专利名称：纳米碳酸钙碳酸化反应搅拌器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种化工设备，尤其涉及一种用于纳米碳酸钙碳酸化合成反应的搅拌器。
背景技术：
纳米碳酸钙是一种重要的无机化工原料，随着国民经济快速发展，近年来我国纳米碳酸钙工业技术水平和生产规模突飞猛进。碳酸化反应釜是生产过程中制约纳米碳酸钙粒径大小和其他重要特性的关键设备。目前，用于纳米碳酸钙化学合成的碳酸化设备主要有一下几种(1)超重力合成器中国发明专利CN95107423公开了一种可用于纳米碳酸钙碳酸化制备的错流旋转床超重力场装置。这是北京化工大学于21世纪初开发的具有国际领先水平的超重力法合成反应器，可制备粒径介于15 30nm的纳米级碳酸钙。这种反应器的设计主要基于分子混合与反应结晶理论，是一高速旋转床，石灰浆经旋转床加速后可获得较重力加速度大2 3 个数量级的离心速度，极大地增加了气液接触面，加强了传质过程，大大提高了碳酸化反应速度。同时，由于反应混合物在旋转床中得到高度分散，限制了晶粒的长大，利用该设备可轻易制备粒径极小的高品质纳米沉淀碳酸钙。但超重力合成器有设计复杂，设备投资大，运行成本高，反应气体利用率低等缺点，这大大限制了它的工业应用。(2)乳化反应器中国实用新型专利CNM74M公开了一种纳米碳酸钙碳酸化合成器。该合成器最大的优点就是将乳化机引入到纳米碳酸钙合成器中，使得搅拌器具有搅拌均勻、高剪切但强度适宜，能够明显增强气-液、气-固的传质过程。该装置配有气体微泡发生器，使得气体能够均勻、稳定的进入合成反应器。该装置还配有粒度均勻化器，使得石灰乳的分散更加均勻。以上增加的几个装置目的都是使产品有利于超细化、粒度分布更窄。这种碳酸化装置最大的特点在于乳化机的应用，但这也会显著增加纳米碳酸钙生产能耗和设备护养成本，而且非反应产生热效应会比较显著，不利于碳酸化过程中浆液混合物温度的控制。(3)气提式反应器气提式反应器就是在普通鼓泡反应器内增置一个圆筒，含二氧化碳气体可由圆筒内/外引入，气体到达反应器顶部后又从圆筒外/内往下行进，从而带动反应器内的浆液在圆筒内外形成环流，这就是“气提”的作用，它在没有搅拌器的情况下起到一定循环搅拌的作用。中国实用新型专利CN03273383公开了一种气提式碳酸化反应器的设计，该技术在国内已应用得较为普遍。这种反应器具有设计简单，易于操作，生产能耗低等优点。但因循环强度不够，气提式反应器还是不能有效改善纳米碳酸化过程中的传质问题，尤其是在粘度极大的凝胶化阶段整个反应体系基本处于宏观静止状态。所以这种设备生产的纳米碳酸钙产品一般粒径分布较宽，形貌多样，产品质量波动问题严重。(4)列管式反应器
中国实用新型专利CN200520023587. 4公开了一种用于纳米碳酸钙合成的列管式反应器。列管式反应器的主要结构为反应塔中均勻的分布多根列管，每根列管上分布着数百个微孔，CO2气体通过列管微孔高速喷出在反应器内形成立体气流网，从而实现气-液、 气-固的均勻接触，最终实现对产品细度和均勻度的有效控制。但凝胶化的碳酸化浆液不易顺利通过列管上的微孔，甚至堵塞列管。而且这种反应器不易清洗，生产周期较长，不利于纳米碳酸钙生产成本的控制。( 膜反应合成器清华大学王凯等人开发了纳米碳酸钙膜反应制备技术，其工作原理是含二氧化碳气通过微孔膜被分散为微米级的气泡，然后与循环流动的石灰浆混合发生碳酸化反应得到纳米碳酸钙。使用膜反应器合成纳米碳酸钙，需在较高压力下实现含二氧化碳气通过微孔膜，微孔小，阻力大，生产能耗较高，效率低。而且微孔膜的护养也是该技术中较突出的问题。(6)乳化循环碳酸化反应器针对鼓泡法合成CaCO3存在诸如反应时间长，生产过程难以调控，生成制品分散性和重复性差等缺点，中国发明专利CN200610144016公开了一种沉淀碳酸钙合成流程剪切循环管路中引入CO2气的碳酸化反应技术，含二氧化碳气引入循环管后和碳酸化反应浆液一起经乳化泵剪切分散。这样的设计增强了气体和浆液的分散和传质效果。但乳化泵对气体的分散效果并不显著，还影响了浆液的乳化效果。这一技术尚未成熟，并无工业应用实例。
发明内容
本发明的目的为克服现有纳米碳酸钙碳酸化反应釜或反应器系统之不足，本发明的目的在于设计一种可提高纳米碳酸钙碳酸化反应中含二氧化碳气体和浆液混合分散效果搅拌器。本发明是这样实现的一种纳米碳酸钙碳酸化反应搅拌器，其结构主要由转轴、加强转轴、搅拌叶片、空心圆盘叶片和空心圆盘构成；转轴上端与碳酸化反应釜顶部中间传动装置连接，转轴下端与加强转轴上端面焊接，搅拌叶片大端侧面与加强转轴焊接，搅拌叶片底侧面与空心圆盘焊接，空心圆盘叶片的底侧面与空心圆盘焊接。以上所述的搅拌叶片设置2片以上，并呈放射状均勻分布于空心圆盘。以上所述的空心圆盘叶片设置2片以上，并呈放射状均勻分布于空心圆盘。以上所述的搅拌叶片和空心圆盘叶片设置片数相等，并呈放射状均勻分布于空心圆盘。纳米碳酸钙碳酸化反应搅拌器的工作原理纳米碳酸钙碳酸化反应时，开动搅拌器，二氧化碳气体由反应釜底部正对搅拌器的下方引入，气体将纳米碳酸钙冲过空心圆盘5中心，上升后被搅拌叶片3打碎分散并向四周扩散，空心圆盘叶片4继续将纳米碳酸钙打碎分散并向四周扩散。搅拌叶片3为反应釜内纳米碳酸钙浆液和二氧化碳气体提供高剪切力，空心圆盘叶片4也具有类似搅拌叶片的作用。由于搅拌叶片3和空心圆盘叶片4将纳米碳酸钙浆液搅拌，纳米碳酸钙浆液在反应釜中间形成由上至下的漩涡，在搅拌器的圆周外部由下至上流动，与中部漩涡形成宏观循环。 通过改变搅拌叶片长度、面积和倾角可调节搅拌功效。本发明搅拌器具有以下突出特点1、本搅拌器高速旋转的搅拌器叶片为反应釜内浆液和气体提供高剪切力，对反应混合体系起到充分分散和传质作用。2、本搅拌器由于固定搅拌叶片的圆盘为空心的存在，易于形成由上至下的漩涡， 从而减少了含二氧化碳气体的逸出，提高了二氧化碳气利用率。3、本搅拌器设计简单，造价低。4、应用本搅拌器生产纳米碳酸钙能耗降低30%，效率高。5、应用本发明搅拌器生产纳米碳酸钙，可有效缩短碳酸化反应时间，能缩短碳酸化反应时间16-30%。6、应用本搅拌器可制备品质均勻、稳定的纳米碳酸钙。
图1本发明搅拌器的剖视示意图。图2本发明搅拌器的府视示意图。图中标识1-转轴；2-加强转轴；3-搅拌叶片；4-空心圆盘叶片；5-空心圆盘。
具体实施例方式下面结合实施例及附图对本发明做进一步详细描述，但本发明的实施方式并不局限于此。实施例1如图1和图2，纳米碳酸钙碳酸化反应搅拌器，由转轴1、加强转轴2、搅拌叶片3、 空心圆盘叶片4和空心圆盘5构成。转轴1上端与碳酸化反应釜顶部中间传动装置连接， 转轴1下端与加强转轴2上端面焊接，搅拌叶片3设置4片，呈放射状均勻分布于空心圆盘 5上，搅拌叶片3的大端侧面与加强转轴2焊接，搅拌叶片3底侧面与空心圆盘5焊接，空心圆盘叶片4设置4片，呈放射状均勻分布于空心圆盘5上，空心圆盘叶片4的底侧面与空心圆盘5焊接。将CaCO3含量大于98. 5%的石灰石在1050°C温度下煅烧3小时得生石灰；生石灰与水按质量比1 4在90士5°C温度下充分消化得熟石灰浆；石灰浆经筛分除渣，加水稀释至Ca(OH)2固含量8. 5士0. 5% ；将浆液引入带本发明的反应釜，调节浆液温度20°C ；开动搅拌，通入CO2体积浓度为30士2%的石灰窑气直至体系pH < 8. 5制得纳米碳酸钙浆液。本实施例所用纳米碳酸钙浆液干燥粉体比表面积为24. 3m2/g,晶粒粒径约80nm，呈类立方规则形貌，粉体分散良好。与传统鼓泡碳酸化反应方法制备纳米碳酸钙相比，应用本发明搅拌器可缩短碳酸化反应时间30%，所得产品更均勻。与普通带搅拌碳酸化方法相比，本发明搅拌器可缩短碳酸化反应时间16%，搅拌能耗降低30%。实施例2纳米碳酸钙碳酸化反应搅拌器，由转轴1、加强转轴2、搅拌叶片3、空心圆盘叶片4 和空心圆盘5构成。转轴1上端与碳酸化反应釜顶部中间传动装置连接，转轴1下端与加强转轴2上端面焊接，搅拌叶片3设置3片，呈放射状均勻分布于空心圆盘5上，搅拌叶片 3的大端侧面与加强转轴2焊接，搅拌叶片3底侧面与空心圆盘5焊接，空心圆盘叶片4设置3片，呈放射状均勻分布于空心圆盘5上，空心圆盘叶片4的底侧面与空心圆盘5焊接。将CaCO3含量大于98. 5%的石灰石在1050°C温度下煅烧3小时得生石灰；生石灰与水按质量比1 4在90士5°C温度下充分消化得熟石灰浆；石灰浆经筛分除渣，加水稀释至Ca(OH)2固含量8. 5士0. 5% ；将浆液引入带本发明的反应釜，调节浆液温度20°C ；开动搅拌，通入CO2体积浓度为30士2%的石灰窑气直至体系pH < 8. 5制得纳米碳酸钙浆液。本实施例所用纳米碳酸钙浆液干燥粉体比表面积为24. 3m2/g,晶粒粒径约80nm，呈类立方规则形貌，粉体分散良好。与传统鼓泡碳酸化反应方法制备纳米碳酸钙相比，应用本发明搅拌器可缩短碳酸化反应时间30%，所得产品更均勻。与普通带搅拌碳酸化方法相比，本发明搅拌器可缩短碳酸化反应时间16%，搅拌能耗降低30%。实施例3纳米碳酸钙碳酸化反应搅拌器，由转轴1、加强转轴2、搅拌叶片3、空心圆盘叶片4 和空心圆盘5构成。转轴1上端与碳酸化反应釜顶部中间传动装置连接，转轴1下端与加强转轴2上端面焊接，搅拌叶片3设置2片，呈放射状均勻分布于空心圆盘5上，搅拌叶片 3的大端侧面与加强转轴2焊接，搅拌叶片3底侧面与空心圆盘5焊接，空心圆盘叶片4设置2片，呈放射状均勻分布于空心圆盘5上，空心圆盘叶片4的底侧面与空心圆盘5焊接。将CaCO3含量大于98. 5%的石灰石在1050°C温度下煅烧3小时得生石灰；生石灰与水按质量比1 4在90士5°C温度下充分消化得熟石灰浆；石灰浆经筛分除渣，加水稀释至Ca(OH)2固含量8. 5士0. 5% ；将浆液引入带本发明的反应釜，调节浆液温度20°C ；开动搅拌，通入CO2体积浓度为30士2%的石灰窑气直至体系pH < 8. 5制得纳米碳酸钙浆液。本实施例所用纳米碳酸钙浆液干燥粉体比表面积为24. 3m2/g,晶粒粒径约80nm，呈类立方规则形貌，粉体分散良好。与传统鼓泡碳酸化反应方法制备纳米碳酸钙相比，应用本发明搅拌器可缩短碳酸化反应时间30 %，所得产品更均勻。与普通带搅拌碳酸化方法相比，本搅拌器可缩短碳酸化反应时间16%，搅拌能耗降低30%。
权利要求
1.一种纳米碳酸钙碳酸化反应搅拌器，其特征在于由转轴(1)、加强转轴O)、搅拌叶片(3)、空心圆盘叶片(4)和空心圆盘(5)构成；转轴(1)上端与碳酸化反应釜顶部中间传动装置连接，转轴(1)下端与加强转轴( 上端面焊接，搅拌叶片( 大端侧面与加强转轴 ⑵焊接，搅拌叶片⑶底侧面与空心圆盘(5)焊接，空心圆盘叶片⑷的底侧面与空心圆盘(5)焊接。
2.根据权利要求1所述的纳米碳酸钙碳酸化反应搅拌器，其特征在于所述的搅拌叶片(3)设置2片以上，并呈放射状均勻分布于空心圆盘(5)。
3.根据权利要求1所述的纳米碳酸钙碳酸化反应搅拌器，其特征在于所述的空心圆盘叶片(4)设置2片以上，并呈放射状均勻分布于空心圆盘(5)。
4.根据权利要求1所述的纳米碳酸钙碳酸化反应搅拌器，其特征在于所述的搅拌叶片(3)和空心圆盘叶片(4)设置片数相等，并呈放射状均勻分布于空心圆盘(5)。
全文摘要
本发明公开了一种纳米碳酸钙碳酸化反应搅拌器，主要由转轴、加强转轴、搅拌叶片、空心圆盘叶片和空心圆盘构成。转轴上端与碳酸化反应釜顶部中间传动装置连接，转轴下端与加强转轴上端面焊接，所述的搅拌叶片和空心圆盘叶片分别设置2片以上，呈放射状均匀分布于空心圆盘上，搅拌叶片的大端侧面与加强转轴焊接，搅拌叶片底侧面与空心圆盘焊接，空心圆盘叶片的底侧面与空心圆盘焊接。本搅拌器的圆盘空心易于形成由上至下的漩涡，为反应釜内浆液和气体提供高剪切力，对反应混合体充分分散和传质，提高了二氧化碳气利用率，降低二氧化碳用量30％，效率高，缩短碳酸化反应时间16-30％，产品质量稳定，设计简单，造价低，经济效益较好。
文档编号C01F11/18GK102491399SQ20111042780
公开日2012年6月13日 申请日期2011年12月20日 优先权日2011年12月20日
发明者朱勇, 王权广, 黄安定, 黄炜民, 黄炜波 申请人:广西华纳新材料科技有限公司