专利名称：一种用于合成纳米碳酸钙的装置及其实现方法
技术领域：
本发明涉及化工反应设备领域，具体来说是一种用于合成纳米碳酸钙的装置及其实现方法。
背景技术：
纳米碳酸钙，又称超细碳酸钙，其粉体的特点是
(1)粒子细平均粒径为IO-IOOnm ；
(2)比表面积大比普通轻质碳酸钙大近8倍；
(3)表面经过活化处理，活化率较高，具有不同的功能和用途；
(4)白度较高，适宜作浅色制品，PH值呈弱碱性；
(5)晶型多样化，不同行业需要不同的晶型。
纳米碳酸钙是一种重要的无机化工原料，经表面改性处理而成为一种功能性的填充材料，广泛应用于塑料、橡胶、油墨、涂料、造纸、胶粘剂、密封胶等工业，还应用于食品、医药、饲料、建材、化纤等行业。如
(1)添加纳米碳酸钙的橡胶制品的硫化胶拉长率、抗撕裂性能、压缩变形和耐屈绕性能，都明显好于添加一般碳酸钙的产品。
(2)对于塑料来说，普通碳酸钙只能起到填充剂的作用，改性纳米碳酸钙可以增加产品体积、降低成本、提高硬度和耐热性以及刚度、改进加工性能、提高擦伤性和平滑度，还可以提高薄膜的透明性、韧性、开口性、抗老化性能等。
(3)纳米碳酸钙在涂料中不仅作为优质增白的涂料，降低成本，提高涂料的光泽度、干燥性和覆盖力，还有透明性、稳定性、补强作用、快干等特点。
纳米碳酸钙的生产过程大致如下
(1)煅烧，石灰石经过预处理后进行煅烧，产生氧化钙(石灰)、二氧化碳；
(2)消化，煅烧得到的石灰除渣后送消化池，与水进行消化反应生成石灰乳；
(3)碳化，石灰乳经除渣精制后的浆液，送往碳化反应设备(碳化塔)进行碳化反应；
(4)改性，碳酸钙表面覆盖改性剂，改性剂为脂肪酸、树脂酸、偶联剂等；
(5)压滤，改性完毕的纳米碳酸钙用压滤机压滤脱水后，进行干燥、分级和包装。
中国实用新型专利(ZL200320119232. 6，公开号C拟670338Y，
公开日期 2005.01. 12)公开了一种生产纳米碳酸钙的碳化塔，该碳化塔由外管和内管组成，内管是一个夹套，内管分别设有进水管和出水管，内管通过其进水管和出水管与外管连接固定，内管的下方设有一呈倒圆锥体状的气体分布器。其不足之处在于，因气液接触面有限，反应过程不均勻导致碳化时间长，对碳酸钙晶体和碳化率都不易控制，易过碳化或不完全碳化，制得的碳酸钙颗粒较大，且粒度分布不均勻；另外，生产效率低下，二氧化碳气体的消耗过大，工艺条件较难控制。发明内容
本发明的目的在于克服以上现有技术存在的不足，提供了一种结构简单、气液接触面广、反应充分、碳化时间短、碳酸钙晶体和碳化率易控制、不易过碳化或不完全碳化、碳酸钙颗粒小和粒度分布均勻的用于合成纳米碳酸钙的装置。
本发明的另一目的在于提供一种用于合成纳米碳酸钙的装置的实现方法。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案一种用于合成纳米碳酸钙的装置， 包括桶体和内桶，桶体内设置内桶，还包括桶盖、分流板、同轴管、石灰乳进管和二氧化碳进管；桶盖与桶体顶部密封连接，桶盖分隔成石灰乳室和二氧化碳室，石灰乳室和二氧化碳室通过同轴管与桶体内部连通，石灰乳进管连接石灰乳室，二氧化碳进管连接二氧化碳室，内桶的上方设置分流板，分流板的宽度大于或等于内桶的内径。
为了能取得更好的效果，所述石灰乳室位于桶盖的内部上层，二氧化碳室位于桶盖的内部下层。
作为一种优选的结构，所述同轴管包括内管和外管，石灰乳室通过内管与桶体内部相通，二氧化碳室通过外管与桶体内部相通，内管固定在桶盖的隔板上，外管固定在桶盖的底盘上，内管穿过外管，内管与外管之间有间隙。
为了便于排料及分流，所述桶体的底部为向下倾斜的锥形结构，所述锥形结构底部设置排料管，排料管上装有排料管阀门；所述分流板为向上倾斜的锥形分流板。
为了控制反应温度，所述内桶的桶壁为水套结构，水套的下部设置进水管，水套的上部设置出水管。
作为一种优选的结构，所述桶盖的底部为一突出部分，突出部分伸至桶体内侧且密封，石灰乳室和二氧化碳室位于所述突出部分。
作为一种优选的结构，所述同轴管的数量为50-900个/平方米，内管的内径为 5mm-20mm，外管与内管之间的间隙为lmm-5mm，内管和外管的壁厚均为0. 5mm-2mm。
为了能更好的固定，所述外管通过焊口焊接固定于桶盖的底盘上。
一种用于合成纳米碳酸钙的装置的实现方法，包括以下步骤
(1)通过石灰乳进管给石灰乳室填充石灰乳及通过二氧化碳进管给二氧化碳室填充二氧化碳；
(2)石灰乳和二氧化碳通过同轴管同时进入桶体内部；
(3)石灰乳和二氧化碳混合后，石灰乳通过分流板进行两侧分流，分流后到达桶体内部的底部；
(4)石灰乳沿内桶向上运动至内桶顶部，与向下运动石灰乳汇合，形成内循环运动；
(5)当桶体内部温度升高后，打开进水管，将冷水通入水套，冷水经过出水管流出， 形成水冷循环；
(6)反应完成后打开排料管阀门，成品从排料管处排出。
优选的，所述步骤(1)中的石灰乳室位于桶盖底部突出部分上层，二氧化碳室位于桶盖底部突出部分下层；所述步骤O)中的石灰乳通过内管进入桶体内部，二氧化碳通过外管进入桶体内部；所述步骤(3)中的分流板为向上倾斜的锥形分流板。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果
1、本发明与传统的生产纳米碳酸钙的装置相比，具有结构简单、生产工艺容易控制、二氧化碳吸收率高、产物粒径分布窄、形貌规整、便于规模化工业生产。应用本发明生产出的纳米碳酸钙产品质量稳定、晶型好、品质高，用透射电镜检测，粒度小且分布均勻，粒径在 30-70nm。
2、本发明可在常压下进行，不需要动力搅拌装置，减少动力消耗90%以上。
3、本发明桶盖内设有两层腔室，上层为石灰乳室，下层为二氧化碳室，石灰乳室和二氧化碳室通过多个同轴管与桶体相通，石灰乳室通过同轴管的内管与桶体相通，二氧化碳室通过同轴管的外管与桶体相通，同轴管的出口向下。工作时，由于石灰乳与二氧化碳自同轴管同时向下喷出瞬间即发生混合，石灰乳可以更充分、更均勻地与二氧化碳气体接触， 并且解决了二氧化碳出气孔易堵塞的问题，利于设备的正常运转。
4、本发明在内桶的上方设置向上倾斜的锥形分流板，石灰乳沿锥形分流板于内桶的两侧借重力向下运动，至桶体底部的锥形结构后，再沿内桶向上运动至内桶顶部，与向下运动石灰乳汇合，形成内循环运动，进一步促进石灰乳充分与二氧化碳接触，大大提高石灰乳对二氧化碳的吸收率。
5、本发明内桶的桶壁为水套结构，水套分别与进水管、出水管相通，当反应一段时间温度升高后，将冷水经进水管通入水套，再经出水管流出，形成水冷循环，带走反应放出的能量，达到控制反应温度的目的。
6、本发明桶盖的底部突出部分伸至桶体内侧，石灰乳室和二氧化碳室位于突出部分，桶盖通过所述突出部分与桶体配合，实现桶盖的定位，以及桶盖与桶体密封，其结构紧凑。
7、本发明桶体的底部为向下倾斜的锥形结构，所述锥形结构底部设置排料管，排料管上装有排料管阀门，利于石灰乳的向上循环，以及反应后物料的及时排出。
8、本发明同轴管的数量为50-900个/平方米，内管的内径为5mm-20mm，外管与内管之间的间隙为lmm-5mm，内管和外管的壁厚为0. 5mm-2mm。采用高密度分布的同轴管，很容易实现石灰乳与二氧化碳的混和完全。
图1为本发明用于合成纳米碳酸钙的装置整体结构示意图2为本发明用于合成纳米碳酸钙的装置的同轴管A处局部放大图。
图中标号与名称如下
权利要求
1.一种用于合成纳米碳酸钙的装置，包括桶体( 和内桶(3)，桶体O)内设置内桶 (3)，其特征在于还包括桶盖(1)、分流板(8)、同轴管(10)、石灰乳进管(13)和二氧化碳进管(9)；桶盖⑴与桶体(2)顶部密封连接，桶盖⑴分隔成石灰乳室(11)和二氧化碳室(12)，石灰乳室(11)和二氧化碳室(1 通过同轴管(10)与桶体O)内部连通，石灰乳进管(1 连接石灰乳室(11)，二氧化碳进管(9)连接二氧化碳室(12)，内桶(3)的上方设置分流板(8)，分流板(8)的宽度大于或等于内桶(3)的内径。
2.根据权利要求1所述的用于合成纳米碳酸钙的装置，其特征在于所述石灰乳室(11)位于桶盖⑴的内部上层，二氧化碳室(12)位于桶盖⑴的内部下层。
3.根据权利要求2所述的用于合成纳米碳酸钙的装置，其特征在于所述同轴管(10) 包括内管(14)和外管(15)，石灰乳室(11)通过内管(14)与桶体O)内部相通，二氧化碳室(12)通过外管(15)与桶体(2)内部相通，内管(14)固定在桶盖(1)的隔板(19)上，外管(15)固定在桶盖(1)的底盘(18)上，内管(14)穿过外管(15)，内管(14)与外管(15) 之间有间隙。
4.根据权利要求1所述的用于合成纳米碳酸钙的装置，其特征在于所述桶体O)的底部为向下倾斜的锥形结构，所述锥形结构底部设置排料管(17)，排料管(17)上装有排料管阀门(5)；所述分流板(8)为向上倾斜的锥形分流板。
5.根据权利要求1所述的用于合成纳米碳酸钙的装置，其特征在于所述内桶(3)的桶壁为水套(6)结构，水套(6)的下部设置进水管，水套(6)的上部设置出水管(7)。
6.根据权利要求1或2所述的用于合成纳米碳酸钙的装置，其特征在于所述桶盖(1) 的底部为一突出部分，突出部分伸至桶体O)内侧且密封，石灰乳室(11)和二氧化碳室(12)位于所述突出部分。
7.根据权利要求3所述的用于合成纳米碳酸钙的装置，其特征在于所述同轴管(10) 的数量为50-900个/平方米，内管(14)的内径为5mm-20mm，外管(15)与内管(14)之间的间隙为lmm-5mm，内管(14)和外管(15)的壁厚均为0. 5mm-2mm。
8.根据权利要求3所述的用于合成纳米碳酸钙的装置，其特征在于所述外管(15)通过焊口(16)焊接固定于桶盖(1)的底盘(18)上。
9.一种用于合成纳米碳酸钙的装置的实现方法，其特征在于，包括以下步骤(1)通过石灰乳进管(1 给石灰乳室(11)填充石灰乳及通过二氧化碳进管(9)给二氧化碳室(1 填充二氧化碳；(2)石灰乳和二氧化碳通过同轴管(10)同时进入桶体O)内部；(3)石灰乳和二氧化碳混合后，石灰乳通过分流板(8)进行两侧分流，分流后到达桶体 ⑵内部的底部；(4)石灰乳沿内桶(3)向上运动至内桶( 顶部，与向下运动石灰乳汇合，形成内循环运动；(5)当桶体O)内部温度升高后，打开进水管G)，将冷水通入水套(6)，冷水经过出水管(7)流出，形成水冷循环；(6)反应完成后打开排料管阀门(5)，成品从排料管(17)处排出。
10.根据权利要求9所述的用于合成纳米碳酸钙的装置的实现方法，其特征在于所述步骤(1)中的石灰乳室(11)位于桶盖(1)底部突出部分上层，二氧化碳室(1 位于桶盖(1)底部突出部分下层；所述步骤O)中的石灰乳通过内管(14)进入桶体O)内部，二氧化碳通过外管(1 进入桶体O)内部；所述步骤C3)中的分流板(8)为向上倾斜的锥形分流板。
全文摘要
本发明公开了一种用于合成纳米碳酸钙的装置，包括桶体和内桶，桶体内设置内桶，还包括桶盖、分流板、同轴管、石灰乳进管和二氧化碳进管；桶盖与桶体顶部密封连接，桶盖分隔成石灰乳室和二氧化碳室，石灰乳室和二氧化碳室通过同轴管与桶体内部连通，内桶的上方设置分流板，分流板的宽度大于或等于内桶的内径。本发明还公开了一种用于合成纳米碳酸钙的装置的实现方法。本发明克服了现有技术中气液接触面有限、反应过程不均匀、易过碳化或不完全碳化、颗粒较大且粒度分布不均匀等问题，具有结构简单、气液接触面广、反应充分、碳化时间短、碳酸钙晶体和碳化率易控制、不易过碳化或不完全碳化、碳酸钙颗粒小和粒度分布均匀等特点。
文档编号B82Y40/00GK102515238SQ20111044479
公开日2012年6月27日 申请日期2011年12月26日 优先权日2011年12月26日
发明者宁志强, 黄怀忠 申请人:梅州五指石科技有限公司