CN117482885A - 一种粒径可控微米碳酸钙的制备装置及方法 - Google Patents
一种粒径可控微米碳酸钙的制备装置及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117482885A CN117482885A CN202311568640.8A CN202311568640A CN117482885A CN 117482885 A CN117482885 A CN 117482885A CN 202311568640 A CN202311568640 A CN 202311568640A CN 117482885 A CN117482885 A CN 117482885A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- gas
- liquid
- calcium carbonate
- reactor body
- tube
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L Calcium carbonate Chemical compound [Ca+2].[O-]C([O-])=O VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L 0.000 title claims abstract description 171
- 229910000019 calcium carbonate Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 85
- 239000002245 particle Substances 0.000 title claims abstract description 40
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 34
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 145
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 43
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 40
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 claims description 40
- NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N Ammonia chloride Chemical compound [NH4+].[Cl-] NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 38
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 29
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 28
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 25
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 23
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 22
- 239000002893 slag Substances 0.000 claims description 20
- 235000019270 ammonium chloride Nutrition 0.000 claims description 19
- 238000005273 aeration Methods 0.000 claims description 11
- 230000033558 biomineral tissue development Effects 0.000 claims description 10
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 9
- 238000002386 leaching Methods 0.000 claims description 9
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 8
- 239000011268 mixed slurry Substances 0.000 claims description 8
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 6
- BHPQYMZQTOCNFJ-UHFFFAOYSA-N Calcium cation Chemical compound [Ca+2] BHPQYMZQTOCNFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910001424 calcium ion Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 3
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 abstract description 13
- 239000013078 crystal Substances 0.000 abstract description 12
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 abstract description 6
- 239000000654 additive Substances 0.000 abstract description 5
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 abstract description 3
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 description 13
- 230000001089 mineralizing effect Effects 0.000 description 8
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 8
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 5
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 5
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 4
- AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L calcium dihydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Ca+2] AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 3
- 239000000920 calcium hydroxide Substances 0.000 description 3
- 229910001861 calcium hydroxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 3
- 238000006477 desulfuration reaction Methods 0.000 description 3
- 230000023556 desulfurization Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 3
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 3
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012752 auxiliary agent Substances 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 2
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 238000010907 mechanical stirring Methods 0.000 description 2
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 2
- 239000000123 paper Substances 0.000 description 2
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 2
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 2
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 2
- 239000005060 rubber Substances 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000005997 Calcium carbide Substances 0.000 description 1
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-K Citrate Chemical compound [O-]C(=O)CC(O)(CC([O-])=O)C([O-])=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- CZMRCDWAGMRECN-UGDNZRGBSA-N Sucrose Chemical compound O[C@H]1[C@H](O)[C@@H](CO)O[C@@]1(CO)O[C@@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O1 CZMRCDWAGMRECN-UGDNZRGBSA-N 0.000 description 1
- 229930006000 Sucrose Natural products 0.000 description 1
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L Sulfate Chemical compound [O-]S([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N Sulphide Chemical compound [S-2] UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N iron oxide Inorganic materials [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- NDLPOXTZKUMGOV-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoferriooxy)iron hydrate Chemical compound O.O=[Fe]O[Fe]=O NDLPOXTZKUMGOV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000011020 pilot scale process Methods 0.000 description 1
- 229940088417 precipitated calcium carbonate Drugs 0.000 description 1
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000002910 solid waste Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 239000005720 sucrose Substances 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 1
- CLZWAWBPWVRRGI-UHFFFAOYSA-N tert-butyl 2-[2-[2-[2-[bis[2-[(2-methylpropan-2-yl)oxy]-2-oxoethyl]amino]-5-bromophenoxy]ethoxy]-4-methyl-n-[2-[(2-methylpropan-2-yl)oxy]-2-oxoethyl]anilino]acetate Chemical compound CC1=CC=C(N(CC(=O)OC(C)(C)C)CC(=O)OC(C)(C)C)C(OCCOC=2C(=CC=C(Br)C=2)N(CC(=O)OC(C)(C)C)CC(=O)OC(C)(C)C)=C1 CLZWAWBPWVRRGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000108 ultra-filtration Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J19/24—Stationary reactors without moving elements inside
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J10/00—Chemical processes in general for reacting liquid with gaseous media other than in the presence of solid particles, or apparatus specially adapted therefor
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J19/0006—Controlling or regulating processes
- B01J19/0013—Controlling the temperature of the process
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J19/0053—Details of the reactor
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J19/24—Stationary reactors without moving elements inside
- B01J19/2455—Stationary reactors without moving elements inside provoking a loop type movement of the reactants
- B01J19/246—Stationary reactors without moving elements inside provoking a loop type movement of the reactants internally, i.e. the mixture circulating inside the vessel such that the upward stream is separated physically from the downward stream(s)
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01F—COMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
- C01F11/00—Compounds of calcium, strontium, or barium
- C01F11/18—Carbonates
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Compounds Of Alkaline-Earth Elements, Aluminum Or Rare-Earth Metals (AREA)
- Treating Waste Gases (AREA)
Abstract
本发明涉及碳酸钙制备技术领域，尤其是涉及一种粒径可控微米碳酸钙的制备装置及方法，包括反应器本体、瓶型导流筒、气液混合器和多管束盘管，其中，瓶型导流筒同轴设置在反应器本体的内部，多管束盘管环绕设置在反应器本体的内侧壁，并位于靠近瓶型导流筒顶部的位置，气液混合器设置在反应器本体的外侧，且气液混合器的出口端与多管束盘管的入口端连通，多管束盘管的出口端位于瓶型导流筒的底部。本发明的制备装置中气液混合器的设置可提高气液接触面积，同时多管束盘管内设置的细小管束，在碳酸钙生成过程中可起到物理分散、空间位阻等作用，因此，通过该装置无需加入分散剂、晶型控制剂等助剂，即可制备得到粒径均一的微米碳酸钙。
Description
技术领域
本发明涉及碳酸钙制备技术领域，尤其是涉及一种粒径可控微米碳酸钙的制备装置及方法。
背景技术
电石渣是电石法生产PVC时产生的固体废物，其主要成分为氢氧化钙，还包含微量的有机和无机杂质(如氧化铝，氧化铁，二氧化硅、硫化物等)，其产量大，碱性强。
使用氯化铵为浸取剂浸取电石渣制备碳酸钙是比较常见的工艺，但由颜鑫等作者发表在现代化工上的文章《以电石渣为原料生产食品级轻质碳酸钙的绿色新工艺》可知CaCl2-NH3·H2O体系不利于产品的超细化，生成的轻质碳酸钙产品粒子较粗、粒度分布较宽。实验过程中，申请人也发现了类似的状况，制备的碳酸钙粒径不均一，沉降体积小。
针对上述问题，目前比较常见的办法是加入分散剂或晶型控制剂来解决。如专利CN102602973B公开的一种利用电石渣合成超细碳酸钙的方法，该方法在碳化过程中加入硫酸盐、柠檬酸盐等一种或两种以上晶型控制剂制备得到超细碳酸钙浆液，晶型控制剂的加入量为生成碳酸钙质量的0.1％-5％。但该方法存在晶型控制剂加入量不易准确计量，需要生成碳酸钙的系统稳定，且晶型控制剂加入必然导致产品碳酸钙纯度降低以及添加剂本身对产品性能影响的问题。
目前已经公开的利用电石渣制备碳酸钙的专利技术多关注于改变工艺条件，添加辅助剂，缺乏相关大型设备的设计，无法实现大规模工业应用。
专利CN102849771A虽然公开了一种连续碳化反应装置及应用其制备超细碳酸钙的方法，该连续碳化反应装置包括安装于支架上的碳化反应釜、碳化反应器，碳化反应器与碳化反应釜间隔分布并相互联通，使用时控制初始进入碳化器浆料的流量和窑气进入各碳化器的流量，通过多级的碳化反应釜(器)，从最后一级碳化反应器出口流出的浆料完成碳化反应，并获得超细碳酸钙浆料，实现了连续碳化反应。但该装置结构复杂，且制备过程中仍需引入晶型控制剂，装置内部的螺旋挡板虽起到一定的强化混合的作用，但也易造成碳酸钙产品的沉积。。
专利CN203639167U公开了一种强化气液混合制备亚微米碳酸钙的反应器，该反应器包括外桶及套装于外桶内的导流内筒，外桶顶部一侧设有氢氧化钙浆料进料口，外桶的底部设有碳酸钙浆料出料口，外桶的内壁下端设有纵向挡板，纵向挡板上方的外桶内壁螺旋向上设有螺旋挡板，外桶的底部与导流内筒底部之间设有旋涡式气体分布器，漩涡式气体分布器的窑气进气管伸出外桶。该装置虽然提高了气液混合效果，但是这种在导流筒与外筒夹层加设纵向挡板和多孔螺旋挡板来加速气液混合的做法，极易因碳酸钙及氢氧化钙浆液的阻塞和沉积而影响设备的连续运行，且其在具体实施例中明确要加入蔗糖作为晶型控制剂。
鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种粒径可控微米碳酸钙的制备装置及方法，该装置无需加入分散剂、晶型控制剂等助剂，即可制备得到粒径均一的微米碳酸钙。
第一方面，本发明提供一种粒径可控微米碳酸钙的制备装置，包括反应器本体、瓶型导流筒、气液混合器和多管束盘管，
其中，所述瓶型导流筒同轴设置在所述反应器本体的内部，所述多管束盘管环绕设置在所述反应器本体的内侧壁，并位于靠近所述瓶型导流筒顶部的位置，所述气液混合器设置在所述反应器本体的外侧，且所述气液混合器的出口端与所述多管束盘管的入口端连通，所述多管束盘管的出口端位于所述瓶型导流筒的底部。
作为本技术方案优选地，所述气液混合器包括气液混合仓，所述气液混合仓上开设有矿化液入口、烟气入口和气液混合液出口，所述矿化液入口与所述烟气入口垂直设置，且所述烟气入口处的进气管末端设置有曝气头；
所述多管束盘管的入口端与所述气液混合液出口连通。
作为本技术方案优选地，所述多管束盘管的内部均匀分布有多个细小管束，且所述多管束盘管的入口端通过管束分布塞与所述气液混合液出口连通。
作为本技术方案优选地，所述反应器本体的内部还设置有气体冷却盘管，所述气体冷却盘管的一端与CO2气体进气端连通，另一端与所述烟气入口连通。
作为本技术方案优选地，所述反应器本体的外侧环绕设置有控温夹套。
作为本技术方案优选地，所述瓶型导流筒的底部圆筒直径D、中部宽度L与顶部圆筒直径d的比值为(2-4)：1：(1.5-3)。
作为本技术方案优选地，所述多管束盘管的外径φ、所述瓶型导流筒的底部圆筒直径D和所述反应器本体的内径Ω的比值为1：(6-24)：(10-30)。
作为本技术方案优选地，所述反应器本体的顶部和底部分别开设有气体出口和卸料口，所述反应器本体的侧壁上方还开设有清液出口；
所述反应器本体上还设置有温控器、pH计、CO2在线检测仪和气体流量计。
第二方面，本发明还公开了使用上述粒径可控微米碳酸钙的制备装置制备微米碳酸钙的方法，具体包括以下步骤：
S1、将电石渣和氯化铵溶液混合后经固液分离，得到CaCl2-NH3·H2O体系的矿化液；
S2、含CO2烟气换热后通过曝气头分散成细小气泡与矿化液在气液混合器内错流接触，得到气液混合液；
S3、气液混合液进入多管束盘管中，在多管束盘管中矿化液中的CaCl2-NH3·H2O与CO2发生反应，得到碳酸钙固体和氯化铵溶液；
S4、多管束盘管末端出口排出的气液固三相混合浆液进入瓶型导流筒，烟气中未反应完全的CO2及其惰性组分带动液体实现环流，生成的碳酸钙固体沉降至反应器本体底部，经分离、干燥，得到微米碳酸钙产品，未反应完全的含CO2烟气经气液分离后排出反应体系；
S5、所生成的氯化铵溶液溢流出反应器本体并用于电石渣的浸取，完成整个循环。
作为本技术方案优选地，步骤S1中，CaCl2-NH3·H2O体系的矿化液中钙离子的浓度控制在1-2mol/L；而步骤S2中，含CO2烟气中CO2的体积分数为5-40％，含CO2烟气换热后的温度控制在45℃以下；研究表明，在此反应物浓度下，可有效控制反应速率，确保所生成碳酸钙产品粒径的均一性。
而步骤S4中，所述瓶型导流筒底部圆筒内气体的表观流速为0.2-0.5cm/s，此流速即可保持环流状态的稳定运行，使未反应完全的CO2可通过环流过程进一步被去除，同时，又可实现碳酸钙产品的沉降分离。
本发明的粒径可控微米碳酸钙的制备装置，至少具有以下技术效果：
1、本发明的粒径可控微米碳酸钙的制备装置包括反应器本体、瓶型导流筒、气液混合器和多管束盘管，电石渣和NH4Cl溶液混合经固液分离后得到CaCl2-NH3·H2O体系的矿化液，该矿化液与含CO2烟气在气液混合器中混合后进入特定直径的多管束盘管，在多管束盘管中，矿化液中的CaCl2-NH3·H2O与CO2发生反应生成碳酸钙固体并重新得到氯化铵，多管束盘管的末端位于瓶型导流筒的底部圆筒内，多管束盘管出口排出的气液固三相混合浆液在瓶型导流筒的作用下以及未反应完全的含CO2烟气的带动下，可在反应器本体内实现缓慢环流，生成的固体在随液体上升一段距离后沉降至反应器本体底部，经分离、干燥，即可得到微米碳酸钙产品，未反应完全的含CO2烟气在反应器本体内进一步反应后经气液分离离开反应体系，而新生成的氯化铵溶液溢流出反应器本体并可循环用于电石渣的浸取。本发明的制备装置中气液混合器的设置可提高气液接触面积，同时多管束盘管内设置的细小管束，在碳酸钙生成过程中可起到物理分散、空间位阻等作用，因此，通过该装置无需加入分散剂、晶型控制剂等助剂，即可制备得到粒径均一的微米碳酸钙；
2、在本发明的粒径可控微米碳酸钙的制备装置中，多管束盘管中未反应完全的CO2可通过环流延长停留时间进一步被去除，实现了CO2的最大化利用，同时利用瓶型导流筒的环流无须机械搅拌即可实现碳酸钙产品的沉降分离一体化；
3、本发明的粒径可控微米碳酸钙的制备装置，制造工艺简单，可通过增加多管束盘管直径及管束个数实现扩大生产，有利于实现大规模工业化应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明粒径可控微米碳酸钙的制备装置结构示意图；
图2为本发明气液混合器的结构示意图；
图3为瓶型导流筒作用原理示意图；
图4为瓶型导流筒的主要尺寸标记；
图5为年处理1000t二氧化碳中试生产碳酸钙的粒径分布图。
附图标记：
1：反应器本体；2：瓶型导流筒；3：气液混合器；4：多管束盘管；5：气液混合仓；6：矿化液入口；7：烟气入口；8：曝气头；9：细小管束；10：管束分布塞；11：气体冷却盘管；12：控温夹套；13：气体出口；14：卸料口；15：清液出口；16：气液分离区；17：锁紧法兰；18：CO2气体进气端；19：支架；20：卸料区。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1-4所示，本实施例提供一种粒径可控微米碳酸钙的制备装置，包括反应器本体1、瓶型导流筒2、气液混合器3和多管束盘管4，其中，瓶型导流筒2可通过支架19同轴固定设置在反应器本体1的内部，同时，本发明对于瓶型导流筒2的具体固定方式也不做严格限定，其他可实现瓶型导流筒2固定，且不影响环流效果的方式均可使用；多管束盘管4环绕设置在反应器本体1的内侧壁，并位于靠近瓶型导流筒2顶部的位置，多管束盘管4具体为内部设置有多个特定直径的细小管束9，并且细小管束9的材质优选为无缝不锈钢管，而细小管束9的外径和壁厚可根据所需制备碳酸钙的粒径进行选择；气液混合器3设置在反应器本体1的外侧，且气液混合器3的出口端与多管束盘管4的入口端连通，多管束盘管4的出口端位于瓶型导流筒2的底部。
电石渣和NH4Cl溶液混合后发生如下反应：
Ca(OH)2+2NH4Cl＝CaCl2+2NH3·H2O
经固液分离后得到主要组成为CaCl2-NH3·H2O体系的矿化液，将该矿化液泵入气液混合器3中，在气液混合器3中，矿化液与含CO2烟气微小气泡错流接触，以进一步提高气液接触面积，实现气液最大程度的混匀。矿化液与含CO2烟气混合后进入特定直径的多管束盘管4，在多管束盘管4中，矿化液中的CaCl2-NH3·H2O与CO2发生反应，生成碳酸钙固体并重新得到氯化铵：
CaCl2+2NH3·H2O+CO2+＝CaCO3+2NH4Cl+H2O
而此时因多管束盘管4的末端位于瓶型导流筒2的底部圆筒内，因此，多管束盘管4出口排出的气液固三相混合浆液在瓶型导流筒2的作用下以及未反应完全的CO2以及其他惰性气的带动下，可在反应器本体1内实现缓慢环流，生成的固体在随液体上升一段距离后沉降至反应器本体1底部，经分离、干燥，即可得到微米碳酸钙产品，未反应完全的含CO2烟气在反应器本体1内进一步反应后经气液分离离开反应体系，而新生成的氯化铵溶液溢流出反应器本体1并可循环用于电石渣的浸取。
本发明的制备装置中气液混合器3的设置可提高气液接触面积，同时多管束盘管4内设置的细小管束9，在碳酸钙生成过程中可起到物理分散、空间位阻等作用，保证碳酸钙的粒径均一；此外，瓶型导流筒2的设置，使得多管束盘管4中未反应完全的CO2可通过环流延长停留时间进一步被去除，实现CO2的最大化利用，同时利用瓶型导流筒2的环流无须机械搅拌即可实现碳酸钙产品的沉降分离一体化。
因此，本发明的制备装置无需加入分散剂、晶型控制剂等助剂，即可制备得到粒径均一的微米碳酸钙。
在本实施例中，气液混合器3具体包括长径比为4-6:1的气液混合仓5，并且气液混合仓5上开设有矿化液入口6、烟气入口7和气液混合液出口，其中，矿化液入口6与烟气入口7垂直设置，由此可实现矿化液与气体的错流接触，进而提高气液混合效果；此外，为进一步提高气体与矿化液的接触面积，本实施例在烟气入口7处进气管的末端设置了曝气头8，曝气头8的设置可将含CO2烟气预先分散成细小气泡，细小气泡进一步与矿化液错流接触，以得到均一的气液混合液。这里的曝气头8优选为金属管式烧结滤芯，孔隙精度优选为1-10μm。
而多管束盘管4的入口端与气液混合液出口连通，由此气液混合液可进入到多管束盘管4中，并于多管束盘管4中发生反应，生成碳酸钙固体和氯化铵。
本实施例中，具体地，多管束盘管4的内部均匀分布有多个细小管束9，且多管束盘管4的入口端通过管束分布塞10与气液混合液出口连通，其中，细小管束9的外径优选为0.3-3mm之间的任意数据，壁厚优选为0.1-2mm之间的任意数值。
在上述技术方案的基础上，为进一步提高对含CO2烟气预热的利用率，在反应器本体1的内部还设置有气体冷却盘管11，气体冷却盘管11的一端与CO2气体进气端18连通，另一端与烟气入口7连通，含CO2烟气经气体冷却盘管11换热后经进气管进入曝气头8。
此外，本实施例中的反应器本体1的外侧还环绕设置有控温夹套12，以用于控制反应器本体1内部的温度，确保反应的顺利进行。
本实施例中，瓶型导流筒2的底部圆筒直径D、中部宽度L与顶部圆筒直径d的比值为(2-4)：1：(1.5-3)，并优选为3：1：2，此特定尺寸结构瓶型导流筒2的设置，是基于保证环流以及碳酸钙颗粒的沉降效果所做出的特定选择。
而多管束盘管4的外径φ、瓶型导流筒2的底部圆筒直径D和反应器本体1的内径Ω(具体指上部圆筒状结构的内径)的比值为1：(6-24)：(10-30)，并优选为1：20：26。
研究表明，在上述特定尺寸的多管束盘管4、瓶型导流筒2和反应器本体1的作用下，多管束盘管4不会对环流造成影响，同时在环流的作用下也能防止碳酸钙颗粒在多管束盘管4的接触面沉积。
此外，本实施例中的反应器本体1的顶部和底部分别开设有气体出口13和卸料口14，其中，气体出口13用于及时排出未反应完全的含CO2烟气，而为进一步避免排出的气体中夹带液体，本实施例在反应器本体1的上方还可设置气液分离区16，以实现在气液分离后排出未反应烟气。而本发明对于气液分离区16气液分离的形式不做严格限定，可选择折流分离、丝网分离、超滤分离等形式，并且气液分离区16可通过锁紧法兰17的方式固定在反应器本体1的上方。卸料口14用于排出反应生成的碳酸钙产品，而考虑到收集的便捷性，可将反应器本体1设置为锥形结构，底部锥形结构统称为卸料区20；此外，反应器本体1的侧壁上方还开设有清液出口15，以溢流出新生成的氯化铵溶液，再次用于电石渣的浸取。
同时，本实施例中的反应器本体1上还设置有温控器、pH计、CO2在线检测仪和气体流量计，以实时监控反应的进行。
使用上述最为优选地粒径可控微米碳酸钙的制备装置以及电石渣原料和火电厂脱硫脱硝后的烟气制备微米碳酸钙，具体实施方式如下。
实施例2
S1、电石渣原料烘干后研磨至100目，取5kg加入到39升质量分数为14％的氯化铵溶液中，室温搅拌反应1h后，过滤，得到CaCl2-NH3·H2O体系的矿化液，测得钙离子浓度为1.5mol/L；
S2、将上述矿化液由矿化液入口6以2L/min的速率泵入到气液混合器3的气液混合仓5内，气液混合仓5的长为50cm，直径为10cm；火电厂脱硫脱硝后烟气(气速560L/min，入口温度55℃，CO2体积分数12％)经气体冷却盘管11换热后控温至40℃左右，经进气管进入曝气头8(外径20mm，长7cm，孔隙精度1mm)后被分散成细小气泡，并与矿化液在气液混合仓5内错流接触，得到气液混合液；
S3、气液混合液进入到多管束盘管4(内径1cm)中，多管束盘管4内均匀分布80根细小管束9(外径1mm，壁厚0.1mm)，在多管束盘管4中，矿化液中的CaCl2-NH3·H2O与CO2发生反应，生成碳酸钙固体并重新得到氯化铵；
S4、多管束盘管4末端出口排出的气液固三相混合浆液进入瓶型导流筒2(下部圆筒直径D＝15cm，D:L:d＝3:1:1.5)的底部圆筒内，气液固三相混合浆液在瓶型导流筒2的作用下，以及烟气中未反应完全的CO2及其惰性组分的带动下，液体可实现缓慢环流，生成的固体在随液体上升一段距离后沉降至反应器本体1的底部，经分离、干燥，得到碳酸钙产品，未反应完全的含CO2烟气在反应器本体1内进一步反应后气液分离离开反应体系；
S5、所生成的氯化铵溶液溢流出反应器本体1并用于电石渣的浸取。
经测试，本实施例所制备得到的碳酸钙产品的粒径分布为D10＝0.954μm，D50＝2.463μm，D90＝5.718μm，碳酸钙含量98.2％，白度95.4，沉降体积2.6mL/g，各指标满足造纸、橡胶、涂料、塑料行业标准(其基本性能参考行标HG/T2226-2019普通工业沉淀碳酸钙测定)。
经进出口CO2在线检测仪及气体流量计，计算得到CO2的去除率为97.5％(1-出口CO2体积分数*出口气速/(入口CO2体积分数*入口气速))。
实施例3
S1、电石渣原料同实施例2，不同之处在于采用连续操作进行年处理1000t二氧化碳的中试研究，电石渣原料以243kg/h的速率与速率为2337kg/h、质量分数为14％的氯化铵溶液混合，经一、二级沉降、粗滤、精滤后，得到CaCl2-NH3·H2O体系的矿化液，测得钙离子浓度为1.4mol/L；
S2、将上述矿化液由矿化液入口6以2m3/h泵入到气液混合器3的气液混合仓5内，气液混合仓5的长为1m，直径为20cm；火电厂脱硫脱硝后烟气(气速508m3/h，入口温度64℃，CO2体积分数12％)经气体冷却盘管11换热后控温至40℃左右，经进气管进入曝气头8(外径60mm，长17cm，孔隙精度3mm)后被分散成细小气泡，并与矿化液在气液混合仓5内错流接触，得到气液混合液；
S3、气液混合液进入到与多管束盘管4(内径10cm)中，盘管内均匀分布900根细小管束9(外径3mm，壁厚0.1mm)，在多管束盘管4中，矿化液中的CaCl2-NH3·H2O与CO2发生反应，生成碳酸钙固体并重新得到氯化铵；
S4、多管束盘管4末端出口排出的气液固三相混合浆液进入瓶型导流筒2(下部圆筒直径D＝80cm，D:L:d＝3:1:1.5)的底部圆筒内，具备锥形底部的反应器本体1内径为1m，高5米，气液固三相混合浆液在瓶型导流筒2的作用下，以及烟气中未反应完全的CO2及其惰性组分的带动下，液体可实现缓慢环流，生成的固体在随液体上升一段距离后沉降至反应器本体1的底部，经分离、干燥，得到碳酸钙产品，未反应完全的含CO2烟气在反应器本体1内进一步反应后气液分离离开反应体系；
S5、所生成的氯化铵溶液溢流出反应器本体1并用于电石渣的浸取。
本实施例所制备得到碳酸钙产品的粒径分布如图5所示，由图可知，碳酸该的粒径分别为D10＝1.001μm，D50＝4.581μm，D90＝9.778μm。其基本性能参数如表1所示，由表1可知，碳酸钙含量99.4％，白度96，沉降体积2.7mL/g，各指标满足造纸、橡胶、涂料、塑料行业标准。
经进出口CO2在线检测仪及气体流量计，计算得到CO2的单循环去除率为98.6％(1-出口CO2体积分数*出口气速/(入口CO2体积分数*入口气速))。
表1实施例3所得碳酸钙性能参数
综上，本发明的制备装置在气液混合器、多管束盘管、反应器本体和瓶型导流筒的共同作用下，无需加入分散剂、晶型控制剂等助剂，即可制备得到粒径均一的微米碳酸钙。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种粒径可控微米碳酸钙的制备装置，其特征在于，包括反应器本体(1)、瓶型导流筒(2)、气液混合器(3)和多管束盘管(4)，
其中，所述瓶型导流筒(2)同轴设置在所述反应器本体(1)的内部，所述多管束盘管(4)环绕设置在所述反应器本体(1)的内侧壁，并位于靠近所述瓶型导流筒(2)顶部的位置，所述气液混合器(3)设置在所述反应器本体(1)的外侧，且所述气液混合器(3)的出口端与所述多管束盘管(4)的入口端连通，所述多管束盘管(4)的出口端位于所述瓶型导流筒(2)的底部。
2.根据权利要求1所述的粒径可控微米碳酸钙的制备装置，其特征在于，所述气液混合器(3)包括气液混合仓(5)，所述气液混合仓(5)上开设有矿化液入口(6)、烟气入口(7)和气液混合液出口，所述矿化液入口(6)与所述烟气入口(7)垂直设置，且所述烟气入口(7)处的进气管末端设置有曝气头(8)；
所述多管束盘管(4)的入口端与所述气液混合液出口连通。
3.根据权利要求2所述的粒径可控微米碳酸钙的制备装置，其特征在于，所述多管束盘管(4)的内部均匀分布有多个细小管束(9)，且所述多管束盘管(4)的入口端通过管束分布塞(10)与所述气液混合液出口连通。
4.根据权利要求2所述的粒径可控微米碳酸钙的制备装置，其特征在于，所述反应器本体(1)的内部还设置有气体冷却盘管(11)，所述气体冷却盘管(11)的一端与CO2气体进气端(18)连通，另一端与所述烟气入口(7)连通。
5.根据权利要求1所述的粒径可控微米碳酸钙的制备装置，其特征在于，所述反应器本体(1)的外侧环绕设置有控温夹套(12)。
6.根据权利要求1所述的粒径可控微米碳酸钙的制备装置，其特征在于，所述瓶型导流筒(2)的底部圆筒直径D、中部宽度L与顶部圆筒直径d的比值为(2-4)：1：(1.5-3)。
7.根据权利要求1所述的粒径可控微米碳酸钙的制备装置，其特征在于，所述多管束盘管(4)的外径φ、所述瓶型导流筒(2)的底部圆筒直径D和所述反应器本体(1)的内径Ω的比值为1：(6-24)：(10-30)。
8.根据权利要求1所述的粒径可控微米碳酸钙的制备装置，其特征在于，所述反应器本体(1)的顶部和底部分别开设有气体出口(13)和卸料口(14)，所述反应器本体(1)的侧壁上方还开设有清液出口(15)；
所述反应器本体(1)上还设置有温控器、pH计、CO2在线检测仪和气体流量计。
9.使用权利要求1-8任一项所述粒径可控微米碳酸钙的制备装置制备微米碳酸钙的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将电石渣和氯化铵溶液混合后经固液分离，得到CaCl2-NH3·H2O体系的矿化液；
S2、含CO2烟气换热后通过曝气头(8)分散成细小气泡与矿化液在气液混合器(3)内错流接触，得到气液混合液；
S3、气液混合液进入多管束盘管(4)中，在多管束盘管(4)中矿化液中的CaCl2-NH3·H2O与CO2发生反应，得到碳酸钙固体和氯化铵溶液；
S4、多管束盘管(4)末端出口排出的气液固三相混合浆液进入瓶型导流筒(2)，烟气中未反应完全的CO2及其惰性组分带动液体实现环流，生成的碳酸钙固体沉降至反应器本体(1)底部，经分离、干燥，得到微米碳酸钙产品，未反应完全的含CO2烟气经气液分离后排出反应体系；
S5、所生成的氯化铵溶液溢流出反应器本体(1)并用于电石渣的浸取，完成整个循环。
10.根据权利要求9所述的制备微米碳酸钙的方法，其特征在于，步骤S1中，CaCl2-NH3·H2O体系的矿化液中钙离子的浓度控制在1-2mol/L；
步骤S2中，含CO2烟气中CO2的体积分数为5-40％，含CO2烟气换热后的温度控制在45℃以下；
步骤S4中，所述瓶型导流筒(2)底部圆筒内气体的表观流速为0.2-0.5cm/s。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311568640.8A CN117482885A (zh) | 2023-11-22 | 2023-11-22 | 一种粒径可控微米碳酸钙的制备装置及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311568640.8A CN117482885A (zh) | 2023-11-22 | 2023-11-22 | 一种粒径可控微米碳酸钙的制备装置及方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117482885A true CN117482885A (zh) | 2024-02-02 |
Family
ID=89670716
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311568640.8A Pending CN117482885A (zh) | 2023-11-22 | 2023-11-22 | 一种粒径可控微米碳酸钙的制备装置及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117482885A (zh) |
-
2023
- 2023-11-22 CN CN202311568640.8A patent/CN117482885A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102849771B (zh) | 一种连续碳化反应装置及应用其制备超细碳酸钙的方法 | |
| CN102897815B (zh) | 一种纳米碳酸钙碳酸化反应釜 | |
| US20090028774A1 (en) | Carbonator and method for making calcium carbonate | |
| JPS6114119A (ja) | ケイ酸ナトリウム溶液の連続的な熱水製法およびその装置 | |
| CN102295306A (zh) | 一种连续合成碳酸钙的碳化器及碳酸钙的生产方法 | |
| CN106745108B (zh) | 一种粒度可控氢氧化镁反应结晶装置及工艺 | |
| CN106861582B (zh) | 高温液态硝酸盐的净化及性能强化熔盐罐 | |
| CN108689475B (zh) | 芬顿氧化折流式反应器及有机废水处理方法 | |
| CN1528732A (zh) | 一种生产对苯二甲酸用的鼓泡塔氧化反应装置 | |
| CN117482885A (zh) | 一种粒径可控微米碳酸钙的制备装置及方法 | |
| Aranowski et al. | Spinning Fluids Reactor: A new design of a gas–liquid contactor | |
| CN110330046A (zh) | 以碳酸钡为原料通过微反应器制备纳米硫酸钡的工艺 | |
| CN211070033U (zh) | 一种用于超细颗粒磷酸钙盐生产的撞击流反应器 | |
| CN111068592B (zh) | 具有多级穿孔结构分布板的浆态床反应器 | |
| CN110627100B (zh) | 液相为连续相的碳化法生产微米级碳酸钙的二级串联方法 | |
| SE419212B (sv) | Forfarande vid framstellning av en aluminiumsulfatlosning | |
| GB2034294A (en) | Process for Producing Sodium Bicarbonate | |
| CN101456596B (zh) | 适用于二氧化硫气体浸出软锰矿的反应器 | |
| CN201343450Y (zh) | 二氧化硫气体浸出软锰矿制取硫酸锰溶液的专用反应器 | |
| CN1463789A (zh) | 撞击流反应－沉淀法制超细粉体 | |
| CN214422396U (zh) | 一种多相超重力微反应废水处理装置 | |
| JP5162960B2 (ja) | イソフタル酸原スラリーの分散媒置換方法 | |
| CN220803160U (zh) | 一种4-氯丁酸甲酯的生产装置 | |
| CN215102009U (zh) | 一种提纯器 | |
| CN111569799B (zh) | Px生产pta的外置微界面机组强化反应系统及工艺 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |