轻质碳酸钙的设计方案..

轻质碳酸钙的过滤和干燥实验

化工10*班 ***

组员：*** *** ***

一、实验目的

1.对轻质碳酸钙有一定的认识

2.了解轻质碳酸钙的工业制备方法

3.熟悉板框过滤机的结构和操作方法

4.了解洞道式干燥装置的基本结构、工艺流程和操作方法

5.学习测定物料在恒定干燥条件下干燥特性的实验方法

二、实验原理

1.轻质碳酸钙（CaCO

3

）：一种重要的无机粉体材料。具有价格低、原料广、无毒无害等优点，被广泛应用于塑料、橡胶、造纸、涂料、油墨、化妆品等行业作为填料，起到增加体积、降低成本的作用。研究表明，不同晶型、不同粒度碳酸钙具有不同性质，纳米级超细碳酸钙由于具有较大比表面，因而具有较好的补强特性。

轻质碳酸钙的生产方法有多种，有碳化法、纯碱(Na2CO3)氯化钙法、苛化碱法、联钙法、苏尔维(Solvay)法。本实验采用碳化法，以生石灰CaO为原料，经消化、碳化、过滤、干燥、粉碎而成，涉及的主要反应有：

用水消化氧化钙生成石灰乳：CaO+H

2O=Ca(OH)

2

用二氧化碳碳化石灰乳生成碳酸钙沉淀和水：Ca(OH)

2+ CO2= CaCO

3

↓+H

2

O

2.板式过滤的原理：

过滤是利用能让液体通过而截留固体颗粒的多孔介质（滤布和滤渣），使悬浮液中固体、液体得到分离的单元操作。过滤操作本质上是流体通过固体颗粒床层的流动，所不同的是，该固体颗粒床层的厚度随着过滤过程的进行不断增加。过滤操作分为恒压过滤和恒速过滤。当恒压操作时，过滤介质两侧的压差维持不变，单位时间通过过滤介质的滤液量不断下降；当恒速操作时，即保持过滤速度不变。

恒压过滤方程

θ

K

qq

q

e

=

+2

2

(1)

式中：q——单位过滤面积获得的滤液体积(m3 /m2 )；V——滤液体积(m3)

A——过滤面积(m2)；

e q ——单位过滤面积上的虚拟滤液体积(m 3 /m 2 )

θ——实际过滤时间(s)； K ——过滤常数(m2 / s)

由式(1)得：

(2)

式(2)表明，恒压过滤时q /θ与q 之间为线性关系。实验中记录下不同过滤时间θ内的单位面积滤液量q ，将θ/q 对q 作图，可得一直线，其斜率为1/K ，而截距为K q e /2。 3.洞道式干燥的原理：

干燥是利用热量去湿的一种方法，它不仅涉及到气、固两相间的传热与传质，而且涉及到湿分以气态或液态的形式自物料内部向表面传质的机理。由于物料的含水性质和物料形状的差异，水分传递速率的大小差别很大，概括起来，它受到物料及其含水性质，干燥介质的性质、流速，干燥介质与湿物料接触方式等各种因素的影响。按干燥过程中空气状态参数是否变化，可将干燥过程分为恒定干燥条件操作和非恒定干燥条件操作两大类。本次实验采用恒定干燥条件操作。

干燥速率的定义为单位干燥面积

(提供湿分汽化的面积)、单位时间内所除去的湿分质量。即：

（3）

式中：U ——干燥速率，又称干燥通量，kg/(m2s)； A ——干燥表面积，m2；

W ——汽化的湿分量，kg ； τ——干燥时间，s ； G C ——绝干物料的质量，kg ；

X ——物料湿含量，kg 湿分/kg 干物料，负号表示X 随干燥时间 的增加而减少。 干燥速率的测定方法：将湿物料试样置于恒定空气流中进行干燥实验，随着干燥时间的延长，水分不断汽化，湿物料质量减少。若记录物料不同时间下质量G ，直到物料质量不变为

止，也就是物料在该条件下达到干燥极限为止，此时留在物料中的水分就是平衡水分X*。再将物料烘干后称重得到绝干物料重GC ，则物料中瞬间含水率X 为： （4）

计算出每一时刻的瞬间含水率X ，然后将X 对干燥时间τ作图，即为干燥曲线。 由已测得的干燥曲线求出不同X 下的斜率τd dX ，再由式（3）计算得到干燥速率U ，将U 对X 作图，就是干燥速率曲线。

K q q K q e 21

+=θτ

τ

Ad dX G Ad dW U C -

==

C

C

G G G X -=

三、实验仪器和药品

药品：CO2、生石灰、1.0%酚酞酒精指示剂、冰块、

仪器：消化池、泵、碳化塔、三级筛、旋液分离器、板框过滤机、洞道干燥机、温度计实验装置：

1、板式过滤器的板框结构图：

图1 板框结构图

2、板式过滤器结构图：

图2 过滤结构图

3、洞道式干燥器结构图：

图3 干燥结构图

1.中压风机；

2.孔板流量计；

3.空气进口温度计；

4.重量传感器；

5.被干燥物料；

6.加热器；

7.干球温度计；

8.湿球温度计；

9.洞道干燥器； 10.废气排出阀；

11.废气循环阀； 12.新鲜空气进气阀； 13.干球温度显示控制仪表； 14.湿球温度显示仪表；15.进口温度显示

仪表； 16.流量压差显示仪表； 17.重量显示仪表； 18.压力变送器

四、实验步骤

1.生石灰消化：

称取一定量的生石灰放入消化池中，按照H

2

O:CaO(质量比)为5:1的比例用80℃左右的热水在消化池进行消化，搅拌至消化基本完全时，静置冷却60min，再搅拌10min后就可以放出石灰乳。

2.石灰乳的精制：

用冷水将粗灰乳的浓度调和到约13Bé后，用泵将粗灰乳送入三级筛过筛，然后再送入旋液分离器再次进行分离，得到精制石灰乳并进行陈化。

3.碳化：

将配制定量浓度12Bé的Ca(OH)

2

悬浮液先进行预冷或加热至某温度(10～40℃)，加入到碳

化塔中，前期控制温度(如加入冰袋控制至30-40℃).然后通入CO

2和空气的混合气体(其中CO

2

气体为100ml/h，空气为250ml/h左右)，在反应后期温度控制在50-60℃。从碳化塔底部的采样口先放掉沉积在管口内的悬浮液后，再放出约100ml的悬浮液到500ml的烧杯中，静置约一分钟后向悬浮液中滴入2滴1.0% 酚酞酒精指示剂并振摇，若呈红色则碳化未完全，若