开发超细碳酸钙联产氢氧化钠生产新工艺及工艺设计

摘要

采用苛化法制烧碱工艺，在生产液碱过程中会产生大量的碳酸钙白泥固体废物，并且年排放量很大，现已成为企业所面临的重大环保问题。针对制烧碱固体废物的处理，国内的研究者将其固体废物应用在很多方面使其得到综合利用，但效果不太显著。为了解决苛化法制烧碱生产过程中固体废物所带来的二次污染和资源浪费的问题，本课题开发超细碳酸钙联产液体氢氧化钠生产新工艺。该工艺在制烧碱过程中不再副产固体废物，而是将原料中的钙转化生成高附加值的超细纺锤形碳酸钙，并联产液体氢氧化钠。因此，新工艺不仅使钙资源得到充分利用，同时也解决了环境污染问题。如此重大的现实意义，可使制烧碱企业取得良好的经济效益和突出的环境效益。 碳酸钙是一种无机盐工业产品，作为用途最广泛的无机填料之一，无毒、无害、价格低廉，使得其在国民经济中起着不可替代的作用。由于产品超细碳酸钙具有纺锤形的特殊结构、超细级的粒子大小且粒径分布窄、分散性高，是理想的增韧补强的无机填料，可部分取代钛白粉等价格昂贵的白色填料，既能有效降低成本，又能提高制品的性能。液体氢氧化钠作为化学实验中常用的试剂，同时广泛应用于化学工业生产中，促进国民经济的发展，可广泛应用于洗涤剂、造纸、人造纤维和纺织、制革、石油精制等行业，促进各个行业的发展。 本文采用生石灰和天然碱为原料，进行消化与苛化反应，并对工艺过程及工艺条件进行研究。研究了消化与苛化工艺条件对碳酸钙形貌和氢氧化钠含量的影响，并采用扫描电镜(SEM)对产品进行表征。通过单因素实验方法考察了各因素对产品的影响，得出较优的工艺条件为:消化水温为84℃、闷灰时间为40min、洗水与天然碱的配比为4∶1、天然碱总量为150mL、加料时间为20min、苛化温度为70℃、苛化时间为2h、添加剂为柠檬酸钠、添加剂的添加量为1％，在此条件下，制备出粒径小、分散性好、白度高且含量达98.70％的超细纺锤形碳酸钙，并联产出含量达10.83％的液体氢氧化钠。 在上述实验研究基础上，本文进行了年产100kt超细碳酸钙生产装置的工艺设计。主要包括每个工序的物料衡算、主要设备的热量衡算、主要设备的选型计算、管道及仪表流程图的设计、车间设备布置设计和“三废”的治理措施。并绘制了物料平衡表、P&ID流程图、设备一览表、车间设备布置图。