毕业设计(论文)--硫酸法钛白粉水解工段dcs系统工程设计.pdf

1 引言 1.1 本课题的意义 随着钛白粉的生活中的广泛应用，钛白粉的生产总量已成为社会消费水平的重要参 考标 。它广泛应用于各种结构表面涂料、塑料及弹性体、印刷油墨、纸张涂层和填料、 陶瓷、玻璃、催化剂、涂布织物等行，因此钛白粉的生产备受各工业发达国家的重视。 钛白粉目前是最佳的无可替代的无机化工颜料料，我国的钛白粉行业面临严峻考验。 1.2 国内外发展状况 目前钛白粉的生产主要有氯化法和硫酸法两种工艺，我国主要应用硫酸法生产钛白 粉。其中，硫酸法是以钛铁矿为原料用硫酸分解 ，然后除铁后经水解而制得 。氯化法 是以金红石或高钛渣为原料 ，经氯化生产四氯化钛 ，然后在高温下氧化而制得 。目 前世界上 51%的工厂采用硫酸工艺生产 ，49%的工厂采用盐酸工艺生产。 1.2.1 钛白粉生产方法 硫酸法生产 硫酸法是挪威在1916年首次实现工业化的。主要步骤：1.二氧化钛原料用硫酸酸解 2．沉降将可溶性硫酸氧钛从固体杂质中分离出来3．水解硫酸氧钛以形成不水解产物 或称偏钛酸4．煅烧除去水分，生产干燥的纯二氧化钛5．后处理，进行无机物和有机物 包膜主要流程是：1、研磨2、酸解3、沉降4、洗渣5、结晶6、钛液压滤7、浓缩8、水解 9、水洗10、漂白11、盐处理12、煅烧13、粉碎和包装。 氯化法生产 氯化法是将天然金红石或高钛渣原料与焦炭或石油焦混合后进行高温氯化， 生成 四氯化钛 ，再经高温氧化生成二氧化钛 ，最后经过滤、 水洗、 干燥和粉碎而得到钛 白粉的。 1.2.2 国内外发展状况 我国硫酸法钛白粉生产经过三十多年的努力，虽然有了较大的发展，但与国外先进 水平相比，仍存在着生产技术落后、生产规模小、产品档次低、产品质量不稳定等诸多 差距，尤其是高档金红石型钛白粉。在生产技术上，国外以氯化法为主，而我国基本上 都是硫酸法生产；除几家引进国外硫酸法钛白粉生产技术的厂家外，我国大部分钛白生 产厂家在工艺技术、生产设备、自动控制、“三废”治理等方面与国外先进水平相比还 有相当的差距；在生产规模上，国外以装置大型化见长，而我国钛白粉生产装置规模偏 小，点多分散，造成了能耗和生产成本较高，也导致产品质量不稳定；在原料方面，国 外硫酸法大都采用高品位的酸溶性钛渣，而国内基本上使用的是钛精矿。在产品质量上， 国外以光学性能好和遮盖力、消色力、耐候性优异的金红石型钛白粉为主，其中又以经 过表面处理的金红石型钛白粉居多，并有各种专用钛白粉产品。国内硫酸法钛白粉以锐 钛型产品为主，大部分未经过表面处理，专用产品极少。 1.1.3 硫酸法钛白粉生产工艺技术的主要发展趋势 (a)装置和设备的大型化：装置大型化可降低单位产品投资，提高产品竞争力，同 时能够更好的消化因环保治理导致成本增加的压力。设备大型化可提高设备有效利用 率，减少频繁操作给产品质量带来的波动，减少装置的占地面积。 (b)开发适用各种用途的专用产品：由于钛白粉用途的不断拓展，新产品不断涌现。 世界各大钛白粉生产厂家在保持传统行业竞争优势的同时，致力于专用产品的开发和推 广应用，拥有完善的科研开发及应用体系，注重技术进步。 (c)注重清洁生产：硫酸法钛白粉清洁生产，除最大限度地将污染源消减和循环利用 外，更重要的是改变依靠末端治理的传统思想，通过改进原料路线及生产工艺，达到消 减污染保护环境的目的。采用酸溶性钛渣和废酸浓缩综合利用是硫酸法钛白粉清洁生产 的发展方向。 2 钛白粉水解工艺简介及控制参 2.1 钛白粉水解流程简介 硫酸法生产钛白粉中水解是最关键的一步。影响水解过程的因素主要有两个一方面 是钛液自身的质量，另一方面是水解的操作条件。钛液的水解是二氧化钛从液相（钛液） 重新转变为固相的过程。钛液具有普通离子溶液的性质，在PH值＞0.5时便发生水解。 更重要的是，钛液具有胶体溶液的性质。在游离酸很高的情况下，使其维持沸腾状态也 会发生水解反应，这是我们制取一定应用性能和制品性能的水合二氧化钛的依据。通过 控制加热的速度，使钛液按照需要的水解速度发生水解反应，生成我们需要的水和二氧 化钛粒子。研究表明：在混合均匀，慢速加料，温和升温的条件下水解效果最好。 这一步它将可溶性硫酸氧钛在90℃时水解成不溶于水的偏态酸。要获得所需粒度的 高质量水解产物，必须严格控制钛液的亚铁离子和钛离子含量、加热速度等条件。为控 制水解速度、水解物的过滤洗涤性能和最终产品的细度，需要在水解时加入晶种。偏态 酸的沉淀时通过钛液沸腾几个小时的实现的。在沉淀结束时有时需要加入一定的水来提 高水解率，整个水解沉淀过程大概需要3-