CN217962543U - 一种用于制备单分散纺锤体沉淀碳酸钙的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于制备单分散纺锤体沉淀碳酸钙的装置，包括反应罐、过碳酸化罐、乳化泵、液‑液文丘里管；所述反应罐内中部设有石灰消化罐；所述石灰消化罐将反应罐内部隔成石灰消化区和晶种碳化区；所述石灰消化罐顶部设有进水口、进料口Ⅰ，底部设有排渣口，上部侧壁上设有出料管；所述晶种碳化区底部设有进气口Ⅰ、排料口Ⅰ；所述乳化泵设有进料口Ⅱ、出料口Ⅱ；所述进料口Ⅱ与排料口Ⅰ连接；所述液‑液文丘里管上设有进料口Ⅲ、进料口Ⅳ、出料口Ⅲ，所述进料口Ⅲ与出料口Ⅱ连接。本实用新型结构简单，安装便利，同时很好的解决了单分散纺锤形沉淀碳酸钙连续生产问题，特别适合工业自动化控制生产，具有良好的经济和社会效益。

Description

一种用于制备单分散纺锤体沉淀碳酸钙的装置

技术领域

本实用新型涉及碳酸钙生产设备技术领域，具体涉及一种用于制备单分散纺锤体沉淀碳酸钙的装置。

背景技术

沉淀碳酸钙是一种重要的无机化工粉体材料，其具有价格低、原材料广、无毒无害等优点，通常被应用于塑料、橡胶、涂料、油墨、造纸等领域。根据晶体结构不同，沉淀碳酸钙可分为方解石、文石及球霰石；以形貌特征区分，沉淀碳酸钙的形貌有纺锤形、针状、立方状、米粒状、片状、棒状及各类团簇状等。在工业应用中，沉淀碳酸钙以纺锤形应用最广泛，纺锤形碳酸钙具有易分散、加工性能好和半补强等特点。纺锤形沉淀碳酸钙长期在橡胶、塑料以及其他聚合物加工等作为填料使用。此外，纺锤形碳酸钙还应用于纸张填充和涂布。作为纸张涂覆颜料或卷烟纸等高档纸品的填料时，对纺锤形沉淀碳酸钙分散性要求又极高，分散性差的碳酸钙在纸张涂覆或卷烟纸填充中，会形成团聚体，且在研磨的条件下不易分散，从而造成纸张表面粗糙，强度降低甚至出现孔洞等问题。

中国专利CN108083312A公开了一种碳化反应器及制备小粒径、高分散性、低吸油值纳米碳酸钙的方法，该反应器由液膜成核器和晶体生长器组成；主要制备工艺是将Ca(OH)₂精浆调制成质量浓度为6％～8％，冷冻到7～10℃，之后通入液膜成核器中与纯的CO₂气体反应至浆料pH＝9～11时，陈化8～12h。再泵入晶型生长器中，与体积浓度为55％～65％的CO₂气体在晶型增长剂的作用下反应至pH＝7～9时结束反应，之后将浆液送入超细磨行研磨，再进行脱水、干燥、粉碎、分级后制备出相应的纳米碳酸钙。该方法采用低温、高浓CO₂进行反应，能制备较小粒径的纳米碳酸钙，工艺中，还对纳米碳酸钙进行研磨，解决了纳米碳酸钙的团聚问题。但是该实用新型存在冷冻温度低、陈化时间长、使用高浓度CO₂及采用研磨工艺，能耗高，不利于工业化生产。

中国专利CN110484023A公开了一种高分散纳米碳酸钙制备设备及制备方法，该制备设备由反应釜、干燥器、泥浆泵、控制器组成；具备的制备纳米碳酸钙的方法是将CaO投入反应釜上部的搅拌桶中，与75℃的水按灰水比＝1:5进行反应，制备Ca(OH)₂，之后冷却至室温，并在室温的条件下陈化24h。在往搅拌桶中注入85℃的去离子水，搅拌0.5h后过筛到反应器下部份的离心滚筒中，与CO₂:N₂＝1:1.8的混合气体反应，在离心电机带动下，搅拌混合物至pH＝7时停止反应。之后往混合物中加入催化剂进行活化1h，活化结束后再往离心桶通入无水乙醇，分别以5000r/min、8000r/min、10000r/min的转速进行分离，并抽取上清液，制备出碳酸钙和乙醇混合物。之后通过泥浆泵将混合物抽到干燥器中进行干燥和碾碎，即得所需的高分散纳米碳酸钙。该设备将消化、碳化、干燥等工艺做成撬块式设备，有效的节省了生产所需的场地，也能满足高分散纳米碳酸钙的生产，但是该实用新型使用了去离子水、无水乙醇等工业品，同时采用了高速离心滚筒，整个工艺复杂，生产成本高，条件较为苛刻，不适合扩大生产。

中国专利CN207769765U公开了一种高分散纳米级轻质碳酸钙反应釜，该设备包含有釜体、电动机及搅拌装置构，釜体底壁下凹成圆弧状，外壁均匀覆盖电热丝，搅拌底部设置有硅胶刮刀，反应过程通过硅胶刮刀和搅拌的作用下，将沉淀与反应釜内壁的沉淀物刮除，并通过对沉淀物加热实现高分散式的混合。设备能用于制备轻质碳酸钙，但仅使用高速搅拌及加热的方式，难以实现高分散的混合，同时由于硅胶比较软，高速搅拌下，硅胶会受力变形，难以与反应釜内壁贴合，还有可能形成湍流，不利于纳米级轻质碳酸钙的生产。

实用新型内容

本实用新型目的在于提供一种用于制备单分散纺锤体沉淀碳酸钙的装置，该装置为一种撬装式设备，结构简单，安装便利，能够很好的解决单分散纺锤形沉淀碳酸钙连续生产问题，特别适合工业自动化控制生产，具有良好的经济和社会效益。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种用于制备单分散纺锤体沉淀碳酸钙的装置，包括反应罐、过碳酸化罐、乳化泵、液-液文丘里管；所述反应罐、过碳酸化罐均为立式；反应罐内中部设有石灰消化罐；所述石灰消化罐将反应罐内部隔成石灰消化区和晶种碳化区，其中，石灰消化罐内部为石灰消化区，石灰消化罐外壁与反应罐内壁之间的空腔为晶种碳化区；所述石灰消化罐顶部设有进水口、进料口Ⅰ，底部设有排渣口，上部侧壁上设有出料管，所述出料管的出料口Ⅰ设于石灰消化罐侧壁上，管身伸入石灰消化罐内，并向下延伸至石灰消化罐中部；所述晶种碳化区底部设有进气口Ⅰ、排料口Ⅰ；

所述乳化泵设有进料口Ⅱ、出料口Ⅱ；所述进料口Ⅱ与排料口Ⅰ连接；所述液-液文丘里管设有进料口Ⅲ、进料口Ⅳ、出料口Ⅲ，所述进料口Ⅲ与出料口Ⅱ连接，出料口Ⅲ与过碳酸化罐连接。

进一步，还包括搅拌机Ⅰ、搅拌机Ⅱ，所述搅拌机Ⅰ、搅拌机Ⅱ分别设于反应罐顶部，位于石灰消化罐左右两侧，搅拌机Ⅰ、搅拌机Ⅱ的搅拌桨分别位于石灰消化罐左右两侧的晶种碳化区内。

进一步，还包括导流隔板，所述导流隔板水平设于反应罐内上部，位于出料口Ⅰ下方，并错开石灰消化罐覆盖在晶种碳酸化区上；导流隔板上设有进料口Ⅴ。

进一步，还包括电导率传感器，所述电导率传感器设于反应罐下部侧壁上，其传感触头位于晶种碳化区内。

进一步，还包括刮板机，所述刮板机包括机架、电机、刮板传送机构；所述机架倾斜设置，其下端位于排渣口下方；所述电机、刮板传送机构设于机架上，电机与刮板传送机构的传动轴连接，驱动刮板传送机构从下向上传送。

进一步，所述过碳酸化罐内设有进料管、螺旋雾化器；所述进料管水平设于过碳酸化罐内上部，其左端与出料口Ⅲ连接；所述螺旋雾化器间隔设于进料管上；过碳酸化罐底部设有进气口Ⅱ，下部侧壁上设有排料管，所述排料管的排料口Ⅱ设于过碳酸化罐侧壁上，管身伸入过碳酸化罐内，并向下延伸至过碳酸化罐底部。

进一步，还包括搅拌机Ⅲ，所述搅拌机Ⅲ设于过碳酸化罐顶部，其搅拌桨位于过碳酸化罐内。

进一步，还包括电导率传感器Ⅱ，所述电导率传感器设于过碳酸化罐下部侧壁上，其传感触头位于过碳酸化罐内。

进一步，还包括安装底座，所述反应罐、过碳酸化罐、乳化泵、刮板机均设于安装底座上。

本实用新型的工作原理为：

本实用新型与现有技术相比的有益效果：

1.本实用新型合理的设计了一种撬装式设备，结构简单，安装便利，同时很好的解决了单分散纺锤形沉淀碳酸钙连续生产问题，特别适合工业自动化控制生产，具有良好的经济和社会效益。

2.本实用新型科学合理的将消化部分与晶种碳酸化部分相结合，利用高温消化，提高Ca(OH)₂浆液活性，而消化产生的热量会提高晶种碳酸化时的温度；温度越高，氢氧化钙和CO₂在水的溶解度越低，碳酸化过程形成的碳酸钙颗粒规整度越好，团聚越少。且该装置无需额外加热，有效的节约了能源的消耗。

3.本实用新型适用于复分解法制备碳酸钙。由于碳酸盐与氢氧化钙直接反应，极易产出团聚，晶型也不可控，本实用新型合理的设置了晶种碳化区，在复分解反应前，将晶种均匀分散在浆液中，诱导复分解合成的碳酸钙在碳酸钙晶种周围生长，形成与晶种形貌一致的碳酸钙。

4.由于复分解反应速度快，合成过程有可能存在碳酸钙包覆氢氧化钙的情况，本实用新型采用了螺旋雾化器，对碳酸钙混合液进行雾化打散，同时在过碳酸化罐中充满CO₂，使之进一步反应，减少氢氧化钙的含量，解决最终产品pH偏高问题。

5.本实用新型还在过碳酸化罐底部增加了电导率传感器控制液体的pH，将整个过酸碳化得到浆液pH控制在7.0～7.3之间，使溶解在水中的二氧化碳与部分碳酸钙反应生成溶解度更高的碳酸氢钙，以达到减少小颗粒碳酸钙、缩小碳酸钙粒径及使碳酸钙晶型更加规整目的。

附图说明

图1是本实用新型用于制备单分散纺锤体沉淀碳酸钙的装置的结构示意图；

图中各序号及名称如下：

1-反应罐；2-过碳酸化罐；3-乳化泵；4-液-液文丘里管；5-安装底座；

110-刮板机；111-机架；112-电机；113-刮板传送机构；114-传动轴；

120-晶种碳化区；121-搅拌机Ⅰ；122-搅拌机Ⅱ；123-导流隔板；124-进料口Ⅴ；125-电导率传感器Ⅰ；126-排料口Ⅰ；127-进气口Ⅰ；

130-石灰消化罐；131-进水口；132-进料口Ⅰ；133-出料管；134-排渣口；135-出料口Ⅰ；

21-进料管；22-螺旋雾化器；23-进气口Ⅱ；24-排料管；25-排料口Ⅱ；26-搅拌器Ⅲ；27-电导率传感器Ⅱ；

31-进料口Ⅱ；32-出料口Ⅱ；

41-进料口Ⅲ；42-进料口Ⅳ；43-出料口Ⅲ。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本实用新型的保护范围并不受具体实施方式的限制。需要理解的是，本实用新型的以下实施方式中所提及的“上”、“下”、“后”、“前”、“左”、“右”方向皆以结构主视图为基准。这些用来限制方向的词语仅仅是为了便于说明，并不代表对本实用新型具体技术方案的限制。除非特别说明，附图标记中相同的标号所代表的为同一种结构。

实施例1

一种用于制备单分散纺锤体沉淀碳酸钙的装置，如图1所示，包括反应罐1、过碳酸化罐2、乳化泵3、液-液文丘里管4；所述反应罐1、过碳酸化罐2均为立式；反应罐1内中部设有石灰消化罐130；所述石灰消化罐130将反应罐1内部隔成石灰消化区和晶种碳化区120，其中，石灰消化罐130内部为石灰消化区，石灰消化罐130外壁与反应罐1内壁之间的空腔为晶种碳化区120；所述石灰消化罐130顶部设有进水口131、进料口Ⅰ132，底部设有排渣口134，上部侧壁上设有出料管133，所述出料管133的出料口Ⅰ135设于石灰消化罐130侧壁上，管身伸入石灰消化罐130内，并向下延伸至石灰消化罐130中部；所述晶种碳化区120底部设有进气口Ⅰ127、排料口Ⅰ126；

所述乳化泵3设有进料口Ⅱ31、出料口Ⅱ32；所述进料口Ⅱ31与排料口Ⅰ126连接；所述液-液文丘里管4设有进料口Ⅲ41、进料口Ⅳ42、出料口Ⅲ43，所述进料口Ⅲ41与出料口Ⅱ32连接，出料口Ⅲ43与过碳酸化罐2连接。

还包括搅拌机Ⅰ121、搅拌机Ⅱ122，所述搅拌机Ⅰ121、搅拌机Ⅱ122分别设于反应罐1顶部，位于石灰消化罐130左右两侧，搅拌机Ⅰ121、搅拌机Ⅱ122的搅拌桨分别位于石灰消化罐130左右两侧的晶种碳化区120内。

还包括导流隔板123，所述导流隔板123水平设于反应罐1内上部，位于出料口Ⅰ135下方，并错开石灰消化罐130覆盖在晶种碳酸化区上；导流隔板123上设有进料口Ⅴ124。

还包括电导率传感器Ⅰ125，所述电导率传感器Ⅰ125设于反应罐1下部侧壁上，其传感触头位于晶种碳化区120内。

还包括刮板机110，所述刮板机110包括机架111、电机112、刮板传送机构113；所述机架111倾斜设置，其下端位于排渣口134下方；所述电机112、刮板传送机构113设于机架111上，电机112与刮板111传送机构的传动轴114连接，驱动刮板传送机构113从下向上传送。

所述过碳酸化罐2内设有进料管21、螺旋雾化器22；所述进料管21水平设于过碳酸化罐2内上部，其左端与出料口Ⅲ43连接；所述螺旋雾化器22间隔设于进料管21上；过碳酸化罐2底部设有进气口Ⅱ23；下部侧壁上设有排料管24，所述排料管24的排料口Ⅱ25设于过碳酸化罐2侧壁上，管身伸入过碳酸化罐2内，并向下延伸至过碳酸化罐2底部。

还包括搅拌机Ⅲ26，所述搅拌机Ⅲ26设于过碳酸化罐2顶部，其搅拌桨位于过碳酸化罐2内。

还包括电导率传感器Ⅱ29，所述电导率传感器125设于过碳酸化罐2下部侧壁上，其传感触头位于过碳酸化罐2内。

还包括安装底座5，所述反应罐1、过碳酸化罐2、乳化泵3、刮板机110均设于安装底座5上。

本实用新型的使用方法为：

A、将生石灰从进料口Ⅰ132加入，消化水(添加晶型控制剂)从进水口131加入，在石灰消化罐130内进行消化反应，消化温度控制在90℃以上，制备出高温Ca(OH)₂浆液；同时，开启刮板机110，将未完全消化的石灰及未烧透的石灰石排走；

B、关闭排料口Ⅰ126和进气口Ⅰ127，待Ca(OH)₂浆液到达出料口Ⅰ135时，自流到晶种碳化区120上方的导流隔板123上，再汇流到进料口Ⅴ124，进入晶种碳化区120，同时开启进气口Ⅰ127阀门，通入含CO₂的混合气，使混合气中的CO₂与浆液中的Ca(OH)₂反应；当液面到达搅拌装置Ⅰ121的第一层搅拌桨时，开启搅拌装置Ⅰ121、搅拌机Ⅱ122进行搅拌；通过电导率传感器Ⅰ125监控晶种碳化区120内电导率；在搅拌装置Ⅰ121、搅拌机Ⅱ122的作用下，通过控制CO₂流量、石灰加入量、水加入量，来控制浆液电导率，制备含碳酸钙晶种的Ca(OH)₂混合浆液；

C、关闭进气口Ⅱ23和排料口Ⅱ25，向过碳酸化罐2加入自来水，待水没过搅拌器Ⅲ26的搅拌桨时，开启过搅拌器Ⅲ26进行搅拌，并打开进气口Ⅱ23，向过碳酸化罐2通入含CO₂的混合气，待过碳酸化罐2内充满CO₂，并有部分CO₂溶于水中时，打开排料口Ⅰ126并开启乳化泵3，将步骤B得到的混合浆液进行乳化分散，然后输送到液-液文丘里管4中，与碳酸盐溶液进行复分解反应，制备出单分散纺锤型沉淀碳酸钙浆液；

D、步骤C得到的碳酸钙浆液进入进料管21，在螺旋雾化器22的作用下，均匀分布在过碳酸化罐2中，与过碳酸化罐2内的CO₂进行二次反应，将步骤C反应过程被包覆的及未能完全反应的Ca(OH)₂进行反应完全，生成碳酸钙；碳酸钙沉降到过碳酸化罐2的水中时，通过电导率传感器Ⅱ27监控过碳酸化罐2内电导率；在搅拌器Ⅲ26的作用下，通过控制CO₂的流量，将浆液的pH维持在6.7±0.3之间，提高浆液中纺锤体沉淀碳酸钙的分散性。

以上所述的实施例仅是对本实用新型的优选方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种用于制备单分散纺锤体沉淀碳酸钙的装置，包括反应罐(1)、过碳酸化罐(2)、乳化泵(3)、液-液文丘里管(4)，其特征在于：所述反应罐(1)、过碳酸化罐(2)均为立式；反应罐(1)内中部设有石灰消化罐(130)；所述石灰消化罐(130)将反应罐(1)内部隔成石灰消化区和晶种碳化区(120)，其中，石灰消化罐(130)内部为石灰消化区，石灰消化罐(130)外壁与反应罐(1)内壁之间的空腔为晶种碳化区(120)；所述石灰消化罐(130)顶部设有进水口(131)、进料口Ⅰ(132)，底部设有排渣口(134)，上部侧壁上设有出料管(133)，所述出料管(133)的出料口Ⅰ(135)设于石灰消化罐(130)侧壁上，管身伸入石灰消化罐(130)内，并向下延伸至石灰消化罐(130)中部；所述晶种碳化区(120)底部设有进气口Ⅰ(127)、排料口Ⅰ(126)；

所述乳化泵(3)设有进料口Ⅱ(31)、出料口Ⅱ(32)；所述进料口Ⅱ(31)与排料口Ⅰ(126)连接；所述液-液文丘里管(4)设有进料口Ⅲ(41)、进料口Ⅳ(42)、出料口Ⅲ(43)，所述进料口Ⅲ(41)与出料口Ⅱ(32)连接，出料口Ⅲ(43)与过碳酸化罐(2)连接。

2.根据权利要求1所述的用于制备单分散纺锤体沉淀碳酸钙的装置，其特征在于：还包括搅拌机Ⅰ(121)、搅拌机Ⅱ(122)，所述搅拌机Ⅰ(121)、搅拌机Ⅱ(122)分别设于反应罐(1)顶部，位于石灰消化罐(130)左右两侧，搅拌机Ⅰ(121)、搅拌机Ⅱ(122)的搅拌桨分别位于石灰消化罐(130)左右两侧的晶种碳化区(120) 内。

3.根据权利要求1所述的用于制备单分散纺锤体沉淀碳酸钙的装置，其特征在于：还包括导流隔板(123)，所述导流隔板(123)水平设于反应罐(1)内上部，位于出料口Ⅰ(135)下方，并错开石灰消化罐(130)覆盖在晶种碳酸化区上；导流隔板(123)上设有进料口Ⅴ(124)。

4.根据权利要求1所述的用于制备单分散纺锤体沉淀碳酸钙的装置，其特征在于：还包括电导率传感器Ⅰ(125)，所述电导率传感器Ⅰ(125)设于反应罐(1)下部侧壁上，其传感触头位于晶种碳化区(120)内。

5.根据权利要求1所述的用于制备单分散纺锤体沉淀碳酸钙的装置，其特征在于：还包括刮板机(110)，所述刮板机(110)倾斜设置，其下端位于排渣口(134)下方。

6.根据权利要求1所述的用于制备单分散纺锤体沉淀碳酸钙的装置，其特征在于：所述过碳酸化罐(2)内设有进料管(21)、螺旋雾化器(22)；所述进料管(21)水平设于过碳酸化罐(2)内上部，其左端与出料口Ⅲ(43)连接；所述螺旋雾化器(22)间隔设于进料管(21)上；过碳酸化罐(2)底部设有进气口Ⅱ(23)，下部侧壁上设有排料管(24)，所述排料管(24)的排料口Ⅱ(25)设于过碳酸化罐(2)侧壁上，管身伸入过碳酸化罐(2)内，并向下延伸至过碳酸化罐(2)底部。

7.根据权利要求6所述的用于制备单分散纺锤体沉淀碳酸钙的装置，其特征在于：还包括搅拌机Ⅲ(26)，所述搅拌机Ⅲ(26)设于过碳酸化罐(2)顶部，其搅拌桨位于过碳酸化罐(2)内。

8.根据权利要求6所述的用于制备单分散纺锤体沉淀碳酸钙的装置，其特征在于：还包括电导率传感器Ⅱ(27)，所述电导率传感器Ⅱ(27)设于过碳酸化罐(2)下部侧壁上，其传感触头位于过碳酸化罐(2)内。

9.根据权利要求5所述的用于制备单分散纺锤体沉淀碳酸钙的装置，其特征在于：还包括安装底座(5)，所述反应罐(1)、过碳酸化罐(2)、乳化泵(3)、刮板机(110)均设于安装底座(5)上。

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