CN108635902A - 钛液亚铁结晶系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种钛液生产技术，尤其是涉及一种钛液亚铁结晶系统及方法。钛液亚铁结晶系统及方法，钛液硫酸亚铁结晶系统，包括：真空蒸发器，真空蒸发器的一端为钛液腔、另一端为工质溶液腔，真空蒸发器连接真空泵，工质溶液腔通过工质循环泵在工质溶液腔内循环相连；用于工质溶液再生的工质再生器，工质再生器通过第二循环泵与工质溶液腔之间循环相连，工质再生器内设置盘管；用于对工质溶液换热的热量利用工段换热器，热量利用工段换热器与工质溶液腔循环相连。本发明具有能够将热量回收并利用在后续工艺步骤中、降低能耗、降低生产成本等有益效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种钛液生产技术，尤其是涉及一种钛液亚铁结晶系统及方法。
背景技术
目前硫酸法钛白普遍采用真空结晶的方法来分离硫酸亚铁，它是利用蒸汽喷射泵从真空罐内抽出蒸汽，再用循环冷却水对喷射泵抽出的蒸汽进行冷凝。在生产过程中，随着真空罐内钛液温度的降低，抽出蒸汽所需要的真空度必须提高，蒸汽变得更加稀薄，抽出同样重量的蒸汽，需要消耗的工作蒸汽就越多，而钛液的结晶温度一般要求降到10-17℃，因此需要消耗大量的工作蒸汽，吨钛白粉在此工段的蒸汽消耗量在1.25-2.2吨之间。
在这个过程中，钛液降温所放出的热量和亚铁结晶所放出的热量以及工作蒸汽带入到系统的热量全部通过循环冷却水排放到大气中，造成很大的能源浪费。
发明内容
本发明主要是针对上述问题，提供一种能够将钛液结晶工段的热量回收并利用在后续工艺步骤中，实现降低能耗、降低生产成本的钛液亚铁结晶系统及方法。
本发明的目的主要是通过下述方案得以实现的：一种钛液硫酸亚铁结晶系统，包括：真空蒸发器，真空蒸发器的一端为钛液腔、另一端为工质溶液腔，真空蒸发器连接真空泵，工质溶液腔通过工质循环泵在工质溶液腔内循环相连；用于工质溶液再生的工质再生器，工质再生器通过第二循环泵与工质溶液腔之间循环相连，工质再生器内设置盘管；用于对工质溶液换热的热量利用工段换热器，热量利用工段换热器与工质溶液腔循环相连。
钛液装入钛液腔后，开启真空泵，抽出钛液腔内的空气，使钛液沸腾，而另一端的工质溶液腔的工质溶液沸点远高于钛液的沸点，因此工质溶液不会沸腾，并且可以吸收钛液产生的蒸汽，此时启动工质循环泵，使工质溶液在工质溶液腔内循环。由于工质溶液吸收了钛液的蒸汽，因此工质溶液的温度会上升，此时通过热量利用工段换热器，将工质溶液的热量作为热源提供给后续用热工段利用。同时，工质溶液腔内的工质溶液还有一部份输送到工质再生器，由工质再生器蒸发掉部份水，且保持工质再生器蒸发的水量与工质溶液腔内的工质溶液从钛液中吸收的蒸汽重量相等，就可以维持系统工质溶液浓度不变。通过用热工段从换热器中吸收热量，维持工质溶液的温度不至于上升得过高，再通过工质再生器，维持工质的浓度不会稀释，从而实现钛液持续沸腾蒸发，使钛液的温度不断降低，直至达到生产需要的温度止。
作为优选，工质溶液腔内设置有喷嘴，第一循环泵与喷嘴相连。使工质形成雨状喷淋效果，增强工质吸收蒸汽的能力。
一种钛液硫酸亚铁结晶方法，包括：蒸发结晶工段：利用工质溶液腔内的工质溶液可吸收比自身温度低的水蒸汽的特性，使酸解钛液在钛液腔的真空环境下实现低温蒸发，使钛液的浓度得到提高的同时，温度降低，硫酸亚铁结晶析出；工质再生工段：工质溶液吸收蒸汽变稀，变稀的工质溶液通过工质再生器浓缩恢复至原浓度循环利用；热量利用工段：蒸发结晶工段工质溶液吸收水蒸汽后，温度升高，作为一种热源向钛液浓缩或其它工段供热，工质再生工段进行工质浓缩产生的二次蒸汽是饱和的高温蒸汽，作为热源提供给钛液浓缩或其它工段利用。本方法除用于钛液中的硫酸亚铁结晶外，也可用于其它行业类似的真空蒸汽降温的工艺过程。
利用热量利用端将钛液蒸汽液化的放热量和亚铁结晶的放热量以及蒸汽消耗所带入的热量全部回收，再将回收的热量通过换热形成温度相对较高的部分和温度相对较低的部分，温度相对较高的部分能够满足钛液浓缩的需求并由一个换热输出端输送到浓缩系统中，实现浓缩系统升温。温度相对较低的部分能够满足浓缩前的预热需求并由另一个换热输出端实现钛液浓缩前的预热。或者温度相对较低的部分可以满足酸解钛液的低温蒸发的需求，也可以利用换热输出端输送至低温蒸发处。利用工质溶液的吸湿特性，从真空罐内吸收蒸汽，使真空罐内的钛液蒸发降温，实现钛液中的硫酸亚铁低温结晶。同时工质溶液因吸收蒸汽而升温，经换热器将工质溶液中的热量传递给钛液浓缩工段利用。吸收了蒸汽的工质溶液浓度变稀，经蒸汽或其它热源对稀工质溶液进行蒸发浓缩，恢复其原有的浓度，并循环利用，所产生的二次蒸汽供钛液浓缩工段利用。工质溶液，一般使用溴化锂溶液，也可以使用浓硫酸、氢氧化钠等吸湿性较强的溶液。整个生产过程中，利用工质溶液不仅能够回收热量，而且能够使换热后的输出热量温度精确，分别满足后续的浓缩、预热或者前序的低温蒸发的需求，并及时输送至相应位置，降低了耗气量，节省了热量消耗，降低了生产成本。
作为优选，实施方式：酸解钛液进入真空蒸发器内，在真空环境下，钛液沸腾，所产生的蒸汽被工质溶液吸收，实现酸解钛液蒸发降温；工质溶液吸收水蒸汽后，温度上升，通过换热器，将工质溶液的热能传递到后续浓缩工序或其它用热工段中利用，维持工质溶液的工作温度，维持其吸收能力；工质溶液吸收水蒸汽后，工质溶液的浓度会变稀，采用蒸发器对工质溶液进行蒸发浓缩，其蒸发量与工质溶液从钛液中吸收的水蒸汽的量是相等的，维持工质溶液循环工作过程中的浓度不变，工质溶液浓缩产生的蒸汽是饱和的水蒸汽，作为热源提供给后浓缩工序或其它用热工段中利用。
作为优选，工质溶液是溴化锂溶液或者是氢氧化钠或硫酸或者是沸点远高于纯水的溶液。
因此，本发明一种钛液亚铁结晶系统及方法具备下述优点：1、本技术中的工质与换热器的配合使用，起到热泵的作用，将左端钛液的低温低压蒸汽，转化成高温可利用的热源，提供给右边的用热工段利用。2、本技术仅在工质再生段消耗工作蒸汽，而工作蒸汽的能量超过80%转化为二次蒸汽，可以作为热源再利用，只有不到20%的热量被冷凝水消耗掉。3、本技术所述的工质可以是溴化锂溶液，也可以是氢氧化钠或硫酸，或其它沸点远高于纯水的溶液。4、本技术所述的真空蒸发器是按左右分布形式举例的，也可以是上下形式，也可以是里外形式。
附图说明
附图1是本发明的一种结构示意图；
附图2是本发明的一种原理图。
图示说明：1-真空泵，2-钛液腔，3-钛液，4-工质溶液腔，5-工质溶液，6-工质循环泵，7-喷嘴，8-第二循环泵，9-工质再生器，10-第一换热器，11-热量利用工段换热器，12-后续用热工段。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例1：如图1所示，一种钛液硫酸亚铁结晶系统，包括：真空蒸发器，真空蒸发器的一端为用于盛放钛液3的钛液腔2、另一端为用于盛放工质溶液5的工质溶液腔4，钛液腔连接真空泵1，工质溶液腔通过工质循环泵6在工质溶液腔内循环相连；用于工质溶液再生的工质再生器9，工质再生器通过第二循环泵8与工质溶液腔之间循环相连，工质再生器内设置盘管10；用于对工质溶液换热的热量利用工段换热器11，热量利用工段换热器与工质溶液腔循环相连，换热后的热量输入到后续用热工段12。工质溶液腔内设置有喷嘴7，第一循环泵与喷嘴相连。
一种钛液硫酸亚铁结晶方法，包括：蒸发结晶工段：利用工质溶液腔内的工质溶液可吸收比自身温度低的水蒸汽的特性，使酸解钛液在钛液腔的真空环境下实现低温蒸发，使钛液的浓度得到提高的同时，温度降低，硫酸亚铁结晶析出；工质再生工段：工质溶液吸收蒸汽变稀，变稀的工质溶液通过工质再生器浓缩恢复至原浓度循环利用；热量利用工段：蒸发结晶工段工质溶液吸收水蒸汽后，温度升高，作为一种热源向钛液浓缩或其它工段供热，工质再生工段进行工质浓缩产生的二次蒸汽是饱和的高温蒸汽，作为热源提供给钛液浓缩或其它工段利用。本方法除用于钛液中的硫酸亚铁结晶外，也可用于其它行业类似的真空蒸汽降温的工艺过程。
如图2所示，实施方式：酸解钛液进入真空蒸发器内，在真空环境下，钛液沸腾，所产生的蒸汽被工质溶液吸收，实现酸解钛液蒸发降温；工质溶液吸收水蒸汽后，温度上升，通过换热器，将工质溶液的热能传递到后续浓缩工序或其它用热工段中利用，维持工质溶液的工作温度，维持其吸收能力；工质溶液吸收水蒸汽后，工质溶液的浓度会变稀，采用蒸发器对工质溶液进行蒸发浓缩，其蒸发量与工质溶液从钛液中吸收的水蒸汽的量是相等的，维持工质溶液循环工作过程中的浓度不变，工质溶液浓缩产生的蒸汽是饱和的水蒸汽，作为热源提供给后浓缩工序或其它用热工段中利用。
钛液装入钛液腔后，开启真空泵，抽出钛液腔内的空气，使钛液沸腾，而另一端的工质溶液腔的工质溶液沸点远高于钛液的沸点，因此工质溶液不会沸腾，并且可以吸收钛液产生的蒸汽，此时启动工质循环泵，使工质溶液在工质溶液腔内循环。由于工质溶液吸收了钛液的蒸汽，因此工质溶液的温度会上升，此时通过热量利用工段换热器，将工质溶液的热量作为热源提供给后续用热工段利用。同时，工质溶液腔内的工质溶液还有一部份输送到工质再生器，由工质再生器蒸发掉部份水，且保持工质再生器蒸发的水量与工质溶液腔内的工质溶液从钛液中吸收的蒸汽重量相等，就可以维持系统工质溶液浓度不变。通过用热工段从换热器中吸收热量，维持工质溶液的温度不至于上升得过高，再通过工质再生器，维持工质的浓度不会稀释，从而实现钛液持续沸腾蒸汽，使钛液的温度不断降低，直至达到生产需要的温度止。
利用热量利用端将钛液蒸汽液化的放热量和亚铁结晶的放热量以及蒸汽消耗所带入的热量全部回收，再将回收的热量通过换热形成温度相对较高的部分和温度相对较低的部分，温度相对较高的部分能够满足钛液浓缩的需求并由一个换热输出端输送到浓缩系统中，实现浓缩系统升温。温度相对较低的部分能够满足浓缩前的预热需求并由另一个换热输出端实现钛液浓缩前的预热。或者温度相对较低的部分可以满足酸解钛液的低温蒸发的需求，也可以利用换热输出端输送至低温蒸发处。利用工质溶液的吸湿特性，从真空罐内吸收蒸汽，使真空罐内的钛液蒸发降温，实现钛液中的硫酸亚铁低温结晶。同时工质溶液因吸收蒸汽而升温，经换热器将工质溶液中的热量传递给钛液浓缩工段利用。吸收了蒸汽的工质溶液浓度变稀，经蒸汽或其它热源对稀工质溶液进行蒸发浓缩，恢复其原有的浓度，并循环利用，所产生的二次蒸汽供钛液浓缩工段利用。工质溶液，一般使用溴化锂溶液，也可以使用浓硫酸、氢氧化钠等吸湿性较强的溶液。整个生产过程中，利用工质溶液不仅能够回收热量，而且能够使换热后的输出热量温度精确，分别满足后续的浓缩、预热或者前序的低温蒸发的需求，并及时输送至相应位置，降低了耗气量，节省了热量消耗，降低了生产成本。
传统技术中，结晶段，每吨钛白粉需要消耗323万大卡热量的蒸汽，同时通过循环冷却水向空气排放457万大卡的热量。在结晶段消耗627万大卡的热量，同时向空气排放610万大卡的热量。两段共计消耗950万大卡热量，向空气排放的热量为1067万大卡。
本实施例中，如工作原理图，原钛液温度为60℃，装入密封容器的左边，容器的右边装入浓度为58%的溴化锂溶液，然后启动真空泵工作，当真空度达到-0.085MPa时，钛液沸腾，此时启动工质循环泵，工质吸收蒸汽，温度升到65℃，同时，启动换热器的循环泵，使工质与用热工段进行换热，维持工质温度不超过65℃。同时，部份工质送入工质再生器，工质在再生器内被工作蒸汽蒸发浓缩，经浓缩后的工质再送回密封容器内，维持密封容器内的工质浓度为58%不变。工质浓缩过程中产生的二次蒸汽温度为100℃以上，且产汽量与工质从钛液量吸收的蒸汽量相同，但其品质已提升为100℃以上的优质热源，可供给钛液浓缩段利用。
通过第一级冷却后，左边的钛液温度降低至30℃以下，送到第二级真空蒸发器，第二级真空蒸发器的真空度更高些，并且采有温度为20℃的冷钛液与工质换热，并维持工质温度不超过50℃，则工质可以继续吸收密封容器内的钛液的蒸汽，使密封容器内的钛液温度继续降低，直到钛液温度降到生产所要求的15℃左右为止。同时，浓缩段的冷钛液由20℃预热到45℃送入浓缩蒸发器蒸发浓缩。
此过程中，结晶段每吨钛白粉需要消耗200万大卡热量的蒸汽，不向空气排放热量。在结晶段消耗200万大卡的热量，同时向空气排放470万大卡的热量。两段共计消耗400万大卡热量，向空气排放的热量为470万大卡。
应理解，该实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
Claims (5)
1.一种钛液亚铁结晶系统，其特征在于，包括：
真空蒸发器，真空蒸发器的一端为用于盛放钛液的钛液腔、另一端为用于盛放工质溶液的工质溶液腔，真空蒸发器连接真空泵，工质溶液腔通过工质循环泵在工质溶液腔内循环相连；
用于工质溶液再生的工质再生器，工质再生器通过第二循环泵与工质溶液腔之间循环相连，工质再生器内设置盘管；
用于对工质溶液换热的热量利用工段换热器，热量利用工段换热器与工质溶液腔循环相连。
2.根据权利要求1所述的一种钛液亚铁结晶系统，其特征在于，工质溶液腔内设置有喷嘴，第一循环泵与喷嘴相连。
3.一种如权利要求1至2中任意一项所述的钛液亚铁结晶系统的方法，其特征在于，包括：
蒸发结晶工段：利用工质溶液腔内的工质溶液可吸收比自身温度低的水蒸汽的特性，使酸解钛液在钛液腔的真空环境下实现低温蒸发，使钛液的浓度得到提高的同时，温度降低，硫酸亚铁结晶析出；
工质再生工段：工质溶液吸收蒸汽变稀，变稀的工质溶液通过工质再生器浓缩恢复至原浓度循环利用；
热量利用工段：蒸发结晶工段工质溶液吸收水蒸汽后，温度升高，作为一种热源向钛液浓缩或其它工段供热，工质再生工段进行工质浓缩产生的二次蒸汽是饱和的高温蒸汽，作为热源提供给钛液浓缩或其它工段利用。
4.根据权利要求3所述的钛液亚铁结晶方法，其特征在于，实施方式：酸解钛液进入真空蒸发器内，在真空环境下，钛液沸腾，所产生的蒸汽被工质溶液吸收，实现酸解钛液蒸发降温；工质溶液吸收水蒸汽后，温度上升，通过换热器，将工质溶液的热能传递到后续浓缩工序或其它用热工段中利用，维持工质溶液的工作温度，维持其吸收能力；工质溶液吸收水蒸汽后，工质溶液的浓度会变稀，采用蒸发器对工质溶液进行蒸发浓缩，其蒸发量与工质溶液从钛液中吸收的水蒸汽的量是相等的，维持工质溶液循环工作过程中的浓度不变，工质溶液浓缩产生的蒸汽是饱和的水蒸汽，作为热源提供给后浓缩工序或其它用热工段中利用。
5.根据权利要求3所述的钛液亚铁结晶方法，其特征在于，工质溶液是溴化锂溶液或者是氢氧化钠或硫酸或者是沸点远高于纯水的溶液。
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