【導(dǎo)讀】做相應(yīng)的比較，最終采用目前國內(nèi)普遍使用并且技術(shù)比較成熟的酸解法。本設(shè)計(jì)的目的是完成年產(chǎn)5萬噸酸解法鈦白粉生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)，三廢處理以及廢副產(chǎn)品的利用。

　　

【正文】 則 ： 92%GA＋ 8 %GB=3800 [kg/t] GA + GB =4497 [kg/t] 解上述聯(lián)立方程式得 ： GA = [kg/t] GB= [kg/t] 其中 : GA 硫酸 =92 %＝ [kg/t] GA 水 = [kg/t] GB 廢酸 =8 %＝ [kg/t] GB 水 = [kg/t] 加入的硫酸里含有質(zhì)量濃度為 100 %的硫酸為 3800 [kg/t] 含水量為 697 [kg/t] 沉降 過程物料衡算 （ 1） 通過到江西添光鈦白粉公司考察，得到的添光鈦白廠的參考生產(chǎn)數(shù)據(jù)如下： （年產(chǎn) 5 萬噸的酸解法生產(chǎn)工藝，以生產(chǎn)一噸的鈦白粉來計(jì)算） 表 33 酸解罐的物料平衡表 進(jìn)料 出料 物質(zhì) 質(zhì)量 kg/t 物質(zhì) 質(zhì)量 kg/t 鈦鐵礦粉 2500 H2SO4 (以 100%計(jì) ) 3800 H2O 697 Sb2O3 5 合計(jì) 7002 硫酸鹽 殘?jiān)? H2O 25 H2SO4 (以 100 %計(jì) ) 水 蒸氣 合計(jì) 注：綜合各種 誤差，可認(rèn)為酸解反應(yīng)進(jìn)出料守恒 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 酸解法生產(chǎn)鈦白粉的工藝計(jì)算 19 表 34 浸取還原的物料平衡表 進(jìn)料 出料 物質(zhì) 質(zhì)量 /t 物質(zhì) 質(zhì)量 /t 固相物 自來水 6382 廢酸 殘?jiān)? 廢水 25 鐵屑 75 合計(jì) TiOSO4 Ti2(SO4)3 FeSO4 CaSO4 Mg SO4 MnSO4 Al2(SO4)3 Sb2(SO4)3 H2O H2SO4 殘?jiān)? 合計(jì) （ 2) 沉降過程的計(jì)算 絮凝劑硫化鐵與硫酸反應(yīng)時(shí)： FeS+ H2SO4→FeSO4＋ H2S↑ m 硫酸 =(250097%%98)/88＝ [kg/t] m 硫酸亞鐵 =(250097%%152)/88＝ [kg/t] m 硫化氫 =[kg/t] 以下列反應(yīng)式計(jì)算需要的硫化氫的量 ： Sb2(SO4)3 + 3H2S→Sb2S3↓+ 3H2SO4 m 硫化氫 (1)=(343)/532= [kg/t] m 硫化銻 = [kg/t] m 硫酸 = [kg/t] 多余的 硫化氫 量為 ： m 硫化氫 － m 硫化氫 (1)=＝ [kg/t] FeS 的殘?jiān)?=2500 %3 %= [kg/t] 由于絮凝劑不參與化學(xué)反應(yīng)，只起絮凝的物理作用，它的量前后不發(fā)生變化。反應(yīng)會(huì)有部分部分硫化亞鐵進(jìn)入殘?jiān)? 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 酸解法生產(chǎn)鈦白粉的工藝計(jì)算 20 G 殘?jiān)?=++= [kg/t] 本設(shè)計(jì)采用的沉降率為 99%，故而有 99 %= [kg/t]留在沉降罐內(nèi) ,另有 [kg/t]進(jìn)入下一工序。 沉降過程物料平衡表如下 35 ： 表 35 沉降過程的物料平衡表 進(jìn)料 物質(zhì) 質(zhì)量 /t 出料 物質(zhì) 質(zhì)量 /t 硫酸鹽 硫酸 += 水 硫酸鹽 += 硫酸 逸出硫化氫 殘?jiān)? 殘?jiān)?+硫化梯 += 硫化亞鐵 10 水 合計(jì) 合計(jì) 表 36 結(jié)晶過程的物料衡算表 進(jìn)料 出料 物質(zhì) 質(zhì)量 / [kg/t] 物質(zhì) 質(zhì)量 / [kg/t] TiOSO4 Ti2(SO4)3 FeSO4 CaSO4 MgSO4 MnSO4 Al2(SO4)3 H2O H2SO4 殘?jiān)? 合計(jì) TiOSO4 Ti2(SO4)3 FeSO4 CaSO4 MgSO4 MnSO4 Al2(SO4)3 H2O H2SO4 殘?jiān)? 綠礬 合計(jì) 結(jié)晶過程的物料衡算 鈦液中總鐵含量和總 TiO2含量之比稱為鐵鈦比 ： 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 酸解法生產(chǎn)鈦白粉的工藝計(jì)算 21 鐵鈦比 ? ?? ? 150 ??? Lg LgFe 含量總 含量總 本設(shè)計(jì)采用真空結(jié)晶 ， 根據(jù)實(shí)際工況，結(jié)晶最終除去硫酸亞鐵率為 ％，每 1 mol 的硫酸亞鐵含有 7 mol 結(jié)晶水，分子式為 FeSO47H2O 故通過結(jié)晶剩余硫酸亞鐵的質(zhì)量 ： m FeSO4（ 1） == [kg/t] 結(jié)晶帶走水的質(zhì)量 ： m 水（ 1） = [kg/t] 剩余水量： m 水（ 1） =－ = [kg/t] 結(jié)晶物料平衡 見 表 36 過濾過程物料衡算 沉降除去了絕大部分殘?jiān)?，?jīng)過真空結(jié)晶除去了硫酸亞鐵晶體，但是鈦液中尚含有一些沉降不完全而帶過來的微量固相物，需要采用板框過濾除去，而通常加入助濾劑可全部除去殘?jiān)? [kg/t]被除掉。 表 37 過濾過程的物料衡算表 進(jìn)料 出料 物質(zhì) 質(zhì)量 / [kg/t] 物質(zhì) 質(zhì)量 / [kg/t] TiOSO4 Ti2(SO4)3 FeSO4 CaSO4 MgSO4 MnSO4 Al2(SO4)3 H2O H2SO4 殘?jiān)? 合計(jì) TiOSO4 Ti2(SO4)3 FeSO4 CaSO4 MgSO4 MnSO4 Al2(SO4)3 H2O H2SO4 殘?jiān)?（已除） 合計(jì) 經(jīng)過真空結(jié)晶和板框壓濾等操作使溶液中鈦液的濃度由 130 g/L提高到了 150 g/L。 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 酸解法生產(chǎn)鈦白粉的工藝計(jì)算 22 濃縮過程物料衡算 為了達(dá)到水解的要求，需要濃縮 鈦液， 濃縮前約為 150 g/L，密度約為 g/L，要求濃縮后鈦液中總鈦 200 g/L，穩(wěn)定性 ≧ 600，濃縮后鈦液密度約 g/L,取 g/L 除去殘?jiān)安蝗芙獾奈镔|(zhì)，鈦液的總質(zhì)量為： m（鈦液） （ 1） =+++= [kg/t] 鈦液 中溶質(zhì)的質(zhì)量為： m（ 鈦液 ） =++= [kg/t] 鈦液的總體積： V1=103/50=103 L 當(dāng)濃縮成 200 g/L 時(shí)， V2=103/200=103 L 所以濃縮中要蒸發(fā)的水量為： m（水） =r1V1r2V2= [kg/t] 剩余的水量 m（水） = = [kg/t] 表 38 濃縮過程的物料衡算表 進(jìn)料 出料 物質(zhì) 質(zhì)量 / [kg/t] 物質(zhì) 質(zhì)量 / [kg/t] TiOSO4 Ti2(SO4)3 H2O H2SO4 合計(jì) TiOSO4 Ti2(SO4)3 剩余 H2O 蒸發(fā)的水 H2SO4 合計(jì) 水解過程中的物料衡算 水解過程中的主要化學(xué)反應(yīng)為： Ti(SO4)2 + H2O =TiOSO4 + H2SO4 TiOSO4 +2H2O = H2TiO3↓ + H2SO4 在實(shí)際生產(chǎn)過程中，第一個(gè)反應(yīng)式基本不存在的。 由于鈦液中 :m(TiOSO4)= [kg/t] 據(jù)方程式可算出： m(H2TiO3)= [kg/t] m(H2SO4)= [kg/t] 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 酸解法生產(chǎn)鈦白粉的工藝計(jì)算 23 m(H2O)= [kg/t] 為了使水解更完全通常加入物料 5 %的水，即 [kg/t] 。 表 39 水解過程的物料衡算表 進(jìn)料 出料 物質(zhì) 質(zhì)量 / [kg/t] 物質(zhì) 質(zhì)量 / [kg/t] TiOSO4 Ti2(SO4)3 H2O 合計(jì) H2TiO3 Ti2(SO4)3 H2SO4 合計(jì) 由上表可知，進(jìn)料與出料守衡。 能量衡算 (以生產(chǎn) 1 噸 100 %TiO2 計(jì) ) 酸解法生產(chǎn)鈦白粉的各個(gè)工段均用水蒸汽加熱，能量衡算主要是水解工段的能量衡算。 表 310 飽 和水蒸氣的焓值表 [13](單位： kcal/kg, 1kJ=) 180℃ 133℃ 120℃ 100℃ 有關(guān)物質(zhì)生成熱如下所示 [14]： (1kJ= kcal) Q (TiO2)=－ kcal/mol Q (H2SO4)=－ kcal/mol Q (H2O)=－ kcal/mol Q (TiOSO4 )=－ kcal/mol Q (H2TiO3 )=－ kcal/mol (1) 水解反應(yīng)的反應(yīng)熱 水 解反應(yīng)式： TiOSO4 +2H2O = H2TiO3↓ + H2SO4 反應(yīng)的反應(yīng)熱為 Q = +－ － = kcal = [kJ/t] 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 酸解法生產(chǎn)鈦白粉的工藝計(jì)算