一种用于生产α半水石膏的装置系统及生产方法与流程

本发明属于建筑材料，涉及一种用于生产α半水石膏的装置系统，尤其涉及一种用于生产α半水石膏的装置系统及生产方法。

背景技术：

1、α半水石膏作为一种重要的建筑和工业材料，以其高强度和稳定性而闻名。它是由二水石膏在高温高压条件下经过重结晶脱去若干水分子获得的，与β半水石膏相比，α半水石膏具有更短的凝结时间、更高的强度和更稳定的质量。

2、目前，以工业副产石膏为原料制备α半水石膏的常见方法包括加压法与常压法等。其中，加压法可分为传统蒸压法、半干法和加压水溶液法(液相法)。相较于前两种方法，加压水溶液法生产出的产品质量最好，这种方法是以水为溶剂将石膏制备成一定浓度的浆料，同时添加转晶剂，在转晶釜中蒸压一定时间脱水转晶后，经过脱水、干燥粉磨得到α半水石膏。

3、蒸发制盐工艺副产盐石膏的主要成分是无水石膏(约占80％左右)，其水化后使用加压水溶液法工业化生产α半水石膏的过程中，需要α半水石膏作为诱导晶种，否则生产中转晶时间过长，转晶晶型不佳且强度差。工厂生产的α半水石膏一般都经过改性，但是改性后的半水石膏粒径未必符合诱导晶种要求，通常须特别定制晶种，来源有限且成本高昂。通常情况下，生产α半水石膏所需诱导晶种的比例为20％-35％，工业化生产一次性所需质量高达几百公斤至数吨，且每釜均需加入诱导晶种，物料成本极高。

4、此外，因半水石膏遇常温水会很快水化成二水石膏，为防止该现象发生，晶种必须快速加入高温水中并快速升温，以防止半水石膏晶种在高温溶液中溶解变小并向二水石膏转化，且加装晶种过程中粉状晶种遇到高温水汽会结块粘附管壁，常规做法是在容器顶预留小孔或从人孔加装晶种，小孔加料必须使用热水冲入，从人孔加料则存在热气蒸发严重的问题，常压加晶种过程因温度过高容易发生危险，且晶种量大，所需人工成本高、劳动强度大，加入前后还需控制好溶液温度，加料时间过长会严重影响生产效率，且加入的晶种已经烘干，生产后需要分离烘干，能源浪费严重，仍有较大的改进空间。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种用于生产α半水石膏的装置系统及生产方法，所述装置系统通过转晶单元和缓冲单元之间的协同组合，采用廉价易得的二水石膏粉制得α半水石膏，并以此作为诱导晶种进行后续生产，显著提高了产能和出料效率，有利于大规模推广应用。

2、为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种用于生产α半水石膏的装置系统，所述装置系统包括通过管道相互耦合的配浆单元、转晶单元和缓冲单元。

4、所述配浆单元用于混合二水石膏粉、工艺水和转晶剂，制得混合浆液。

5、所述转晶单元包括至少2台转晶釜，用于将混合浆液转化为α半水石膏。

6、所述缓冲单元包括至少1台缓冲釜，用于暂存α半水石膏的诱导晶种。

7、其中，所述管道包括浆液管道、工艺水管道、蒸汽管道、压缩空气管道、热水冲洗管道和水汽排空管道；所述转晶釜和缓冲釜均为上出料结构，且釜顶分别独立地设置有压缩空气开关阀和水汽排空阀，用于调节釜间压力差。

8、本发明提供的装置系统通过转晶单元和缓冲单元之间的协同组合，采用廉价易得的二水石膏粉制得α半水石膏，并以此作为诱导晶种进行后续生产，降低了物料成本，同时巧妙利用釜间压力差，实现了α半水石膏生产过程的全封闭自动化，无需人工现场处理，提高了工艺流程的安全性与可靠性。

9、其中，混合浆液在转晶釜中转晶成功后通入缓冲釜进行暂存，可直接进行下一釜的生产，无需将转晶釜中所有物料分离完成后再进行下一周期，从而显著缩短了转晶釜的运转周期，提高了生产线的产能，且缓冲釜可主动控制高温浆液的暂存温度，对浆液质量起到很好的稳定作用，显著延长了散晶时间，为设备故障维修赢得一定时间。

10、此外，本发明采用的转晶釜和缓冲釜均为上出料结构，降低了设备安装高度，从而节约了建筑投资成本，且压缩空气管道的设置为浆液向不同釜快速输送提供动力源，提高了出料效率，防止了浆液在管道内沉淀，同时配合热水冲洗管道，避免了浆液沉淀堵塞管道，蒸汽管道的伴热作用则防止了浆液降温过快，从而避免了α半水石膏的进一步水化。

11、优选地，所述配浆单元包括配浆池及配套设置的搅拌器和雷达液位计。

12、优选地，所述配浆池的入口连接有工艺水管道和压缩空气管道，出口连接有浆液管道，且所述工艺水管道上设置有工艺水调节阀和电磁流量计，所述压缩空气管道上设置有压缩空气开关阀，所述浆液管道上设置有浆液泵、压力传感器和浆液开关阀。

13、优选地，所述转晶釜为带插底管的单上出料结构，配套设置有搅拌器、雷达液位计、压力传感器和釜温度变送器。

14、优选地，所述转晶釜的入口连接有浆液管道、蒸汽管道、压缩空气管道和热水冲洗管道，出口连接有浆液管道和水汽排空管道，且所述蒸汽管道上设置有蒸汽调节阀组，所述压缩空气管道连接于釜顶的压缩空气开关阀，所述热水冲洗管道上设置有热水开关阀，所述水汽排空管道连接于釜顶的水汽排空阀。

15、优选地，所述蒸汽调节阀组与釜温度变送器相互电气连锁。

16、优选地，所述缓冲釜为带插底管的双上出料结构，配套设置有搅拌器、雷达液位计、压力传感器和釜温度变送器。

17、优选地，所述缓冲釜的入口连接有浆液管道、蒸汽管道、压缩空气管道和热水冲洗管道，出口连接有浆液管道和水汽排空管道，且所述蒸汽管道上设置有蒸汽调节阀组，所述压缩空气管道连接于釜顶的压缩空气开关阀，所述热水冲洗管道上设置有热水开关阀，所述水汽排空管道连接于釜顶的水汽排空阀。

18、优选地，所述蒸汽调节阀组与釜温度变送器相互电气连锁。

19、优选地，所述转晶釜通过出口的浆料管道连接于缓冲釜的入口，用于将α半水石膏通入缓冲釜作为诱导晶种。

20、优选地，所述缓冲釜通过出口的浆料管道连接于转晶釜的入口，用于将诱导晶种通入转晶釜进行转晶反应。

21、优选地，所述转晶釜和缓冲釜分别独立地通过出口的浆液管道连接有石膏分离机。

22、优选地，所述转晶釜和缓冲釜的釜底分别独立地设置有上展式放料阀，且所述上展式放料阀通过浆液管道连接有事故池。

23、第二方面，本发明提供一种采用如第一方面所述装置系统进行生产α半水石膏的方法，所述方法包括以下步骤：

24、(1)在配浆单元中混合二水石膏粉、工艺水和转晶剂，制得混合浆料；

25、(2)将步骤(1)所得混合浆料通入转晶单元中进行转晶反应，制得α半水石膏作为诱导晶种，并将所得诱导晶种通入缓冲单元中暂存；

26、(3)重复步骤(1)，并将所得混合浆料通入转晶单元中，同时将缓冲单元中暂存的诱导晶种通入转晶单元中进行转晶反应，制得α半水石膏。

27、其中，所述转晶反应的温度由蒸汽管道向转晶单元内通入蒸汽来调控；所述混合浆料和诱导晶种的通入由釜间压力差来驱动。

28、本发明提供的方法采用快速加半水晶种工艺，保证了无水盐石膏水化后加压水溶液法生产α半水石膏的质量，无需使用烘干的半水石膏，而是采用廉价易得的二水石膏粉作为原料，先制得α半水石膏，再以此作为诱导晶种进行后续生产，且这种由釜间压力差驱动加晶种技术所需时间短，无需使用人工和设备运输半水石膏晶种，安全快速，节约了晶种烘干的能耗。

29、优选地，步骤(1)所述二水石膏粉包括市售的脱硫石膏粉或盐石膏水化后的二水石膏原料。

30、本发明中，步骤(1)所述转晶剂可以选用丁二酸，只要能够起到促进转晶的作用即可，故在此不对转晶剂的具体种类做特别限定。

31、优选地，步骤(1)所述混合的温度为10-70℃，例如可以是10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃或70℃，时间为5-15min，例如可以是5min、6min、7min、8min、9min、10min、11min、12min、13min、14min或15min，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

32、优选地，步骤(1)所述混合伴随着搅拌，且搅拌速率为50-300rpm，例如可以是50rpm、100rpm、120rpm、140rpm、160rpm、180rpm、200rpm、220rpm、240rpm、260rpm、280rpm或300rpm，进一步优选为70-150rpm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

33、优选地，所述搅拌在加入转晶剂后进行，且伴随着通入压缩空气。

34、优选地，步骤(1)所述混合浆料中二水石膏的配浆浓度为25wt％-45wt％，例如可以是25wt％、26wt％、27wt％、28wt％、29wt％、30wt％、31wt％、32wt％、33wt％、34wt％、35wt％、36wt％、37wt％、38wt％、39wt％、40wt％、41wt％、42wt％、43wt％、44wt％或45wt％，进一步优选为30wt％-36wt％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

35、优选地，步骤(2)与步骤(3)所述转晶反应的温度分别为110-130℃，例如可以是110℃、112℃、114℃、116℃、118℃、120℃、122℃、124℃、126℃、128℃或130℃，进一步优选为114-120℃，时间分别为2-6h，例如可以是2h、2.5h、3h、3.5h、4h、4.5h、5h、5.5h或6h，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

36、优选地，步骤(3)所述诱导晶种的通入量占混合浆料总质量的15％-40％，例如可以是15％、20％、25％、30％、35％或40％，进一步优选为20％-33.3％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

37、优选地，步骤(3)所述α半水石膏和缓冲单元中多余的诱导晶种通入石膏分离机进行脱水分离。

38、优选地，步骤(3)所述α半水石膏作为诱导晶种通入缓冲单元中暂存或直接通入转晶单元中进行转晶反应。

39、优选地，步骤(3)所述转晶单元和缓冲单元中的浆液管道在物料传递后分别经过热水冲洗。

40、本发明中，所述热水冲洗的时间可根据管道长度、管径及热水压力进行适应性调整，只要能够将浆液管道冲洗干净即可，故在此不对热水冲洗的条件做特别限定。

41、本发明所述的数值范围不仅包括上述例举的点值，还包括没有例举出的上述数值范围之间的任意的点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

42、相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

43、(1)本发明提供的装置系统通过转晶单元和缓冲单元之间的协同组合，采用廉价易得的二水石膏粉制得α半水石膏，并以此作为诱导晶种进行后续生产，降低了物料成本，同时巧妙利用釜间压力差，实现了α半水石膏生产过程的全封闭自动化，无需人工现场处理，提高了工艺流程的安全性与可靠性。

44、(2)混合浆液在转晶釜中转晶成功后通入缓冲釜进行暂存，可直接进行下一釜的生产，无需将转晶釜中所有物料分离完成后再进行下一周期，从而显著缩短了转晶釜的运转周期，提高了生产线的产能，且缓冲釜可主动控制高温浆液的暂存温度，对浆液质量起到很好的稳定作用，显著延长了散晶时间，为设备故障维修赢得一定时间。

45、(3)本发明采用的转晶釜和缓冲釜均为上出料结构，降低了设备安装高度，从而节约了建筑投资成本，且压缩空气管道的设置为浆液向不同釜快速输送提供动力源，提高了出料效率，防止了浆液在管道内沉淀，同时配合热水冲洗管道，避免了浆液沉淀堵塞管道，蒸汽管道的伴热作用则防止了浆液降温过快，从而避免了α半水石膏的进一步水化。

46、(4)本发明提供的方法采用快速加半水晶种工艺，保证了无水盐石膏水化后加压水溶液法生产α半水石膏的质量，无需使用烘干的半水石膏，而是采用廉价易得的二水石膏粉作为原料，先制得α半水石膏，再以此作为诱导晶种进行后续生产，且这种由釜间压力差驱动加晶种技术所需时间短，无需使用人工和设备运输半水石膏晶种，安全快速，节约了晶种烘干的能耗。