CN107758736A - 硫酸法钛白粉水解结束料中低位热回收方法及回收系统 - Google Patents

硫酸法钛白粉水解结束料中低位热回收方法及回收系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种钛白粉生产工艺及设备，具体公开了一种硫酸法钛白粉水解结束料中低位热回收方法，该方法主要通过将浓缩工序得到的浓钛液送入间壁式换热器中，与水解结束料进行间接换热，从而实现能量的转移回收。本发明还公开了硫酸法钛白粉水解结束料中低位热回收系统以便于本方案的实施。本发明的优点是：1)采用本发明的新工艺后，生产吨钛白粉可降低蒸汽消耗约0.20吨，节约新鲜水约10方；2)由于系统蒸汽消耗的降低相应使得二洗蒸汽的处理费用降低；3)方案易于实施，利于在产业上推广。

Description

硫酸法钛白粉水解结束料中低位热回收方法及回收系统
技术领域
本发明涉及一种钛白粉生产工艺及设备，尤其是一种硫酸法钛白粉生产工艺及设备。
背景技术
钛白粉是重要的白色颜料和瓷器釉料，与其他白色颜料比较有优越的白度、着色力、遮盖力、耐候性、耐热性、和化学稳定性，特别是没有毒性，是目前世界上性能最好的一种白色颜料，广泛应用于涂料、塑料、造纸、印刷油墨、化纤、橡胶、化妆品等工业。
国内典型的硫酸法生产钛白主要由下列几个工序组成：原矿粉碎；用硫酸分解精矿制取粗硫酸氧钛溶液；溶液沉降除杂，降温除铁；精溶液再次过滤净化，浓缩得到精制硫酸氧钛溶液；精制硫酸氧钛溶液水解析出偏钛酸；偏钛酸煅烧制得二氧化钛以及按照不同用途对煅烧所得二氧化钛进行各种后处理以弥补它的光活性缺陷，并改变它的表面性质。后处理包括预粉碎，砂磨，分级，无机和有机表面包膜处理，过滤，干燥、气流粉碎和计量包装等，从而获得表面性质好，高白度，分散性高的金红石型二氧化钛成品。
其中，上述精制硫酸氧钛溶液水解析出偏钛酸涉及的主要步骤如图1所示，主要包括以下步骤：
浓钛液预热：浓缩工序得到的总二氧化钛浓度在190～220g/l温度约70℃的浓钛液，进入水解工序后，按照工艺要求需加热至94～96℃，吨产品蒸汽消耗约0.3吨。
晶种制备：多数钛白粉厂家使用快速碱中和晶种，主要制备过程就是将预热好的钛液快速加入定量的稀碱液，充分混合，熟化。
水解：在水解锅中，浓钛液在外加晶种的作用下，通过加热，在既定程序下发生水热反应，生成偏钛酸沉淀(即水解结束料)。
水解料浆冷却：水解结束料温度在105℃左右，需要经过冷却降温后才能进入压滤机进行一次水洗，产业上常通过大量的循环水对水解物料进行降温。
一次水洗：水解结束的偏钛酸中依然含量大量的铁，必须通过一次水洗，除去偏钛酸中残留的大量废水，同时进一步降低偏钛酸中的铁残留。
发明人认为该传统工艺流程存在的问题是：1、浓缩工序得到的浓钛液温度较低，需要消耗大量的蒸汽进行升温才能达到适宜的水解温度，因此浓钛液预热需要的能耗很高；2、水解结束后得到的偏钛酸沉淀的温度很高，需要降温后才能进入压滤机，因此需要消耗大量循环水对物料进行冷却；3、上述1、2导致的蒸汽浪费最终将加大污循环的负荷，增加电力消耗。
发明内容
为降低硫酸法钛白粉水解工序的能耗，并减轻污循环的负荷，本发明提供了一种硫酸法钛白粉水解结束料中低位热回收方法及回收系统。
本发明所采用的技术方案是：硫酸法钛白粉水解结束料中低位热回收方法，包括以下步骤：
A、预升温：将浓缩工序得到的浓钛液送入间壁式换热器中，与步骤C中产生的水解结束料进行间接换热，经换热后，浓钛液温度升高，得到预升温浓钛液；
B、浓钛液预热：通过蒸汽加热将预升温浓钛液的温度进一步加热至工艺需要的温度，并完成晶种制备，得到水解原料钛液；
C、水解：将水解原料钛液加入水解锅进行水解，得到水解结束料；
D、预降温：将水解结束料送入步骤A所述的间壁式换热器中，与步骤A中所述的浓钛液进行间接换热，经换热后，水解结束料温度降低，得到预降温水解料；
E、水解料浆冷却：预降温水解料经进一步冷却至工艺需要的温度后送一次水洗工序进行水洗。
本发明结合浓钛液进入水解工序前需要升温，水解结束料进入一次水洗前需要预热的特点，合理的提出以上的新流程：
水解结束料进行换热处理，将多余的热量移除，以降低冷却工序的负荷；水解物料的降温介质采用待预热浓钛液，采用间接换热的方式，控制合理的换热面积，可以使得待预热浓钛液和水解结束料的温差小于5℃，甚至相同。该方式不仅降低了浓钛液预热工序的蒸汽消耗，同时可以有效降低水解结束物料冷却过程中新鲜冷却水的需要，具有一举两得的目的，同时由于系统蒸汽消耗的降低相应使得二洗蒸汽的处理费用降低。采用本发明的新工艺后，生产吨钛白粉可降低蒸汽消耗约0.20吨，节约新鲜水约10方。
本发明的换热过程应在间壁式换热器中进行，本发明所述的间壁式换热器是指两种不同温度的流体在固定的壁面(称为传热面)相隔的空间里流动，通过璧面的导热和壁表面的对流换热进行热量的传递。参加换热的流体不会混合，传递过程连续而稳定地进行。间壁式换热器的传热面大多采用导热性能良好的金属制造。在某些场合由于防腐的需要，也有用非金属(如石墨，聚四乙烯等)制造的。冷、热流体被一固体壁面隔开通过璧面进行传热。按照传热面的形状与结构特点，间壁式换热器可分为：(1)管式换热器：如套管式换热器、螺旋管式换热器、管壳式换热器、热管式换热器、省煤器等。(2)板面式换热器：如板式换热器、螺旋板式换热器、板壳式换热器等。(3)扩展表面式换热器：如板翅式换热器、管翅式换热器、强化的传热管等。
本发明还提供了一种硫酸法钛白粉水解结束料中低位热回收系统，包括在液相路径上依次相连的浓钛液贮槽1，预热器2，水解锅3，冷却器4，一洗压滤机5；还包括间壁式换热器，所述间壁式换热器设有由传热面相隔的第一换热腔室和第二换热腔室，所述第一换热腔室连接于浓钛液贮槽1和预热器2之间的工艺管道上，所述第二换热腔室连接于水解锅3和冷却器4之间的工艺管道上。
该系统与本发明的方法相匹配，便于方法的实施。
本发明所述的“在液相路径上依次相连”指的是各设备沿着钛液在系统中的流动路径顺序连接。例如通过工艺管道将各设备依次连接，工艺中，钛液在各设备和管道中流动形成液相路径，从而实现所述的各设备“在液相路径上依次相连”。
本发明的有益效果是：1)采用本发明的新工艺后，生产吨钛白粉可降低蒸汽消耗约0.20吨，节约新鲜水约10方；2)由于系统蒸汽消耗的降低相应使得二洗蒸汽的处理费用降低；3)方案易于实施，利于在产业上推广。
附图说明
图1是硫酸法钛白粉硫酸氧钛溶液水解工序的物料流动顺序图。
图2是本发明的工艺流程图。
图3是本发明的设备流程图。
图中标记为：1-浓钛液贮槽，2-预热器，3-水解锅，4-冷却器，5-一洗压滤机，6-板式换热器，61-第一换热腔室，62-第二换热腔室。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图2、图3所示，本发明的硫酸法钛白粉水解结束料中低位热回收系统，包括在液相路径上依次相连的浓钛液贮槽1，预热器2，水解锅3，冷却器4，一洗压滤机5,板式换热器6，所述板式换热器6设有由传热面相隔的第一换热腔室61和第二换热腔室62，所述第一换热腔室61连接于浓钛液贮槽1和预热器2之间的工艺管道上，所述第二换热腔室62连接于水解锅3和冷却器4之间的工艺管道上。
实施例一：
工作时，浓钛液贮槽1中的浓钛液通过泵送入板式换热器6的第一换热腔室61中，进入换热腔室前测得浓钛液的温度为72℃，然后浓钛液在第一换热腔室61中与第二换热腔室62中的由前序工艺已经产生的水解结束料(105℃)进行换热，换热结束后钛液从第一换热腔室61流出得到预升温浓钛液，此时测得预升温浓钛液的温度为87℃。然后将预升温浓钛液送入预热器2中，通过蒸汽加热的方式将预升温浓钛液温度进一步升高至95℃，并将预热好的钛液快速加入定量的稀碱液，充分混合，熟化，得到水解原料钛液。将水解原料钛液加入水解锅3进行水解，得到水解结束料。然后将水解结束料(105℃)送入板式换热器6第二换热腔室62中，在第二换热腔室62中，水解结束料与后续工艺继续产生的进入第一换热腔室61的浓钛液(72℃)进行换热，换热结束后钛液从第二换热腔室62流出得到预降温水解料，此时测得预降温水解料的温度为90℃。然后预降温水解料送入冷却器4中，通过循环冷却水将预降温水解料温度进一步降低至70℃，然后送入一洗压滤机5中进行水洗。
按本方案连续生产一个月，对硫酸氧钛溶液水解工序的能耗进行统计，结果见表1。
实施例二：
工作时，浓钛液贮槽1中的浓钛液通过泵送入板式换热器6的第一换热腔室61中，进入换热腔室前测得浓钛液的温度为70℃，然后浓钛液在第一换热腔室61中与第二换热腔室62中的由前序工艺已经产生的水解结束料(105℃)进行换热，确保浓钛液和水解结束料的流速相等，控制进料量，换热结束后钛液从第一换热腔室61流出得到预升温浓钛液，此时测得预升温浓钛液的温度为85℃。然后将预升温浓钛液送入预热器2中，通过蒸汽加热的方式将预升温浓钛液温度进一步升高至96℃，并将预热好的钛液快速加入定量的稀碱液，充分混合，熟化，得到水解原料钛液。将水解原料钛液加入水解锅3进行水解，得到水解结束料。再将水解结束料(105℃)送入板式换热器6第二换热腔室62中，在第二换热腔室62中，水解结束料与后续工艺继续产生的进入第一换热腔室61的浓钛液(70℃)进行换热，确保水解结束料和浓钛液的流速相等，控制进料量，换热结束后钛液从第二换热腔室62流出得到预降温水解料，此时测得预降温水解料的温度为85℃。然后预降温水解料送入冷却器4中，通过循环冷却水将预降温水解料温度进一步降低至70℃，然后送入一洗压滤机5中进行水洗。
按本方案连续生产一个月，对硫酸氧钛溶液水解工序的能耗进行统计，结果见表1。
表1：能耗统计表

Claims (6)

1.硫酸法钛白粉水解结束料中低位热回收方法，包括以下步骤：
A、预升温：将浓缩工序得到的浓钛液送入间壁式换热器中，与步骤C中产生的水解结束料进行间接换热，经换热后，浓钛液温度升高，得到预升温浓钛液；
B、浓钛液预热：通过蒸汽加热将预升温浓钛液的温度进一步加热至工艺需要的温度，并完成晶种制备，得到水解原料钛液；
C、水解：将水解原料钛液加入水解锅进行水解，得到水解结束料；
D、预降温：将水解结束料送入步骤A所述的间壁式换热器中，与步骤A中所述的浓钛液进行间接换热，经换热后，水解结束料温度降低，得到预降温水解料；
E、水解料浆冷却：预降温水解料经进一步冷却至工艺需要的温度后送一次水洗工序进行水洗。
2.根据权利要求1所述的硫酸法钛白粉水解结束料中低位热回收方法，其特征在于：经所述间壁式换热器间接换热后，所述预升温浓钛液与所述预降温水解料的温度差小于5℃。
3.根据权利要求1所述的硫酸法钛白粉水解结束料中低位热回收方法，其特征在于：经所述间壁式换热器间接换热后，所述预升温浓钛液与所述预降温水解料的温度相等。
4.根据权利要求1～3中任一权利要求所述的硫酸法钛白粉水解结束料中低位热回收方法，其特征在于：所述间壁式换热器为板式换热器、套管式换热器、省煤器中的一种。
5.硫酸法钛白粉水解结束料中低位热回收系统，包括在液相路径上依次相连的浓钛液贮槽(1)，预热器(2)，水解锅(3)，冷却器(4)，一洗压滤机(5)；其特征在于：还包括间壁式换热器，所述间壁式换热器设有由传热面相隔的第一换热腔室和第二换热腔室，所述第一换热腔室连接于浓钛液贮槽(1)和预热器(2)之间的工艺管道上，所述第二换热腔室连接于水解锅(3)和冷却器(4)之间的工艺管道上。
6.根据权利要求5所述的硫酸法钛白粉沉降钛液中低位热回收系统，其特征在于：所述间壁式换热器为板式换热器(6)、套管式换热器、省煤器中的一种。
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