CN109650462A - 一种钛液抽气压缩分离硫酸亚铁的***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种钛液抽气压缩分离硫酸亚铁的***及方法，***由钛液罐，气液分离器，压缩机，接触式冷凝器，真空泵，冷却塔，冷却塔泵，喷淋泵，液封水池，侧搅拌器组成。***采用大流量压缩机作为钛液真空闪蒸降温的抽气设备，降温过程中钛液罐内不存在间壁式冷却壁面，钛液内部无局部过冷现象，不存在硫酸亚铁在间壁式冷却壁面上形成晶疤晶垢的问题；***以电力作为驱动能源，冷却负荷仅为二次蒸汽的冷凝放热及压缩机耗功转变的热量。与传统钛液降温分离硫酸亚铁***相比，本发明具有运行能耗低、降温迅速、冷却负荷小、生产效率高、劳动强度小、晶体粒度均匀、不产生二次污水等特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种抽气压缩***，尤其涉及一种从钛液中分离硫酸亚铁的抽气压缩式***及方法。
背景技术
我国是钛白粉生产大国，2017年我国的钛白产量达378万吨，年产量位居世界首位。钛白粉生产是一个高耗能过程，随着节能减排问题的日益突出，节能降耗已成为钛白粉生产企业的重点关注问题。在钛白粉的硫酸法生产工艺中，在黑液工艺段需要通过降温结晶的方式将溶液中的硫酸亚铁从钛液中分离出来。
目前，钛液降温分离硫酸亚铁主要采用蒸汽喷射闪蒸降温或冷冻盐水两种降温方法。其中，蒸汽喷射闪蒸降温法是采用高压生蒸汽驱动，通过蒸汽喷射泵的文丘里效应抽吸钛液罐里的二次蒸汽，钛液中的水分低压条件下闪蒸汽化并从溶液本身吸热，从而实现对钛液的降温及硫酸亚铁的结晶分离。钛液的蒸汽喷射闪蒸降温方法存在能源消耗量大，能源利用效率低的问题。通常情况下，蒸汽喷射泵在用于抽真空条件下的能源效率仅为20％～30％，即蒸汽喷射泵从钛液中每抽吸出1t的水分，至少需要配套3～5t的高压生蒸汽作为喷射泵的驱动能源，同时产生4～6t的负压乏汽，乏汽冷凝过程还需要额外消耗大量的冷却水资源。此外，随着环保问题的日益严峻，燃煤型蒸汽锅炉的应用受到了限制，生蒸汽的价格上涨及限量供应已成为钛白粉生产企业扩大产能、降低产品能耗成本的主要障碍。
钛液的冷冻盐水降温法是将低温冷冻水或冷冻盐水通入至钛液储罐的外夹套或内置盘管中，通过冷水循环实现对钛液的降温及硫酸亚铁的结晶分离。在该方法中，硫酸亚铁会快速在冷却壁面(夹套内壁或盘管外壁)结晶析出并不断积累，形成附着力极强的晶垢层，晶垢层增大了过程的传热热阻，导致钛液降温速率越来越慢；同时晶垢层还需要定期进行人工清理。因此，钛液的冷冻盐水降温法存在降温周期长、生产效率低、现场劳动强度大等问题。
发明内容
本发明的目的是针对上述已有技术存在的不足，提供了一种钛液抽气压缩分离硫酸亚铁的***及方法。
一种钛液抽气压缩分离硫酸亚铁的***，其特征在于：包括钛液罐，气液分离器，压缩机，接触式冷凝器，真空泵，冷却塔，冷却塔泵，喷淋泵，液封水池，侧搅拌器。
所述钛液罐顶部设有二次蒸汽出口，侧壁设有进料口，底部设有排料口；所述气液分离器设有进汽口及出汽口；所述接触冷凝器顶部设有不凝气出气口，侧壁设有二次蒸汽进口及喷淋水进口，底部设有喷淋水出口；所述冷却塔采用闭式冷却塔，侧壁分别设有喷淋水进口、喷淋水出口及冷却循环水进口，底部设有冷却循环水出口。
所述钛液罐的二次蒸汽出口与所述气液分离器的进汽口相连，气液分离器的出汽口与所述压缩机的吸气口相连，压缩机的排气口与所述接触式冷凝器的二次蒸汽进口相连，接触式冷凝器的喷淋水出口通过管路连接至液封水池，并将连接管的出口浸没于液封水池的液面以下；接触式冷凝器的喷淋水出口与液封水池的高度差不低于10米；所述喷淋泵的进口与液封水池相连，喷淋泵的出口与所述冷却塔的喷淋水进口相连，并在此连接管路上安设排水口；冷却塔的喷淋水出口与所述接触式冷凝器的喷淋水进口相连；冷却塔底部的冷却循环水出口与所述冷却塔泵的进口相连，冷却塔泵的出口与冷却塔的冷却循环水进口相连；接触式冷凝器的不凝气出气口与所述真空泵的进气口相连；所述侧搅拌器安装在钛液罐的侧壁。
较优地：
***所采用的压缩机为罗茨式压缩机、螺杆式压缩机或活塞式压缩机，压缩机进行变频调控。
***所采用的气液分离器为折流板与丝网除沫器相结合的具有两级除沫功能的高效气液分离器。
***所采用的真空泵为水环式真空泵。
一种钛液抽气压缩分离硫酸亚铁的***的工作方法：***运行时，压缩机抽吸钛液罐内的二次蒸汽，钛液罐内部压力不断降低，当压力降低至钛液温度对应的饱和蒸汽压力时，钛液中的水分开始汽化闪蒸并，钛液温度开始降低，当温度降低至硫酸亚铁的结晶临界温度时，硫酸亚铁开始结晶并从钛液中不断析出。钛液闪蒸所形成的二次蒸汽经气液分离器后分离后，二次蒸汽夹带的酸液液滴被拦截并返流回钛液罐；之后二次蒸汽进入压缩机被增温增压，压缩升温后的二次蒸汽进入接触式冷凝器并与喷淋冷却水进行接触式冷凝；凝液与喷淋冷却水一同落入液封水池；***内的不凝性气体由真空泵排出***。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明的钛液抽气压缩分离硫酸亚铁的***，采用机械闪蒸方式对钛液进行快速降温，降温过程中钛液罐内不存在间壁式冷却壁面，钛液内部无局部过冷现象，不存在硫酸亚铁在间壁式冷却壁面上形成晶疤晶垢的问题，***的生产效率高，劳动强度小。
(2)与传统蒸汽喷射闪蒸降温法相比，本发明以电力作为***的驱动能源，无燃煤蒸汽锅炉使用的环保压力困扰。***的冷却负荷仅为二次蒸汽的冷凝放热及压缩机耗功转变的热量，***的冷却负荷小，没有因使用生蒸汽而导致的二次水污染问题，减小了污水处理成本。
(3)针对钛液体系本申请给出了优化的控制条件，在相同钛白产能条件下，本发明的钛液抽气压缩分离硫酸亚铁的***的运行费用较传统蒸汽喷射闪蒸降温法可降低60％～70％，经济效益十分显著。此外，本发明***的压缩机采用变频调速技术，因此，可根据钛液的铁钛比含量情况对料液的降温速率进行精确控制，以保证硫酸亚铁的快速结晶及晶体粒度均匀。
附图说明
图1为本发明的一种钛液抽气压缩分离硫酸亚铁***原理图
图2为实施例一的气液分离器的结构示意图
图中，1为钛液罐，2为气液分离器，3为压缩机，4为接触式冷凝器，5为真空泵，6为冷却塔，7为冷却塔泵，8为喷淋泵，9为液封水池，10为侧搅拌器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例一：
如图1所示，一种钛液抽气压缩分离硫酸亚铁的***：包括钛液罐1，气液分离器2，压缩机3，接触式冷凝器4，真空泵5，冷却塔6，冷却塔泵7，喷淋泵8，液封水池9，侧搅拌器10。
所述钛液罐1的容积为56m3，由碳钢内衬橡胶制作而成；钛液罐顶部设有二次蒸汽出口，孔径为DN800，钛液罐侧壁设有进料口，底部设有排料口；所述侧搅拌器10安装在钛液罐的底侧壁，搅拌电机功率为15kW。所述气液分离器2设有进汽口及出汽口，口径均为DN800，如图2所示，气液分离器2内部采用折流挡板及SP型丝网相结合的两级除沫式结构。所述压缩机3采用LC20000型罗茨式压缩机，其工频额定抽气流量为20000L/s，压缩机的配套驱动电机功率为280kW，并进行变频驱动运行，压缩机的吸气口及排气口的直径均为DN800。所述接触冷凝器4为圆筒状结构，材质为316L，接触冷凝器内径为DN1500，其顶部设有不凝气出气口，侧壁设有二次蒸汽进口及喷淋水进口，底部设有喷淋水出口；所述冷却塔6采用闭式冷却塔，侧壁分别设有喷淋水进口、喷淋水出口及冷却循环水进口，底部设有冷却循环水出口，冷却塔的散热风扇功率为15kW。所述喷淋泵8采用离心泵，额定流量为400m3/h，扬程为30m，功率为75kW。所述冷却塔泵7采用离心泵，额定流量为400m3/h，扬程为20m，功率为45kW。所述真空泵5采用水环式真空泵，额定抽气量为1200m3/h，电机功率为37kW。所述接触式冷凝器的喷淋水出口与液封水池9的高度差为11米。
钛液罐1的二次蒸汽出口与气液分离器2的进汽口相连，气液分离器2的出汽口与所述压缩机3的吸气口相连，压缩机3的排气口与所述接触式冷凝器4的二次蒸汽进口相连，接触式冷凝器4的喷淋水出口通过管路连接至液封水池9，并将连接管的出口浸没于液封水池的液面以下；所述喷淋泵8的进口与液封水池9相连，喷淋泵8的出口与所述冷却塔6的喷淋水进口相连，并在此连接管路上安设排水口；冷却塔6的喷淋水出口与所述接触式冷凝器4的喷淋水进口相连；冷却塔6底部的冷却循环水出口与所述冷却塔泵7的进口相连，冷却塔泵7的出口与冷却塔的冷却循环水进口相连；接触式冷凝器4的不凝气出气口与所述真空泵5的进气口相连。
本实施例的工作原理如下：钛液罐的进钛液量为30～36m3(单釜钛白量约4.3t)，料液温度为55℃～65℃，***运行时，压缩机最高以20m3/s的速度抽吸钛液罐内的二次蒸汽，钛液罐内的钛液在负压条件下内部水分迅速汽化闪蒸，钛液温度开始降低，当温度降低至30℃～35℃时钛液中的硫酸亚铁达到饱和状态，并开始结晶析出。钛液中水分闪蒸所形成的二次蒸汽经气液分离器后分离后，二次蒸汽夹带的酸液液滴被拦截并返流回钛液罐；之后二次蒸汽进入压缩机被增温增压，压缩机排气温度约50℃～150℃(过热)，压缩升温后的二次蒸汽之后进入接触式冷凝器并与喷淋冷却水进行接触式冷凝；二次蒸汽的凝液与喷淋冷却水在重力作用下落入液封水池；***内的不凝性气体由真空泵排出***。当钛液温度降低至18℃～20℃后，关闭压缩机及真空泵，将钛液罐内的钛液及硫酸亚铁晶体排出，并进入下一步固液分离工序。
本实施例的钛液抽气压缩分离硫酸亚铁的***，以电力作为***的驱动能源，***的冷却负荷仅为二次蒸汽的冷凝放热及压缩机耗功转变的热量，***的冷却负荷小，***运行不产生二次污水。采用机械闪蒸方式对钛液进行快速降温，降温过程中钛液罐内不存在间壁式冷却壁面，钛液内部无局部过冷现象，不存在硫酸亚铁在间壁式冷却壁面上形成晶疤晶垢的问题，***的生产效率高，劳动强度小。
对比例一：
本对比例将钛白粉行业主流应用的钛液蒸汽喷射闪蒸降温分离硫酸亚铁的***(***一)及本发明实施例一所述的钛液抽气压缩分离硫酸亚铁的***(***二)的运行情况进行了实际情况对比。
对比试验工况及能源价格：钛液罐的进料量为35m3。两***所应用的接触冷凝器、真空泵、冷却塔、冷却塔泵、喷淋泵及侧搅拌器的设备规格型号保持一致，并与实施例一相同。蒸汽喷射闪蒸降温***的驱动生蒸汽压力为7bar(绝压)，蒸汽温度约165℃。抽气压缩分离硫酸亚铁的***的压缩机采用LC20000型罗茨压缩机，压缩机配载电机功率为280kW。蒸汽价格为170元/t，电价为0.71元/kW.h；冷却水进水温度为30℃。
两***运行对比情况如下：
***一：运行将钛液由60℃降温至18℃，总用时约180min，蒸汽耗量为6.3t/釜，总冷却水量为1197m3；产生的二次凝液污水为8.7m3。单釜降温运行的蒸汽及冷却水的总耗费为1310元/釜。
***二：运行将钛液由60℃降温至18℃，总用时约100min，压缩机平均耗电功率为180kW，单批次压缩机耗电量为300kW.h/釜，总冷却水量为395m3；产生的二次凝液污水为2.4m3。单釜降温运行的蒸汽及冷却水的总耗费为292元/釜。
尽管上文结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种钛液抽气压缩分离硫酸亚铁的***，其特征在于：包括钛液罐，压缩机，接触式冷凝器，真空泵，冷却塔，冷却塔泵，喷淋泵，液封水池，侧搅拌器；所述压缩机用于对钛液罐的二次蒸汽进行压缩，压缩机的排气口与所述接触式冷凝器的二次蒸汽进口相连，接触式冷凝器的喷淋水出口通过管路连接至液封水池；喷淋泵的进口与液封水池相连，喷淋泵的出口与所述冷却塔的喷淋水进口相连；冷却塔的喷淋水出口与所述接触式冷凝器的喷淋水进口相连；冷却塔底部的冷却循环水出口与所述冷却塔泵的进口相连，冷却塔泵的出口与冷却塔的冷却循环水进口相连；接触式冷凝器的不凝气出气口与所述真空泵的进气口相连；所述侧搅拌器安装在钛液罐的侧壁。
2.根据权利要求1所述的一种钛液抽气压缩分离硫酸亚铁的***，其特征在于：在钛液罐与压缩机间设置有气液分离器，所述气液分离器用于分离二次蒸汽中夹带的酸液。
3.根据权利要求2所述的一种钛液抽气压缩分离硫酸亚铁的***，其特征在于：所述气液分离器为折流板与丝网除沫器相结合的两级除沫器。
4.根据权利要求1-3任一所述的一种钛液抽气压缩分离硫酸亚铁的***，其特征在于：所述压缩机为罗茨式压缩机、螺杆式压缩机或活塞式压缩机，压缩机进行变频调控。
5.根据权利要求1-4任一所述的一种钛液抽气压缩分离硫酸亚铁的***，其特征在于：所述真空泵为水环式真空泵。
6.根据权利要求1-5任一所述的一种钛液抽气压缩分离硫酸亚铁的***，其特征在于：接触式冷凝器的喷淋水出口与液封水池的高度差不低于10米。
7.一种钛液抽气压缩分离硫酸亚铁的方法，其特征在于：将钛液装入钛液罐，以压缩机抽吸钛液罐内的二次蒸汽使钛液中的水分汽化闪蒸，对钛液进行浓缩的同时通过蒸发吸热使钛液温度降低，硫酸亚铁开始结晶析出；采用气液分离器对二次蒸汽中夹带的酸液液滴进行分离，二次蒸汽经压缩机压缩增温增压后进入接触式冷凝器并与喷淋冷却水进行接触式冷凝；凝液与喷淋冷却水一同落入液封水池；***内的不凝性气体由真空泵排出***。
8.根据权利要求7所述的钛液抽气压缩分离硫酸亚铁的方法，其特征在于：钛液罐进料量为30-36m3，进料温度为55-65℃，压缩机抽吸速度为20m3/s，压缩机排气温度为50-150℃，钛液中硫酸亚铁的饱和温度为30-35℃；当钛液温度降低至18-20℃后关闭压缩机及真空泵，将钛液罐内的钛液及硫酸亚铁晶体排出，进行固液分离得到硫酸亚铁产品。
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2019
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