-21-目錄前言 -3-第一章設計背景 -4-1.1工業鹵水概述 -4-1.1.1工業鹵水的分類 -4-1.1.2工業鹵水處理意義 -4-1.1.3工業鹵水處理方法概述 -4-1.2輕質碳酸鈣的概述[4] -5-1.2.1輕質碳酸鈣在各個行業的應用 -6-1.2.2輕質碳酸鈣的生產方法 -7-1.3輕質碳酸鈣的作用與價值 -8-1.5鹵水除鈣生產輕質碳酸鈣課題研究的意義 -8-第二章鹵水除鈣生產輕質碳酸鈣的實驗 -9-2.1主要藥品及主要設備 -9-2.1.1主要藥品 -9-2.1.2主要設備 -9-2.2實驗原理 -9-2.3實驗過程 -9-2.3.1實驗前準備 -9-2.3.2實驗過程 -9-第三章鹵水凈化制輕質碳酸鈣 -13-3.1鹵水凈化制輕質碳酸鈣生產工藝設計流程 -13-3.2鹵水凈化制輕質碳酸鈣生產工藝設計圖 -13-3.3碳化釜的結構 153.3.1碳化釜結構圖 153.3.2碳化釜的主要組成部分 163.3.3使用時的注意事項 16第四章工藝計算 -17-4.1主要技術指標 -17-4.2物料衡算 -17-4.3物料衡算表 -18-第五章設計總結 -19-參考文獻 -21-

前言目前中國的鹵水凈化工藝主要有“兩堿法”和石灰-煙道氣法。后者工藝較復雜，一次性投資大，凈化時間長。但是，該方法凈化成本低，企業采用該方法后各種消耗指標都顯著降低。而且利用煙道氣為原料，減少了向大氣中排放CO2和SO2的數量，能回收一部分制鹽母液，在資源的充分利用和環境保護上都具有重要意義，成為制鹽行業降低生產成本、節能減排的重要措施之一[1-2]。然而，該工藝回收的輕質碳酸鈣（PCC）平均粒度達到50μm左右，相當于雙飛粉和三飛粉的粒度，這種粒度的PCC回收價值不高。在不影響鹵水凈化指標的前題下，探討提高回收PCC產品質量的工藝技術[3]。本次設計是由本人自身親自設計實驗編寫而成，涵蓋了理論于實踐，設計中的圖紙，還有實驗中遇到的問題都運用了所學的知識，在老師的幫助下得到了解決。第一章設計背景1.1工業鹵水概述工業鹵水(brine;bittern;brinewater)，俗稱為鹽鹵、苦鹵、鹵堿，是氯化物、硫酸鹽、可溶性碳酸鹽等鹽類的水溶液，由海水或鹽湖水經化學反應和物理方法制食鹽(NaCl)后，殘留于鹽池內的母液，主要成分有氯化鎂(MgCl2)、硫酸鈣(CaSO4)、氯化鈣(CaCl2)及氯化鈉(NaCl)等多種鹽類物質，味苦，有毒。1.1.1工業鹵水的分類工業鹵水從自然界中的鹽類含量大于5%的液態礦產提煉后用于化工用途。聚集于地表的稱表鹵水或湖鹵水。聚集于地面以下者稱地下鹵水。與石油聚集一起的稱石油鹵水。按地下鹵水賦存條件有孔隙鹵水、晶間鹵水、裂隙鹵水。按鹵水的水力性質可分為潛鹵水、承壓鹵水，按鹵水的水化學性質可分為氯化物型鹵水、硫酸鹽型鹵水、碳酸鹽型鹵水。鹵水根據其所含的主要離子，即CO32-、HCO-、SO42-、Cl-、Ca2+、Mg2+、Na+、K+的相對含量來確定其所屬類型。鹵水中還常含有少量其他元素，如硼、鋰、溴、鋇、鍶、碘等。1.1.2工業鹵水處理意義為了除去鹵水中有害雜質，提高生產強度，延長生產時間，進行綜合利用，制鹽生產中，凈化鹵水是極其重要的一環。其主要優點是提高產品質量。由于所有鹵水幾乎均含有雜質，某些雜質會嚴重污染產品，甚至毒害人體。如四川、湖北一帶所產鋇黃鹵，含氯化鋇高達2～4克／升。當蒸發過程中，析出食鹽時，氯化鋇隨母液一道附著于鹽粒上，干燥后，氯化鋇便析出混合于食鹽之中，成為鋇鹽。氯化鋇屬有毒物質，人食用后出現中毒癥，甚至造成死亡。1.1.3工業鹵水處理方法概述（1）氣體吹出法在天然鹵水，尤其黑鹵中，常含有硫化氫(H2s)，它是無色而有惡臭味的氣體，比重1．1906。硫化氫溶于水、乙醇和甘油，溶于水后生成氫硫酸。硫化氫在制鹽過程中將和鐵作用生成硫化鐵而污染產品，腐蝕設備，故硫化氫必須從鹵水中除去。國外采用氣體吹出法。荷蘭亨蓋羅鹽場，使鹵水流經20英尺寬(1英尺=O．3084米)，150英尺長，4英尺深的槽，槽中裝有擋板，鹵水沿槽迂回前進，空氣由鼓風機自下而上鼓入槽內擋板間鹵水中，形成分散小泡，將鹵水硫化氫帶出。此法可將大部分硫化氫除去，余下少量硫化氫則待鹵水流出充氣槽后加入氯氣，將硫化氫氧化為游離硫而在沉降槽中沉降。塔爐脫氣法也可將硫化氫除去。鹵水由塔頂噴淋而下，與上升的煙道氣逆流接觸，鹵水溫度逐漸上升，硫化氫在鹵水中的溶解度隨溫度的升高而降低，逸出的硫化氫則隨煙一起排出，如此循環數次，即可將硫化氫除去。（2）支條架法設支條架以濃鹵，我國有悠久歷史。四川自貢、五通橋以及蓬萊均用支條架濃縮鹵水并除去硫化氫和二水硫酸鈣。因此，支條架法除具濃縮鹵水之作用外，亦是凈化鹵水的方法。支條架法尤在日光充足而常有風的地方甚為經濟。其布置方向一般為面向東西，以利日照。支條架系木、竹結構，高7～9米，長lo～15米，架的兩面鋪以細竹枝(或細柳枝)，上面有直徑125～150毫米的鹽水管安裝在架頂，兩側有若干個5毫米小孔，淡鹽水由兩面沿竹枝分散下鹵流，直至水泥底盤，然后流回鹵水貯池。由此再將鹵水泵至架頂鹽水管循環，借以蒸發水分，除去部分硫化氫，將低價鐵氧化為高價鐵，以便加入石灰水后，易生成氫氧化鐵而沉淀。當鹽水濃縮至14～15。B6時，CaS04?2H20從鹵水中結晶析出，結垢于枝梢。（3）石灰(或燒堿)～芒硝法本法廣泛用于有鋇黃鹵的處理，加石灰(或燒堿)以除去鐵和鎂，加芒硝以除鋇。反應后均生成極難溶于水的沉淀Mg(OH)2(溶度積為1．2×1011)，Fe(oH)3(溶度積為1．1×10。36)，BaS04(溶度積為1．08×1010)，從而從鹵水中分離除去。（4）黃、黑(巖)鹵混合法在有黑鹵或巖鹵有鋇黃鹵同時生產的地區，一般采用黃、黑(巖)鹵混合法。因為黑鹵和石膏型鹵水中存在著雜質CaSO4而在芒硝型鹵水中存在大量Na2SO4，這兩種物質均可以和黃鹵中BaCl：作用生成BaS0。沉淀，使兩種鹵均可得到精制而不消耗處理藥劑。在有這種條件的地方，采用此法極為經濟。1.2輕質碳酸鈣的概述[4]輕質碳酸鈣(LightCalciumCarbonate)又稱沉淀碳酸鈣(PrecipitatedCalciumCarbonate，簡稱PCC)。輕質碳酸鈣是用化學加工方法制得的。由于它的沉降體積(2.4-2.8mL/g)比用機械方法生產的重質碳酸鈣沉降體積(1.1-1.9mL/g)大，因此被稱為輕質碳酸鈣。它的化學式為CaCO3，它與所有的強酸發生反應，生成和相應的鈣鹽(如氯化鈣CaCl2)，同時放出二氧化碳。在常溫(25℃)下，輕質碳酸鈣在水中的濃度積為8.7/1029、溶解度為0.0014；輕質碳酸鈣水溶液的pH值為9.5～10.2；空氣飽和輕質碳酸鈣水溶液的pH值為8.0～8.6；輕質碳酸鈣無毒、無臭、無刺激性，通常為白色，相對密度為2.7～2.9；沉降體積2.5ml/g以上，比表面積為5m2/g左右。1.2.1輕質碳酸鈣在各個行業的應用（1）橡膠行業碳酸鈣是橡膠工業中使用最早量最大填充劑之一，碳酸鈣大量填充在橡膠之中，可以增加制品的容積，從而節約昂貴的天然橡膠達到降低成本的目的，碳酸鈣填入橡膠能獲得比純橡膠硫化物更高的抗張強度耐磨性，撕裂強度，并在天然橡膠和合成橡膠中有顯著的補強作用，同時可以調整稠度。（2）塑料行業碳酸鈣在塑料制品中能起到一種骨架作用，對塑料制品尺寸的穩定性有很大作用，能提高制品的硬度，還可以提高制品的表面光澤和表面平整性。在一般塑料制品中添加碳酸鈣耐熱性可以提高，由于碳酸鈣白度在90%以上，還可以取代昂貴的白色顏料起到一定的增白作用。（3）油漆行業碳酸鈣在油漆行業中的用量較大，是不可缺少的骨架，在稠漆中用量為30%以上，酚醛磁漆4-7%里酚醛細花紋皺紋漆39%以上。（4）水性涂料行業在水性涂料行業的應用，用途更為廣泛，能使涂料不沉降，易分散，光澤好等特性，在水性涂料用量為20-60%。（5）其它另外，碳酸鈣在造紙工業起重要作用能保證紙的強度，白度，成本較低。在電纜行業能起一定的絕緣作用。還能作為牙膏的摩擦劑。1.2.2輕質碳酸鈣的生產方法（1）碳化法將石灰石等原料煅燒生成石灰(主要成份為氧化鈣)和二氧化碳,再加水消化石灰生成石灰乳(主要成份為氫氧化鈣),然后再通入二氧化碳碳化石灰乳生成碳酸鈣沉淀,最后碳酸鈣沉淀經脫水、干燥和粉碎便制得輕質碳酸鈣。（2）氯化鈣法在純堿水溶液中加入氯化鈣,即可生成碳酸鈣沉淀。（3）苛化堿法在生產燒堿過程中,可得到副產品輕質碳酸鈣。在純堿水溶液中加入消石灰即可生成碳酸鈣沉淀,并同時得到燒堿水溶液,最后碳酸鈣沉淀經脫水、干燥和粉碎便制得輕質碳酸鈣。（4）聯鈣法用鹽酸處理消石灰得到氯化鈣溶液,氯化鈣溶液在吸入氨氣后用二氧化碳進行碳化便得到碳酸鈣沉淀。（5）傳統輕質碳酸鈣的生產方法傳統輕質CaCO3生產工藝工業中輕質碳酸鈣傳統生產工藝是以石灰石為原料，石灰石在超過900℃煅燒，生成生石灰并釋放出CO2。其生產工藝程為:石灰緞燒-熟石灰消化-石灰乳碳化-固液分離-干燥-包裝。主要化學反應如下:石灰石煅燒，釋放出:石灰(氧化鈣)與水反應生成消石灰:CO2被注入消石灰，反應生成輕質碳酸鈣1.3輕質碳酸鈣的作用與價值輕質碳酸鈣又稱超微細碳酸鈣。具有1～100nm的輕質碳酸鈣的粒徑的活性輕質碳酸鈣被稱為納米沉淀碳酸鈣（PCC）。性質:白色粉末，無味，無嗅，密度約2.71g/，堆積密度(緊密度)0.7～0.9g/。在825～896.6℃分解，熔點1339℃,有無定形和結晶形兩種形態，結晶形中又可分為斜方晶系和六方晶系，呈柱狀或菱形。難溶于水和醇，溶于酸，同時放出二氧化碳，呈放熱反應:也溶于氯化銨溶液中。在空氣中穩定，有輕微的吸潮能力。價值；輕質碳酸鈣，碳酸鈣行業中的“后起之秀”，作為一種新型高檔無機功能性填料、目前唯一噸價位在萬元左右的納米材料、目前唯一達到萬噸級規模且應用最廣泛的納米產品。作用；具有透明性，韌性，提高觸變性，流平性和消毒劑等輕質碳酸鈣。隨著應用研究的發展，研究人員已經開始意識到這一點。在輕質碳酸鈣，增韌增強效果大大改善和提高了產品的性能和質量相關行業的應用領域。因此，輕質碳酸鈣已經被廣泛地用作在塑料工業中，橡膠，紙，油漆和油墨的填料。在生產有機合成，冶金，玻璃和石棉的廣泛使用。它也可以被用來作為工業廢水，胃和十二指腸潰瘍病抗酸劑，酸中毒的解毒劑，含有SO2SO2清除劑的廢氣，和抗粘劑油氈中和劑。它也可以用作牙粉，牙膏等化妝品原料。它可以用作填料，添加劑，增強劑，改性劑和增白劑，以節省母料，以增加容量，降低成本，并且提高產品質量。產品改進，增加產品附加值等。1.5鹵水除鈣生產輕質碳酸鈣課題研究的意義本設計發揮鹵水凈化工藝技術的優勢，注重提升輕質碳酸鈣產品質量，降低生產過程中的能量損耗。成本低，工藝合理，操作簡單，低設備要求的，產品純度高。不僅降低了生產和創造高價值的成本，同時減少對環境的污染，符合現代綠色化學概念在使用極具推廣價值。第二章鹵水除鈣生產輕質碳酸鈣的實驗2.1主要藥品及主要設備2.1.1主要藥品工業鹵水、碳酸鈉溶液、AD755表面改性劑等2.1.2主要技術指標2.1.2主要設備碳化/活化釜、電動攪拌器、真空抽濾裝置、恒溫干燥箱等2.2實驗原理碳化反應：2.3實驗過程2.3.1實驗前準備（1）清理設備：將水注入碳化釜內，直到碳化釜的三分之一的位置時停止水的注入，打開攪拌裝置，并反復沖洗碳化釜內壁，直到出料口排出清水為止，同時停止攪拌裝置。（2）檢查裝置：檢查設備是否漏水、漏氣，檢查并確定工藝流程中的各個閥門的功能和狀態，檢查電源和儀表顯示是否正常。2.3.2實驗過程（1）過濾除雜：將鹵水加入碳化釜攪拌一段時間，再通入真空抽濾裝置，進行抽濾，除去固體雜質。（2）碳化反應：將鹵水加入碳化釜，攪拌一段時間后加入碳酸鈉溶液及AD755表面活性劑進行攪拌，使其充分反應，過程如圖2-1（3）初步取得成品：在反應一段時間后打開反應釜排出閥，使其進入真空抽濾裝置，取得白色濾渣，如圖2-2（4）干燥：將過濾后的白色沉淀放入恒溫干燥箱，干燥溫度需達到120℃，攪拌速率300r/min，干燥3個小時后，可以得到純白色沉淀（碳酸鈣）。（5）產品處理：將產品研磨，測定產品沉淀體積。使用手套并將產品取出，用白色塑料包裝袋將其打包好，并寫好備注如圖2-3。圖2-1碳化反應過程圖2-2過濾出來的濾渣圖2-3碳酸鈣產品展示鹵水凈化制輕質碳酸鈣3.1鹵水凈化制輕質碳酸鈣生產工藝設計流程圖3-1鹵水凈化制輕質碳酸鈣生產工藝設計流程3.2鹵水凈化制輕質碳酸鈣生產工藝設計圖圖3-2鹵水凈化制輕質碳酸鈣生產工藝設計圖3.3碳化釜的結構3.3.1碳化釜結構圖圖3-3反應釜結構圖3.3.2碳化釜的主要組成部分碳化釜主要由電動機、電熱偶、二氧化碳進口、pH計、冷卻水進出口、導熱油進出口、保溫夾套、物料進出口、攪拌器、制冷蛇管等組成。3.3.3使用時的注意事項（1）進料：按照碳化釜的設計，其進料不能超過本身體積的2/3，用以防止攪拌是液體的濺飛。（2）運行：在運行中應嚴格控制溫度及壓力指標，防止出現超溫、超壓的情況，同時還需避免應溫差效應等造成的變形或損壞。（3）維護：進行拆除清洗時，應注意pH計和溫度計等這種易破損的儀器，并反復沖洗碳化釜內壁，直到出料口排出清水為止第四章工藝計算4.1主要技術指標生產目標：100kt/a

年工作時間：300天；

氯化鈣的相對分子質量：111

碳酸鈉的相對分子質量：106

碳酸鈣的相對分子質量：100

輕質碳酸鈣收率為95%氯化鈉溶液：135g/L，其他成分忽略不計

鹵水主要成分氯化鈉315g/L，氯化鈣600PPM，微量固體雜質，其他成分忽略不計

暫不考慮反應后過濾的濾液循環回收問題。

4.2物料衡算100kt鹵水中所得氯化鈣質量：100kt=100000000g所得碳酸鈣質量設為X11110060X一年所需的的純凈水碳化過程中AD755的年用量為：4.3物料衡算表表4-1物料衡算表物料衡算表年消耗鹵水數量年生產CaCO3量年消耗水數量年所需AD755B表面活性劑數量100t/a50.9t/a50900t/a0.25t/a第五章設計總結本設計遵循任務書的要求進行創新，運用先進的技術，可靠的工藝，是一項可以高效利用資源的新方法。本設計以鹵水為原料，通過鹵水凈化的鈣鹽處理，極大的提高了鹵水的綜合利用及價值。畢業設計不僅是對大學所學知識進行綜合運用的檢驗，還是對自己能力的檢驗。學習是個長期積累的過程，我還需不斷的學習，使自己的知識不斷加深并提高自己的綜合實力。在對鹵水凈化制碳酸鈣的工藝進行設計時，有明顯的感覺到自己腦中的專業知識嚴重不足，這就要求我自己必須主動尋找這方面的資料。我在網