摘 要：碳酸鈣行業(yè)發(fā)展迅速，隨著國家環(huán)保、安全要求的提高，新、舊企業(yè)面臨全面改革，廠區(qū)的設(shè)計(jì)、工藝過程的設(shè)計(jì)尤為重要。全面考慮國家政策、行業(yè)要求，工藝設(shè)計(jì)關(guān)鍵在三個(gè)反應(yīng)過程工序。

關(guān)鍵詞：輕質(zhì)碳酸鈣；工程設(shè)計(jì)；國家政策；工藝要點(diǎn)；

 概述

一個(gè)項(xiàng)目、一個(gè)工廠的建設(shè)，必須經(jīng)過可行性論證，整體規(guī)劃，經(jīng)過環(huán)境、節(jié)能、安全評(píng)價(jià)，經(jīng)過工藝設(shè)計(jì)及土地設(shè)計(jì)方能實(shí)施。其中設(shè)計(jì)是項(xiàng)目建設(shè)的靈魂，對(duì)項(xiàng)目起著決定性的作用，決定著工廠的現(xiàn)代化水平，決定企業(yè)的運(yùn)行成本。

中國碳酸鈣工業(yè)自上世紀(jì)80年代改革開放以來，發(fā)展較快，生產(chǎn)企業(yè)由幾十家發(fā)展到幾百家，特別是2000年后，形成了河北井陘、山東淄博、浙江衢州、安徽池州等碳酸鈣產(chǎn)業(yè)集群地區(qū)。生產(chǎn)規(guī)模（基本規(guī)模）也由1萬噸/年發(fā)展到5萬噸/年，工業(yè)裝備亦更新了三代。但由于碳酸鈣行業(yè)沒有專業(yè)的設(shè)計(jì)院，而企業(yè)大多以民營投資為主，造成大多數(shù)企業(yè)沒有規(guī)范的規(guī)劃和設(shè)計(jì)，一個(gè)地區(qū)企業(yè)之間相互參照建設(shè)，重設(shè)備選擇，輕工藝設(shè)計(jì)，造成工藝布局嚴(yán)重不合理，生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)能力不匹配，環(huán)保、安全、消防功能不全。隨著國家環(huán)保、安全整治力度的加大，很多企業(yè)在環(huán)保、安全方面很難達(dá)標(biāo)，造成前期節(jié)省投資、后天改造浪費(fèi)的局面，有些企業(yè)綜合下來根本沒有盈利。因此，投資建設(shè)一個(gè)新企業(yè)，做到科學(xué)的規(guī)劃，規(guī)范的工藝設(shè)計(jì)在當(dāng)前淘汰落后企業(yè)，企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的特殊時(shí)期尤為重要。

結(jié)合三十多年碳酸鈣裝備的研究制造、多家碳酸鈣企業(yè)的規(guī)劃設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，淺談?shì)p質(zhì)碳酸鈣生產(chǎn)工藝的幾個(gè)設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

1 企業(yè)規(guī)模及產(chǎn)品方案的規(guī)劃原則要點(diǎn)

投資建設(shè)一個(gè)新廠，要充分考慮以下幾點(diǎn)要求：

1）充分考慮國家及項(xiàng)目所在地的產(chǎn)業(yè)政策及行業(yè)發(fā)展的符合性；

2）充分考慮項(xiàng)目產(chǎn)品品種的市場適應(yīng)性及競爭性（真正的做好市場調(diào)研，如銷售的成、制造成本、銷售量及持續(xù)性），以確定品種及規(guī)模；

3）充分考慮原材料的可得性，以及數(shù)量、品質(zhì)的穩(wěn)定性，以保證持續(xù)發(fā)展；

4）充分考慮產(chǎn)品環(huán)境的相容性，三廢的綜合利用，以滿足環(huán)境與持續(xù)發(fā)展的要求；

5）充分考慮本身的資金籌措能力，項(xiàng)目投產(chǎn)后的管理，實(shí)事求是對(duì)項(xiàng)目的功能性、盈利性、社會(huì)性全面考慮，以確保企業(yè)持續(xù)發(fā)展。

2 輕質(zhì)碳酸鈣生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容

一個(gè)化工廠的設(shè)計(jì)，包括工藝設(shè)計(jì)，土建設(shè)計(jì)，上、下水管道設(shè)計(jì)、通風(fēng)、采暖設(shè)計(jì)，安全、環(huán)保、消防設(shè)計(jì)，電力及儀器儀表設(shè)計(jì)等等。

2.1化工工藝設(shè)計(jì)

輕質(zhì)碳酸鈣建廠化工工藝設(shè)計(jì)包括：

1）原料路線及技術(shù)路線選擇；

2）工藝流程設(shè)計(jì)；

3）物料衡算；

4）能量衡算；

5）工藝設(shè)備選型與設(shè)計(jì)；

6）工藝布置總體布置設(shè)計(jì)；

7）管路、電路、儀器、儀表布置設(shè)計(jì)；

2.2土建設(shè)計(jì)

輕質(zhì)碳酸鈣建廠土建設(shè)計(jì)包括：

1）廠房及附屬廠房的設(shè)計(jì)；

2）設(shè)備基礎(chǔ)、道路、綠化帶的設(shè)計(jì)；

3）公用工程（供電、給排水、采暖、通風(fēng)等）設(shè)計(jì)；

4） 消防、安全設(shè)計(jì)。

3 輕質(zhì)碳酸鈣生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)要點(diǎn)

輕質(zhì)碳酸鈣的生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)要點(diǎn)，關(guān)鍵在于三個(gè)反應(yīng)過程。

3.1石灰煅燒質(zhì)量與石灰窯選型

在原料石灰石滿足工藝要求的基礎(chǔ)上，煅燒出質(zhì)量優(yōu)等的石灰，是碳酸鈣生產(chǎn)的關(guān)鍵之一，輕質(zhì)碳酸鈣生產(chǎn)要求的石灰，除了其化學(xué)、物理指標(biāo)達(dá)到要求外，應(yīng)白度好、活性高、體積收率小、易消化。節(jié)能、環(huán)保的石灰窯的選型要點(diǎn)如下：

1）依據(jù)企業(yè)生產(chǎn)能力選擇窯型及規(guī)格，生產(chǎn)能力一般按石灰窯最大產(chǎn)能的85%選擇規(guī)格型號(hào)；

2）依據(jù)企業(yè)所在地能源選擇窯型；

3）依據(jù)投資能力選擇窯型，輕質(zhì)碳酸鈣是基礎(chǔ)化學(xué)品，利潤空間較窄，石灰窯是項(xiàng)目投資最多的設(shè)備，有些先進(jìn)的窯型投資過大，不適宜輕質(zhì)碳酸鈣，在滿足窯氣、石灰質(zhì)量、節(jié)能、配套環(huán)保設(shè)施達(dá)標(biāo)的前提下，應(yīng)選擇投資小的石灰窯；

4）石灰窯的工藝指標(biāo)要滿足：窯氣中二氧化碳含量不小于32%，生、過燒率不大于5%，配料、進(jìn)料、出灰全部自動(dòng)化，燃料消耗達(dá)到行業(yè)規(guī)定指標(biāo)；

5）煅燒工序達(dá)到清潔生產(chǎn)，粉塵、噪音等達(dá)標(biāo)；

6）目前國內(nèi)單窯輕質(zhì)碳酸鈣生產(chǎn)能力在5萬噸/年~10萬噸/年，考慮到輕質(zhì)碳酸鈣生產(chǎn)線各工序設(shè)備能力匹配及生產(chǎn)產(chǎn)品品種調(diào)整，以及設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)，宜選用5萬噸/年配一座機(jī)械化石灰窯；

7）石灰煅燒窯型按能力選擇原則： 產(chǎn)灰＜300噸/天，選用機(jī)械化石灰窯；產(chǎn)灰300~600噸/天，可選用雙膛窯、梁式窯、套筒窯；產(chǎn)灰＞500噸/天，選用回轉(zhuǎn)窯；

3.2石灰消化、精制與陳化

石灰消化是氧化鈣與水反應(yīng)生成氫氧化鈣的過程，在工業(yè)生產(chǎn)石灰消化是不完全的，需要經(jīng)過精制和陳化。有些企業(yè)只是將石灰消化，去除雜質(zhì)后即去碳化，這樣的處理工藝在后續(xù)干燥后得到的碳酸鈣堿度一般較高，即出現(xiàn)“返堿”現(xiàn)象。并且不經(jīng)過精制與陳化，也會(huì)直接影響碳酸鈣的白度、細(xì)度、堿度及沉降體積。

1）化灰：熱水化灰，消化時(shí)間短，有利于形成顆粒精細(xì)灰乳。操作時(shí)，要依據(jù)工藝要求、掌握好灰水比，石灰入料要均勻，采用自動(dòng)化控制。

2）精制：采用三級(jí)精制+一級(jí)洗渣，即二級(jí)旋液分離器與一級(jí)濾

漿篩組合成模塊式工藝，洗渣可回收氫氧化鈣，也解決了排渣的環(huán)境問題；

3）陳化：精制后的灰乳需進(jìn)行陳化，使氫氧化鈣懸浮液粒徑均勻一致，微小的粒子全部轉(zhuǎn)化為氫氧化鈣，這樣的漿液入碳化塔后，生成的碳酸鈣粒徑相對(duì)均勻，不會(huì)產(chǎn)生返堿現(xiàn)象。陳化槽采用大容積加攪拌結(jié)構(gòu)，一是可以加快陳化速度，二是減少漿液的熱損失，三是能有效防止氫氧化鈣包裹氧化鈣，使得進(jìn)入碳化塔的精漿穩(wěn)定，有利于規(guī)?；a(chǎn)。

3.3氫氧化鈣碳化

碳化反應(yīng)是整個(gè)輕質(zhì)碳酸鈣生產(chǎn)工藝的核心，要求碳化反應(yīng)越快越好，這就要求二氧化碳的濃度和壓力、漿液的濃度和溫度，二者在一個(gè)合適的范圍下反應(yīng)，即可得到品質(zhì)較好的碳酸鈣，同時(shí)運(yùn)行成本較低，其工藝設(shè)計(jì)控制要點(diǎn)為：

1）窯氣需經(jīng)多級(jí)凈化、去除灰塵等雜質(zhì)及二氧化硫、煤焦油等，二氧化碳的純度直接影響產(chǎn)品的白度。選用窯氣凈化裝置還要與壓縮機(jī)（或其他氣體輸送設(shè)備）的規(guī)格相匹配，同時(shí)要有一定的操作彈性，以適應(yīng)石灰窯產(chǎn)生窯氣的不穩(wěn)定性；

2）控制石灰窯的操作，以使二氧化碳的濃度保持相對(duì)穩(wěn)定；

3）控制進(jìn)入碳化塔的精漿濃度、溫度的穩(wěn)定性；

4）合理選擇碳化塔的高徑比；

5）選擇與碳化塔相匹配的窯氣輸送設(shè)備；

6）碳化塔選擇合理的氣體分布器，并增加攪拌功能。在不增加動(dòng)力的情況下，塔內(nèi)設(shè)置氣動(dòng)攪拌噴嘴，可增大氣液接觸面積，有效降低碳化過程碳酸鈣對(duì)氫氧化鈣的包覆，同時(shí)有利于增大二氧化碳的吸收率；

7）加裝在線PH值檢測(cè)儀；

8）碳化塔排放的尾氣不得直接排空，進(jìn)行回收。

4 其他工藝設(shè)計(jì)要點(diǎn)

除了三個(gè)反應(yīng)工序之外，輕質(zhì)碳酸鈣生產(chǎn)過程還有脫水工序、干燥工序、粉體輸送、包裝工序等，其設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下：

1）脫水工序注重熟漿濃度及溫度，濃度低時(shí)，應(yīng)增加增濃裝置，有傳統(tǒng)增濃池、斜板增濃器、陶瓷膜增濃等。采用斜板增濃器，動(dòng)力消耗小，不堵塞；

2）窯氣洗滌水、脫水工序后的母液、干燥尾氣洗滌水，要綜合循環(huán)利用；

3）各工藝管線設(shè)計(jì)要盡量平直，路線短，減少彎頭，閥門選擇合理，以減少阻力，降低長期運(yùn)轉(zhuǎn)的各泵及風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用；

4）干燥后粉體輸送選用密閉輸送設(shè)備，大規(guī)模生產(chǎn)企業(yè)可選用氣體輸送，減少車間粉塵漂浮；

5）各粉塵產(chǎn)生點(diǎn)，如石灰窯原料輸送、石灰消化、干燥篩分及包裝，要依據(jù)生產(chǎn)能力，合理布局，除增加主設(shè)備的密封性外，要設(shè)計(jì)選擇合適的除塵設(shè)備；

6）所有運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備，電機(jī)配置均要求符合國家最新節(jié)能電機(jī)；

7）所有原料、燃料分區(qū)堆放，不得露天堆放，應(yīng)加輕鋼棚，防止產(chǎn)生粉塵；

8）工藝過程產(chǎn)生的廢渣，集中設(shè)置廢渣池堆放，并增加防雨、防風(fēng)、防滲漏措施；

9）物流與人行安全通道符合規(guī)范要求，廠區(qū)內(nèi)道路設(shè)置符合工廠內(nèi)運(yùn)輸需要；安全設(shè)施及操作人員規(guī)程位置醒目；

10）生產(chǎn)廠房內(nèi)各種管線安裝要整齊，盡量減少交叉；配電室設(shè)置在用電負(fù)荷大的設(shè)備附近，減少線損；各操作點(diǎn)、照明設(shè)計(jì)符合安全規(guī)范要求；

11） 設(shè)計(jì)要留出一定的發(fā)展空間。

5 綜述