CN102126751A - 罩式消泡器及硫酸法制备钛白粉的酸解工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有消泡作用的罩式消泡器。该罩式消泡器包括设有气体释放口的封盖件，以及安装在该封盖件上的多个压缩气消泡喷枪，这些压缩气消泡喷枪的喷嘴均指向与该封盖件配合的反应容器中。利用上述的罩式消泡器，本发明改进后的酸法制备钛白粉的酸解工艺包括以下步骤：a、在酸解锅内将钛原料与浓硫酸混匀后，加入启动水引发主反应；b、启动本发明的罩式消泡器中的压缩气消泡喷枪；c、主反应结束后，关闭压缩气消泡喷枪。本发明的罩式消泡器利用了压缩气体的冲击作用来破坏反应容器内的泡沫，强制性的使泡沫破裂并释放出大量的气体，因此可以抑止泡沫体积的增涨，起到消泡的作用。该消泡器适用于多种类型的酸解工艺。

Description

罩式消泡器及硫酸法制备钛白粉的酸解工艺

技术领域

本申请涉及一种用于消除反应容器内所产生泡沫的消泡装置。

本申请还涉及一种使用上述消泡装置后，改进的硫酸法制备钛白粉的酸解工艺。

背景技术

采用硫酸法制备钛白粉的生产行业中，钛液的制备通常在酸解锅中进行。钛原料与浓硫酸在酸解锅内混合发生主反应的过程会瞬间产生大量泡沫，为防止泡沫冒锅风险但又不影响正常的酸解过程，目前合适的办法只能是减少每批次钛原料的投入量或者添加消泡剂。但是，减少钛原料投入量会降低了单位时间的产能，添加消泡剂则会提高生产成本，并且消泡效果不佳，存在一定安全隐患。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供具有消除反应容器内所产生泡沫作用的罩式消泡器。

本发明还要解决的技术问题是提供一种改进的硫酸法制备钛白粉的酸解工艺。

该罩式消泡器包括设有气体释放口的封盖件，以及安装在该封盖件上的多个压缩气消泡喷枪，这些压缩气消泡喷枪的喷嘴均指向与该封盖件配合的反应容器中。

该消泡器的使用过程为：将封盖件安装在反应容器上后，所有的压缩气消泡喷枪的喷嘴将对准反应容器内部；当反应容器内产生泡沫时，开启控制阀门，使压缩气从各喷枪的喷嘴向外喷出；此后，反应容器内的泡沫在压缩气的冲击下破裂并释放出大量的气体，并从封盖件上的气体释放口排出。

可见，该罩式消泡器利用压缩气的冲击作用来破坏反应容器内的泡沫，强制性的使泡沫破裂并释放出大量的气体，因此可以抑止泡沫体积的增涨，起到消泡的作用。

为了达到更为理想的消泡效果，本发明还建议将压缩气消泡喷枪的喷嘴设计成由上唇、下唇以及连接该上唇和下唇的唇角所构成的扇型扁状结构。这样设计能够使压缩气体以面状形式喷出，所形成的气面能够切入到泡沫中(最好是以垂直的方向切入泡沫)，因此对泡沫的破坏力更大，并且气流的覆盖范围较宽，可减少喷枪的数量。

由于喷嘴中心的气压较喷嘴两端唇角处的气压更大，因此，当压缩气体以面状形式喷出时，所形成的气面的中心处的气流量将比该气面边缘处的气流量大，导致气面边缘处的消泡效果弱于气面的中心处的消泡效果。为克服该缺陷，本发明还进一步的将上唇和下唇之间的距离设计成从喷嘴的中心向两端的唇角方向逐渐增大的形式，这样可以弥补喷嘴中心与喷嘴两端唇角处的压差，使整个气面的气流量趋于均匀。

为实现使上唇和下唇之间的距离从喷嘴的中心向两端的唇角方向逐渐增大的形式，可以采用多种设计。本发明建议将其设计成从该喷嘴的轴线方向看，该上唇的唇边和下唇的唇边是以该喷嘴的宽度中心线互为镜像的曲线的形式。由于这种形式的喷嘴在几何上是对称的，并且上下唇的内壁光滑，利于气流的均匀且压力损失较小。

除喷嘴形式外，压缩气消泡喷枪的布置形式也对消泡效果起重要作用。通过研究，本发明认为，采用将一部分的压缩气消泡喷枪作为向反应容器的中间区域喷射气流的内喷枪，一部分的压缩气消泡喷枪作为向反应容器内缘区域喷射气流的外喷枪的布置形式，能够达到较理想的效果。这是因为，反应容器的中间区域最容易聚集较厚的泡沫，同时，反应容器的内壁又对泡沫的攀升起支撑作用，因此，通过内喷枪和外喷枪着重对这两个区域进行消泡处理，能够更好的抑止泡沫的增涨。

在此基础上，可将各内喷枪沿一个与封盖件同心的内圆周布置在该封盖件上，并且各内喷枪的喷嘴的宽度中心线分别与该内圆周的直径线重合。这样，实际上是使从各内喷枪喷出的气面处于封盖件的径向方向上，从而在通过这些内喷枪集中对反应容器的中间区域喷射气流的同时，可使喷射的气流覆盖反应容器的大部分区域。

为防止反应容器中间区域的泡沫增涨至危险高度，还可使从各内喷枪喷出的边缘气流与反应容器的中心轴线的交点与封盖件内侧面之间的距离大于或等于反应容器的深度的1/5。当然，如果此距离设计的越大，考虑到压力损失的加大，压缩气体的压力也要求相应的增大，从而增加气体压缩机的能耗，故最好取反应容器深度的1/5。

另外，还可将各外喷枪沿一个与封盖件同心的外圆周布置在该封盖件上，并且各外喷枪的喷嘴的宽度中心线分别与该外圆周相切。这样，实际上是使从各外喷枪喷出的气面处于封盖件的切线方向，使喷射的气流更多的作用于反应容器的内缘区域，外喷枪的数量可设置较少。

为防止反应容器内缘区域的泡沫增涨至危险高度，还可使从各外喷枪所喷出的边缘气流与反应容器内壁的交点与封盖件内侧面之间的距离大于或等于反应容器的深度的1/5。同样，如果此距离设计的越大，压缩气体的压力也要求相应的增大，从而增加气体压缩机的能耗，故最好取反应容器深度的1/5。

利用上述的罩式消泡器，本发明改进后的酸法制备钛白粉的酸解工艺包括以下步骤：

a、在酸解锅内将钛原料与浓硫酸混匀后，加入启动水引发主反应；

b、启动本发明的罩式消泡器中的压缩气消泡喷枪；

c、主反应结束后，关闭压缩气消泡喷枪。

在上述工艺中，所说的酸解锅即是与封盖件配合的反应容器。

该方法只是在主反应过程中启动罩式消泡器，在主反应结束后停止压缩气消泡，因此不会影响酸解的正常进行。通过试验证实，采用上述工艺后，既不影响钛原料的酸解率，同时，由于所使用的罩式消泡器能够有效避免泡沫冒锅风险，可提高钛原料的投入量，故可提高产能。

本申请的有益效果是：本发明的罩式消泡器利用了压缩气体的冲击作用来破坏反应容器内的泡沫，强制性的使泡沫破裂并释放出大量的气体，因此可以抑止泡沫体积的增涨，起到消泡的作用。该消泡器适用于多种类型的酸解工艺。

附图说明

图1为本发明罩式消泡器的轴侧图。该图对封盖件进行了局部的剖切。

图2为本发明罩式消泡器中压缩气消泡喷枪的结构示意图。

图3为本发明罩式消泡器的正投影图。该图对封盖件进行了全剖视。

图4为本发明罩式消泡器中封盖件内侧面的正投影图。

图5为本发明罩式消泡器压缩气控制示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。

如图1、2和图4所示，封盖件2的中心开有一个较大的气体释放口3，在该气体释放口3的外围沿一个与封盖件2同心的内圆周6布置有四个内喷枪，并且各内喷枪的喷嘴40的宽度中心线407分别与该内圆周6的直径线重合，同时，在内圆周6的外围沿一个与封盖件2同心的外圆周5布置有四个外喷枪，并且各外喷枪的喷嘴40的宽度中心线407分别与该外圆周5相切；这些内喷枪和外喷枪的喷嘴结构是相同的，即喷嘴40均是由上唇401、下唇402以及连接该上唇401和下唇402的唇角403、404所构成的扇型扁状结构，并且从该喷嘴40的轴线408方向看，该上唇401的唇边405和下唇402的唇边406是以该喷嘴40的宽度中心线407互为镜像的曲线，以使上唇401和下唇402之间的距离从喷嘴40的中心向两端的唇角403、404方向逐渐的增大。使用时，压缩气体均以面状的形式从各喷嘴40喷出，并且所形成的表面各处气流量均匀的气面是以垂直的方向切入到反应容器1中的泡沫上。在内喷枪和外喷枪的共同作用下，能够很好的抑止泡沫的增涨。

通过上述的内喷枪和外喷枪，最好能够将反应容器1中泡沫的高度限制在一个安全的范围以内。为此，可以将内喷枪和外喷枪作如下设计：如图3所示，从各内喷枪所喷出的边缘气流7与反应容器1的中心轴线101的交点A与封盖件2内侧面之间的距离D等于反应容器1的深度的1/5；从各外喷枪所喷出的边缘气流8与反应容器1内壁的交点B与封盖件2内侧面之间的距离D同样等于反应容器1的深度的1/5。其中，需要明确的是，由于喷嘴40为扇型扁状结构，因此所说的“边缘气流7”和“边缘气流8”分别与所在喷嘴40的轴线408之间存在一定的夹角。

将本发明的罩式消泡器运用于硫酸法制备钛白粉的酸解工艺中，反应容器1即为酸解锅。通过对现有的酸解系统进行改造，可以建立图5所示的压缩气控制系统。在图5中，阀门K1的进气口连接压缩气源，出气口分别与阀门K2和阀门K3的进气口连接，阀门K2的出气口与酸解锅的压缩空气搅拌进气通道连接，阀门K3的出气口与各压缩气消泡喷枪4连接。这样，就直接利用了现有的酸解系统中的压缩气，不必另设气源。

本发明改进后的硫酸法制备钛白粉的酸解工艺为：向酸解锅中投入数吨浓硫酸，然后开启阀门K2进行压缩空气搅拌，然后再向酸解锅中投入数吨钛精矿；当浓硫酸与钛精矿混合均匀后，加入启动水引发主反应；当主反应即将发生时，开启阀门K3，压缩空气通过各压缩气消泡喷枪4吹入酸解锅中，根据反应实际情况，压缩空气吹入量可以适当调节；主反应结束后，关闭阀门K3，压缩气消泡喷枪4停止喷气。

实施例1：向体积为30m³的酸解锅中投入12.9t浓度为92％的浓硫酸，开启压缩空气搅拌，然后再向酸解锅中投入7.8t钛精矿；当浓硫酸与钛精矿混合均匀后，加入启动水引发主反应；当主反应即将发生时，开启阀门K3，压缩空气通过压缩气消泡喷枪4吹入酸解锅中，根据反应实际情况，压缩空气吹入量可以适当调节；主反应结束后，关闭阀门K3，压缩气消泡喷枪4停止喷气。

对比实施实例1：采用现有酸解方法，严格按操作规程操作。向体积为30m³的酸解锅中投入9.9t浓度为92％的浓硫酸，开启压缩空气搅拌，然后再向酸解锅中投入6.0t钛精矿。当浓硫酸与钛精矿混合均匀后，加入启动水引发主反应。

对比实施实例2：采用现有方法，添加适量消泡剂，严格按操作规程操作。向体积为30m³的酸解锅中投入10.7t浓度为92％的浓硫酸，开启压缩空气搅拌，然后再向酸解锅中投入6.5t钛精矿。当浓硫酸与钛精矿混合均匀后，加入启动水引发主反应。

表1为采用本发明方法和现有方法得到的结果对比。由表1可见，采用本发明技术后，不影响钛原料的酸解率。与对比实施例1相比，批次产能可提高30％以上。

表1：本发明实施例和对比实施例结果

Claims (10)

1.罩式消泡器，其特征在于：它包括设有气体释放口(3)的封盖件(2)，以及安装在该封盖件(2)上的多个压缩气消泡喷枪(4)，这些压缩气消泡喷枪(4)的喷嘴(40)均指向与该封盖件(2)配合的反应容器(1)中。

2.如权利要求1所述的罩式消泡器，其特征在于：所述压缩气消泡喷枪的喷嘴(40)是由由上唇(401)、下唇(402)以及连接该上唇(401)和下唇(402)的唇角(403、404)所构成的扇型扁状结构。

3.如权利要求2所述的罩式消泡器，其特征在于：该上唇(401)和下唇(402)之间的距离从喷嘴(40)的中心向两端的唇角(403、404)方向逐渐增大。

4.如权利要求3所述的罩式消泡器，其特征在于：从该喷嘴(40)的轴线(408)方向看，该上唇(401)的唇边(405)和下唇(402)的唇边(406)是以该喷嘴(40)的宽度中心线(407)互为镜像的曲线。

5.如权利要求1、2、3或4所述的罩式消泡器，其特征在于：一部分的压缩气消泡喷枪(4)作为向反应容器(1)的中间区域喷射气流的内喷枪，一部分的压缩气消泡喷枪(4)作为向反应容器(1)内缘区域喷射气流的外喷枪。

6.如权利要求5所述的罩式消泡器，其特征在于：所述各内喷枪沿一个与封盖件(2)同心的内圆周(6)布置在该封盖件(2)上，并且各内喷枪的喷嘴(40)的宽度中心线(407)分别与该内圆周(6)的直径线重合。

7.如权利要求6所述的罩式消泡器，其特征在于：从各内喷枪所喷出的边缘气流(7)与反应容器(1)的中心轴线(101)的交点(A)与封盖件(2)内侧面之间的距离(D)大于或等于反应容器(1)的深度的1/5。

8.如权利要求5所述的罩式消泡器，其特征在于：所述各外喷枪沿一个与封盖件(2)同心的外圆周(5)布置在该封盖件(2)上，并且各外喷枪的喷嘴(40)的宽度中心线(407)分别与该外圆周(5)相切。

9.如权利要求8所述的罩式消泡器，其特征在于：从各外喷枪所喷出的边缘气流(8)与反应容器(1)内壁的交点(B)与封盖件(2)内侧面之间的距离(D)大于或等于反应容器(1)的深度的1/5。

10.硫酸法制备钛白粉的酸解工艺，包括以下步骤：

a、在酸解锅内将钛原料与浓硫酸混匀后，加入启动水引发主反应；

b、启动权利要求1～9中任意一项权利要求所述的罩式消泡器中的压缩气消泡喷枪(4)；

c、主反应结束后，关闭压缩气消泡喷枪(4)。

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