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3.0万t/a轻质碳酸钙制备关键设备与工艺设计

1．选题的背景、目的及意义：

随着我国国民经济的发展，各行各业对高档纳米级碳酸钙的需求增加，引起了轻质碳酸钙行业的激烈竞争，使轻质碳酸钙工业得到迅速发展，促进了经济的繁荣，同时也对轻质碳酸钙生产技术和产品质量有了更高的要求，逐步朝着超细化，结构复查化及表面改性的技术方向业发展，这极大地提高了它的应用价值。对不同形态的纳米碳酸钙制备技术的研究，目前已成为许多国家竞相开放的热点。

当然，我国对轻质碳酸钙的生产工艺已经掌握的非常成熟。产品质量的提升也意味着生产设备的不断更新和生产技术的不断进步。如：离心脱水设备、产品干燥设备等有了很大改进。脱水设备由上卸料的三足式离心机变为下卸料的上悬式离心机再变为全自动高压隔膜式板框压滤机。这是因为上悬式离心机的到来，在轻质碳酸钙的行业中有了较大的科技进步，对轻质碳酸钙的脱水立下了不朽功劳。但是它操作环境较差、劳动力强，是一个不可避免的缺点。但随着社会的进步科技的发展，各行各业都普遍要求节能减排，降低工人劳动力，减少操作人员，改善生产环境，提倡清洁生产和增加企业效益。迫切需要一种能替代上悬式离心机的新机械设备，来完成轻钙生产线的脱水任务。于是近年来，全自动高压隔膜压滤机这种理想的设备投入生产，并且代替了上悬式离心机，在生产上提高了产品质量，改善了劳动条件，减少了环境的污染。

由于纳米碳酸钙得到广泛的应用，如纳米碳酸钙用作塑料填料时具有增加韧度的作用；用于胶黏剂，增强了胶的黏合性和硬度，还能对胶黏剂起润滑作用；用于乳胶漆中，能起到屏蔽外光和隔热的效果等，使碳酸钙行业在化学工业中所占比重越来越大，对国民经济发展起到显著的促进作用。

2．本课题研究的主要内容：

在生产过程中，为了保证脱水需求，提高脱水效率，降低脱水电耗，通过对碳化后的熟浆或离心机母液进行沉降增浓。目前，小数的企业采用增浓池进行自然沉降增浓，这种增浓方式属于间歇式操作，设施简单，能耗较低，不过，增浓效率低、设备占地面积大、工人劳动强度高、浆液降温幅度大。行业内先进企业中纳米碳酸钙的脱水已采用斜板增浓器来进行熟浆或母液的增浓。

斜板增浓器是一种效率高、占地面积小、自动连续的沉降设备，浆液沉降过程中降温幅度仅为10℃左右，这为湿法改性的节能减耗，为提高脱水效率和速度创造了良好条件，回收的热清水还可满足消化用水的要求。斜板增浓器的沉降区都是由一组或几组倾斜成一定角度，间隔合理，平行排列的斜板组成，等增浓的料液由浆液口经中心导流筒进入再反转向上从底部进入斜板区，在板间向上流动的过程中完成增浓澄清的操作；清液由出口排出，浓浆由浓浆出口排出；同时为了避免沉降的浓浆在器底堆积结疤，器底设置了慢速耙式搅拌器。

固液分离是碳酸钙产品生产过程的一大瓶颈。上悬式离心机投入轻质碳酸钙的固液分离中后，生产效率得到了明显提高，劳动强度明显降低，人员明显减少，滤饼的含水量也降低到30％左右，适合机械化的干燥工序，但上悬式离心机采用敞开式进料，人工卸料，仍存在效率低、工作环境较差等。

近年来用于轻钙固液分离的全自动高压隔膜压滤机具有自动化程度高、用人少、运行安全平稳、操作环境好、无污染、节能降耗等优势。全自动高压隔膜压滤机压榨泵扬程可达到250m，滤饼含水量降低至≤35％，滤饼水分含量均匀，利于提高产品干燥的均匀度。采用全封闭式进料、暗流排液、现场环境清洁，无污染、无蒸汽，符合文明卫生的要求，具有更良好的经济效益。

3．本课题在国内发展情况：

轻质碳酸钙技术的前景是诱人的，其发展速度也是惊人的。首先轻质碳酸钙的发展起源于1931年的上海，当时我国橡胶工业兴起，日用化工发展起来，迫切需要廉价的白色填料，于是碳酸钙工业就应运而生。由于碳酸钙价格低廉、无毒、无刺激性、无味、色泽好、白度高等优点，广泛应用于塑料工业、橡胶工业作为填料与补强之用，起到降低制品的成本与增强制品品质的双重功效，且橡胶行业是我国轻质碳酸钙的最大用户,其用量占轻质碳酸钙总产量的40%左右，据预计轻质碳酸钙将会在橡胶行业以10%的增长率增长。轻质碳酸钙不仅仅用于橡胶还用于油墨行业、造纸业、涂料工业作为填料使用，起到增稠防沉，提高产品性能以及降低产品的生产成本等多重功效，使我国在轻质纳米碳酸钙在行业方面研究取得了突破性的进展。同时，也大大增强了我国轻质碳酸钙在应变市场的能力，使我国厂家在适用于不同产品对轻质碳酸钙的需求，为产品应用创造了有利条件。

轻质碳酸钙行业虽然在中国起步较晚，但是在近年来看，得到了一个快速发展，1995年沉淀碳酸钙总产量达到1500kt，2002年达3000kt，活性碳酸钙产量达400kt以上，占总产量的13%；其中超细碳酸钙达100kt，占总产量3%；专用碳酸钙达800kt左右；2010年已发展到了400余家，轻钙产量已突破8000kt，行业规模已超过美国，达世界第一位。但随着轻质碳酸钙生产工艺的不断发展和完善，从原来的脱水设备由上卸料的三足式离心机，也发展到下卸的上悬式离心机，再发展到全自动高压隔膜式板框压虑机，从而表现出了自动化程度高，用人小，运行安全平稳，操作环境好，无污染，节能降耗等优势。

 

目录

摘 要..................................................................................................................2

第一章 文献综述 ............................................................................................9

1.1上悬式离心机概述......................................................................................9

1.1 上悬式离心机在国内技术现状及主要差距.............................................11

  1.1.1国内技术现状.......................................................................................11

  1.1.2主要差距...............................................................................................11

1.2上悬式离心机存在的问题.........................................................................12

  1.2.1问题的来源..........................................................................................12

  1.2.2原因分析..............................................................................................12

  1.2.3进料阶段的分析..................................................................................13

  1.2.4卸料阶段的分析..................................................................................13

  1.2.5刹车皮碎屑掉落的可能性..................................................................14

  1.2.6解决的方法..........................................................................................14

1.3上悬式离心机常用振动检测保护装置及存在问题.................................14

1.4上悬式离心机的进展.................................................................................15

  1 .4.1新材料的应用.....................................................................................15

  1 .4.2其它方面进展.....................................................................................15

第二章物料衡算.............................................................................................16

2.1轻质碳酸钙的生产工艺流程......................................................................17

2.1离心脱水主要流程陈述.............................................................................18

2.2重力沉降工序的物料衡算.........................................................................18

2.3离心分离物料衡算.....................................................................................19

第三章设备选型...............................................................................................20

3.1离心机的工作原理.....................................................................................20

3.2离心机设备选型的确定.............................................................................20

参考文献...........................................................................................................24

致谢..................................................................................................................25

 

参考文献

[1]  颜鑫，卢云峰.轻质及纳米碳酸钙关键技术.北京：化学工业出版,2011.10

[2]  舒均杰，颜鑫，州继承.浅谈我国超细碳酸钙生产技术现状及发展方向[J].  企业技术开发，2004.

[3] 王良金.沉淀碳酸钙碳化工艺参数与成品沉降体积值.无机盐工业， 1998.

[4] 颜鑫，刘跃进，王佩良.我国超细碳酸钙生产现状及应用前景.化工技术经济， 2003.

[5] 李建飞，龙辉煌，孙斌.几种纳米碳酸钙干燥工艺比较.中氮肥，2005.

[6] 颜鑫，王佩良.纳米碳酸钙的重要作用与应用关键技术.化工科技市场，2007.10.

[7] 陈海员,阚晓平,石剑峰.新型立式离心脱水机的研究与开发，河北唐山.