一种粒径可控微米碳酸钙的制备装置及方法

技术领域

本发明涉及碳酸钙制备技术领域，尤其是涉及一种粒径可控微米碳酸钙的制备装置及方法。

背景技术

电石渣是电石法生产PVC时产生的固体废物，其主要成分为氢氧化钙，还包含微量的有机和无机杂质(如氧化铝，氧化铁，二氧化硅、硫化物等)，其产量大，碱性强。

使用氯化铵为浸取剂浸取电石渣制备碳酸钙是比较常见的工艺，但由颜鑫等作者发表在现代化工上的文章《以电石渣为原料生产食品级轻质碳酸钙的绿色新工艺》可知CaCl

针对上述问题，目前比较常见的办法是加入分散剂或晶型控制剂来解决。如专利CN102602973B公开的一种利用电石渣合成超细碳酸钙的方法，该方法在碳化过程中加入硫酸盐、柠檬酸盐等一种或两种以上晶型控制剂制备得到超细碳酸钙浆液，晶型控制剂的加入量为生成碳酸钙质量的0.1％-5％。但该方法存在晶型控制剂加入量不易准确计量，需要生成碳酸钙的系统稳定，且晶型控制剂加入必然导致产品碳酸钙纯度降低以及添加剂本身对产品性能影响的问题。

目前已经公开的利用电石渣制备碳酸钙的专利技术多关注于改变工艺条件，添加辅助剂，缺乏相关大型设备的设计，无法实现大规模工业应用。

专利CN102849771A虽然公开了一种连续碳化反应装置及应用其制备超细碳酸钙的方法，该连续碳化反应装置包括安装于支架上的碳化反应釜、碳化反应器，碳化反应器与碳化反应釜间隔分布并相互联通，使用时控制初始进入碳化器浆料的流量和窑气进入各碳化器的流量，通过多级的碳化反应釜(器)，从最后一级碳化反应器出口流出的浆料完成碳化反应，并获得超细碳酸钙浆料，实现了连续碳化反应。但该装置结构复杂，且制备过程中仍需引入晶型控制剂，装置内部的螺旋挡板虽起到一定的强化混合的作用，但也易造成碳酸钙产品的沉积。。

专利CN203639167U公开了一种强化气液混合制备亚微米碳酸钙的反应器，该反应器包括外桶及套装于外桶内的导流内筒，外桶顶部一侧设有氢氧化钙浆料进料口，外桶的底部设有碳酸钙浆料出料口，外桶的内壁下端设有纵向挡板，纵向挡板上方的外桶内壁螺旋向上设有螺旋挡板，外桶的底部与导流内筒底部之间设有旋涡式气体分布器，漩涡式气体分布器的窑气进气管伸出外桶。该装置虽然提高了气液混合效果，但是这种在导流筒与外筒夹层加设纵向挡板和多孔螺旋挡板来加速气液混合的做法，极易因碳酸钙及氢氧化钙浆液的阻塞和沉积而影响设备的连续运行，且其在具体实施例中明确要加入蔗糖作为晶型控制剂。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种粒径可控微米碳酸钙的制备装置及方法，该装置无需加入分散剂、晶型控制剂等助剂，即可制备得到粒径均一的微米碳酸钙。

第一方面，本发明提供一种粒径可控微米碳酸钙的制备装置，包括反应器本体、瓶型导流筒、气液混合器和多管束盘管，

其中，所述瓶型导流筒同轴设置在所述反应器本体的内部，所述多管束盘管环绕设置在所述反应器本体的内侧壁，并位于靠近所述瓶型导流筒顶部的位置，所述气液混合器设置在所述反应器本体的外侧，且所述气液混合器的出口端与所述多管束盘管的入口端连通，所述多管束盘管的出口端位于所述瓶型导流筒的底部。

作为本技术方案优选地，所述气液混合器包括气液混合仓，所述气液混合仓上开设有矿化液入口、烟气入口和气液混合液出口，所述矿化液入口与所述烟气入口垂直设置，且所述烟气入口处的进气管末端设置有曝气头；

所述多管束盘管的入口端与所述气液混合液出口连通。

作为本技术方案优选地，所述多管束盘管的内部均匀分布有多个细小管束，且所述多管束盘管的入口端通过管束分布塞与所述气液混合液出口连通。

作为本技术方案优选地，所述反应器本体的内部还设置有气体冷却盘管，所述气体冷却盘管的一端与CO

作为本技术方案优选地，所述反应器本体的外侧环绕设置有控温夹套。

作为本技术方案优选地，所述瓶型导流筒的底部圆筒直径D、中部宽度L与顶部圆筒直径d的比值为(2-4)：1：(1.5-3)。

作为本技术方案优选地，所述多管束盘管的外径φ、所述瓶型导流筒的底部圆筒直径D和所述反应器本体的内径Ω的比值为1：(6-24)：(10-30)。

作为本技术方案优选地，所述反应器本体的顶部和底部分别开设有气体出口和卸料口，所述反应器本体的侧壁上方还开设有清液出口；

所述反应器本体上还设置有温控器、pH计、CO

第二方面，本发明还公开了使用上述粒径可控微米碳酸钙的制备装置制备微米碳酸钙的方法，具体包括以下步骤：

S1、将电石渣和氯化铵溶液混合后经固液分离，得到CaCl

S2、含CO

S3、气液混合液进入多管束盘管中，在多管束盘管中矿化液中的CaCl

S4、多管束盘管末端出口排出的气液固三相混合浆液进入瓶型导流筒，烟气中未反应完全的CO

S5、所生成的氯化铵溶液溢流出反应器本体并用于电石渣的浸取，完成整个循环。

作为本技术方案优选地，步骤S1中，CaCl

而步骤S4中，所述瓶型导流筒底部圆筒内气体的表观流速为0.2-0.5cm/s，此流速即可保持环流状态的稳定运行，使未反应完全的CO

本发明的粒径可控微米碳酸钙的制备装置，至少具有以下技术效果：

1、本发明的粒径可控微米碳酸钙的制备装置包括反应器本体、瓶型导流筒、气液混合器和多管束盘管，电石渣和NH

2、在本发明的粒径可控微米碳酸钙的制备装置中，多管束盘管中未反应完全的CO

3、本发明的粒径可控微米碳酸钙的制备装置，制造工艺简单，可通过增加多管束盘管直径及管束个数实现扩大生产，有利于实现大规模工业化应用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明粒径可控微米碳酸钙的制备装置结构示意图；

图2为本发明气液混合器的结构示意图；

图3为瓶型导流筒作用原理示意图；

图4为瓶型导流筒的主要尺寸标记；

图5为年处理1000t二氧化碳中试生产碳酸钙的粒径分布图。

附图标记：

1：反应器本体；2：瓶型导流筒；3：气液混合器；4：多管束盘管；5：气液混合仓；6：矿化液入口；7：烟气入口；8：曝气头；9：细小管束；10：管束分布塞；11：气体冷却盘管；12：控温夹套；13：气体出口；14：卸料口；15：清液出口；16：气液分离区；17：锁紧法兰；18：CO

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1-4所示，本实施例提供一种粒径可控微米碳酸钙的制备装置，包括反应器本体1、瓶型导流筒2、气液混合器3和多管束盘管4，其中，瓶型导流筒2可通过支架19同轴固定设置在反应器本体1的内部，同时，本发明对于瓶型导流筒2的具体固定方式也不做严格限定，其他可实现瓶型导流筒2固定，且不影响环流效果的方式均可使用；多管束盘管4环绕设置在反应器本体1的内侧壁，并位于靠近瓶型导流筒2顶部的位置，多管束盘管4具体为内部设置有多个特定直径的细小管束9，并且细小管束9的材质优选为无缝不锈钢管，而细小管束9的外径和壁厚可根据所需制备碳酸钙的粒径进行选择；气液混合器3设置在反应器本体1的外侧，且气液混合器3的出口端与多管束盘管4的入口端连通，多管束盘管4的出口端位于瓶型导流筒2的底部。

电石渣和NH

Ca(OH)

经固液分离后得到主要组成为CaCl

CaCl

而此时因多管束盘管4的末端位于瓶型导流筒2的底部圆筒内，因此，多管束盘管4出口排出的气液固三相混合浆液在瓶型导流筒2的作用下以及未反应完全的CO

本发明的制备装置中气液混合器3的设置可提高气液接触面积，同时多管束盘管4内设置的细小管束9，在碳酸钙生成过程中可起到物理分散、空间位阻等作用，保证碳酸钙的粒径均一；此外，瓶型导流筒2的设置，使得多管束盘管4中未反应完全的CO

因此，本发明的制备装置无需加入分散剂、晶型控制剂等助剂，即可制备得到粒径均一的微米碳酸钙。

在本实施例中，气液混合器3具体包括长径比为4-6:1的气液混合仓5，并且气液混合仓5上开设有矿化液入口6、烟气入口7和气液混合液出口，其中，矿化液入口6与烟气入口7垂直设置，由此可实现矿化液与气体的错流接触，进而提高气液混合效果；此外，为进一步提高气体与矿化液的接触面积，本实施例在烟气入口7处进气管的末端设置了曝气头8，曝气头8的设置可将含CO

而多管束盘管4的入口端与气液混合液出口连通，由此气液混合液可进入到多管束盘管4中，并于多管束盘管4中发生反应，生成碳酸钙固体和氯化铵。

本实施例中，具体地，多管束盘管4的内部均匀分布有多个细小管束9，且多管束盘管4的入口端通过管束分布塞10与气液混合液出口连通，其中，细小管束9的外径优选为0.3-3mm之间的任意数据，壁厚优选为0.1-2mm之间的任意数值。

在上述技术方案的基础上，为进一步提高对含CO

此外，本实施例中的反应器本体1的外侧还环绕设置有控温夹套12，以用于控制反应器本体1内部的温度，确保反应的顺利进行。

本实施例中，瓶型导流筒2的底部圆筒直径D、中部宽度L与顶部圆筒直径d的比值为(2-4)：1：(1.5-3)，并优选为3：1：2，此特定尺寸结构瓶型导流筒2的设置，是基于保证环流以及碳酸钙颗粒的沉降效果所做出的特定选择。

而多管束盘管4的外径φ、瓶型导流筒2的底部圆筒直径D和反应器本体1的内径Ω(具体指上部圆筒状结构的内径)的比值为1：(6-24)：(10-30)，并优选为1：20：26。

研究表明，在上述特定尺寸的多管束盘管4、瓶型导流筒2和反应器本体1的作用下，多管束盘管4不会对环流造成影响，同时在环流的作用下也能防止碳酸钙颗粒在多管束盘管4的接触面沉积。

此外，本实施例中的反应器本体1的顶部和底部分别开设有气体出口13和卸料口14，其中，气体出口13用于及时排出未反应完全的含CO

同时，本实施例中的反应器本体1上还设置有温控器、pH计、CO

使用上述最为优选地粒径可控微米碳酸钙的制备装置以及电石渣原料和火电厂脱硫脱硝后的烟气制备微米碳酸钙，具体实施方式如下。

实施例2

S1、电石渣原料烘干后研磨至100目，取5kg加入到39升质量分数为14％的氯化铵溶液中，室温搅拌反应1h后，过滤，得到CaCl

S2、将上述矿化液由矿化液入口6以2L/min的速率泵入到气液混合器3的气液混合仓5内，气液混合仓5的长为50cm，直径为10cm；火电厂脱硫脱硝后烟气(气速560L/min，入口温度55℃，CO

S3、气液混合液进入到多管束盘管4(内径1cm)中，多管束盘管4内均匀分布80根细小管束9(外径1mm，壁厚0.1mm)，在多管束盘管4中，矿化液中的CaCl

S4、多管束盘管4末端出口排出的气液固三相混合浆液进入瓶型导流筒2(下部圆筒直径D＝15cm，D:L:d＝3:1:1.5)的底部圆筒内，气液固三相混合浆液在瓶型导流筒2的作用下，以及烟气中未反应完全的CO

S5、所生成的氯化铵溶液溢流出反应器本体1并用于电石渣的浸取。

经测试，本实施例所制备得到的碳酸钙产品的粒径分布为D10＝0.954μm，D50＝2.463μm，D90＝5.718μm，碳酸钙含量98.2％，白度95.4，沉降体积2.6mL/g，各指标满足造纸、橡胶、涂料、塑料行业标准(其基本性能参考行标HG/T2226-2019普通工业沉淀碳酸钙测定)。

经进出口CO

实施例3

S1、电石渣原料同实施例2，不同之处在于采用连续操作进行年处理1000t二氧化碳的中试研究，电石渣原料以243kg/h的速率与速率为2337kg/h、质量分数为14％的氯化铵溶液混合，经一、二级沉降、粗滤、精滤后，得到CaCl

S2、将上述矿化液由矿化液入口6以2m

S3、气液混合液进入到与多管束盘管4(内径10cm)中，盘管内均匀分布900根细小管束9(外径3mm，壁厚0.1mm)，在多管束盘管4中，矿化液中的CaCl

S4、多管束盘管4末端出口排出的气液固三相混合浆液进入瓶型导流筒2(下部圆筒直径D＝80cm，D:L:d＝3:1:1.5)的底部圆筒内，具备锥形底部的反应器本体1内径为1m，高5米，气液固三相混合浆液在瓶型导流筒2的作用下，以及烟气中未反应完全的CO

S5、所生成的氯化铵溶液溢流出反应器本体1并用于电石渣的浸取。

本实施例所制备得到碳酸钙产品的粒径分布如图5所示，由图可知，碳酸该的粒径分别为D10＝1.001μm，D50＝4.581μm，D90＝9.778μm。其基本性能参数如表1所示，由表1可知，碳酸钙含量99.4％，白度96，沉降体积2.7mL/g，各指标满足造纸、橡胶、涂料、塑料行业标准。

经进出口CO

表1实施例3所得碳酸钙性能参数

综上，本发明的制备装置在气液混合器、多管束盘管、反应器本体和瓶型导流筒的共同作用下，无需加入分散剂、晶型控制剂等助剂，即可制备得到粒径均一的微米碳酸钙。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。