如何改进和优化氢氧化钙工艺设备

盛转小

摘 要：氢氧化钙工艺设备的改进与优化可以降低成本、节能降耗，在实现氢氧化钙高质量生产中发挥着重要的作用。本文通过开展不同粒度石灰及水温对消化时间的影响实验，继而提出氢氧化钙工艺设备改进和优化策略。

关键词：氢氧化钙；消化；石灰；工艺设备

氢氧化钙生产设备包括破碎机、振动筛、螺旋输送机、振动给料机、石灰消化器、斗式提升机及机械装卸料立式环保型石灰窑等，生产时需要考量的因素众多。进一步优化工艺流程和工艺设备尤为关键，需要予以充分的重视。

1. 氢氧化钙工艺流程简述

氢氧化钙生产的原料主要为生石灰，通过开展筛选和破碎等操作并按照一定灰水比即可以得到需要的氢氧化钙产品，原理为CaO＋H₂O=Ca（OH）₂。当氧化钙与水消化时可以转化成氢氧化钙，而且当氧化钙与水消化的越充分，氢氧化钙的转化率会越高。分析产生的原因主要是因为氧化钙遇到水后会形成中间产物，即CaO·2H₂O，继而通过转化反应生成所需要的氢氧化钙。在长期的实践应用中发现，水分子和氧化钙晶体会发生水化反应，继而出现体积增大的情况，主要原因在于石灰与水拌合后会导致产物转移速度低于水化反应速度。

目前制备氢氧化钙产品的工艺主要有湿法和干法，均有广泛的应用范围。就氢氧化钙干法工艺流程来说，生石灰先经过破碎机破碎至40mm后进入到碎氧化钙存储罐，而料仓中的石灰可以通过定量称重系统进入到一级消石灰消解器中，初步消化后进入到二级、三级消石灰消解器中，完成消化过程。经过选粉分离机处理后即可得到合格的精制消石灰。氢氧化钙湿法工艺流程要求生石灰破碎为30-50mm，破碎工作完成后送入消化车间消化机上部的石灰料仓中。而后通过料仓下部的插板阀，称重给料器均匀送入消化机中，通常情况下进料量控制为5t/h，并以灰水1∶3.5的比例向消化机加水，运行15min后可以使用热水罐内加入至80℃的热水，待消化机温度大于90℃时可改用冷水消化。为有效满足节能环保需求还可以对精浆储罐进行加热，待温度达到65℃时保温。图1，氢氧化钙生产工艺流程图。总的来说，目前所使用的氢氧化钙工艺设备主要具有以下几点优势：①借助PLC集中自动控制方式和多种调节方式可以对生产过程进行有效控制，尤其是可以对生石灰的消化流程实现良好的控制，通常情况在8-15min即可完全消解^[1]；②独特的设计方式可以将生产过程中所产生的热量充分利用，这对于提升内部石灰料温和消化速率具有重要的意义；③目前多采用的螺旋氢氧化钙推进器可以对输送实现定量，实践应用发现可以很大程度上避免水和生石灰发生反应，传感信号的准确性可以得到保障；④目前市面上使用的第三代氢氧化钙设备搭载了自动排渣功能，原料中的含渣量可以根据实际质量要求调节转速，以此最大限度减少氢氧化钙随渣排出的比率，成品率可以有效提升5％以上。

图1 氢氧化钙生产工艺流程图

2. 不同粒度石灰及水温对消化时间的影响实验

不同粒度石灰及水温对消化时间的影响实验是氢氧化钙工艺设备优化的常用手段，通过开展实验可以得到关键的数据信息，可以为后续氧化钙转化速率提升提供数据参考，应用意义十分显著。

①石灰粒度对消化时间的影响：通过实验验证发现，当石灰粒度设定为0.15mm时，其消化时间处于50-70s，当石灰粒度设定为5mm时，其消化时间处于60-80s，当石灰粒度设定为10mm时，其消化时间处于65-89s。由此可以看出，当石灰的粒度越大时其消化时间越长，反之，当石灰的粒度越小时其消化时间越短，呈正比例关系。

②消化水温度对石灰消化时间的影响：研究采用10-15mm粒度的石灰，继而以不同温度的水加以消化。发现消化水温度25℃时其消化时间为90s，消化水温度50℃时其消化时间为60s，消化水温度80℃时其消化时间为30s。由此可以得出，水温度可以直接影响石灰消化速度，当石灰粒度不变时，水温度越高则石灰消化时间越短，呈反比例关系。另外，在研究中还发现水温度会对氢氧化钙的质量与体积比例产生一定的影响，甚至可以决定氢氧化钙的质量与体积比例。

通过实验研究发现，当石灰粒度过小时极易导致石灰内的碳酸钙和煤渣等物质混合其中，在后续石灰筛选和氢氧化钙选粉过程中会对分离效率和质量产生较大的影响，最终降低氢氧化钙的制备含量。因此，需要根据所选原材料的质量和生产需求对石灰粒度进行精准的调整，确保可以满足制备需求，生产出质量最佳的产品。除此之外，需要对消化水温度控制给予充分的重视，其原因在于如果消化水的温度过高不但会对生产设备的功能发挥产生影响，而且会降低生产设备运行过程中的安全性。实践应用发现，当消化水温度过高时也会一定程度上减少氢氧化钙的比表面积，无法实现消化充分的目的。通过对实验结果进行系统的分析论述，认为石灰的最佳粒度应该控制为10-15mm，消化水温度应该控制为80℃。

3. 氢氧化钙工艺设备的改进与优化

结合实验所获得的数据信息，为有效实现氢氧化钙工艺设备的改进与优化，需要重点做好以下几点工作：

①充分利用CaO的消化热蒸气温度，确保在10min内可以将水温升高至80℃，此目标实现需要借助热水转换装置。理论研究发现此措施可以有效降低消化时间和消化成本，应用效果显著，具体的实践成效需要在后续实践中总结分析。

②二三级消化可均采用倾斜式走料，以此降低动力消化，更为有利的一点是，将其设定至同一个组合体内，消化整体效果可以得到很大程度的提升，且氢氧化钙的质量与体积均可以一定的程度的提升，这对于企业生产效率提升具有十分重要的意义。

③为实现消化器倾斜传动，可以对消化器进料口作适当的调整，具体可以将消化进料口抬高。如图2，倾斜消化器内消化石灰的受力分析。Sinα=H/L，分析可得，当消化器的长度L控制不变时，不断抬升H，则Sinα的值也会不断增大，重力分力也会随之变大。当支持力N₂的数值越小时相应的摩擦力F₃会变小。深入分析研究后发现，因为受到消化石灰的重力分力作用，其摩擦阻力会降低，继而导致消化石灰所需要的推力也发生相应的减小，这对于保护消化器有重要的意义，尤其是在保护叶片磨损中作用更加显著。除此之外，当传动力不发生变化时消化器的传送能力可以得到很大程度的提升，大部分经过破碎的石灰可以变为粉末附着于消化器上部，没有完全消化的石灰可以继续消化。总的来说，为延长石灰的消化时间可以适当延长消化器长度，同时还需要适当扩大消化器的出口，以此避免下料过程中出现堵塞的情况。

图2 倾斜消化器内消化石灰的受力分析

4. 结语

氢氧化钙工艺设备的优化可以直接决定氢氧化钙的生产质量，在具体优化工艺设备时需要以相关的实验结果为基础，进行针对性的优化工作，以此提升生产质量。

参考文献：

[1]邓长征，邓金营，杨雷.氢氧化钙在新材料领域中应用[J].广东化工，2019,046(18):86-90.