硫酸法生产钛白粉水洗工艺真空系统设计改造方案与思路.doc

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第 21 卷 第 4 期 2004 年 7 月
钛工业进展
Titanium Industry Progress
硫酸法生产钛白粉水洗工艺真空系统 设计改造方案与思路
金　 斌
( 攀钢钛业公司研发中心 , 四川 　 攀枝花 　 617063)
摘 　 : 讨论了水洗真空度对水洗工艺的影响 , 提出水洗真空系统的改造原则 , 并对真空系统改造设计思路和 要 目的 。 关键词 : 钛白粉 ; 水洗工艺 ; 真空管道
方案进行了详细的探讨 。通过改进和优化能够提高设备的使用率 , 最终达到缩短水洗时间 , 提高本工序产能的
1　 　 前 言
我国钛白粉行业 , 主要以硫酸法生产为主 , 由于各个企业技术水平和工艺装备的差异 , 使得 企业产品质量差异较大 。偏钛酸的水洗工序是硫 酸法生产钛白粉一个很重要的环节 , 其水洗效果 直接影响产品的质量 , 水洗时间是影响产量和能 耗的一个重要因素 。目前 , 国内很多钛白企业水 洗工序已经成为本厂的生产瓶颈 , 远远满足不了 后段工序的要求 , 影响了产能 , 拖延了企业的发 展 。本研究从水洗工艺的推动力 —— — 真空系统出 发 , 研究了真空系统对水洗工艺的影响 , 提出了 水洗工艺真空系统改造原则 , 并对改造思路和方 案进行了详细的探讨和分析 , 通过设计改造 , 达 到降能 、提产的目的 。
入约 200 mL 的水解浆料 , 接通真空泵 , 抽干后 , 加去离子水进行洗涤 , 每隔 20 min 检测洗水出水 铁含量 , 并记录真空泵的真空读数和洗涤终点时 间。 按 照 实 验 方 法 212 分 别 以 - 0102M Pa , - 0104M Pa , - 0105M Pa , - 0106M Pa 的真空度 进行偏钛酸的洗涤试验 , 具体结果见表 1 。
表1　 真空度与洗涤时间的关系 洗涤时间
/ min 90 70 60 55
2　 真空度对水洗时间和效果的影响
211 　 所需主要试剂及仪器
收稿日期 : 2003 - 08 - 18
hu. com
) 作者简介 : 金 　 (1975 — , 男 , 攀钢钛业公司钛技术研究开发中心 , 四川攀枝花 617063 , 电话 : 0812 - 6621713 , E2mail : tomjack486 @so2 斌
抽滤瓶 ( 1 000 mL ) 真空泵 ( 自制调压装置) 硫氰酸铵 ( 015 %) 双氧水 ( 5 %) 高锰酸钾标准溶液 ( 0105mol/ L ) 水解钛液 去离子水
涤时间相应缩短 , 由于出水量变大 , 洗涤速度加 快 , 铁和其它杂质交换的速度加快 , 因此 , 水的 用量变化不是很大 , 最终洗涤效果差别不大 。
214 　 生产现场真空度对水洗时间和效果的验证试验
212 　 试验方法
真空度
/ MPa - 0102 - 0104 - 0105 - 0106
取一小块 758 滤布置入抽滤瓶的漏斗内 , 装
213 　 试验结果分析
水的用量
/ mL 800 750 700 700
终点铁含量
/ 10 - 4 % 2518 3017 3612 3016
从表 1 的数据分析 , 随着真空度的增大 , 洗
Vol121 No14 J uly 　 2004
根据实验室的试验结论 , 在现场进行生产试
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Titanium Industry Progress
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验 , 来进一步验证真空度对水洗时间和效果的影 响规律 , 并对真空系统进行改造 , 从而达到缩短 水洗时间的目的 。 选取 6 组 水 洗 叶 滤 机 ( 叶 滤 机 状 态 基 本 相 当) , 分别在开启 3 台 、4 台 、5 台真空泵的条件 下 , 分别进行真空度 、出水量 、洗涤时间和洗涤 效果的测定 , 具体数据见表 2 。
表2　 真空度对水洗工艺的影响 真空泵 数量
3 4 5
当地大气压和管道损耗的影响 , 实际反映的真空 度远小于极限真空度 。 水洗真空系统的管道比较复杂 , 有单一的抽 气管道 , 有单一的下水管道 , 也有汽与水的汽水 分离管道 。对于不同的管道 , 要依据输送物料的 性质 、流量和流速分别进行讨论与分析 , 从而计 算得出合理的管道口径 , 最大限度地减小由于管 道口径的不匹配而对真空的损耗 。 根据现场试验测定和实际操作经验 , 可以确 定的参数有 : 当地大气压 P0 , 气体流速 μ气 = 8 m/ s , 水的 流速 μ水 = 2 m/ s 废酸流速 μ = 1 m/ s , 单台叶滤机洗水出水 废酸 量 V 单 = 5 m3 / h μ 管径公式 : D = 1 000 × [ V / ( 01785 × ) ]1/ 2 其中 : D — 管道管径 ( mm) ; V — 气量或者水量大小 ( m3 / min) ; μ— 气体或水的流速 ( m/ min) 。
31212 　 真空管道口径大小的确定
真空度
/ MPa - 01022 - 01036 - 01042
出水量
/m ? h
3 - 1
洗涤时间 终点铁含量
/ min 440 350 310 / 10 - 4 % 6618 5016 5514
从表 2 的数据分析可以知道 , 随着系统真空 度的提高 , 出水量明显增大 , 洗涤时间有一定的 缩短 , 但不是大幅度地缩短 , 因此 , 需对真空系 统进行改造 , 来提高水洗工艺的推动力 。
3　 真空系统改造原则及设计思路
311 　 真空系统改造原则
在硫酸法生产钛白粉企业 , 水洗工艺真空系 统包括真空泵 、真空缓冲罐 、真空管道及其汽水 分离罐 , 如何将这几部分设备用管道合理优化地 连接 , 是提高真空度的关键 。真空系统的改造必 须依据两个方面的原则 , 第一 , 依据当地大气压 和水洗设备产能核算真空泵的数量 , 然后根据真 空泵的最大抽气量和叶滤机出水量的大小 , 计算 各个设备之间连接管道的管径大小 ; 第二 , 尽量 减少真空的消耗 , 最大限度地使汽与水在自身重 力的作用下进行完全分离 。
312 　 真空系统设计改造思路和方法 31211 　 真空泵数量的确定
真空泵出厂时都有额定极限真空度和最大抽 气量 , 一般情况下 , 根据生产工艺水洗周期和产 能的大小 , 推算单台叶滤机的出水量和需气量 , 来反算总的抽气量 , 再由总抽气量来合理分配真 空泵的数量 。此时依据抽气量确定真空泵的数量 后 , 真空系统的最大真空度就已经确定 , 由于受
316 418 516
对于水气的分离管道 , 应该按照水和汽总需 气量的大小分别计算 , 再将两管径截面积相加 ,
2 2 即 : D = ( D 气 + D 水 ) 1/ 2 。 31213 　 管网系统的合理配置 水洗真空系统不同于其它行业的真空管道 , 它输送的气体一般是酸性较强的饱和水蒸气 , 那 么 , 在管网配置中 , 应必须把握以下两个原则 :
第一 , 保证水气不进入真空泵 , 确保设备正常运 行 ; 第二 , 管道真空损失最小化 , 避免水在管道 内的爬坡现象 , 且尽可能使水和汽在混合管道内 进行分离 。因此 , 真空系统的管网配置应该按照 如下示意图进行 , 可达到满意的效果 。
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从上述真空管网示意图中可以看出 , 真空泵 必须和一个真空缓冲罐相连 , 主要作用是使整个 真空系统真空度保持恒定 , 其次是管道中的饱和 蒸汽在缓冲罐内进一步冷凝予以分离 , 减少对真 空泵的腐蚀 。示意图中分离罐的作用是进行水或 者废酸与汽的二次分离 , 一次分离在出水下管道 内进行 , 大约将 98 % 以上的汽与水进行了分离 , 因此 , 避免大量的水进入分离罐而出现水的爬坡 , 形成所谓的不正常液封现象 。 31214 　 管道及其设备安装高度的确定 对于输送水的管道 , 尽可能依据水自身的重 力 , 自主下流 , 因此 , 管道布置要有一定的标高 。 汽水分离罐的安装高度非常重要 , 根据经验 , 要使水不被抽入分离罐内 , 罐体的安装高度必须 高于水洗池子表面 115 m～ 118 m 那么 , 相对应 液封池的落差应在 8 m～15 m 。不过对于罐体的安 装高度和液封池落差应该依据当地大气压和真空
Key words : titanium dioxide ; water2wash ; vacuum tract
度的大小进行计算而定 , 不能一概而论 。
4　 　 结 论
本研究对硫酸法水洗真空系统对水洗周期和 效果影响因素进行了分析 , 并提出真空系统改造 的原则 , 同时从真空泵的数量和真空管道大小的 确定 , 管网合理布置以及设备的安装高度出发 , 详细地讨论了水洗真空系统设计改造的思路和方 法 , 通过设计改造 , 能够提高设备的使用率 , 缩 短水洗周期 , 达到增产降耗的目的 。
参考文献
[ 1 ] 　成 都 科 技 大 学 化 工 原 理 编 写 组 编 著 . 化 工 原 理 [ M ] . 成都 : 成都科技大学出版社 , 1996 [2 ] 　 陈朝华 . 钛白粉生产技术问答 [ M ] . 北京 : 化学工
业出版社 , 1998
um system was proposed. Schemes and train of t hought for t he transform of t he system were detailed. Through improvement and proving production capacity.
optimization , t he rate of ultilization of t he equipment could be raised , t hus achieving goals of shortening water2wash time and im2
Abstract : The effect of vacuity on t he water - wash process was discussed , and t he transforming principle of t he water2wash vacu2
欢 迎 订 阅
Schemes and Tra in of Thought in the Transf orm of water2wash Vacuum System f or Titaninm Dioxide Production by Sulphuric Acid La w Jin 　 Bin ( Titanium Company of Pan Gang Research and Develop ment Center of Titanium Technology , Panzhihua , 617063 , China)
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