CN203845831U - 多功能碳酸钙反应釜 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多功能碳酸钙反应釜，包括釜体，釜体的外壁上设置有半管夹套，釜体的内壁上设置有至少四个挡板，釜体内安装有乳化轴和搅拌轴，乳化轴套装在搅拌轴内，乳化轴的顶端连接有乳化驱动装置，乳化轴的底端安装有乳化机头，搅拌轴的顶端连接有搅拌驱动装置，搅拌轴上安装有搅拌桨叶，乳化轴与搅拌轴的底部连接有底端安装装置，釜体底部安装有气体分布器；乳化轴与搅拌轴同心设计，搅拌桨叶、乳化机头及气体分布器相互结合，有效的增大了气液接触面积，提高了反应速度；使粒子更均匀，分散性更好；本实用新型集配料、碳化、改性为一体的多功能反应釜不仅减少了原来三个反应釜中的输送，而且降低了热量的损失，降低了工人的劳动强度。

Description

多功能碳酸钙反应釜

技术领域

本实用新型涉及一种化工设备，尤其涉及一种碳酸钙反应釜。

背景技术

轻质碳酸钙(也称沉淀碳酸钙)采用石灰石煅烧、石灰消化、陈化、Ca(OH)₂碳化、改性、脱水、干燥、分级包装制取碳酸钙产品。该法通过控制Ca(OH)₂浓度、温度、反应温度和窑气浓度、窑气流量、搅拌线速度等，添加剂种类及数量等工艺条件，可制取不同晶形，不同粒径的碳酸钙产品。该反应属气—液—固三相反应，具有产品质量好，经济等特点，是目前国内外主要采用的制造碳酸钙的方法。目前碳化设备有间歇鼓泡式、搅拌鼓泡式、连续喷雾式、间歇超重力式、膜分散式等几种方法。

间歇鼓泡式碳化法：间歇鼓泡式碳化法是国内外较常用的生产方法，碳化塔为径高比为1：5～8，直径在1～2m的空塔，体积10～20m³，其中不带任何附属设施。该法是将净化后的氢氧化钙乳液降温到25℃以下，泵入碳化塔并保持一定液位，由塔底通入含有二氧化碳的窑气鼓泡进行碳化反应，通过控制反应温度、浓度、气液比、添加剂等工艺条件制备纳米碳酸钙。此法投资小、工艺过程及操作简单，但能耗较高，工艺条件难以控制，粒度分布较宽。

搅拌式碳化法：反应器为一般反应釜，碳化釜为径高比为1：2～5，直径在2～5m的搅拌反应釜，体积10～60m³，其中带桨叶式搅拌和气体分布器，带或不带挡板，该法为低温搅拌鼓泡釜式碳化，通过加入晶形控制剂制备不同晶体结构和不同粒径的碳酸钙。该法是将25℃以下的氢氧化钙乳液泵入碳化反应罐中，通入二氧化碳，在搅拌状态下，进行碳化反应，通过控制反应温度、浓度、搅拌速度、添加剂等工艺条件制备纳米碳酸钙。该法因搅拌气-液接触面积大，反应较均匀，产品粒径分布较窄等，已成为近几年纳米碳酸钙生产的主要方法。但对搅拌器的设计及研究不足，导致了很多企业的搅拌成为了摆设。

连续喷雾式碳化法：采用喷雾碳化塔，氢氧化钙乳液通过压力喷嘴喷成雾状与二氧化碳混合气体逆流接触，使氢氧化钙乳液为分散相，窑气为连续相，大大增加了气液接触表面，通过控制氢氧化钙乳液浓度、流量、液滴径、气液比等工艺条件，在常温下可制得粒径在40～80nm的碳酸钙。但投资大，喷嘴易堵塞，而且接触时间极短，二氧化碳利用率极低，成本极高。

超重力式碳化法：超重力反应器是一高速旋转的填料床，超重力碳化技术是指氢氧化钙乳液在超重力反应器中通过高速旋转的填料床时，获得较重力加速度大2～3个数量级的离心速度，在这种情况下，乳液被填料破碎成极小的液滴、液丝和极薄的液膜，极大地增加了气液接触面，强化了碳化速度；同时，由于乳液在旋转床中得到高度分散，限制了晶粒的长大，即使不添加晶形控制剂，也可制备出粒径为15～30nm的纳米级碳酸钙。工业化实验表明，超重力法技术和装置与传统的间歇鼓泡式、间歇搅拌式碳化法制备技术相比，具有设备体积小、生产效率高，产品质量稳定等特点，但设备投资高、单台设备生产能力小、二氧化碳利用率低是影响和制约其工业化生产的主要障碍，难以进行大规模的工业化生产。

膜分散微结构反应器制备纳米碳酸钙技术。在膜分散微结构反应器中，用孔径为几个微米或几十微米的膜材料作为分散介质，将待分散相通过压力压入到连续相中，待分散相通过微小膜孔道被流动的连续相剪切成微小粒径的气泡或液滴，进入连续相，实现微米尺度的相间混合，大大增强了传质表面积，使得传质通量得到很大程度的提高，促进反应的进行。但要大规模的工业化生产应用，还需解决一系列工业化生产中的问题，例如微孔易堵塞，清洗空难，二氧化碳利用率低等问题。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种循环能力强、气体吸收率高、加压成本低、可生产多种产品、可同时做配料碳化改性的多功能碳酸钙反应釜。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：多功能碳酸钙反应釜，包括釜体，所述釜体的外壁上设置有半管夹套，所述釜体的内壁上设置有至少四个挡板，所述釜体内安装有乳化轴和搅拌轴，所述搅拌轴套装所述乳化轴上，所述乳化轴的顶端连接有乳化驱动装置，所述乳化轴的底端安装有乳化机头，所述搅拌轴的顶端连接有搅拌驱动装置，所述搅拌轴上安装有搅拌桨叶，所述乳化轴与所述搅拌轴的底部连接有底端安装装置，所述釜体底部安装有气体分布器。

作为一种优选的技术方案，所述乳化驱动装置包括乳化驱动电机，所述乳化驱动电机的动力输出端连接有乳化驱动减速器，所述乳化驱动减速器的动力输出端与所述乳化轴连接。

作为一种优选的技术方案，所述搅拌驱动装置包括搅拌驱动电机，所述搅拌驱动电机的动力输出端连接有搅拌驱动减速器，所述搅拌驱动减速器的动力输出端与所述搅拌轴连接。

作为一种优选的技术方案，所述底端安装装置包括固定安装在所述乳化轴与所述搅拌轴底部的底轴承，所述底轴承与所述釜体内壁固定连接。

作为一种优选的技术方案，所述搅拌桨叶包括均布在所述搅拌轴上的消泡桨叶和螺旋桨叶，所述消泡桨叶位于所述螺旋桨叶的上方。

作为一种优选的技术方案，所述螺旋桨叶为两层，且每层螺旋桨叶包括相对设置在所述搅拌轴上的三个叶片

作为一种优选的技术方案，所述消泡桨叶包括安装在所述搅拌轴上且向两侧延伸的支撑横臂，所述支撑横臂上垂直安装有向下延伸的消泡齿。

作为一种优选的技术方案，所述釜体的高度是所述釜体直径的二至三倍。

作为一种优选的技术方案，所述挡板宽度为釜体直径1/12至1/10。

作为一种优选的技术方案，所述乳化机头为双向吸料式乳化机头，所述乳化机头的直径为釜体直径的1/5至1/3；所述乳化机头距离所述釜体底端的高度为所述釜体直径的1/4至1/3。

由于采用了上述技术方案，多功能碳酸钙反应釜，包括釜体，所述釜体的外壁上设置有半管夹套，所述釜体的内壁上设置有至少四个挡板，所述釜体内安装有乳化轴和搅拌轴，所述搅拌轴套装所述乳化轴上，所述乳化轴的顶端连接有乳化驱动装置，所述乳化轴的底端安装有乳化机头，所述搅拌轴的顶端连接有搅拌驱动装置，所述搅拌轴上安装有搅拌桨叶，所述乳化轴与所述搅拌轴的底部连接有底端安装装置，所述釜体底部安装有气体分布器；乳化轴与搅拌轴同心设计，搅拌桨叶、乳化机头及气体分布器相互结合，有效的增大了气液接触面积，提高了反应速度；使粒子更均匀，分散性更好；本实用新型集配料、碳化、改性为一体的多功能反应釜不仅减少了原来三个反应釜中的输送，而且降低了热量的损失，降低了工人的劳动强度。

附图说明

以下附图仅旨在于对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范围。其中：

图1是本实用新型实施例的结构示意图；

图中：1-釜体；2-半管夹套；3-挡板；41-乳化轴；42-乳化驱动电机；43-乳化机头；51-搅拌轴；52-搅拌驱动电机；53-螺旋桨叶；541-支撑横臂；542-消泡齿；6-气体分布器；7-底轴承。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，进一步阐述本实用新型。在下面的详细描述中，只通过说明的方式描述了本实用新型的某些示范性实施例。毋庸置疑，本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。

如图1所示，多功能碳酸钙反应釜，包括釜体1，所述釜体1的高度是所述釜体1直径的二至三倍，所述釜体1的外壁上设置有半管夹套2，所述釜体1的内壁上设置有至少两个挡板3，本实施例中所述釜体1的内壁上设置有四个挡板3，所述挡板3宽度为釜体1直径1/12至1/10，所述釜体1内安装有乳化轴41和搅拌轴51，所述搅拌轴51套装在所述乳化轴41上，所述乳化轴41的顶端连接有乳化驱动装置，所述乳化驱动装置包括乳化驱动电机42，本实施例中，乳化驱动电机42选用四级电机；所述乳化驱动电机42的动力输出端连接有乳化驱动减速器，所述乳化驱动减速器的动力输出端与所述乳化轴41连接；所述乳化轴41的底端安装有乳化机头43，所述乳化机头43为双向吸料式乳化机头43，所述乳化机头43的直径为釜体1直径的1/5至1/3；所述乳化机头43距离所述釜体1底端的高度为所述釜体1直径的1/4至1/3；所述搅拌轴51的顶端连接有搅拌驱动装置，所述搅拌驱动装置包括搅拌驱动电机52，本实施例中，搅拌驱动电机52选用四级电机；所述搅拌驱动电机52的动力输出端连接有搅拌驱动减速器，所述搅拌驱动减速器的动力输出端与所述搅拌轴51连接；所述搅拌轴51上安装有搅拌桨叶，所述搅拌桨叶包括均布在所述搅拌轴51上的消泡桨叶和螺旋桨叶53，所述消泡桨叶位于所述螺旋桨叶53的上方，所述消泡桨叶包括安装在所述搅拌轴51上且向两侧延伸的支撑横臂541，所述支撑横臂541上垂直安装有向下延伸的消泡齿542，所述螺旋桨叶53为两层，且每层螺旋桨叶53包括相对设置在所述搅拌轴51上的一对叶片；所述乳化轴41与所述搅拌轴51的底部连接有底端安装装置，所述底端安装装置包括固定安装在所述乳化轴41与所述搅拌轴51底部的底轴承7，所述底轴承7与所述釜体1内壁固定连接，底轴承7能够保证所述乳化轴41与所述搅拌轴51的工作稳定性，避免所述乳化轴41与所述搅拌轴51工作时晃动，延长其使用寿命；所述釜体1底部安装有气体分布器6。

本实用新型工作原理：将配制好的并加入一定助剂的Ca(OH)₂浆料泵入反应釜中做连续相，同时开启乳化电机和搅拌电机，用阀门控制净化加压后含CO₂的窑炉气，从底部的气体分布器6中进入反应釜，气体被气体分布器6分成多个细小的气束，乳化机头43上部及底部同时吸入气体及浆料，其高效、快速、均匀地将固相、气相进入到液相中，而在通常情况下这三个相是微溶的，当外部能量输入时，两种物料重组成为均一相。由于转子高速旋转所产生的高切线速度和高频机械效应带来的强劲动能，使物料在狭窄的间隙中受到强烈的机械及液力剪切、离心挤压、液层摩擦、撞击撕裂和湍流等综合作用，形成悬浮液。从而使微溶的固相、液相、气相在瞬间均匀精细的剪切分散乳化，经过高频的循环往复，在其内部快速反应并研磨后沿四周抛出，抛出的浆料在一部分气体的作用下向反应釜上部移动，而同时两层螺旋桨叶53推动浆料循环，将上部未反应的浆料推至反应釜底部，与气体一起被乳化机头43吸入反应，这样微观与宏观反复循环，直至反应结束。如产生了泡沫，则顶部的消泡桨叶的消泡齿542将泡沫消掉，这样不会造成泡沫漫罐。乳化电机和搅拌电机采用变频电机，做不同的产品，采用不同的转速。

本实用新型的突出特点和有益效果：

1、大容积多功能多合一反应釜(最大可做到200立方/个)增加了每批的数量，减少了批次，使质量更为稳定；

2、用低压罗茨风机供气，气体压力降低，基本与液体静压相等，增大了气液并流的时间，增加了气液接触面积，增大了气体的利用率，不仅提高了质量，与传统用压缩机相比还降低了气体加压的消耗；

3、集配料、碳化、改性为一体的多功能多合一反应釜不仅减少了原来三个反应釜中的输送，而且降低了热量的损失，降低了工人的劳动强度；

4、消泡桨、螺旋桨、类乳化机头43搅拌及气体分布装置，有效的增大了气液接触面积，提高了反应速度；使粒子更均匀，分散性更好。

下面结合示意图通过具体实例对本实用新型的应用做进一步说明：

实施例一：

1、反应釜设置100m³，径高比1：2，消泡桨叶直径2000mm，螺旋桨叶53直径1000mm，乳化机头43直径800mm；乳化机头43离底高度1000mm，四层搅拌间距为1200mm；

2、使用时，将石灰石煅烧生成CaO与CO₂；将CaO与干净热水反应生成Ca(OH)₂粗浆液；粗浆液经过旋振筛、多级悬液分离器等工序制成浆液陈化48小时后加入一定助剂研磨，研磨后的浆料配制成一定浓度后泵入本实用新型所述的反应釜中，将窑炉气经多级净化后，用低压罗茨风机加压(68kPa)通入多功能碳酸钙反应釜中，根据PH值的变化控制消泡桨叶与螺旋桨叶53转速为从200至100rpm变化、乳化机头43转速为1000至500rpm变化；根据PH值的变化，气液比从4：1至1：1变化；至PH计达到7时停止通气，反应结束；加入助剂搅拌30min；加入改性剂搅拌30min；

3、浆料经板框压滤机过滤；虑饼经静态与动态相结合二级热风干燥；燥后的产品经涡流磨解聚；解聚后的产品经自动包装机包装；

4、得到高分散纳米级碳酸钙成品，电镜平均粒径50～70nm，BET比表面积35m²/g，产品呈单分散状，吸油值25mlDOP/100g，用于胶粘剂制品中各项性能良好。

5、与传统碳化方式相比，反应速度提升了50％，粒径分布均匀，分散性更好，成本更低，操作更方便。

实施例二

1、反应釜设置80m³，径高比1：2.2，消泡桨叶直径2000mm，螺旋桨叶53直径1000mm，乳化机头43直径800mm；乳化机头43离底高度1000mm，四层搅拌间距为1200mm；

2、使用时，将石灰石煅烧生成CaO与CO₂；将CaO与干净热水反应生成Ca(OH)₂粗浆液；粗浆液经过旋振筛、多级悬液分离器等工序制成浆液陈化四小时后加入一定助剂研磨，研磨后的浆料配制成一定浓度后泵入多功能碳酸钙反应釜中，将窑炉气经多级净化后用低压罗茨风机加压(68kPa)通入多功能碳酸钙反应釜中，根据PH值的变化控制消泡桨叶与螺旋桨叶53转速为从200至100rpm变化、乳化机头43转速为800至500rpm变化；根据PH值的变化气液比从3：1至1：1变化；至PH计达到7时停止通气，反应结束；加入助剂搅拌30min；

3、浆料经板框压滤机过滤；虑饼加入一定分散剂用混合机混合；用塑料桶灌装；

4、得到高分散涂布级碳酸钙成品，晶体呈米粒状，长径1.2μm，短径0.3μm，BET比表面积15m²/g，产品呈单分散状，用于造纸涂布中各项性能良好。

5、与传统碳化方式相比，反应速度提升了50％，粒径分布均匀，分散性更好，成本更低，操作更方便。

实施例三

1、反应釜设置150m³，径高比1：2，消泡桨叶直径2400mm，螺旋桨叶53直径1200mm，乳化机头43直径900mm；乳化机头43离底高度1200mm，四层搅拌间距为1400mm；

2、使用时，将石灰石煅烧生成CaO与CO₂；将CaO与干净热水反应生成Ca(OH)₂粗浆液；粗浆液经过旋振筛、多级悬液分离器等工序制成浆液陈化48小时后配制成一定浓度的浆料泵入多功能碳酸钙反应釜中，将窑炉气经多级净化后用低压罗茨风机加压(68kPa)通入多功能碳酸钙反应釜中，根据PH值的变化控制消泡桨叶与螺旋桨叶53转速为从150至75rpm变化、乳化机头43转速为600至300rpm变化；根据PH值的变化气液比从2：1至1：1变化；至PH计达到7时停止通气，反应结束；加入改性剂搅拌30min；

3、改性后的浆料经板框压滤机过滤；虑饼经静态热风干燥；燥后的产品经涡流磨解聚；解聚后的产品经自动包装机包装；

4、得到高分散纳米级碳酸钙成品，电镜平均粒径80～100nm，BET比表面积25m²/g，产品呈单分散状，吸油值23mlDOP/100g，用于塑料制品中表面光洁度好，拉伸强度和断裂伸长率良好。

实施例四

1、反应釜设置60m³，径高比1：3，消泡桨叶直径1500mm，螺旋桨叶53直径900mm，乳化机头43直径700mm；乳化机头43离底高度700mm，四层搅拌间距为1700mm；

2、使用时，将石灰石煅烧生成CaO与CO₂；将CaO与干净热水反应生成Ca(OH)₂粗浆液；粗浆液经过旋振筛、多级悬液分离器等工序制成浆液陈化48小时后加入一定助剂研磨，研磨后的浆料配制成一定浓度后泵入多功能碳酸钙反应釜中，将窑炉气经多级净化后用低压罗茨风机加压(88kPa)通入多功能碳酸钙反应釜中，根据PH值的变化控制消泡桨叶与螺旋桨叶53转速为从200至100rpm变化、乳化机头43转速为1000至500rpm变化；根据PH值的变化气液比从4：1至2：1变化；至PH计达到7时停止通气，反应结束；加入助剂搅拌30min；加入改性剂搅拌30min；

3、改性后的浆料经板框压滤机过滤；虑饼经静态与动态相结合二级热风干燥；燥后的产品经涡流磨解聚；解聚后的产品经自动包装机包装；

4、得到高分散纳米级碳酸钙成品，电镜平均粒径30～50nm，BET比表面积45m²/g，产品呈单分散状，吸油值29mlDOP/100g，用于PVC溶胶中各项性能良好。

本实用新型的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本实用新型限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本实用新型的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本实用新型从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (10)

1.多功能碳酸钙反应釜，包括釜体，其特征在于：所述釜体的外壁上设置有半管夹套，所述釜体的内壁上设置有至少四个挡板，所述釜体内安装有乳化轴和搅拌轴，所述搅拌轴套装所述乳化轴上，所述乳化轴的顶端连接有乳化驱动装置，所述乳化轴的底端安装有乳化机头，所述搅拌轴的顶端连接有搅拌驱动装置，所述搅拌轴上安装有搅拌桨叶，所述乳化轴与所述搅拌轴的底部连接有底端安装装置，所述釜体底部安装有气体分布器。

2.如权利要求1所述的多功能碳酸钙反应釜，其特征在于：所述乳化驱动装置包括乳化驱动电机，所述乳化驱动电机的动力输出端连接有乳化驱动减速器，所述乳化驱动减速器的动力输出端与所述乳化轴连接。

3.如权利要求1所述的多功能碳酸钙反应釜，其特征在于：所述搅拌驱动装置包括搅拌驱动电机，所述搅拌驱动电机的动力输出端连接有搅拌驱动减速器，所述搅拌驱动减速器的动力输出端与所述搅拌轴连接。

4.如权利要求1所述的多功能碳酸钙反应釜，其特征在于：所述搅拌桨叶包括均布在所述搅拌轴上的消泡桨叶和螺旋桨叶，所述消泡桨叶位于所述螺旋桨叶的上方。

5.如权利要求4所述的多功能碳酸钙反应釜，其特征在于：所述螺旋桨叶为两层，且每层螺旋桨叶包括相对设置在所述搅拌轴上的三个叶片。

6.如权利要求4所述的多功能碳酸钙反应釜，其特征在于：所述消泡桨叶包括安装在所述搅拌轴上且向两侧延伸的支撑横臂，所述支撑横臂上垂直安装有向下延伸的消泡齿。

7.如权利要求1所述的多功能碳酸钙反应釜，其特征在于：所述底端安装装置包括固定安装在所述乳化轴与所述搅拌轴底部的底轴承，所述底轴承与所述釜体内壁固定连接。

8.如权利要求1所述的多功能碳酸钙反应釜，其特征在于：所述釜体的高度是所述釜体直径的二至三倍。

9.如权利要求1所述的多功能碳酸钙反应釜，其特征在于：所述挡板宽度为釜体直径1/12至1/10。

10.如权利要求1至9中任一权利要求所述的多功能碳酸钙反应釜，其特征在于：所述乳化机头为双向吸料式乳化机头，所述乳化机头的直径为釜体直径的1/5至1/3；所述乳化机头距离所述釜体底端的高度为所述釜体直径的1/4至1/3。