多效濃縮技術(shù)與裝備簡介

1、水解鈦液多效低溫節(jié)能富集技術(shù)及設(shè)備簡介一、國內(nèi)外技術(shù)概述在硫酸法鈦白生產(chǎn)過程中，鈦與硫酸發(fā)生反應(yīng)，經(jīng)過清濾分離硫酸亞鐵后得到的鈦液濃度低，不能直接使用水解水合二氧化鈦(又稱鈦酸)。這種稀鈦液(又名藍(lán)鈦液)必須經(jīng)過濃縮達(dá)到一定濃度，才能進(jìn)入下一階段的水解工序。稀鈦液主要含有硫酸氧、鈦、硫酸、鈦、硫酸、亞鐵等溶質(zhì)，一般可通過加熱蒸發(fā)濃縮稀鈦液。在大氣壓狀態(tài)下，鈦液的沸點(diǎn)在104-114左右，鈦液本身在80以上水解，因此在大氣壓狀態(tài)下高溫加熱蒸發(fā)后，鈦液會(huì)早期水解，膠體粒子懸浮在鈦液中，導(dǎo)致沉淀和壓力過濾出現(xiàn)困難，最終影響鈦的質(zhì)量和產(chǎn)量。為了避免早期水解，鈦液的富集必須在真空中低溫濃縮。目前，我國鈦

2、工業(yè)仍在利用傳統(tǒng)的單效薄膜蒸發(fā)裝置富集青鈦液。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，一般必須將鈦液溫度調(diào)節(jié)到70C以下，真空度必須保持在-0.080MPa以上，才能獲得合格的200g/L的進(jìn)安鎮(zhèn)鈦液。平均每生產(chǎn)一噸鈦制品，鈦液濃縮需要消耗2.0 3.0噸新鮮蒸汽。傳統(tǒng)的鈦液富集工藝技術(shù)存在以下缺陷。1、蒸汽消耗大。由于單效蒸發(fā)，要蒸發(fā)1噸水，需要消耗1.25-1.5噸蒸汽，平均每生產(chǎn)1噸鈦制品，鈦液富集需要消耗2.0-3.0噸新鮮蒸汽。2.短效濃縮容易引起鈦液的局部過熱，鈦液的早期水解，固相硫酸氧鈦晶體阻止蒸發(fā)器熱管，分散在鈦液中的硫酸氧鈦晶體像水晶種一樣變大，積累，可能導(dǎo)致生產(chǎn)中不必要的損失。同時(shí)，由于這些不良

3、結(jié)晶中心的存在，會(huì)嚴(yán)重影響水解物的性能，影響成品鈦粉末的質(zhì)量。3.用于富集鈦液的薄膜蒸發(fā)器，鈦材料價(jià)格高。4.短效濃縮裝置規(guī)模小，無法適應(yīng)鈦廠大型化發(fā)展的要求。據(jù)我們所知，國際上有幾家大型鈦生產(chǎn)企業(yè)，如科梅基公司、亨氏公司、原德國拜爾公司，都使用雙效蒸發(fā)裝置濃縮鈦液。但是由于技術(shù)壟斷和對(duì)我國的技術(shù)封鎖，國際上沒有報(bào)道鈦液富集所采用的工藝及裝置。我國90年代初期在東歐國家引進(jìn)了1.5萬噸/年鈦生產(chǎn)設(shè)備3套，其中一家工廠引進(jìn)了鈦液雙效濃縮設(shè)備。試車時(shí)，加熱管堵塞嚴(yán)重，不能正常工作，只好再次改為普通的短效薄膜蒸發(fā)濃縮。(莎士比亞，坦普林，)。二、鈦液多效富集的創(chuàng)新點(diǎn)和特點(diǎn)1.總結(jié)了鈦液富集過程中發(fā)生

4、早期水解，影響精礦鈦液穩(wěn)定性的規(guī)定規(guī)律，合理確定各級(jí)鈦液的濃度、溫度及相應(yīng)的真空度，充分利用系統(tǒng)二次蒸汽的潛熱，將蒸汽消耗減少40%到50%，節(jié)能效果顯著。我們通過實(shí)驗(yàn)研究并總結(jié)了多效率富集各段鈦濃度、酸度、材料水解的規(guī)律。鈦液溫度、真空度和材料水解關(guān)系。因此，突破了鈦液多效率富集的技術(shù)瓶頸。抑制鈦液的早期水解，保證了進(jìn)安鎮(zhèn)鈦液的穩(wěn)定性，充分利用了二次蒸汽潛熱的各級(jí)材料溫度、酸度、濃度及相應(yīng)的系統(tǒng)真空度。開發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的鈦液多效率低溫濃縮工藝包。2.開發(fā)了鈦液富集的溫度場控制技術(shù)，有效地抑制了鈦液富集過程早期水解的發(fā)生，濃鈦溶液的穩(wěn)定性優(yōu)于傳統(tǒng)的單效濃縮。在單效果濃縮中，新鮮蒸汽溫度高

5、，所以濃度低的青鈦液進(jìn)入系統(tǒng)在通后加熱室與新鮮蒸汽交換熱量，青鈦液的局部溫度過熱，容易引起早期水解。因此，鈦液富集過程的溫度控制非常重要。我們參考合作伙伴“中德艾伯納三星環(huán)境公司”的14效濃縮溫度控制技術(shù)，開發(fā)了鈦液濃縮的溫度段控制技術(shù)。通過該技術(shù)，可以根據(jù)運(yùn)行中的各級(jí)鈦液濃度，輕松靈活地實(shí)現(xiàn)各級(jí)溫度和真空度的調(diào)節(jié)和控制。據(jù)工業(yè)生產(chǎn)裝置介紹，通過溫度分段控制技術(shù)，逐步提高鈦液的溫度和濃度，抑制鈦液富集過程中的早期水解，提高了鈦液的穩(wěn)定性。3.鈦液富集的后期采用先進(jìn)的絕熱閃蒸蒸發(fā)及真空技術(shù)，利用材料本身的溫度進(jìn)行絕熱閃蒸脫水。鈦液經(jīng)過雙效逆流蒸發(fā)系統(tǒng)的二次脫水后，鈦液的濃度已接近合格濃度。此時(shí)，

6、鈦液溫度高，依靠鈦液本身的熱，依次通過多級(jí)臺(tái)式閃蒸室，壓力逐步降低，鈦液進(jìn)一步濃縮，最后階段流出的鈦液達(dá)到了工藝要求的濃度。在絕熱閃蒸濃縮階段，鈦液濃度升高的同時(shí)，鈦液溫度不升高，反而下降，這很明顯。因此，絕熱閃蒸脫水技術(shù)不需要外部熱能，不提高鈦液溫度，更適合鈦液后端的脫水濃縮。當(dāng)對(duì)鈦液濃度的要求更高時(shí)，采用濃縮后端絕熱閃蒸脫水技術(shù)更加可靠。4.為了鈦液多效率低溫節(jié)能濃縮設(shè)備，開發(fā)了石墨表面處理技術(shù)，設(shè)計(jì)的加熱器石墨和石墨關(guān)聯(lián)表面更加光滑，不易污垢。鈦液多效率低溫節(jié)能濃縮設(shè)備的加熱設(shè)備采用了經(jīng)過特殊表面處理，提高與鈦液接觸的石墨和石墨關(guān)聯(lián)平滑度的新石墨材料。與傳統(tǒng)薄膜蒸發(fā)器的鈦加熱管相比，更不

7、容易發(fā)生污垢或堵塞。同時(shí)，石墨換熱器的傳熱效果總能保持最佳狀態(tài)。5、用先進(jìn)技術(shù)的“霧冷凝器”代替?zhèn)鹘y(tǒng)的“混合冷凝器真空泵”，減少裝置的功耗，減少設(shè)備投資。霧化冷凝技術(shù)。霧式冷凝器是參考外國技術(shù)開發(fā)的。霧式冷凝器設(shè)計(jì)為噴霧噴嘴和噴霧噴嘴，噴霧噴嘴噴出表面較大的霧沫，與二次蒸汽混合并換熱。冷凝器中的蒸汽液均勻混合，凝固性氣體迅速凝結(jié)，形成真空。其余未凝固的氣體在噴霧噴嘴的射水吸入作用下排出微管，達(dá)到穩(wěn)定高真空的目的。噴霧霧式冷凝器結(jié)合了混合冷凝器和噴水式冷凝器的優(yōu)點(diǎn)，最大的創(chuàng)新特點(diǎn)是以噴霧吸入為基礎(chǔ)，增加了霧化冷凝效果，大大提高了冷凝器效率。噴霧噴霧噴霧噴霧冷凝器設(shè)計(jì)為噴霧噴嘴和噴霧噴嘴，噴霧噴嘴

8、噴出表面積大的霧滴，與二次蒸汽充分混合，交換熱量，蒸汽液體均勻混合，凝固性氣體迅速凝結(jié)，形成真空。剩下的非冷凝氣體通過噴嘴發(fā)射的射水吸入排出微管，達(dá)到穩(wěn)定高真空的目的。但是，由于殘留未凝結(jié)的氣體較少，壓縮作業(yè)較少，水壓和水溫對(duì)真空的影響較小。噴霧霧化器是近年來新開發(fā)的新型產(chǎn)品，是理想、高能效的冷凝設(shè)備，逐漸取代了混合冷凝器和噴水式冷凝器。三、進(jìn)程和說明鈦液多效率能源富集工藝見圖1:“鈦液多效率能源富集裝置工藝流程圖”。原物料流程：鈦液(15C-20C)通過二級(jí)石墨預(yù)熱器依次預(yù)熱，鈦液繼續(xù)加熱，上升到一級(jí)上升膜石墨蒸發(fā)器所需的蒸發(fā)臨界溫度。然后將預(yù)熱后的鈦液從底部進(jìn)入一級(jí)上升膜石墨蒸發(fā)器，通過分

9、布板均勻地進(jìn)入加熱室的熱管，通過加熱蒸汽(二次蒸汽)和管壁進(jìn)行熱交換。鈦液在真空中快速蒸發(fā)，汽化的水蒸氣伴隨著濃縮的鈦液，成膜沿管壁迅速上升，進(jìn)入蒸發(fā)室，通過蒸發(fā)室頂部的氣體-液體分離裝置進(jìn)行蒸汽-液體分離，同樣，鈦液在二級(jí)升膜石墨蒸發(fā)器內(nèi)更脫水，變濃。出二級(jí)薄膜蒸發(fā)器的鈦液具有一定的溫度，然后依靠鈦液本身的熱，依次通過多級(jí)桌面閃蒸室，壓力逐步降低，鈦液繼續(xù)富集(三級(jí)富集)，最后階段流出的鈦液達(dá)到了工藝要求的濃度。蒸汽流：新蒸汽進(jìn)入二次蒸發(fā)加熱器，二次蒸汽產(chǎn)生的二次蒸汽用作一次升膜蒸發(fā)加熱器的熱源。一段蒸發(fā)器和三段閃光燈產(chǎn)生的二次蒸汽用于薄鈦液的一次預(yù)熱，提高溫度低的青鈦液溫度。出一級(jí)預(yù)熱器的

10、未冷凝二級(jí)除汽真空系統(tǒng)。蒸汽冷凝流動(dòng)：在二次蒸發(fā)加熱器中凝結(jié)的過冷水進(jìn)入凝結(jié)水收集桶后，用于清鈦液的二次預(yù)熱，鈦液達(dá)到一次蒸發(fā)的臨界溫度，溫度降低的凝結(jié)水返回用戶。全過程?？梢愿鶕?jù)用戶的情況組合。原設(shè)備改造可以利用原設(shè)備。四、設(shè)備設(shè)計(jì)概述(I)、鈦液多效低溫節(jié)能濃縮裝置系列通常，單個(gè)蒸發(fā)數(shù)量為3000kg/h、4000kg/h、5000kg/h、6000 kg/h、7000 kg/h，單個(gè)鈦集的等效容量為15kt/a至35kt/a。設(shè)備蒸發(fā)數(shù)的公式如下：W=(1-1/2)Q1格式中：W=蒸發(fā)；單位：色調(diào)/時(shí)間1=進(jìn)入濃縮裝置前鈦液濃度；單位：克/升2=富集裝置后鈦液濃度；單位：克/升Q1=進(jìn)入

11、濃縮裝置的鈦液流動(dòng)；單位：立方米/小時(shí)產(chǎn)品系列是與蒸發(fā)水相對(duì)應(yīng)的一級(jí)、二級(jí)蒸發(fā)裝置規(guī)格型號(hào)，預(yù)熱設(shè)備、閃光蒸發(fā)器根據(jù)用戶的具體情況確定。例如：青鈦液熱過濾后溫度在30C以上的情況下，只需進(jìn)行一級(jí)預(yù)熱即可。采用家庭種水解工藝，如果進(jìn)安鎮(zhèn)鈦液為200g/l，則無需使用多級(jí)閃光燈。生蒸汽冷凝液需要返回鍋爐房時(shí)，可以用水解的熱鈦酸或二次蒸汽預(yù)熱青鈦液等。此外，基于已經(jīng)運(yùn)行的短效薄膜蒸發(fā)系統(tǒng)進(jìn)行改造，可以利用原薄膜蒸發(fā)器、儲(chǔ)油罐、泵和原真空系統(tǒng)。1.攀鋼重慶鈦：霧化冷凝技術(shù)應(yīng)用，一級(jí)預(yù)熱(青鈦液溫度35)-40)，閃存。4套。2、龍蟒鈦產(chǎn)業(yè)：二次蒸汽預(yù)熱，6 7套3，東加鈦：二次蒸汽預(yù)熱，霧冷凝技術(shù)應(yīng)用

12、。2套4.江蘇晉江鈦：二次蒸汽預(yù)熱，霧冷凝技術(shù)應(yīng)用。2套2、占地面積和工廠要求1新型鈦液多效濃縮裝置單套裝置放置在12m7.5m廠房內(nèi)，共4層(與普通單效果濃縮裝置相同)。分別為18.000m、12.000m、6.000m和0.000m。一級(jí)濃縮加熱器和蒸發(fā)器安裝在18.000m平面上，其余設(shè)備依次安裝在12.000m、6.000m、0.000m工廠(濃縮鈦罐)中。原單效濃縮裝置的改造多效率濃縮裝置的工廠面積改為5.5m3.5m(約20m2)，安裝了新的鈦液一級(jí)預(yù)熱及一級(jí)蒸發(fā)濃縮設(shè)備，共2層。其中一級(jí)蒸發(fā)濃縮設(shè)備放在頂層，鈦液預(yù)熱器放在下一層。五、運(yùn)營成本比較和經(jīng)濟(jì)效益分析(I)、鈦液多效富集

13、和單效富集的能耗比較鈦液富集的能量消耗與水解工藝(進(jìn)安鎮(zhèn)鈦液的濃度)有關(guān)，也與藍(lán)鈦的溫度有關(guān)。除我們之外，還添加了將晶種155g/l清鈦液濃縮為200g/l的進(jìn)安鎮(zhèn)鈦液，每噸鈦制品7.0m3清鈦液，蒸發(fā)量為1575kg/噸鈦為例。藍(lán)鈦液溫度為15C，用蒸汽凝結(jié)水預(yù)熱時(shí)，單效濃縮的蒸汽消耗為2040千克/噸鈦(1295千克蒸汽/噸)，多效濃縮的蒸汽消耗為1130千克/噸鈦(718千克蒸汽/噸)。3段閃光蒸發(fā)脫水，進(jìn)安鎮(zhèn)鈦液溫度為51。沒有三段式閃光燈時(shí)，蒸發(fā)消耗以750公斤蒸汽/噸位折成1180公斤/噸。，經(jīng)濟(jì)效益分析我們以20kt/a鈦裝置、家庭種水解工藝的鈦液富集為例。用蒸汽凝結(jié)水預(yù)熱鈦液時(shí)

14、，短效濃縮蒸汽消耗為2040kg/t產(chǎn)品，多效濃縮蒸汽消耗為1130kg/t產(chǎn)品(包括3段閃蒸)。每噸產(chǎn)品的蒸汽消耗減少到910公斤，蒸汽價(jià)格減少到150韓元/t，每年的蒸汽成本為：2.0 (2.040-1.130) 150=273萬韓元/年鈦液濃縮裝置實(shí)施節(jié)能改造后，無需增加電力消耗和循環(huán)水消耗。20kt/a鈦裝置每年減少蒸汽消耗的費(fèi)用為273萬韓元。20kt/a鈦裝置F=80m2的單效濃縮裝置為基礎(chǔ)進(jìn)行改造，設(shè)備、工藝管、自律儀表及安裝工程的總費(fèi)用約為200萬韓元。其中：設(shè)備購置費(fèi)及安裝費(fèi)160萬韓元；工藝管道和安裝費(fèi)用18萬元；自動(dòng)化儀表和安裝費(fèi)用12萬元；設(shè)計(jì)和技術(shù)服務(wù)費(fèi)10萬韓元。因此，設(shè)備改造后的一年內(nèi)可以收回投資。，初步結(jié)論傳統(tǒng)單效濃鈦液的工藝技術(shù)蒸汽消耗大，局部過熱會(huì)導(dǎo)致濃縮過程的早期水解。采用三星公司和等