[发明专利]纳米碳酸钙碳酸化反应搅拌器

说明书

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。

技术背景

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CN247424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匀、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，使得气体能够均匀、稳定的进入合成反应器。该装置还配有粒度均匀化器，使得石灰乳的分散更加均匀。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匀的分布多根列管，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-固的均匀接触，最终实现对产品细度和均匀度的有效控制。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。

(5)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：