浅论轻钙消化工序自动化装置Word文件下载.docx

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CaO有关反应平衡常数如下：

KP=1/PH2O

式中KP—CaO水化反应平衡常数；

PH2O—气相中反应达反应平衡时的水蒸气分压。

由（4．1）式可知CaO水化反应的平衡常数等于该反应达到化学平衡时水蒸气压力的倒数。

由平衡常数是温度的函数，因此在一定温度下，CaO水化反应达到化学平衡时水蒸气的压力为一定值。

所以在不同温度下，CaO水化反应达到化学平衡时水蒸气的压力可由热力学数据进行理论计算获得。

由于CaO水化反应的逆反应应是Ca（OH）2的分解反应，因此从表4－1可知，Ca（OH）2在0.1MPa下的分解温度为547oC。

1．2从消化反应动力学分析

石灰消化反应动力学以CaO水化反应为主，辅以MgO水化反应机理及动力学，分述如下。

CaO湿法水化反应的机理被认为是，CaO先与H2O反应生成Ca2+和2OH-，然后Ca2+和2OH-结晶生成Ca（OH）2。

MgO湿法水化反应的机理认为：

MgO首先对周围的水进行吸收，进行化学反应形成一个Mg（OH）2表面层，这个表面层并不稳定，很快向周围水中扩散，至溶液饱和后形成沉淀析出，水化过程中MgO的粒径不断缩小，符合缩壳机理。

翟学良等对多种MgO水化反应的研究认为该反应为化学反应控制机理，而不是Mg（OH）2的扩散控制。

其水化反应动力学符合简单的级数反应：

1n（—a）=kt

式中a—MgO的水化率；

k—水化反应速率常数；

t—水化时间。

MgO的水化率与水化方式有关，即“干法”与“湿法”水化时，同一活性MgO的来源有关，同煅烧温度关系最密切，同一原料，煅烧温度低，活性高，否则相反；

MgO水化速率同其活性成正比，MgO活性越高，水化速率越快。

根据Benson关于化学反应与扩散控速的活化能判据：

E扩散<

25kJ/mol<

E反应，可以判定，MgO水化反应属于化学反应控速机理。

1．3从消化工艺条件看

（1）通常石灰分过烧、中烧轻烧三种，即随着石灰煅烧度的增加，石灰消化反应的速度降低，这是因为轻烧石灰的表面积大、气孔率高，消化时与水的接触面积大。

轻烧与过烧石灰的石灰乳产率：

950℃下烧制石灰的石灰乳产率是否200℃下的1.73倍。

水与轻烧石灰反应时，由于石灰表面积大、气孔率高，Ca2+和2OH-浓度急剧升高，过饱和度也相应加剧，结晶时晶核形成的速度快，而晶体增长的速度慢；

由于Ca（OH）2生成，反应温度升高，MgO水化速率增加，从而生成粒度细、分散性好的石灰乳；

水与过烧石灰反应时，由于石灰表面积小、气孔率低，Ca2+和2OH-浓度增加缓和，过饱和度很小，结晶时晶核形成的速度慢，而晶体增长的速度快，MgO水化速率变慢，从而生成粒度粗、分散性差的石灰乳。

综上所述，石灰的煅烧度应为轻烧。

要获得轻烧石灰，煅烧温度要低、煅烧时间要短，使石灰维持微生烧。

（2）石灰的粒度：

石灰的粒度越小，其比表面越大，消化时就越快、越完全，所以将石灰破碎后消化，可以提高石灰的消化速度，从而得到粒度细、分散性好的石灰乳。

对于过烧石灰，破碎后消化可以得到很好的效果，一般可以将石灰破碎到粒度为10～30mm。

（3）消化反应温度：

无论是石灰的温度还是消化用水的温度都会影响石灰的消化速度从热力学的角度，由于石灰的消化反应是放热反应，因此温度升高，会使平衡身左移动，反应的推动力减小，从而降低反应速度；

而从动力学的角度来说，温度越高，反应速度常数越大，从而提高反应速度。

用热水消化时，热水的温度取决于石灰的温度和水的用量，目标是使石灰与水接触后水温能迅速升到100℃，从而使水汽化，将石灰胀开，这样就可以得到粒度细、分散性好的石灰乳。

对于刚出窑的石灰，可用55～65℃的热水消化；

对于常温下的石灰，则可用约80℃的热水消化。

（4）消化用水量：

水量不足会使石灰消化不完全，水量过多则会造成消化体系温度下降，从而降低消化速度，使石灰乳粒度粗、分散性差。

CaO消化的理论用水量是CaO质量的32.16％，MgO消化的理论用水量是MgO质量的45％。

一般消化用水量为理论用水量的约15倍，即消化用水量是石灰质量的约4.8倍。

（5）杂质对消化的影响：

有的杂质会促进石灰的消化反应，有的杂质会抑制石灰的消化反应。

一般认为，石灰中的SiO2、Al2O3、Fe2O3越多，消化速度越慢。

在水中加入某些酸类物质也会使消化速度减慢，如在水中加入硫酸、草酸、柠檬酸和磷酸等就会减缓消化反应，这是由于中和反应生成的不溶性盐类覆盖在石灰上，阻碍了石灰与水的接触。

而稀的盐酸、硝酸和氯化钙溶液则可加速消化反应。

下列浓度是最适宜的：

盐酸0.0731mol/L、氯化钙0.01816mol/L。

浓溶液不宜采用，因为消化速度随浓度的增加而显著减慢。

浓度太稀也不适宜，因为溶液过稀时，消化速度增加很少。

十二烷基硫酸钠也可以加速消化反应，这是因为水的表面张力减小了。

石灰消化时，为了加速消化反应而加入杂质并非必要，因为这些杂质可能会影响产品的质量。

但对石灰和水中的杂质对消化过程可能产生的影响应有所考虑。

二、消化与精制工序

Ca（OH）2悬浮液俗称生浆（或粗浆、精浆），悬浮液白度除了与石灰质量有关外，还与消化设备密切相关。

目前消化方式以连续滚筒式消化机为主，也有采用消化池、消化桶等的。

从技术和管理的角度考虑，连续消化机有着明显的优势；

从消化质量对比，间歇式消化桶消化的生浆白度较高，但桶结构设计不合理时，其消化质量则更差。

生浆粘度不仅直接影响过筛效率，而且对碳化反应速度的影响较大。

确保立窑生产的稳定，是控制生浆粘度稳定的关键因素。

一般轻烧石灰消化的生浆粘度较高，中烧石灰粘度较低。

消化温度的稳定，也是保证粘度稳定的重要因素。

另外，石灰石中杂质含量的变化，也会引起生浆粘度的波动。

筛余物（125μm）的控制，对确保产品pH值和白度的稳定相当重要。

从筛余物的成份分析可分为两种情况：

一种情况是由于石灰过烧或消化温度较低，造成石灰消化不完全而较大的CaO颗粒，碳化反应后的熟浆容易出现“返碱”现象，会对最终产品的pH值产生影响；

另一种情况是由于石灰中杂质多，直接影响产品的白度和筛余率，故消化前的石灰应作适当挑选，或经过振动筛筛除石灰中的灰份和杂质。

另外，石灰（尤其是含较多胆石者）在消化机内停留（即“研磨”）时间较长，或是旋液分离器工作时底流口堵塞以及精浆过筛筛网破损未及时发现，都会造成产品筛余物超标和白度降低。

三、消化与精制设备（目前行业生产中的设备）

3.1消化设备

3.1.1回转化灰机

回转化灰机分前端进料、前端出料和前端进料、后端出料两种，现分别说明。

（1）前端进料与出料回转化灰机：

前端出料回转化灰机主要由筒体、内筒体、支撑装置组成。

筒体由厚12mm的A3钢板卷成。

筒体由厚12mm的A3钢板卷制、焊接而成。

筒体内部有抄板，带有内筒。

筒体上相距9m处各有一个滚圈，滚圈直径为1700mm，宽为190mm，由铸钢制成，分别支在对托上，托轮安装在基础上，托轮也由铸钢制成。

筒体由功率为4kW电机经减速机、小齿轮圈带动旋转。

这种化灰机在前端带有一个内套筒，石灰和消化用水一同进入内套筒，消化好的石灰乳也由前端内套筒与筒体之间的夹磁疗处流出。

内套筒长度约为筒体长的1/3，其前端1/2不开孔，后部1/2开有ø

18mm的孔眼。

化灰机的后部装有随筒体一同旋转的筛分灰渣的转筛，在筒体回转和抄板的推进作用下，灰渣向筒体后部移动，灰渣进入转筛之后用洗水洗涤所粘的石灰乳，最后灰渣从消化机的后端排出，再运到厂外的堆渣场。

该设备装置简单，连续生产，操作方便，环境好。

但内套筒后部开有小孔，加入消化用水有部分在整个化灰机前段造成短路，因此石灰乳浓度偏低且含砂子较多，消化机的生产能力较低。

（2）前端进料，后部出料的回转化灰机。

化灰机后端也装有随筒体一同旋转的筛分石灰乳的转筛，石灰乳先被筛出来，从化灰机后部的出口流出；

灰渣在洗涤所粘石灰乳后从化灰机后端出灰口排出。

这种化灰机物料填充容积大，灰乳浓度高，在同样的消化条件下，其生产能力大。

又因石灰乳经过筛分，灰乳含砂量较少。

但石灰乳筛分时热量损失多，灰乳温度偏低，堵筛较频繁，操作较复杂。

3.1.2消化池

消化池的池体一般用红砖砌筑，也有用钢板的。

池体的直径一般为2m，高一般为1.5m。

距池底约400MM处布一层筛网，筛网放在两根糟钢及池周围的台阶上，筛网用ø

8mm的圆钢焊成两个半圆形，以便装卸，圆钢的中心距离为16mm。

筛网下面装有搅拌桨，池底侧面开有石灰乳出口，出口的阀门可以选用旋塞阀或直接用一个盖子盖住出口并用杠杆压紧，因为灰渣的存在在会影响闸阀和截止阀等的密封性。

消化时，间歇操作，数个池并列依次使用，先在池中放入一定量的水，然后再按石灰：

水=4：

8的比例，用手推车将石灰倒入消化池内。

用耙子耙平后，静置约60min，然后再搅拌约10min后即后将石灰乳放出。

未消化而留在筛网上的粗灰渣用手工拣出。

3.1.3槽式回转搅拌化灰机

该设备具有机械化程度高、化灰速度快、灰浆质量好、清渣便利、投资省、占地面积小（与回转化灰器比）等特点。

⑴、化灰速度快、灰浆质量好。

物料在机内几乎充满整个槽体，填充率达90％以上（回转消化机填充率20％），单位容积产量高，化灰时热损失小，物料始终可以处在沸腾状态，水化速度快，15min即可消化完全，石灰乳细腻性好，比表面积大，产浆量高。

⑵、清渣非常便利。

石灰浆从化灰机排出后，由振动滤浆机进行除渣，在浆中95％以上的渣子得到分离。

仅有少量微细渣进入旋液分离器。

⑶、设备造价较低，仅为回转化灰机的1/2，占地面积小，有利于推广。

3.1.4全自动石灰消化器

由山东省淄博市林薇粉体设备有限公司研发生产的全自动石灰消化器广泛应用于工业PH值控制、水处理、污泥处理、烟雾脱硫、轻质碳酸钙生产等的石灰制备。

与传统的石灰浆制备设备相比，尤其是在轻质碳酸钙消化工序，全自动石灰消化器在利用石灰与水的高比例混合和石灰消化所释放的热量，在不使用热水的情况下，使消化温度提高到所需要的反应温度，从而获得比表面积更大、活性度更高的微粒。

1、消化器结构

全自动石灰消化器主要部件包括反应槽体、搅拌轴、搅拌浆、密封组件、轴承和驱动马达。

反应槽体分三个间，第一个为反应间，生石灰在这里以较高比例与水反应，产生大量的热量，提高反应温度；

第二个为消化间，从反应间出来的石灰浆液和部分未消化的生石灰继续在这里反应，并补充一定量的水；

第三个为稀释间，过高的浓度会增加灰浆的粘稠度，影响灰浆流出槽体，因而这里再加入一部分水分，降低灰浆的温度和浓度，增强灰浆的流动性。

搅拌桨固定于搅拌轴上，每单元有3-4个搅拌桨，每组与上一组错开30°

或22.5°

，搅拌桨的上部采用斜向叶片，减少生石灰中生过烧物质对叶片和槽体的磨损。

密封组件由密封套、橡胶密封、机械密封等组成。

橡胶密封用来阻挡石灰浆进入密封套，密封套中的水反向施压，将灰浆挡回反应槽，机械密封用来防止水向外泄露。

这种结构的优势之处是确保灰浆向外界无半点泄露，这克服了传统的填料密封随着生产时间泄漏量越来越大，并对轴产生磨损的缺点。

特殊型号的全自动石灰消化器在尾部设有一组捞渣装置，主要适用于国内采用土窑或混烧钢窑所生产的生石灰，生、过烧比例大，大量的生过烧物质消化过程中会堆积在壳体底部，在搅拌浆的强力搅拌下，对壳体产生磨损，该捞渣装置可以将沉淀于此的沙砾排出消化器。

灰浆的用途不同，可以采用不同的消化温度。

这种温度的调节可通过增减供水量来实现。

全自动石灰消化器采用自动控制阀门、仪表传感器等用远程PLC或DCS来实现。

通过采用并不复杂的控制系统，我们可以在计算机上来控制各个仓室温度、水流量等参数，既使生石灰在第一个仓室达到要求的消化温度，形成非常细的颗粒和很高熟化度的糊状消石灰，同时又可以在最后一个仓室将石灰糊稀释到25%以下的任何浓度石灰浆，调整到所要求的波美度。

2、全自动石灰消化器的使用特点

⑴、节约水、热量、动力

与石灰浆型设备相比，水与石灰以高比例混合消化使此种石灰消化器具有更多优势。

用水量减少，可以依靠自身反应热量熟化，直接采用冷水，免去了额外热源，就可以满足温度控制系统的需要。

对于大部分石灰而言，这种高比例可使温度上升更快，熟化温度更高，最高可以达到97℃。

动力更小，仅需石灰浆型设备动力的1/2到2/3动力即可。

⑵、快速熟化，减少占地面积

水和石灰高比例混合反应，利用自身产生高热量可以使石灰在12分钟内完全熟化。

短暂的滞留时间使得启-停操作更加有效，并使石灰的浓度可以随要求迅速改变。

全自动石灰消化器正是基于这种高比例，短滞留时间和热量集中的优点设计而成的。

另外，这种全自动石灰消化器无需传统的大型传动系统。

相比其他同种类设备可节约40%左右的占地面积。

⑶、更多的活性微粒

全自动石灰消化器中水与石灰高比例所产生的巨大热量使得生石灰形成蒸汽渗透。

其导致的内压强促进生石灰爆裂形成体积小且反应度高的微粒。

这一过程与常规滚筒消化系统相比，生产的灰浆石灰粒子更小、粘稠度更高，游离基态百分含量更高，有效比表面积更大。

消化器消化过程中可以通过温度等参数即时控制消化的温度、浓度等参数，使得生产容量和控制方案的选择范围更宽。

全自动石灰消化器每小时可操作生石灰800至15000Kg。

再配以进料器与粗砾脱除系统，对于定量或者连续的石灰熟化，全部操作可完全自动化。

控制面板可在当地，亦可远程操控。

⑸、自动化的操作

通过对电机调速可以调整熟化时间，通过调速螺旋可以设定生石灰的供给量；

通过调整反应仓调节阀和流量计可以调整熟化的温度、载荷；

通过调整稀释仓调节阀和流量计可以调整出浆的浓度和波美度。

这一切都是通过自动控制系统PLC在计算机上实现的，减少了劳动强度。

⑹、洁净的操作环境

由于所有的反应都在密闭的设备中进行，石灰消化过程中的热量又被反应水升温所利用，石灰熟化过程中只有少量的水汽产生。

水汽和其中混有的粉尘会通过稀释仓上部的除尘装置去除，洁净的空气外排到大气，除尘水做稀释水回流到稀释仓中。

这就保证了整个操作环境是安全洁净的。

3．2精制设备

（1）螺旋除渣机在石灰消化过程中，分离灰乳中粗粒杂质，常采用螺旋除渣机。

螺旋输送器倾斜安装于贮槽中，由贮槽、螺旋输送器、减速机、电动机等部件组成。

石灰乳由全自动石灰消化器的石灰乳出口流贮槽进口，进入贮槽,在螺旋输送器低速旋转搅动下，相对密度大的粗粒向下沉降，被螺旋叶不断向斜槽上部推送并淘洗耳恭听,直送至出渣口，落入存渣斗车中。

粒子较细的石灰乳则自贮槽溢流口流出而进入下道工序。

（2）旋液分离器旋液分离器本是由圆柱体和圆锥体两部分组成的。

圆柱体的上部位于周围的切线方向，有进料口，供悬浮液进入；

中部有一溢流管，边通出料口，分离粗粒子后的料液经此流出。

锥体底部有粗料子料液排出口。

石灰乳的悬浮液，由泵输送，在一定的压力下由切线方向进入旋液分离器圆柱体上部，产生强烈旋流并使液流向下运动，粗粒子受离心力大，向外运动而靠近器壁，沿壁下降，流经出渣口排出；

细料子爱离心力小而聚于液流内部，形成一个低压区，向下运动至锥体部折流向上，流经溢流管至出口管排出。

旋液分离器常有Φ125mm和Φ150mm两种型号，材质多为铸铁。

进料口管径及溢流管径大小有可调节装置。

粗粒子排出口磨耗大，用耐磨材料。

因生产能力与分离效率有矛盾，有时多个并联使用，即所谓旋液分离器组。

有时为提高分离效率，把两个或多个串联使用，即所谓的多级分离器。

保持旋液分离器进料口的压力以及料液温度、浓度的恒定，是保证良好的分离效果的重要拳，在石灰乳精制操作中，须严格加以控制。

（3）直线振动筛直线振动筛是利用振动电机激振作用为振动源，使物料在筛网上被抛起，同时向前作直线运动，物料从给料机均地进入筛分机的进料口，通过多层筛网产生数种产品的筛上物和筛下物，分别从各自的出口排出。

可用于流水线中实现自动化作业。

具有能耗低、效率高、结构简单、易操作、全封闭结构无粉尘溢散等特点。

（4）旋振筛旋振筛也称加振筛、三元振动筛等，属新型高精度细微颗粒筛分设备。

通过软传动机构，带动重锤微振使筛体产生复筛体产生复旋型振动，其振动轨迹为一复杂的空间立体曲线。

调节上下重锤的空间相对位角，可改变物料的筛面上的运动轨迹，其重锤相位角和物料运动轨迹关系。

本机出料口位置可沿圆周方向任意布置，机内有弹料装置，可有效消除筛网孔堵塞，具有效率高、能耗低、占地小、全封闭结构无粉尘溢散、操作调试简单等特点。

旋振筛可分为筛分、筛出杂质及固液分离三类。

（a）把固体粒子分成大小相等的粒子组。

筛选范围广对于任何颗粒、细粉、浆液都可以筛选。

筛分小到500目（28µ

m），过滤小到5µ

m，单台能同时准确地连续分选2∽6粒子段。

（b）表示筛出杂质，选用高精度筛网在高流量物料处理过程中能迅速消除含量较低的大颗粒或小颗粒，具有除杂效果好的特点。

（c）可用于固液分离，选用高精度筛网过滤能把种类浆液中的溶性固体物质迅速消除。

结论与探讨

综上所述，在轻质碳酸钙生产工艺消化过程中，石灰消化过程属多相反应。

在节能降低消耗方面有潜力空间

全自动石灰消化器，机械化程度高，操作控制容易。

改变了我国原有轻质碳酸钙消化工艺落后的局面，这套工艺中上灰、消化、除尘、除渣、精制完全实现自动化，劳动强度低，操作环境好，石灰乳浓度可根据工艺要求实行自动调节，每台化灰机产量3—30t/h生石灰，并可以消化适当不同煅烧条件下的石灰。

更重要的是能实现清洁化生产。

化灰时产生的蒸汽及粉尘，由引风装置和湿式除尘热交换得到处理，保证环境清洁，没有粉尘飞扬。

同时回收蒸汽热能生成热水用于消化，保证消化质量，降低能耗，不外排粉尘及废水，真正地达到了节能环保和清洁化生产。

轻质碳酸钙行业是一个发展前景广阔的行业,产品质量是其生存和发展的关键。

针对轻质碳酸钙各工序，及时分析、调控产品质量影响因素。

依靠科技进步，用自动化技术与装备建设企业。

加强生产、技术管理、人员培养，提高企业综合素质。

实现集约化生产，使企业具有合理规模和系列化产品，形成产品系列、质量稳定、产销结合的现代企业。

提升碳酸钙产品质量，从而为我国PCC工业的发展拓开一个更为广阔的发展空间。