硫酸法钛白废酸浓缩工艺的改进

论文摘要

本论文是以重庆渝港钛白粉股份有限公司处理钛白废酸的三段浓缩工艺为工业背景,对该工艺的一级浓缩阶段进行改进和优化。该工艺在实际的运行过程中,由于酸浓度的增加,溶液中的硫酸盐极易结晶析出,使得换热器结垢和管道堵塞,造成了设备的利用率低,运行周期短,严重影响企业的正常运作。针对上述情况,对硫酸法钛白粉生产过程中废酸浓缩工艺的改进进行了系统研究。本文运用溶解度原理法解决了管道的堵塞问题,提出了废酸浓缩的新工艺。即一段用真空结晶的方法,使换热过程和结晶过程独立进行,选择合适的温度,确保在换热过程中废酸中的硫酸盐不会结晶析出,同时确定结晶的温度和结晶时间。结晶后的溶液通过离心机进行固液分离,除去大约70%左右的硫酸盐,接着进行二级浓缩使废酸浓度达到65%,再进行三级浓缩使废酸浓度达到80%,该废酸就可以作为原料酸送回到钛白粉的生产工序中使用。在分离过程中,所得到的固体硫酸盐用5%的硫酸进行清洗可以得到浓度大于90%的硫酸亚铁产品,该产品可以作为成品进行出售。同时,在实验数据和原有生产装置的基础上进行了初步的工艺流程设计,形成一套新的废酸浓缩工艺。本文对新工艺的工艺流程、工艺特点、物热平衡作了详细的计算。根据所设计的工艺流程,通过查阅大量文献资料,收集了相关体系的物性数据,建立了相关的计算模型,对新工艺中的各个阶段进行了相关的计算,确定了工艺的工程消耗。根据工艺条件对新工艺中的主要设备,包括真空结晶器、蒸发器、换热器等设备进行了设备尺寸的计算、选型和机械设计。采用AUTO CAD软件绘制了PID图和PFD图,设备装配图以及设备布置图和管道布置图。最后,对新旧工艺进行了投资估算和初步经济分析,可以看出新工艺具有明显的技术优势,每年可以为该公司增加221万元的经济利润。本文所设计的废酸浓缩新工艺克服了旧工艺中存在的几个严重缺陷,从根本上解决了废酸浓缩过程中堵塞管道和设备的技术难题。该工艺流程条件易于控制,设备利用率高,污染少,经济效益明显,发展前景可观,具有较强的技术优势,值得推广使用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 钛白粉生产工艺概述
• 1.1.1 钛白粉的性质
• 1.1.2 钛白粉的应用
• 1.1.3 钛白粉的生产工艺
• 1.2 钛白废酸概述
• 1.2.1 钛白废酸来源
• 1.2.2 国内外废酸的处理现状
• 1.2.2.1 中和工艺
• 1.2.2.2 浸出矿物工艺
• 1.2.2.3 废酸再生工艺
• 1.2.2.4 萃取法工艺
• 1.2.2.5 溶解度原理法
• 1.2.2.6 废酸浓缩工艺
• 1.3 课题背景及意义
• 1.3.1 课题背景
• 1.3.2 课题意义
• 2 工艺介绍与改进方案
• 2.1 重庆渝钛白公司废酸浓缩工艺简介
• 2.1.1 浓缩工艺流程简介
• 2.1.2 浓缩工艺流程存在的问题
• 2.2 针对旧工艺的改进思路
• 2.2.1 利用溶解度原理法分析管道堵塞的原因
• 2.2.2 工艺改进的方法
• 2.3 硫酸法钛白废酸浓缩的新工艺简介
• 3 工艺衡算
• 3.1 计算条件及基础数据的整理
• 3.1.1 计算条件
• 3.1.2 基本物性数据的整理
• 3.1.3 溶解度数据的整理
• 3.2 真空结晶器的工艺计算
• 3.3 二级浓缩的工艺计算
• 3.4 三级浓缩的工艺计算
• 4 设备设计与选型
• 4.1 结晶器的尺寸设计与选型
• 4.1.1 Krystal-Olso 真空结晶器结晶室的设计
• 4.1.2 Krystal-Olso 真空结晶器分离室的设计
• 4.1.3 Krystal-Olso 真空结晶器加热室的设计
• 4.1.4 Krystal-Olso 真空结晶器中央循环管的设计
• 4.1.5 Krystal-Olso 真空结晶器各接管的设计
• 4.2 第一蒸发器的尺寸设计与选型
• 4.2.1 第一蒸发器分离室的设计
• 4.2.2 第一蒸发器加热室的设计
• 4.3 第二蒸发器的尺寸设计与选型
• 4.3.1 第二蒸发器分离室的设计
• 4.3.2 第二蒸发器加热室的设计
• 4.4 冷凝器的设计与选型
• 4.4.1 第一冷凝器的设计
• 4.4.2 第二冷凝器的设计
• 4.4.3 第三冷凝器的设计
• 4.5 非定型设备的机械设计
• 4.6 储罐的计算与选型
• 4.7 蒸发室的附属设备
• 4.8 泵的计算与选型
• 4.8.1 离心泵的选型
• 4.8.2 真空泵的选型
• 4.9 过滤装置的选型
• 4.10 静态混和器的计算与选型
• 4.11 带式输送机的计算与选型
• 4.12 管道的计算与选型
• 4.12.1 管材的选择
• 4.12.2 管道的选型
• 5 经济评价
• 5.1 建设投资及费用计算
• 5.1.1 设备购置费用
• 5.1.2 安装管理费用
• 5.1.3 总费用计算
• 5.1.4 投资后每年费用计算
• 5.2 财务评价
• 5.2.1 财务评价的依据
• 5.3 新旧工艺废酸处理量比较
• 5.3.1 新旧工艺的设备费用
• 5.3.2 新旧工艺处理量的比较
• 5.3.3 新旧工艺产品的比较
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录
• B 废酸浓缩回收工段物料流程图
• C 废酸浓缩回收工段PID 图
• D 真空结晶器装配图
• E 废酸浓缩车间设备布置图
• F 废酸浓缩车间管道布置图