轻质碳酸钙工程设计要点

轻质碳酸钙工程设计要点

霍殿龙    

（唐山思扬科技有限公司，河北省唐山市063009）

 

摘  要：碳酸钙行业发展迅速，随着国家环保、安全要求的提高，新、旧企业面临全面改革，厂区的设计、工艺过程的设计尤为重要。全面考虑国家政策、行业要求，工艺设计关键在三个反应过程工序。

关键词：轻质碳酸钙；工程设计；国家政策；工艺要点； 

0 概述

一个项目、一个工厂的建设，必须经过可行性论证，整体规划，经过环境、节能、安全评价，经过工艺设计及土地设计方能实施。其中设计是项目建设的灵魂，对项目起着决定性的作用，决定着工厂的现代化水平，决定企业的运行成本。

中国碳酸钙工业自上世纪80年代改革开放以来，发展较快，生产企业由几十家发展到几百家，特别是2000年后，形成了河北井陉、山东淄博、浙江衢州、安徽池州等碳酸钙产业集群地区。生产规模（基本规模）也由1万吨/年发展到5万吨/年，工业装备亦更新了三代。但由于碳酸钙行业没有专业的设计院，而企业大多以民营投资为主，造成大多数企业没有规范的规划和设计，一个地区企业之间相互参照设计建设，重设备选择，轻工艺设计，造成工艺布局严重不合理，生产工艺环节能力不匹配，环保、安全、消防功能不全。随着国家环保、安全整治力度的加大，很多企业在环保、安全方面很难达标，造成前期节省投资、后天改造浪费的局面，有些企业综合下来根本没有盈利。因此，投资建设一个新企业，做到科学的规划，规范的工艺设计尤为重要，尤其是在当前淘汰落后企业，企业转型升级的特殊时期。

结合三十多年碳酸钙装备的研究制造、多家碳酸钙企业的规划设计经验，浅谈轻质碳酸钙生产工艺的几个设计要点。

1 企业规模及产品方案的规划原则要点

投资建设一个新厂，要充分考虑以下几点要求：

1）充分考虑国家及项目所在地的产业政策及行业发展的符合性；

2）充分考虑项目产品品种的市场适应性及竞争性（真正的做好市场调研，如销售的成、制造成本、销售量及持续性），以确定品种及规模；

3）充分考虑原材料的可得性，以及数量、品质的稳定性，以保证持续发展；

4）充分考虑产品环境的相容性，三废的综合利用，以满足环境与持续发展的要求；

5）充分考虑本身的资金筹措能力，项目投产后的管理，实事求是对项目的功能性、盈利性、社会性全面考虑，以确保企业持续发展。

2 轻质碳酸钙生产工艺设计的主要内容

一个化工厂的设计，包括工艺设计，土地设计，上、下水管道设计、通风、采暖设计，安全、环保、消防设计，电力及仪器仪表设计等等。

2.1化工工艺设计

轻质碳酸钙建厂化工工艺设计包括：

1） 原料路线及技术路线选择；

2） 工艺流程设计；

3） 物料衡算；

4） 能量衡算；

5） 工艺设备选型与设计；

6） 工艺布置总体布置设计；

7） 管路、电路、仪器、仪表布置设计；

2.2土建设计

轻质碳酸钙建厂土建设计包括：

1） 厂房及附属厂房的设计；

2） 设备基础、道路、绿化带的设计；

3） 公用工程（供电、给排水、采暖、通风等）设计；

4） 消防、安全设计。

3 轻质碳酸钙生产工艺设计要点

轻质碳酸钙的生产工艺设计要点，关键在于三个反应过程。

3.1石灰煅烧质量与石灰窑选型

在原料石灰石满足工艺要求的基础上，煅烧出质量优等的石灰，是碳酸钙生产的关键之一，轻质碳酸钙生产要求的石灰，除了其化学、物理指标达到要求外，应白度好，活性大，体积收率小，易消化。节能、环保的石灰窑的选型要点如下：

1）依据企业生产能力选择窑型及规格，生产能力一般按石灰窑最大产能的85%选择规格型号；

2）依据企业所在地能源选择窑型；

3）依据投资能力选择窑型，轻质碳酸钙是基础化学品，利润空间较窄，石灰窑是项目投资最多的设备，有些先进的窑型投资过大，不适宜轻质碳酸钙，在满足窑气、石灰质量、节能、配套环保设施达标的前提下，应选择投资小的石灰窑；

4）石灰窑的工艺指标要满足：窑气中二氧化碳含量不小于32%，生、过烧率不大于5%，配料、进料、出灰全部自动化，燃料消耗达到行业规定指标；

5）煅烧工序达到清洁生产，粉尘、噪音等达标；

6）目前国内单窑轻质碳酸钙生产能力在5万吨/年~10万吨/年，考虑到轻质碳酸钙生产线各工序设备能力匹配及生产产品品种调整，以及设备的维护保养，宜选用5万吨/年配一座机械化石灰窑；

7）石灰煅烧窑型按能力选择原则： 产灰＜300吨/天，选用机械化石灰窑；产灰300~600吨/天，选用双膛窑、梁式窑、套筒窑；产灰＞500吨/天，选用回转窑；

3.2石灰消化、精制与陈化

石灰消化是氧化钙与水反应生成氢氧化钙的过程，在工业生产石灰消化是不完全的，需要经过精制和陈化。有些企业只是将石灰消化，去除杂质后即去碳化，这样的处理工艺在后续干燥后得到的碳酸钙碱度一般较高，即出现“返碱”现象。并且不经过精制与陈化，也会直接影响碳酸钙的白度、细度碱度及沉降体积。

1）化灰：热水化灰，消化时间尚短，有利于形成细品浆料，掌握好灰水比，石灰入料均匀；

2）精制：采用三级精制+一级洗渣，即二级旋液分离器与一级滤

浆筛组合成模块式工艺，洗渣可回收氢氧化钙，也解决了排渣的环境问题；

3）陈化：精制后的灰乳需进行陈化，使氢氧化钙悬浮液粒径均匀一致，微小的粒子全部转化为氢氧化钙，这样的浆液入碳化塔后，生成的碳酸钙粒径相对均匀，不会产生返碱现象。陈化槽采用大容积加搅拌结构，一是可以加快陈化速度，二是减少浆液的热损失，三是能有效防止氢氧化钙包裹氧化钙，使得进入碳化塔的精浆稳定，有利于规模化生产。

3.3氢氧化钙碳化

碳化反应是整个轻质碳酸钙生产工艺的核心，要求碳化反应越快越好，这就要求二氧化碳的浓度和压力、浆液的浓度和温度，二者在一个合适的范围下反应，即可得到品质较好的碳酸钙，同时运行成本较低，其工艺设计控制要点为：

1）窑气需经多级净化、去除灰尘等杂质及二氧化硫、煤焦油等，二氧化碳的纯度直接影响产品的白度。选用窑气净化装置还要与压缩机（或其他气体输送设备）的规格相匹配，同时要有一定的操作弹性，以适应石灰窑产生窑气的不稳定性；

2）控制石灰窑的操作，以使二氧化碳的浓度保持相对稳定；

3）控制进入碳化塔的精浆浓度、温度的稳定性；

4）合理选择碳化塔的高径比；

5）选择与碳化塔相匹配的窑气输送设备；

6）碳化塔选择合理的气体分布器，并增加搅拌功能。在不增加动力的情况下，塔内设置气动搅拌喷嘴，可增大气液接触面积，有效降低碳化过程碳酸钙对氢氧化钙的包覆，同时有利于增大二氧化碳的吸收率；

7）加装在线PH值检测仪；

8）碳化塔排放的尾气不得直接排空，进行回收。

4 其他工艺设计要点

除了三个反应工序之外，轻质碳酸钙生产过程还有脱水工序、干燥工序、粉体输送、包装工序等，其设计要点如下：

1）脱水工序注重熟浆浓度及温度，浓度低时，应增加增浓装置，有传统增浓池、斜板增浓器、陶瓷膜增浓等。采用斜板增浓器，动力消耗小，不堵塞；

2）窑气洗涤水、脱水工序后的母液、干燥尾气洗涤水，要综合循环利用；

3）各工艺管线设计要尽量平直，路线短，减少弯头，阀门选择合理，以减少阻力，降低长期运转的各泵及风机的运转费用；

4）干燥后粉体输送选用密闭输送设备，可选用气体输送，减少车间粉尘漂浮；

5）各粉尘产生点，如石灰窑原料输送、石灰消化、干燥筛分及包装，要依据生产能力，合理布局，除增加主设备的密封性外，要设计选择合适的除尘设备；

6）所有运转设备，电机配置均要求符合国家最新节能电机；

7）所有原料、燃料分区堆放，不得露天堆放，应加轻钢棚，防止产生粉尘；

8）工艺过程产生的废渣，集中设置废渣池堆放，并增加防雨、防风、防渗漏措施；

9）物流与人行安全通道符合规范要求，厂区内道路设置符合工厂内运输需要；安全设施及操作人员规程位置醒目；

10）生产厂房内各种管线安装要整齐，尽量减少交叉；配电室设置在用电负荷大的设备附近，减少线缆；各操作点、照明设计符合安全规范要求；

11） 设计要留出一定的发展空间。

5 综述

    我们国家对安全、环保越来越重视，随着新的政策的不断实施，碳酸钙产业亦将面临全面改型升级，同时将发生两个变化，一是碳酸钙工业将由沿海地区向有资源优势的西部转移发展，二是关闭落后的、小的、散的碳酸钙企业，规模化、管理规范化企业得到发展。因此，原厂区技术改造及新建企业一定要进行科学规划，规范设计，才能使企业环保达标，各项要求达标，且管理运行成本降低，可持续发展。