心脱水后的碳酸钙滤饼含固量为６５％． 豇孽饼量：ｗ碳酸钙适饼－－７１ １４×９９．９％／６５％＝１０９３３．６７ ｋｇ／ｈ 其中ｃａｃｏ．。：ｗ。咖＝７１１４×９９．９％ －－７１０６．８９ ｋｇ／ｈｈ：ｏ－ ｗ呦＝１０９３３．６７—７１０６．８９（占６５％）＝３８２６．７８ ｋｇ／ｈ（占３５ ｏ／／ｏ）脱水量：华东理工大学硕士学位论文ｗ术＝３２３３６．３６—７ｌ １４—３８２６．７８ ＝２１３９５．５８ ｋｇ／ｈ第３３页滤液带走的ｃａｃ０。：７１１４ｘ０．１％＝７．１１４ ｋｇ／ｈ滤液量：２１３９５．５８＋７．１ １４＝２１４０２．６９ ｋｇ／ｈ３．１．７干燥物料衡算回转干燥炉是将离心机所得到的滤饼（含固量为６５％）干燥到ｃａｃｏ。含固量９９．５％ （这罩取９９．５％）以上，考虑干燥中随水汽带走的ｃａｃ０。和操作中粉尘飞扬损失，则干 燥收率按９９％计。 １．干燥炉进料：１０９３３．６７ ｋｇ／ｈ（离心脱水后的滤饼） 其中含ｃａｃ０３：ｗ删＝７１１４×９９．９％＝７１０６．８９ ｋｇ／ｈ（占６５％）ｈ：ｏ：ｗ啪＝１０９３３．６７—７１０６．８９ ＝３８２６．７８ ｋｇ／ｈ（占３５％）２．干燥炉出料：干燥ｃａｃ０。含固量９９．５％（含水０．５％） ｃａｃ０３：ｗｃ棚＝７１０６．８９×９９％＝７０３５．８２ ｋｇ／ｈｈ：０： ｗ屺。＝７０３５．８２ ｘ０．５％／９９．５％＝３５．３６ ｋｇ／ｈ蒸发带走水分：３８２６．７８—３５．３６＝３７９１．４２ ｋｇ／ｈ３．１．８筛分包装物料衡算 该筛分、包装等操作收率按９９．８％计产品ｃａｃｏ。：ｗ。棚＝（７０３５．８２＋３５．３６）×９９．８％＝７０５７．０２ｋｇ／ｈ损耗ｃａｃ０。：７０７１．１８—７０５７．０２＝１４．１６ ｋｇ／ｈ３．２热量衡算 ３．２．１石灰窑炉煅烧热量衡算 （一）输入热量（假设物料石灰石和无烟煤以及空气都是０＂ｃ输入），输入石灰窑炉热量 只考虑无烟煤的发热量ｑ，，根据物料衡算：ｃａｃｏ。＝ｃａｏ＋ｃ０２－－４２５ ｋｃａｌ／ｋｇｇ无ｈ＝７６６．７２ ｋｇ／ｈ无烟煤的热值为ｑ＝２９２６０ｋｊ／ｋｇｑ一＝ｇ无烟煤×ｑ＝７６６．７２×２９２６０＝２２．４３×１０＂６ｋｊ／ｈ（二）输出热量ｑ：，包括五部分：石灰石分解放出的热量ｑ。、生石灰卸料带走的热量ｑ。、 窑气带走的热量ｑ。以及石灰窑炉的热损失ｑ。。第３４页华东理工大学硕士学位论文（１）石灰石分解吸收的热量ｑ。，ｇ石灰石＝９５８４ｋｇ／ｈ石灰石反应的热效应值为４２５ｋｃａｌ／ｋｇ ｑ－＝９５８４×９７％×４２５ｘ４．１８ ＝１６．５×１０６ ｋｊ／ｈ，（２）生石灰在６０＂ｃ卸料带走的热量ｑ。，ｇ生石灰＝５７８０．９９ｋｇ／ｈ，比热为ｃｓ＝０．８４ ｋｊ／ｋｇ．℃ｑｚ＝ｇ生石灰．ｃ。．ｔ＝５７８０．９９×０．８４×６０ ＝０．２９×１０６ ｋｊ／ｈ（３）窑气于１５０。ｃ带走的热量ｑ。，窑气量ｇ气＝１３６０１．８１ｋｇ／ｈ。窑气组成为ｃ０２％＝ ３４．２３％，ｎ：％＝６４．３９％，０２％＝１．３８％。该温度下各物质比热为ｃ伽＝ｏ．２０ｋｃａｌ／ｋｇ．℃，ｃ、２＝０．２５ｋｃａｌ／ｋｇ．℃，ｃ０２＝０．２２ｋｃａｌ／ｋｇ．℃ ｃ中＝ｃ伽×ｃｏｎ％＋ｃ。：×ｎ２％＋ｃ吧×０２％ ＝３４．２３％ｘ０．２０＋６４．３９％×０．２５＋１．３８％×ｏ．２２ ＝ｏ．２６ ｋｃａｌ／ｋｇ．℃ ＝１．０８９ ｋｊ／ｋｇ．℃所以ｑ３＝ｇ气．ｃ平．ｔ ＝１３６０１．８１×１．０８９×１５０ ＝２．２２×１０６ ｋｊ／ｈ（４）石灰窑的热损失ｑ。ｑ４＝ｑ１一（ｑｌ＋ｑ２＋ｑ３） －－２２．４３×１０６一（１６．５３．４２×１０６＋０．２９×１０６＋２．２２×１０６） ＝３．４２×１０６ ｋｊ／ｈ表３．１为石灰窑炉热量衡算表表３．１石灰窑炉热量衡算表ｔａｂｌｅ ３．１