CN111362605B - 利用工业副产石膏生产α型半水石膏的生产设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种工业副产石膏生产α型半水石膏的生产设备和方法，所述设备的壳体内壁表面和搅拌叶表面贴附聚四氟乙烯防粘层，以减少石膏胶凝材料粘接。壳体内壁表面和搅拌叶表面间隔设置双曲线凹槽，防粘层表面对应地设置双曲线凸起体；双曲线凸起体和双曲线凹槽的纵截面的两个侧边均符合双曲线公式。采用双曲线形态镶嵌时，能够流畅地嵌入并避免凸起体受挤压而变形。采用以上所述的生产设备，将含水比例为15%～20%的工业副产石膏作为原料生产α‑半水石膏。可以提高α型半水石膏“液相法”生产中固体原料和成品的比例，减少工艺环节，以及提高产品质量、生产设备的有效容积和生产效率，降低生产能耗和生产线的投资。

Description

利用工业副产石膏生产α型半水石膏的生产设备和方法

技术领域

本发明涉及熟石膏加工技术领域，特别涉及一种以工业副产石膏为原料的α型半水石膏（α—CaSO₄·

H₂O）的生产设备和方法。

背景技术

传统α型半水石膏的生产工艺分为两种，一种是“蒸压法”，是以块状二水石膏为原料，在饱和蒸汽中蒸压脱去一个半结晶水，然后进行干燥并粉磨，即可获得α型半水石膏粉，这种工艺生产出来的α型半水石膏强度一般在25 MPa～35 MPa,用于建筑材料和陶瓷模具；另外一种是“液相法”生产工艺，它以粉状二水石膏为原料，在密封的反应釜水中进行温度约140℃（相应饱和蒸汽压约为0.4MPa）的热煮，将原料脱去一个半结晶水，然后迅速降温并使蒸汽降压至常压后排入高速离心机中进行初次干燥，之后再通过气流干燥环节至完全干燥的α型半水石膏，最后再进行一次粉磨，获得α型半水石膏成品。

“液相法”工艺生产出的α型半水石膏强度很高，用途广泛；而工业副产石膏本身就是粉状的，采用“液相法”工艺生产α型半水石膏最为直接和简单，其生产设备主要是带搅拌功能的高压高温反应釜。但是，这种工艺最大的问题是：需要大量的工艺用水，即生产中的水介质中所含固体原料（二水石膏粉）的重量比例不能高于30%，这样在工业副产石膏的一个半结晶水脱去后，水介质中的α型半水石膏重量比例就只有24%左右；这是因为如果没有大量的水，一是反应釜中随着半水石膏这种胶凝材料的转化量逐渐增大，搅拌叶上粘接的半水石膏会逐渐堆积，造成其搅拌阻力非常大；二是生产出来的α型半水石膏浆液中α型半水石膏如果浓度高，当温度降低、汽压降低至常压时，饱和的α型半水石膏就会迅速还原凝固成块状的二水石膏粘在搅拌叶上和反应釜内壁上，从而无法将生产出来的α型半水石膏浆液排入高速离心机中进行初次干燥。因此，这种生产工艺必须要求水介质中所含二水石膏的重量比例不高于30%；而作为介质的大量水加热和干燥都需要浪费大量的热能，同时生产设备的有效容积比例很低，从而增加了设备投资和生产成本；另外，α型半水石膏的反应工艺环节和干燥工艺环节分别在不同设备内，而上述不同设备之间的物料输送环节的温度低于半水石膏转化二水石膏的温度，从而降低产品质量和增加设备投资。

发明内容

本发明的目的之一是如何降低生产工艺用水量，从而提供一种工业副产石膏生产α型半水石膏的生产设备和方法。

根据本发明的一个方面，提供一种工业副产石膏生产α型半水石膏的生产设备，包括壳体和搅拌装置，所述搅拌装置包括沿壳体轴向设置的搅拌轴，和垂直固定于搅拌轴圆周面上的用于对壳体内的物料进行搅拌的搅拌叶；壳体内壁表面和搅拌叶表面贴附聚四氟乙烯防粘层。

进一步地，壳体内壁表面和搅拌叶表面间隔设置双曲线凹槽，防粘层表面设置有适配嵌入所述双曲线凹槽的间隔设置的双曲线凸起体；所述双曲线凸起体和双曲线凹槽的纵截面的两个侧边符合以下双曲线公式：x²/a²-y²/b²=1，b=

a，实轴与转动轴平行，虚轴与转动轴垂直。

进一步地，双曲线凸起体和双曲线凹槽的端部的延长线方向与搅拌轴方向垂直，间距为15cm～20cm。

进一步地，双曲线凸起体和双曲线凹槽内壁之间通过胶水粘接。

进一步地，所述壳体是蒸汽加热双层壳体，壳体顶部设置进料口，进料口侧面设置排汽管，壳体底部设置出料装置，搅拌轴与带动其转动的传动装置相连。

根据本发明的另一方面，提供一种工业副产石膏生产α型半水石膏的生产方法，采用以上所述的生产设备，将含水比例为15%～20%的工业副产石膏和α-半水石膏反应催化剂加入到所述的生产设备中，在加热和搅拌条件下，生成潮湿的α-半水石膏；抽蒸汽至α-半水石膏完全干燥。

优选地，上述方法包括：

步骤一，将工业副产石膏和占工业副产石膏重量比例为1%的α-半水石膏反应催化剂一起从反应设备顶部的进料口装入，同时开始加热并启动搅拌装置；当物料装至设备净容积的65-75%时，关闭进料口；

步骤二，继续对原料进行加热升温和搅拌；当蒸汽压力达到0.35-0.45 MPa的时候，控制加热速度，保持设备内0.35-0.45 MPa恒压3.5-4.5小时，生成潮湿的α-半水石膏；

步骤三，打开反应设备的排汽管和进料口，排出蒸汽至蒸汽压力为零；然后关闭进料口，启动连接排汽管的抽汽***，使设备内部形成0.080～0.095 MPa真空状态；

步骤四，抽蒸汽至α-半水石膏完全干燥，同时停止加热和搅拌。

进一步地，停止加热和搅拌后，打开反应设备的出料装置，利用常规的气流输送***抽出干燥的α-半水石膏。

进一步地，抽出干燥的α-半水石膏后，关闭出料装置，打开进料口，准备下一次生产。

进一步地，步骤二中，保持设备内0.4 MPa恒压3.5-4.5小时。

与现有技术相比，本发明在壳体内壁表面和搅拌叶表面贴附聚四氟乙烯防粘层，以减少石膏胶凝材料粘接。

壳体内壁表面和搅拌叶表面间隔设置双曲线凹槽，防粘层表面对应地设置双曲线凸起体；双曲线凸起体和双曲线凹槽的纵截面的两个侧边均符合双曲线公式。采用双曲线形态镶嵌时，一是能够流畅地嵌入，不会使聚四氟乙烯镶嵌凸起体受挤压而变形，影响镶嵌后的紧密结合；二是在相等的镶嵌间距时、将聚四氟乙烯薄层材料贴附在反应设备的钢制内壁和搅拌叶上最为牢固。

反应设备改造后，高强石膏生产中其胶凝材料特性不再粘接堆积和凝固在壳体1内壁与搅拌叶上，因此，在利用工业副产石膏生产α型半水石膏时可以采用低含水量的工业副产石膏作为原料。采用本发明所述方法，可以提高α型半水石膏“液相法”生产中固体原料和成品的比例，减少工艺环节，以及提高产品质量、生产设备的有效容积和生产效率，降低生产能耗和生产线的投资。

附图说明

图1是本发明所述的工业副产石膏生产α型半水石膏的生产设备的结构示意图。

图2是双曲线凹槽与双曲线凸起体配合连接示意图。

图中，1-壳体，2-搅拌轴，3-搅拌叶，4-防粘层，5-双曲线凹槽，6-双曲线凸起体，7-进料口，8-排汽管，9-出料装置，10-传动装置。

具体实施方式

生产设备

本实施方式提供的一种工业副产石膏生产α型半水石膏的生产设备，该生产设备是一种卧式、带搅拌功能的反应设备，参考图1，包括壳体1和搅拌装置，所述搅拌装置包括沿壳体轴向设置的搅拌轴2，和垂直固定于搅拌轴2圆周面上的用于对壳体1内的物料进行搅拌的搅拌叶3。所述壳体1是蒸汽加热双层壳体，壳体1顶部设置进料口7，进料口7侧壁设置排汽管8，壳体1底部设置出料装置9，搅拌轴2与带动其转动的传动装置10相连。

为了阻止二水石膏粘在壳体1内壁和搅拌叶3上，要在壳体1内壁表面和搅拌叶3表面贴附防粘层4。防粘层4不仅贴附在壳体1内壁表面上，同时也贴附在搅拌叶3表面上；发明人首先通过不同材料的对比试验，发现石膏胶凝材料只在聚四氟乙烯这种材料上没有粘接性；同时这种材料还能够耐高温（250℃）高湿，满足高强石膏生产设备的材料要求。因此，选择聚四氟乙烯做为防粘层材料。但是，由于聚四氟乙烯材料表面能低，摩擦力非常小，有自润滑性，表面对液体的接触角大，润湿性差，粘附能力非常小，所以与其他物质的粘附性很差；特别是聚四氟乙烯材料表面受到物料运动的作用力时，它无法较长时间粘接在壳体1内壁表面上和搅拌叶3表面上。

为解决聚四氟乙烯材料与反应设备的钢制内壁和钢制搅拌叶的贴附问题，本发明的思路是采用镶嵌的方法将聚四氟乙烯材料与反应设备的钢制内壁和钢制搅拌叶贴附在一起，并保证物料在反应设备内由搅拌叶3搅拌进行热交换时，聚四氟乙烯的附层能够长时间的保持完好。但是，由于聚四氟乙烯材料弹性很小，如果采用常用的燕尾形态的镶嵌槽，存在的问题一是聚四氟乙烯材料难以嵌入，二是会使聚四氟乙烯材料变形，无法与槽卡嵌紧密。

针对上述技术难题，通过不同数学模型（或公式）以及同一数学模型（或公式）不同参数的推演，并且通过验证，发明人发现采用双曲线形态镶嵌时，一是能够流畅地嵌入，不会使聚四氟乙烯镶嵌凸起体受挤压而变形，影响镶嵌后的紧密结合；二是在相等的镶嵌间距时、将聚四氟乙烯薄层材料贴附在反应设备的钢制内壁和搅拌叶上最为牢固。由此确定本实施方式的技术手段，在壳体1内壁表面和搅拌叶3表面间隔设置双曲线凹槽5，防粘层4表面设置适配嵌入所述双曲线凹槽5的双曲线凸起体6，壳体1内壁设置双曲线凹槽的结构参考图2，搅拌叶3上双曲线凹槽的设置结构与壳体1相同。所述的双曲线凸起体6和双曲线凹槽5的纵截面的两个侧边符合以下双曲线公式：x²/a²-y²/b²=1，当b=2a至3a范围内时，防粘层4即可流畅地嵌入、变形量明显变小，特别是当b=

a时，效果最佳。双曲线的实轴与转动轴平行，虚轴与转动轴垂直。

在优选的实施方式中，双曲线凸起体6和嵌入钢制内壁的双曲线凹槽5的端部的延长线方向与搅拌轴2方向垂直，间距为15cm～20cm，有助于进一步使聚四氟乙烯防粘层牢固贴附于钢制壳体1内壁和搅拌叶3，间距相等时，效果最佳。

双曲线凸起体6和双曲线凹槽5内壁之间通过胶水粘接，起到密封双曲线凸起体6和双曲线凹槽5之间空间作用，从而进一步将两种材料贴附吸紧。

将反应设备改造后，高强石膏生产中其胶凝材料特性不再粘接堆积和凝固在壳体1内壁与搅拌叶3上，因此，在利用工业副产石膏生产α型半水石膏时可以采用低含水量的工业副产石膏作为原料。

α型半水石膏的生产方法

本实施方式提供一种工业副产石膏生产α型半水石膏的生产方法。该方法采用以上所述的生产设备，将含水比例为15%～20%的工业副产石膏和α-半水石膏反应催化剂加入到所述的生产设备中，所述的α-半水石膏反应催化剂为十二烷基苯磺酸钠或六偏磷酸钠，在加热和搅拌条件下，生成潮湿的α-半水石膏；抽蒸汽至α-半水石膏完全干燥。

作为相对具体的实施方式，上述工业副产石膏生产α型半水石膏的生产方法包括：

步骤一，将工业副产石膏和占工业副产石膏重量比例为1%的α-半水石膏反应催化剂一起从反应设备顶部的进料口7装入，同时开始加热并启动搅拌装置；当物料装至设备净容积的65-75%时，关闭进料口；

步骤二，继续对原料进行加热升温和搅拌；当蒸汽压力达到0.35-0.45 MPa的时候，控制加热速度，保持设备内0.35-0.45 MPa恒压3.5-4.5小时，在质量与成本性价比最高的条件下，在该压强范围内的效果更好，生成潮湿的α-半水石膏；优选地，步骤二中，保持设备内0.4 MPa恒压3.5-4.5小时。

步骤三，打开反应设备的排汽管8和进料口7，排出蒸汽至蒸汽压力为零；然后关闭进料口，启动连接排汽管8的抽汽***，使设备内部形成0.080～0.095 MPa真空状态；

步骤四，抽蒸汽至α-半水石膏完全干燥，同时停止加热和搅拌。

优选地，停止加热和搅拌后，打开反应设备的出料装置，利用常规的气流输送***抽出干燥的α-半水石膏。

优选地，抽出干燥的α-半水石膏后，关闭出料装置9，打开进料口7，准备下一次生产。

下面通过一些实施例对本发明要求保护的技术方案作进一步说明。但是，实施例是用于解释本发明实施方案，并不超出本发明主题的范围，本发明保护范围不受所述实施例的限定。除非另作特殊说明，本发明中所用材料、试剂均可从本领域商业化产品中获得。

实施例1

本实施例提供的生产设备，壳体1是蒸汽加热双层壳体，壳体1顶部设置进料口7，进料口7侧面设置排汽管8，壳体1底部设置出料装置9，搅拌轴2与带动其转动的传动装置10相连。沿壳体1轴向设置有搅拌轴2，搅拌轴2圆周面上设置搅拌叶3，壳体1内壁表面和搅拌叶3表面贴附聚四氟乙烯防粘层4。

壳体1内壁表面和搅拌叶3表面均设置双曲线凹槽5，防粘层4表面设置有适配嵌入所述双曲线凹槽5的双曲线凸起体6；双曲线凸起体6和双曲线凹槽5的纵截面的两个侧边符合以下双曲线公式：x²/a²-y²/b²=1，a=0.4cm，b=0.4*

cm，实轴与转动轴平行，虚轴与转动轴垂直，双曲线凸起体6和双曲线凹槽5的端部的延长线方向与搅拌轴2方向垂直。双曲线凸起体之间、以及双曲线凹槽之间的间距为15cm。上述两种材料镶嵌时，凹槽中要涂一层易干的普通胶水。

实施例2

与实施例1的区别仅在于双曲线凸起体之间、以及双曲线凹槽之间的间距为20cm。

实施例3

本实施例提供一种工业副产石膏生产α型半水石膏的生产方法。

步骤一，将含水比例为15%的工业副产石膏和占工业副产石膏重量比例为1%的α-半水石膏反应催化剂十二烷基苯磺酸钠一起从反应设备顶部的进料口7装入，同时开始加热并启动搅拌装置；当物料装至设备净容积的70%时，关闭进料口；

步骤二，继续对原料进行加热升温和搅拌；当蒸汽压力达到0.35 MPa的时候 ，控制加热速度，保持设备内0.35 MPa恒压3.5小时，生成潮湿的α-半水石膏；

步骤三，打开反应设备的排汽管8和进料口7，排出蒸汽至蒸汽压力为零；然后关闭进料口，启动连接排汽管8的抽汽***，使设备内部形成0.080 MPa真空状态；

步骤四，抽蒸汽至α-半水石膏完全干燥，同时停止加热和搅拌，打开反应设备的出料装置，利用常规的气流输送***抽出干燥的α-半水石膏，关闭出料装置9，打开进料口7，准备下一次生产。

实施例4

与实施例3的区别在于：步骤一中，含水比例为20%的工业副产石膏和占工业副产石膏重量比例为1%的α-半水石膏反应催化剂六偏磷酸钠作为原料。步骤二中，当蒸汽压力达到0.4 MPa的时候 ，控制加热速度，保持设备内0.4 MPa恒压4小时，生成潮湿的α-半水石膏。步骤三中，启动连接排汽管8的抽汽***，使设备内部形成0.095 MPa真空状态。

实施例5

与实施例3的区别在于：步骤一中，含水比例为18%的工业副产石膏作为原料。步骤二中，当蒸汽压力达到0.45 MPa的时候 ，控制加热速度，保持设备内0.45 MPa恒压4.5小时，生成潮湿的α-半水石膏。步骤三中，启动连接排汽管8的抽汽***，使设备内部形成0.090 MPa真空状态。

Claims (8)

1.一种利用工业副产石膏生产α型半水石膏的生产设备，包括壳体和搅拌装置，所述搅拌装置包括沿壳体轴向设置的搅拌轴，和垂直固定于搅拌轴圆周面上的用于对壳体内的物料进行搅拌的搅拌叶；其特征在于：壳体内壁表面和搅拌叶表面贴附聚四氟乙烯防粘层；壳体内壁表面和搅拌叶表面间隔设置双曲线凹槽，防粘层表面设置有适配嵌入所述双曲线凹槽的间隔设置的双曲线凸起体；所述双曲线凸起体和双曲线凹槽的纵截面的两个侧边符合以下双曲线公式：x²/a²-y²/b²=1，b=

a，实轴与转动轴平行，虚轴与转动轴垂直；

采用所述生产设备生产α型半水石膏，将含水比例为15%～20%的工业副产石膏和α-半水石膏反应催化剂加入到所述的生产设备中，在加热和搅拌条件下，生成潮湿的α-半水石膏；抽蒸汽至α-半水石膏完全干燥。

2.根据权利要求1所述的生产设备，其特征在于： 双曲线凸起体和双曲线凹槽的端部的延长线方向与搅拌轴方向垂直，间距为15cm～20cm。

3.根据权利要求2所述的生产设备，其特征在于： 双曲线凸起体和双曲线凹槽内壁之间通过胶水粘接。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的生产设备，其特征在于：所述壳体是蒸汽加热双层壳体，壳体顶部设置进料口，进料口侧面设置排汽管，壳体底部设置出料装置，搅拌轴与带动其转动的传动装置相连。

5.根据权利要求4所述的生产设备，其特征在于，生产α型半水石膏的步骤包括：

步骤一，将工业副产石膏和占工业副产石膏重量比例为1%的α-半水石膏反应催化剂一起从反应设备顶部的进料口装入，同时开始加热并启动搅拌装置；当物料装至设备净容积的65-75%时，关闭进料口；

步骤二，继续对原料进行加热升温和搅拌；当蒸汽压力达到0.35-0.45MPa的时候，控制加热速度，保持设备内0.35-0.45MPa恒压3.5-4.5小时，生成潮湿的α-半水石膏；

步骤三，打开反应设备的排汽管和进料口，排出蒸汽至蒸汽压力为零；然后关闭进料口，启动连接排汽管的抽汽***，使设备内部形成0.080～0.095MPa真空状态；

步骤四，抽蒸汽至α-半水石膏完全干燥，同时停止加热和搅拌。

6.根据权利要求5所述的生产设备，其特征在于：停止加热和搅拌后，打开反应设备的出料装置，利用常规的气流输送***抽出干燥的α-半水石膏。

7.根据权利要求6所述的生产设备，其特征在于：抽出干燥的α-半水石膏后，关闭出料装置，打开进料口，准备下一次生产。

8.根据权利要求7所述的生产设备，其特征在于：步骤二中，保持设备内0.4MPa恒压3.5-4.5小时。

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