钛白粉酸解水解工段工序设计

南华大学化学化工学院毕业设计

第一章 概论

1.1 设计的目的

1 ．巩固和运用所学的课程知识、理论联系实际，培养工艺观点；训练、观察、分析和解决工程实际问题及独立工作能力。

2．掌握钛白粉生产酸解工段的知识和技能，学习和操作控制与生产管理的有关知识。

3．毕业设计是高等工科学校教学计划的重要组成部分，是培养学生开展科研，综合运用的所学知识和技能，提高分析和解决本专业范围内的一般工程技术问题的能力的重要教学环节。

1.2 设计的实际意义

通过毕业设计应使学生获得工程师所必须的初步的综合训练，在不同的程度上提高调研，查阅文献和收集资料的能力，分析和制定设计或实验方案的能力，设计，计算，绘图和使用工具书的能力，技术经济的分析和组织工作的能力，撰写论文或说明书的能力等。

1.3 设计的课程

本设计的课题为“年产1万吨钛白粉厂酸解水解工序的工艺设计” 1.4 设计依据

1．中盐珠化钛白粉厂生产经验数据； 2．硫酸法《钛白粉生产工艺》； 3．《无机盐工艺学》钛白粉章节； 1.5 设计方案及生产规模

根据中盐珠化钛白粉厂已有生产经验，结合所学工艺设计课程进行初步设计 1．年生产力：折算成100％锐钛型钛白粉吨 2．年工作时间：300天

3．日产量：按100％的钛白粉计划吨 1.6 设计任务

1．对生产钛白粉的酸解工段提出流程设计 2. 对生产钛白粉的水解工段提出流程设计

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2．对该工艺流程进行物料衡算

3．对该工艺流程的主要设备提出设计和选型 4．绘制带控制点的工艺流程图

第二章绪论

2.1钛白粉的发展简史

二氧化钛俗称钛白，它不但物理性质十分稳定，而且还具有良好的光学、电学性能和卓越的颜料特性，是当前一种最佳的白色颜料。它的一些其它特性也使它在现代工业、现代农业、现代国和现代科学技术方面得到越来越广泛的应用。

有关钛白粉的制备和性能的研究，始于1824年，由于提取的困难和寻求适当的用途，直到1910年在钛元素发现100年后，才分别由挪威的杰布森与法鲁普，法国的罗西和美国的巴顿共同完成了用硫酸法及熔融法从钛铁矿中制备二氧化钛的生产工艺研究。1916年在挪威的菲特烈斯得建成了世界上第一个年产1000吨含25％的二氧化钛的复合颜料厂。1918年美国的钛颜料公司在尼亚加拉瀑布成功建厂，并于1919年开始生产二氧化钛复合颜料。再此期间，由于一战和当时硫酸法工艺存在缺陷，使得二氧化钛工业的发展速度非常缓慢。1921—1923年，法国的布卢姆菲尔德首创采用稀释法晶种对钛的硫酸盐溶液水解制备水合二氧化钛的工艺进行了重大改革，由法国的塞恩—兹公司于1923年采用并生产出含有96％—99％Tio2的颜料钛白。至于纯的Tio2的生产，是由美国的国家铅业公司在1925年完成的。1930麦克伦堡采用外加碱中和晶种，对硫酸盐水解法制备钛白的工艺作了又一次改革，接着硫酸法的工艺从各方面得到不少改进，更趋完善，促使钛白粉的成本不断降低而产品质量大幅度提高，远远超越了其它白色颜料，至1951年加拿大魅北克铁钛公司开始认高品位高钛渣为硫酸法钛白的颜料，为钛白生产减少了废副产品，并提供了新的原料路线。

钛白粉的初始生产几乎都是锐钛型的，金红石型被认为难以人工制造。1930-1937年，在捷克用晶种法水解钛的硫酸盐溶液及四氯化钛加热的加热方法首先制出了金红石型钛白粉，从1941年起美国组织了金红石型二氧化钛工业规

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模的生产，并向市场提供了产品。

七十多年来，硫酸生产钛白粉虽有成千上万的专利和改进，但其基本工艺仍未脱离1910年的雏形，钛白生产的工艺流程长，操作要求精细，生产技术繁杂，几乎要使用所有的化学单元设备，侧线手段要求多，建厂投资也很高，这是由于钛白粉的生产不仅要求化学纯度高，而且尚须具有确定的晶型，化学性质和其它应用性能。上述特点使钛白粉工业目前仍集中在少数工业技术先进的国家内生产，其规模多在2-10万吨/年之间。目前世界约有二十多个国家，五十多家公司，一百多家工厂生产钛白粉。

我国钛白粉生产始于50年代，70年代初南京油脂化工厂利用化工部涂料工业的研究所的技术，开始生产金红石型的钛白粉，为了综合利用我国攀枝花的矾钛磁铁矿资源，1981年化工部涂料工业研究所与化工部第三设计院和现江苏太白集团合作，在该厂进行的认攀矿为原料生产500吨涂料用金红石型硫酸法钛白粉中间试验，获得了用攀矿生产涂料用金红石型钛白粉的技术基础。自70年代开放以来，钛白粉行业与国外同行接触频繁，发现我国钛白粉生产与国外差距很大。因此引进先进技术以加快提高我国钛白粉生产工业水平，到80年代初，全国约有30多家钛白粉生产单位。

2.2世界钛白粉的发展状况及产品设计意义

1.世界钛白粉的发展状况及产品设计意义二氧化钛(或称钛白粉)广泛用于各类结构表面涂料、纸张涂层和填料、塑料及弹性体，其它用途还包括陶瓷、玻璃、催化剂、涂布织物、印刷油墨、屋顶铺粒和焊剂。据统计，2006年全球二氧化钛需求达460万吨，其中涂料行业占58%、塑料行业占23%、造纸10%、其他9%。钛白粉既可用钛铁矿、金红石制取，也可用钛渣制取。钛白粉生产工艺有两种：即硫酸盐工艺和氯化物工艺,硫酸盐法的技术比氯。化物法简单，可以用品位低和比较便宜的矿物。目前世界上约有47%产能采用硫酸盐工艺，53%产能为氯化物工艺。世界上第二大钛白粉生产商--美国千禧化学公司日前表示，未来几年全球钛白粉需求增速将超过产能增长速度，从而推动钛白粉装置开工率升高，预计2010年-2011年世界钛白粉开工率达到90%左右。莱昂德

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尔化学公司无机化学品副总裁Gary Cianfichi在巴塞罗那最近召开欧洲钛白粉年会上表示，全球钛白粉开工率已由2004年的90%以上降低至目前的87%-88%水平，预计未来市场将进一步转好，未来5年需求增速平均为2.8%/年，而供应增速仅为1.9%/年。目前世界钛白粉产能已由2005年的400万吨/年增加至530万吨/年，且主要集中在中国，据估计中国钛白粉产能已达75万吨/年。新增产能很少，主要有莱昂德尔公司的投资2000万美元的法国Thann超细钛白粉项目，Tronox和Kumba Resources公司50/50比例的合资公司Tiwest计划投资3500-4500万美元对位于澳大利亚Kwinana生产厂扩能4-5万吨/年，计划2009年之前完工。亨兹曼化学公司目前正在对英国Greatham投资8000万美元新建一座5万吨/年钛白粉厂，将采用Icon技术。杜邦公司已经与中国方面签订协议，在2010年之前在中国东营建设一座20万吨/年新厂。钛白粉是目前最佳的、无可替代的白色无机化工颜料。由于工业化国家与发展中国家的差距,钛白粉的主要生产商均集中在欧美等发达国家和地区,近80%的生产能力和市场占有量为不到10家的生产商所垄断(杜邦、美利联、科美基、亨兹曼、克洛朗斯、石原、克米娜、撒其宾)。2002年全球钛白粉生产能力约460万吨,市场价值约100亿美元。 2.3厂址选择的原则

由于硫酸法生产钛白粉所生产的废水、废气、废渣对环境污染严重，且需水、矿量大，在厂址选择是应遵循以下原则：

(1)厂址应选在原料，燃料供应和产品销售便利的地区，并在存储，机修，公用工程和生活设施等方面具有良好协作条件的地区。 (2)厂址应靠近水量充足和水质良好矿水源区。 (3)应有便利矿交通条件，最好靠近铁路和河流。

(4)选厂址是注意当地自然环境条件，并对提产后对环境可能造成的影响做出评估，生产去和居民区应同时确定。

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(5)厂址不占或少占耕地，自然地形应有利于厂房和管线的布置，交通联系和场地排水。 2.4钛白粉厂设计

以钛铁矿或富钛料(包括钛渣，酸溶性钛渣、天然和人造金红石)为原料，用硫酸法或氯化法生产钛白粉的稀有金属冶炼厂设计。 2.4.1简史

硫酸法生产钛白粉的工厂设计，开始于20世纪30年代，到1950年只设计了3家钛白粉厂。1950～1960年，新设计的硫酸法钛白粉厂有20余家，总产量达到120.4万t／a。用氯化法生产钛白粉厂的建设始于1958年，其后，类似工厂相继出现。到1985年，钛白粉厂总生产能力约达300万t／a，其中硫酸法约占60％，氯化法占40％。中国从60年代开始，先后设计建成了30多个钛自粉厂，1989年开始设计年产15000t的钛白粉厂。 2.4.2车间组成与配置

硫酸法钛白粉厂的主要车间有酸解车间、水解车间、焙烧车间、后处理车间和综合回收车间。氯化法钛白粉厂有富钛料车间(多数厂家不设)、富钛料氯化车间、四氯化钛精制车间、氧化车间和后处理车间。氯气和硫酸贮库要单独布置，与生产厂房保持一定的距离，满足安全技术规程的要求。氧化车间的尾部与氯化炉要靠近，防止氯气循环过程堵塞。粗四氯化钛除钒设施要靠近氯化厂房，便于钒渣返回处理。天然气、燃料油和制氧站都要单独布置在一个区域。后处理车间布置在厂区的上风向，防止废气污染产品。副产品回收和“三废”处理可以集中布置。 2.4.3 设计规模

国外钛白粉厂的设计规模多在年产30000t以上。20世纪80年代末，最大的达到年产288000t，只有日本等少数国家钛白粉厂的设计规模为年产15000～

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