Способ получения химически осажденного мела
Изобретение может быть использовано в производстве химически осажденного мела для целлюлозно-бумажной, пищевой, парфюмерно-косметической, медицинской, фармацевтической и других отраслей промышленности. Способ включает приготовление воды, содержащей гидроксид кальция, обработку в карбонизаторе диоксидом углерода или его смесью с другим газом, выведение из карбонизатора суспензии мела, выделение его из водной среды, высушивание. В качестве карбонизатора используют проточный реактор, выполненный в виде цилиндрического корпуса, внутреннее пространство которого разделено пористыми перегородками на две соосные продольные полости, сообщающиеся между собой через поры перегородок. В наружную полость подают под давлением содержащую годроксид кальция воду, а во внутреннюю полость также под давлением подают газ. Давление в полости с газом выше давления в полости с водой, содержащей гидроксид кальция. В качестве воды, содержащей гидроксид кальция, используют известковую воду или известковое молоко. Изобретение позволяет повысить производительность процесса, чистоту и дисперсность получаемого продукта, 2 з.п. ф-лы.
Изобретение относится к производству химически осажденного мела для целлюлозно-бумажной промышленности, а также для пищевой, парфюмерно-косметической, медицинской, фармацевтической, химической и других отраслей промышленности.
Известен способ получения химически осажденного карбоната кальция путем карбонизации содержащегося в воде гидроксида кальция до значений рН 7,4-8,5 природным углекислым газом сильно газированного минерального источника (RU, №2135414 С1, МКИ 6 C01F 11/18, опубл. 1999.08.27). Недостатками способа являются необходимость территориального привязывания производства к природным источникам чистого углекислого газа, а также низкая производительность способа, обусловленная применением для карбонизации гидроксида кальция метода барботирования.
Наиболее близким к предлагаемому способу является способ получения химически осажденного мела, включающий приготовление содержащей гидроксид кальция воды, обработку полученной воды в виде известкового молока в карбонизаторах диоксидом углерода, отделение и сушку мела и, при необходимости, его измельчение (RU, №2156737 С1, МКИ C01F 11/18, опубл. 2000.03.07). Недостатками способа являются необходимость использования большого количества карбонизаторов для обеспечения непрерывности процесса карбонизации известкового молока, а также недостаточная производительность, обусловленная технологией стадии карбонизации путем барботирования диоксида углерода через известковое молоко, в которой каждый карбонизатор работает в периодическом режиме.
Техническими результатами предлагаемого способа являются повышение производительности процесса, чистоты осажденного мела, обеспечение возможности получать мел с ультрадисперсным размером его частиц.
Указанные технические результаты достигаются тем, что в способе получения химически осажденного мела, включающем приготовление содержащей гидроксид кальция воды, обработку воды в карбонизаторе газом - диоксидом углерода или его смесью с другим газом, выведение из карбонизатора суспензии мела, выделение его из водной среды, высушивание, согласно изобретению в качестве карбонизатора используют проточный реактор, выполненный в виде цилиндрического корпуса с разделенным внутренним его пространством пористыми перегородками на две соосные продольные полости, сообщающиеся между собой через поры перегородок, в наружную полость подают под давлением содержащую гидроксид кальция воду, а во внутреннюю полость также под давлением подают газ, при этом давление в полости с газом выше давления в полости с содержащей гидроксид кальция водой. В качестве содержащей гидроксид кальция воды используют известковую воду или известковое молоко.
Способ осуществляют следующим образом. Из гашеной, измельченной и очищенной известными методами извести готовят 10-15%-ное известковое молочко, то есть 10-15%-ную дисперсию гидроксида кальция. Часть известкового молока отстаивают с получением осадка гидроксида кальция и осветленной воды, содержащей гидроксид кальция в растворенном виде. Такую воду называют известковой водой. Она, кроме гидроксида кальция, не содержит никаких примесей, обычно содержащихся в извести, таких как гидроксиды магния, железа, диоксид кремния, вследствие низкой или чрезвычайно низкой их растворимости в воде.
Воду, содержащую гидроксид кальция в растворенном или дисперсированном виде, подают тангенциально во внешнюю полость карбонизатора, выполненного в виде цилиндрического корпуса (трубы) с разделенным внутренним его пространством пористыми перегородками на две соосные продольные полости, сообщающиеся между собой исключительно через поры перегородок. Давление жидкой фазы во внешней полости поддерживают на уровне 0,2-0,4 МПа. Во внутреннюю полость карбонизатора под давлением 0,24-0,46 МПа подают газ - диоксид углерода или его смесь с другим газом.
При тангенциальной подаче жидкой фазы в карбонизаторе обеспечивается высокая скорость ее перемешивания, перепад давления между полостями карбонизатора обеспечивает интенсивную подачу диоксида углерода в жидкую фазу и при повышенном суммарном давлении в жидкой фазе и соответствующем давлении диоксида углерода - высокие скорость и концентрацию растворенного диоксида углерода.
Скорость подачи в карбонизатор воды, содержащей гидроксид кальция и диоксида углерода, величины давления в полостях реактора и перепада давления между газовой и жидкой фазами подбираются такими, чтобы значения рН суспензии мела на выходе карбонизатора были на уровне 7,0-8,5. Такие значения рН свидетельствуют о практическом завершении реакции гидроксида кальция с диоксидом углерода.
Для удобства эксплуатации установки и обеспечения как полного преобразования поступающего в установку гидроксида кальция в карбонат кальция без рециркуляции жидкой фазы, так и высокой производительности процесса установка может быть выполнена из 2-4-х одинаковых и последовательно соединенных по жидкой фазе карбонизаторов.
Химически осажденный мел можно производить одновременно на двух установках с карбонизаторами описанного выше типа. Одну из них используют для получения из известковой воды высокодисперсного химически чистого мела для применения с учетом этих его качеств. Другую используют в производстве мела из известкового молока для применения, например, в качестве наполнителя в бумажной массе, в качестве пигмента в меловальных составах и т.п. Из установки дисперсию мела (меловое молочко) выводят в бак для отстаивания. Концентрация дисперсии мела, выраженная, например, в г/л, практически равна концентрации гидроксида кальция в воде, подаваемой на карбонизацию, умноженной на стехиометрический коэффициент 1,35. После отстаивания из бака выводят сгущенную дисперсию мела и осветленную воду. Дисперсию обезвоживают, высушивают и, при необходимости, измельчают. Осветленную воду направляют на гашение извести, на приготовление известкового молочка, на приготовление известковой воды путем взмучивания осадка, образующегося при отстаивании дисперсии гидроксида кальция в процессе приготовления известковой воды.
Способ иллюстрируют следующие примеры его испытания, проведенные на опытной установке.
Пример 1. Химически осажденный мел получают карбонизацией известковой воды в установке с одним карбонизатором. Содержание гидроксида кальция 1,53 г/л воды. Давление водной фазы во внешней полости карбонизатора при заданной скорости потока устанавливают равным 0,2 МПа. Во внутреннюю полость карбонизатора подают диоксид углерода под давлением несколько выше 0,2 МПа. При значении рН водной фазы на выходе карбонизатора выше 9,0 увеличивают давление газовой фазы, повышая тем самым величину перепада давления и скорость подачи углекислого газа. При значении рН 7,0-7,3 снижают скорость подачи жидкой фазы при сохранении ее давления. Корректировка параметров проводится до их величин, при которых рН жидкой фазы окажется в диапазоне 7,5-8,5. Это означает, что установлен рабочий режим. При работе в этом режиме меловое молочко направляют в бак для отстоя и отбирают пробу мелового молочка. Размер первичных частиц в молочке определяют с использованием микроскопа, причем пробу на предметное стекло берут на более чем через 1-2 с после перемешивания на мешалке со скоростью вращения не менее 600 об/мин. Размер первичных частиц 20-70 нм. В молочке из первичных частиц при отстаивании за 5-6 сек формируются мелкие флоккулы (2-3 мм), через 10-15 сек - крупные хлопья, размером 5-6 мм, быстро оседающие. Флоккулы и хлопья при перемешивании распускаются на первичные частицы. Молочко отстаивают, отбирают осадок в виде сгущенной дисперсии мела, ее обезвоживают, высушивают, измельчают, определяют характеристики. Высушенный материал легко измельчается до самой высокой степени помола. Белизна порошка - до 96,6%.
Пример 2. Химически осажденный мел получают карбонизацией известкового молочка с содержанием гидроксида кальция 140 г/л молочка. Карбонизацию ведут в установке, содержащей три последовательно соединенных по жидкой фазе карбонизатора. Для полного преобразования гидроксида кальция в карбонат кальция путем карбонизации диоксидом углерода необходимо израсходовать на менее 0,6 мас.ч. углекислого газа на 1 ч. гидроксида кальция. С учетом этого процесс запускают следующим образом. Известковое молочко подают с заданной объемной скоростью под давлением 0,4 МПа. Рассчитывают с учетом скорости подачи жидкой фазы скорость подачи в установку в мас.ч. гидроксида кальция и необходимую суммарную скорость подачи диоксида углерода во все три не связанных по газовой фазе карбонизатора. Путем регулирования величины перепада давления в каждом из трех карбонизаторов в первый подают 40-45% расчетного количества углекислого газа, во второй - 30-35%, в третий - остальное количество диоксида углерода. С учетом величины рН дисперсии на выходе установки регулируют общую скорость подачи углекислого газа путем изменения перепада давления в одном, в двух или во всех трех карбонизаторах до достижения рН на выходе в диапазоне 7,0-8,5. С этого момента процесс считают нормальным, меловое молочко направляют в бак для отстаивания. Размер первичных частиц в молочке от 20 до 300 нм. Их поведение при отстаивании аналогично описанному в примере 1. Все остальные операции аналогичны операциям по Примеру 1. Высушенный мел легко измельчается до самой высокой степени помола. Белизна порошка - до 94,8%.
Очевидно, что напорная карбонизация, то есть карбонизация при повышенном давлении диоксида углерода, значительно повышает общую скорость процесса карбонизации и тем значительнее, чем выше давление жидкой фазы и чем выше перепад давления между газовой и жидкой фазами. Важно также, что конструкция карбонизатора и принципы его наладки и работы в рабочем режиме при незначительности его габаритов (например, диаметре корпуса 500 мм и общей длине трех аппаратов 7,5-9,0 м) позволяют обеспечить производительность процесса карбонизации известкового молочка в несколько десятков м3 в час при достаточно высокой концентрации в молочке гидроксида кальция.
Таким образом, заявленные технические результаты достигаются в полном объеме.
1. Способ получения химически осажденного мела, включающий приготовление содержащей гидроксид кальция воды, обработку воды в карбонизаторе газом - диоксидом углерода или его смесью с другим газом, выведение из карбонизатора суспензии мела, выделение его из водной среды, высушивание, отличающийся тем, что в качестве карбонизатора используют проточный реактор, выполненный в виде цилиндрического корпуса с разделенным внутренним его пространством пористыми перегородками на две соосные продольные полости, сообщающиеся между собой через поры перегородок, в наружную полость подают под давлением содержащую гидроксид кальция воду, а во внутреннюю полость также под давлением подают газ, при этом давление в полости с газом выше давления в полости с содержащей гидроксид кальция водой.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве содержащей гидроксид кальция воды используют известковую воду.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве содержащей гидроксид кальция воды используют известковое молоко.
