輕質(zhì)碳酸鈣的設(shè)計(jì)方案

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1、輕質(zhì)碳酸鈣的制備實(shí)驗(yàn)方案（輕質(zhì)碳酸鈣的過(guò)濾和干燥）化工092班龐通等200900601066指導(dǎo)老師樂(lè)志文一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.對(duì)輕質(zhì)碳酸鈣有一定的認(rèn)識(shí)2.了解輕質(zhì)碳酸鈣的工業(yè)制備方法3.熟悉板框過(guò)濾機(jī)的結(jié)構(gòu)和操作方法4.了解洞道式干燥裝置的基本結(jié)構(gòu)、工藝流程和操作方法5.學(xué)習(xí)測(cè)定物料在恒定干燥條件下干燥特性的實(shí)驗(yàn)方法二、實(shí)驗(yàn)原理1.輕質(zhì)碳酸鈣（CaCO3）：一種重要的無(wú)機(jī)粉體材料。具有價(jià)格低、原料廣、無(wú)毒無(wú)害等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于塑料、橡膠、造紙、涂料、油墨、化妝品等行業(yè)作為填料，起到增加體積、降低成本的作用。研究表明，不同晶型、不同粒度碳酸鈣具有不同性質(zhì)，納米級(jí)超細(xì)碳酸鈣由于具有較大比

2、表面，因而具有較好的補(bǔ)強(qiáng)特性。輕質(zhì)碳酸鈣的生產(chǎn)方法有多種，有碳化法、純堿(Na2CO3)氯化鈣法、苛化堿法、聯(lián)鈣法、蘇爾維(Solvay)法。本實(shí)驗(yàn)采用碳化法，以生石灰CaO為原料，經(jīng)消化、碳化、過(guò)濾、干燥、粉碎而成，涉及的主要反應(yīng)為：用水消化氧化鈣生成石灰乳：CaO+H2O=Ca(OH)2用二氧化碳碳化石灰乳生成碳酸鈣沉淀和水：Ca(OH)2+CO2=CaCO3↓+H2O2.板式過(guò)濾的原理：過(guò)濾是利用能讓液體通過(guò)而截留固體顆粒的多孔介質(zhì)（濾布和濾渣），使懸浮液中固體、液體得到分離的單元操作。過(guò)濾操作本質(zhì)上是流體通過(guò)固體顆粒床層的流動(dòng)，所不同的是，該固體顆粒床層的厚度隨著過(guò)濾過(guò)程的

3、進(jìn)行不斷增加。過(guò)濾操作分為恒壓過(guò)濾和恒速過(guò)濾。當(dāng)恒壓操作時(shí)，過(guò)濾介質(zhì)兩側(cè)的壓差維持不變，單位時(shí)間通過(guò)過(guò)濾介質(zhì)的濾液量不斷下降；當(dāng)恒速操作時(shí)，即保持過(guò)濾速度不變。恒壓過(guò)濾方程(1)式中：?jiǎn)挝贿^(guò)濾面積獲得的濾液體積(m3/m2)；V——濾液體積(m3)A——過(guò)濾面積(m2)；——單位過(guò)濾面積上的虛擬濾液體積(m3/m2)——實(shí)際過(guò)濾時(shí)間(s)；K——過(guò)濾常數(shù)(m2/s)由式(1)得：(2)式(2)表明，恒壓過(guò)濾時(shí)與q之間為線性關(guān)系。實(shí)驗(yàn)中記錄下不同過(guò)濾時(shí)間θ內(nèi)的單位面積濾液量q，將θ/q對(duì)q作圖，可得一直線，其斜率為1/K，而截距為。3.洞道式干燥的原理：干燥是利用熱量去濕的一種方法，

4、它不僅涉及到氣、固兩相間的傳熱與傳質(zhì)，而且涉及到濕分以氣態(tài)或液態(tài)的形式自物料內(nèi)部向表面?zhèn)髻|(zhì)的機(jī)理。由于物料的含水性質(zhì)和物料形狀的差異，水分傳遞速率的大小差別很大，概括起來(lái)，它受到物料及其含水性質(zhì)，干燥介質(zhì)的性質(zhì)、流速，干燥介質(zhì)與濕物料接觸方式等各種因素的影響。按干燥過(guò)程中空氣狀態(tài)參數(shù)是否變化，可將干燥過(guò)程分為恒定干燥條件操作和非恒定干燥條件操作兩大類。本次實(shí)驗(yàn)采用恒定干燥條件操作。干燥速率的定義為單位干燥面積(提供濕分汽化的面積)、單位時(shí)間內(nèi)所除去的濕分質(zhì)量。即：（3）式中：U——干燥速率，又稱干燥通量，kg/(m2s)；A——干燥表面積，m2；W——汽化的濕分量，kg；τ——干燥

5、時(shí)間，s；GC——絕干物料的質(zhì)量，kg；X——物料濕含量，kg濕分/kg干物料，負(fù)號(hào)表示X隨干燥時(shí)間的增加而減少。干燥速率的測(cè)定方法：將濕物料試樣置于恒定空氣流中進(jìn)行干燥實(shí)驗(yàn)，隨著干燥時(shí)間的延長(zhǎng)，水分不斷汽化，濕物料質(zhì)量減少。若記錄物料不同時(shí)間下質(zhì)量G，直到物料質(zhì)量不變?yōu)橹?，也就是物料在該條件下達(dá)到干燥極限為止，此時(shí)留在物料中的水分就是平衡水分X*。再將物料烘干后稱重得到絕干物料重GC，則物料中瞬間含水率X為：（4）計(jì)算出每一時(shí)刻的瞬間含水率X，然后將X對(duì)干燥時(shí)間τ作圖，即為干燥曲線。由已測(cè)得的干燥曲線求出不同X下的斜率，再由式（3）計(jì)算得到干燥速率U，將U對(duì)X作圖，就是干燥速率曲

6、線。三、實(shí)驗(yàn)裝置：圖1　輕質(zhì)鈣生產(chǎn)基本步驟方框圖煅燒包裝冷卻凈化壓縮碳化調(diào)和精制消化干燥脫水表面處理沉降四、實(shí)驗(yàn)儀器和藥品藥品：CO2、生石灰、1.0%酚酞酒精指示劑、冰塊、儀器：消化池、泵、碳化塔、三級(jí)篩、旋液分離器、板框過(guò)濾機(jī)、洞道干燥機(jī)、溫度計(jì)五、實(shí)驗(yàn)步驟1.生石灰消化：稱取一定量的生石灰放入消化池中，按照H2O:CaO(質(zhì)量比)為5:1的比例用80℃左右的熱水在消化池進(jìn)行消化，攪拌至消化基本完全時(shí)，靜置冷卻60min，再攪拌10min后就可以放出石灰乳。2.石灰乳的精制：用冷水將粗灰乳的濃度調(diào)和到約13Bé后，用泵將粗灰乳送入三級(jí)篩過(guò)篩，然后再送入旋液分離器再次進(jìn)行分離，得

7、到精制石灰乳并進(jìn)行陳化。3.碳化：將配制定量濃度12Bé的Ca(OH)2懸浮液先進(jìn)行預(yù)冷或加熱至某溫度(10～40℃)，加入到碳化塔中，前期控制溫度(如加入冰袋控制至30-40℃).然后通入CO2和空氣的混合氣體(其中CO2氣體為100ml/h，空氣為250ml/h左右)，在反應(yīng)后期溫度控制在50-60℃。從碳化塔底部的采樣口先放掉沉積在管口內(nèi)的懸浮液后，再放出約100ml的懸浮液與500ml的燒杯中，靜置約一分鐘后向懸浮液中滴入2滴1.0%酚酞酒精指示劑并振搖，若呈