最新六万吨硫酸法金红石钛白粉项目水洗盐处理工序工程设计.docx
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最新六万吨硫酸法金红石钛白粉项目水洗盐处理工序工程设计
六万吨硫酸法金红石钛白粉项目水洗盐处理工序工程设计
攀枝花学院本科毕业设计（论文）
六万吨/年硫酸法金红石钛白粉项目
水洗---盐处理工序工程设计
学生姓名：
陈琪浪
学生学号：
200710901004
院（系）：
生物与化学工程学院
年级专业：
07化学工程与工艺
（2）班
指导教师：
梅涛高级工程师
助理指导教师：
邓俊助研
二〇一一年六月
摘要
用硫酸法生产钛白粉工艺中，水洗——盐处理工序主要是除去偏钛酸中的杂质，并加入少量的化学品进行改性，使产品具有良好的色相、光泽等各种特殊性能。
本设计采用硫酸法生产金红石钛白粉，设计规模为6万吨/年。
设计生产过程包括一洗、漂白、二洗、盐处理及废酸废水的处理，并设计出各工序的工艺流程图。
在设计中，以每小时的产能为依据，对一洗、漂白、二洗、盐处理等工序进行物料衡算和热量衡算，为设备选型提供数据支持。
在设计设备选型时，对主要设备进行计算和选型。
通过物料衡算、热量衡算及设备选型和车间布置说明，得出最后的设计说明书、设备定型一览表和带控制点的工艺流程图。
关键词硫酸法，钛白粉，水洗，漂白，盐处理
ABSTRACT
Inthesulfuricacidtitaniumdioxideproductionprocess,thepurposeofwashingandsaltingprocessisremovingtheimpurityinmetatitanicacid,thenaddingasmallamountofchemicalstochangthenature,finallymakingtheproducehadagoodhue,glossandotherspecialproperties.Thispaperdesignswithrutiletitaniumdioxidesulfuricacidproductionprocessandthescaleofannualproductionis20,000tons.Theproductionprocessincludesfirstwash,Bleach,Secondwash,Salt,andtheprocessofwastetreatment.Thepaperdesignsontheseprocess-esandillustratestheflowchartoftheseprocess.Basedonthehourproduction,thepaperdesignsonfirstwash,Bleach,Secondwash,andSaltwithmaterialbalanceandenergybalance.Therefore,itprovidesthebasisfortheequipmentselection.
Intheequipmentshapingstage,itdesignsonmajorinstallationforcomputation
andshaping.Baseontheexplanationofmaterialweight,thermalweight,equipmentshapingandworkshoparrangement,finallyitobtainedthedesigninstruction,equip–mentlistandflowchartwithcontrollingpoint.
Keywords：
sulfuricacid,TitaniumDioxide,Washed,Bleach,Salt
摘要I
ABSTRACTII
1绪论1
1.1概述1
1.1.1课题背景1
1.1.2设计的目的、意义2
1.1.3国外现状和发展趋势2
1.1.4国内的现状和发展趋势4
1.2设计依据和原则8
1.2.1设计依据8
1.2.2设计原则8
1.3设计基础资料9
1.3.1气象条件9
1.3.2地质条件9
1.4设计范围9
2建设项目概况11
2.1建设项目概况11
2.1.1建设项目名称、性质和地点11
2.1.2建设规模、内容11
3工程设计12
3.1工艺流程图12
3.2水洗工段工艺设计12
3.2.1水洗12
3.2.2漂白15
3.2.3漂洗16
3.2.4水洗工段工艺流程17
3.3盐处理工段工艺设计17
3.3.1盐处理工艺目的17
3.3.2金红石型钛白的盐处理17
3.3.3工艺流程19
4物料及热量衡算21
4.1过滤物料衡算21
4.1.1依据21
4.1.2计算21
4.1.3物料平衡表22
4.2水洗物料衡算23
4.2.1依据23
4.2.2计算23
4.2.3水洗物料平衡25
4.3漂白物料衡算25
4.3.1已知数据25
4.3.2计算25
4.3.3物料平衡27
4.4漂白的热量衡算27
4.4.1已知数据27
4.4.2计算28
4.4.3热量平衡29
4.5水洗叶滤机计算30
4.5.1已知数据30
4.5.2计算30
4.6叶滤机的真空泵计算（以水洗为例）31
4.6.1已知依据31
4.6.2计算31
4.7盐处理物料衡算31
4.7.1已知依据31
4.7.2计算31
4.7.3物料平衡表33
5设备选型34
5.1主要设备选型原则34
5.2水洗主要设备选型和计算34
5.2.1水洗上片池34
5.2.2水洗洗片池34
5.2.3水洗浆料泵34
5.2.4打浆槽34
5.2.5叶滤机34
5.2.6水洗供水泵35
5.2.7行车35
5.2.8真空泵36
5.2.9分离器36
5.2.10液封池36
5.3漂白及盐处理主要设备选型36
5.3.1漂白锅36
5.3.2漂白浆料泵36
5.3.3漂白H2SO4贮槽36
5.3.4盐处理罐37
5.4主要设备一览表37
6车间布置40
6.1水洗车间布置说明40
6.2漂白盐处理车间布置说明40
7环境污染与治理41
7.1污染物产生及排放41
7.2废水废酸治理措施41
8防腐43
参考文献44
结论45
致谢46
1绪论
1.1概述
1.1.1课题背景
中国的钛资源现居世界之首，占世界已可采储量的64%左右。
储量约占世界钛储量的48%，共有142个钛矿床，分布于全国20多个省区。
而攀西地区的资源位全国第一，位于四川省西南部，包括攀枝花和凉山州的20余个县市。
攀西地区是一个巨大的钛聚宝盆，其中钛资源探明储量为世界的1/4，其中伴生着钒、钛、钴、镓等十几种稀有、贵重金属。
已探明钒钛磁铁矿约9.8
109t，二氧化钛储量8.73
108t。
其钛储量占全国钛资源储量的90.5%，占世界的35%，钒居全国第一位。
原矿平均品位TiO2含量为5%[1]。
1978年至今我国钛工业与整个国民经济的发展一同健康成长。
前15年，方毅同志亲自挂帅，推动攀枝花、包头、金川三大资源综合利用。
攀枝花综合利用中解决钛资源的利用方针方法是重中之重。
因为攀枝花钒钛磁铁矿的开采利用，是做为攀枝花钢铁厂的原料—铁矿石来生产的，每年开采上千万吨。
精矿之后的尾矿，是选钛精矿的好原料。
用现行选矿方法，每年可回收50~80万吨钛精矿，利用这些钛精矿，可供生产上万吨海绵钛和20多万吨的钛白。
如果不加利用，不但浪费资源，造成金沙江的污染，更将降低攀钢在市场中的竞争力[2]。
党的十七大提出转变经济增长方式、大力发展新材料战略，省委提出“一枢纽、三中心、四基地”的发展思路，中国矿业联合会正式授予我市“中国钒钛之都”称号，标志着攀枝花跻身中国“矿业名牌城市”行列，对于钒钛之都建设具有里程碑意义。
近些年来，攀枝花市明确了“打造中国钒钛之都、建设特色经济强市”的战略目标，进入了以钒钛产业带动钢铁等其他产业的新时期，明确了“十一五”钒钛高技术产业发展目标，规划了钢铁、钒钛资源开发循环产业链和相关的副产物利用产业链，明确支持、鼓励发展钒钛产品、工艺和技术。
积极搭建融资担保平台，在“中小企业成长工程”、“百亿工程”、“小巨人”项目计划中，注重引导资金、项目向钒钛产业倾斜。
制定了钒钛资源开发产业化项目奖励办法，鼓励加快钒钛资源综合开发利用，提升综合利用的技术水平和产业层次[3]。
扶持钒钛产业技术创新项目，出台了促进高新技术产业发展和钒钛资源开发技术创新项目奖励办法，努力营造高层次的技术创新环境。
2011年全球钛白粉市场增长主要来自亚洲，尤其是中国，随着我国发展战略的提升，大飞机等项目的上马，以及经济社会发展水平的提高，钛白粉、钛材等传统钛产品消费市场将不断拓展，需求量将快速增加，我国钒钛产业的发展前景十分广阔。
1.1.2设计的目的、意义
二氧化钛俗称钛白[4]，因为它不但物理化学性质十分稳定，而且还具有优良的化学、电学特性和卓越的颜料性能。
它的一些其他特性，也使它在现代工业、农业、国防科学技术方面得到了越来越广泛的应[5]。
TiO2是一种性能最优异的白色颜料，迄今，可以说凡是着白色或浅色的工业制品中都缺少不了TiO2，有些非着色性的产品中也含有TiO2，TiO2几乎应用于各种工业部门。
但是，从世界范围来说，TiO2颜料的最主要应用领域是涂料、塑料、纸张，这三个领域所消费的TiO2占全球TiO2总消费量的比例分别为58%-60%、18-20%和13-14%，其余领域的消费量只占8-10%。
经过四十多年的努力和发展，我国钛白粉产业已经处于全球的制造和消费中心，将进入由大变强的发展时期。
随着我国经济的不断发展和人民生活水平的不断提高，我国将消费更多的钛白粉，因此大力发展钛白粉工业是客观上的需要。
2010年2月，攀枝花成为全国首家以钒钛资源综合利用为主的新型工业化产业示范基地。
从2010年起至2012年，攀枝花将以项目建设为核心，大力推动钒钛磁铁矿采选、特色钢铁、钒深加工、钛深加工、废弃物利用五大产业链建设和相关项目群实施，不断延伸钒钛产业链，提高钒钛资源综合利用水平[6]。
本工程的建设，将形成6万吨/年的高档金红石型钛白粉的产量，这对有效缓解国内市场高档钛白供应的紧张状况，替代进口产品，节省国家外汇都将起到积极的作用。
同时对巩固攀枝花钛工业基地的地位，推动国内钛白工业的技术进步，提高我国钛白工业在国际同行中的地位和市场竞争能力也将具有十分重要的意义。
1.1.3国外现状和发展趋势
（1）国外现状
世界钛白工业与1916年诞生于美国和挪威，使用的是硫酸法工艺。
氯化法工艺诞生于20世界50年代后期，1956年起分别进行不同规模的工业化实验，最终在1958年投入正式生产。
如今，钛白生产已是工艺成熟，产品品种齐全，应用面涉及各工业领域和人们的日常生活，市场价值超过80亿美元/年（除中国外），仅次于合成氨和磷化工的第三种无机化工产品。
2006年，除中国大陆以外，世界钛白粉生产商共有20余家，年生产总能力超过4700kt/a（未包括中国内陆的产量），共有生产厂约60座。
钛白粉的生产与技术被一些大公司高度垄断，6大公司的钛白粉产量约占世界总产量的65%，除日本外，世界前5名钛白粉生产商全部是美国公司[7]。
杜邦（Du-Pont）共有5座生产厂，分布于美国、墨西哥和台湾地区，总产能为1080kt/a。
杜邦公司位于美国的Delisle钛白粉厂因受飓风破坏而停产的300kt/a提前2个多月恢复生产，更显示了该公司的活力。
美联（Millennium）化学品公司。
2004年底被Lyondell公司全部收购，成为北美第三大上市化学公司的一员，目前共有8座生产厂，位于美国、英国、澳大利亚、法国和巴西，总产能720kt/a。
科美基（Kerr-McGee）公司。
因效益欠佳不得不让其以钛白粉为主业的化工产业在股市上市，出售3亿美元普通股，脱离母公司，更名为Tronox，目前共有4个氯化法厂（Leverlusen145kt/a，Langerblllgge74kt/a，Varennes73kt/a，LakeCharles72.5kt/a）和4个硫酸法厂（Nordenllam60kt/a，11redrikstacl30kt/a，Leverl~usen28kt/a，Varennes17kt/a），分布于美国、荷兰、德国、比利时、澳大利亚和沙特阿拉伯，总产能500kt/a，公司打算在2~3年内将其产能提高到550kt/a。
亨兹曼。
目前6个在西欧，分布于英国、法国、意大利、西班牙，1个在南非，1个在马来西亚，另外还包括在美国LakeCharles一个年产14.5kt厂中占有50%的股份，随着在英国Greatham第3个生产线的安装，总产能已达600kt/a，这个厂采用亨兹曼公司所独有的ICON氯化法工艺。
国家铅业。
其下属的生产钛白的了公司是德国的克朗（康）诺斯，共有5.5座（其中1座为合资）生产厂，总产能430kt/a，分别位于加拿大、比利时、德国、挪威和美国。
第6位钛白生产商是日本的石原公司，有4座生产厂，位于日本、新加坡和台湾，总产能220kt/a。
目前国外基本是以氯化法生产。
氯化法的主要过程有钛精矿的富集，富钛料的氯化制备TiCl4，TiCl4的精制，TiCl4氧化制得初级TiO2，初级钛白粉的后处理。
国外氯化法生产发展迅速，从1980年的29%上升到2011年的85%。
总体来说，国外钛白粉企业有一下特点：
①生产高度集中，少数跨国公司垄断了大部分生产力，控制着原料的供应市场和产品的销售市场；
②工厂规模大，生产成本低，经济效益好；
③各大公司形成了从原料到产品应用的完整体系，这样利于工艺改进、提高产品质量和推广新产品；
④各大公司很重视技术改进，各自都拥有科研机构和实验室，从事工艺、设备和新产品的研制；
⑤各大公司倾向于氯化法制钛白粉；
⑥各厂家高度垄断和严密封锁技术，只有出售技术，从未公开技术，在报刊资料也无完整的技术介绍；
（2）发展趋势
根据国际经济形势的发展[8]，预测未来几年全球钛白市场还会不断增加。
由于原材料成本提高以及市场的增强，全球钛白产品的价格还会连续上涨。
从2005年起世界钛白工业的供求关系也发生了变化，市场容量的增大带动了开工率的上升，尽管如此，国际市场的供应仍然偏紧。
2010年钛白粉需求已增长8%～
10%，达到500万吨，将恢复到经济衰退前的需求水平。
其中，中国目前已成为钛白粉净进口国，预计2011年的需求量将达到135万～161万吨。
钛白粉提价对于整个行业来说是不同寻常的，从杜邦钛白科技公司N次提价来看，除了全球经济整体回暖的因素以及遵循季节性钛白生产的规律外，还有其掌握全球钛白市场制导权的特殊实力。
从反面来看，杜邦连续几次提价都能顺利实施，也是说明了钛白市场得到了很大程度的复苏，全球钛白市场整体性升温的时机已经成熟起来，下一轮的全面性抬价热潮还将会持续多时[17]。
1.1.4国内的现状和发展趋势
（1）现状
近年来，我国钛白粉的产能、产量迅猛增长。
这期间的递增速度远远高于世界同期增长速度，特别是金红石型产品的增速更快。
现在我国钛白产业已经成为全球钛白粉产能最大的国家。
同时，我国钛白粉生产企业的布局逐步合理[9]。
进入21世纪，我国钛白工业发展进入新的发展时期，钛白粉行业重心逐步向钛原料丰富的中西部地区转移。
近年中西部湖南、湖北、广东、广西、云南和四川攀西地区陆续新建、扩建钛白粉装置20多家，产能超过70万t。
目前，国内钛白粉产能增加量的70%集中在中西部原料产区。
从刚刚结束2010年全国钛白粉行业年会和钛白企业家联谊会上了解到，2010年，国内经济稳定向好，钛白行业从年初起市场需求一路走好，企业开工率保持高位，全年产量可达到200万吨。
“2011年，对中国钛白行业而言是个很重要的年份，到今年年底我国的钛白粉总产能将超过200万吨，成为世界第一大钛白生产国。
”国家生产力促进中心钛白粉分中心主任毕胜如是说。
当前无论是锐钛型还是产品还是金红石型产品市场产销，都保持了旺盛势头，预计2012仍将保持在较高水准，行业发展前景看好。
①产能结构明显优化
近年来，依靠市场机制，全国钛白粉行业的布局和产能结构明显优化，依托于资源、市场和原有生产基础，全国已形成四川、云南、广西、山东和江苏多个板块基地。
攀钢集团除本部钛白生产基地外，还先后控股或参股重庆渝钛白、辽宁锦州钛业、攀枝花东方钛业和江苏太白集团，形成了庞大的钛白粉生产集团。
中国化工集团、江苏金浦集团、中盐湖南株洲化工厂、安徽马鞍山钛白（集团）以及山东道恩钛业等都进行了整合重组。
2009年，我国钛白粉实际产量前10名生产商的产量之和共538456吨，占当年全国总量的51.4%；前30名的产量之和为932879吨，占全国总量的89.1%。
目前，我国钛白行业中，具有15万吨/年及以上生产能力的生产商有攀钢钛业（含控股和参股企业）、山东东佳、四川龙蟒、河南佰利联4家，具有8万～10万吨/年产能的有山东道恩钛业、马鞍山金星钛白等7家，产能集中度有了明显优化，但与国际同行业相比仍很松散。
②生产技术水平提升
近年来，随着我国钛白粉产业规模的扩大，整体生产技术水平明显提升，已达到国际上上世纪90年代末的水平。
先进的、关键的生产装备技术均已被采用，并陆续实现国产化：
风扫磨用于钛精矿粉碎，圆盘过滤机用于硫酸亚铁分离，隔膜压滤机用于水洗工序，超大型（130m3及以上）酸解锅和水解锅的应用，巨型煅烧转窑（φ3.2～3.4m×55～58m）、喷雾、闪蒸连同带式干燥机等都已得到普及应用。
在工艺技术方面，自生晶种常（微）压水解、外加晶种常（微）压水解、致密型表面处理、锆和有机硅等新型处理剂的应用，连续酸解技术以及DCS自动控制技术等都已在业内得到成功推广。
这些在很大程度上推动了钛白粉产业的科技进步，生产效率提高。
③产品品质普遍提升
由于采用了先进的装备技术和工艺技术以及自控手段，全行业的产品品质普遍提升，业内大中型企业的锐钛型和金红石型产品的质量现已达到上世纪90年代国际一流水准，个别品种能达到现今国际中上水准，攀钢钛业的锐钛型PTA-120、金红石型R-298和宁波新福的金红石型NR-606是其中的典型代表。
在品种方面，各企业、特别是骨干企业根据市场需求，加强新品开发力度，适应不同领域的多种产品逐渐涌现，靠单一牌号产品打天下的现象逐渐消失。
④清洁生产理念增强
近年来，钛白企业变被动为主动，积极在清洁生产方面做文章，全行业的生产环境和企业面貌大有改观[16]。
对于煅烧尾气，普遍采用水喷淋、电除尘方式进行净化，效果良好。
酸解尾气瞬间量大、处理难度高，但武汉方圆等企业潜心研究，获得技术突破，已申请自主知识产权保护并得到授权。
废酸和酸性废水的处理是钛白企业最大的负担。
有的企业对浓废酸除少量直接配酸等回用以外，进行浓缩后再利用，但成本高于新鲜硫酸。
废水只能中和处理，且绝大多数企业中和后的产物是作为废料堆放的。
目前，山东道恩钛业、广东云浮惠沄钛白为此开发的综合产品链已成功运行，为钛白粉产业的绿色环保之路作出了重要的贡献。
另外，钛白企业在节能、节水、降低单耗、增加运营效益等方面均取得相对于以往的明显进步。
（2）发展趋势
①提升产品质量档次，开发高端产品
目前，国内钛白粉产品以低端通用型产品占据市场主流，高品质产品、专用产品品种少，一般只能应用于中档以下应用体系，采取与进口产品混配的方法能够应用于高档体系，但还不能应用于顶尖的领域，如汽车面漆、船舶涂料等。
而钛白未来市场的竞争主要是产品品质的竞争，钛白企业要想在竞争中赢得主动，必须根据目前的市场情况及硫酸法装置的特点，提高通用型钛白粉的产品质量，有效避开在低档产品领域的竞争，同时，着眼于未来的发展[10]，在健全小试、中试装置的基础上，充分发挥小试、中试和后加工领域的协同作用，开发市场前景好、具有较高附加值的新产品。
而具备一定综合优势的企业应向金红石型专用高档产品方向发展，通过技术创新，不断提高产品品质和综合性能，以替代进口，中型企业应立足走差异化发展道路，开发中档精细、专用产品，以适应国内、国际市场的需求。
②提高技术和管理水平，增强企业竞争优势
伴随我国钛白工业30余年的发展，钛白生产的工艺技术已取得了长足的进步，钛白生产装备也逐渐迈向大型化和现代化。
但与国外先进水平相比，我们还存在较大差距，这种差距主要体现在技术和管理两个方面。
为了全方位、多渠道提高钛白粉工业整体水平，国内企业一方面要积极寻求与国外大公司进行高起点合作，通过引进先进的成熟技术并加以消化吸收，来带动我国钛白粉工业的发展，同时努力加强自主创新，积极关注新技术、新装备的发展趋势及其在钛白行业中的应用，及时实施技术改造，提高钛白生产的工艺和装备水平；另一方面，由于硫酸法钛白粉生产的工艺流程长，涉及的化工单元操作多，对装备的保障能力和过程控制的要求高，因此，钛白企业还必须努力提高综合管理水平，积极使用先进的管理方法和手段对钛白生产的技术、装备和过程控制实行精益管理，向管理要效益，从细节谋发展，才能进一步增强企业的竞争优势，缩小与国外企业的差距。
③加强技术创新，提高核心竞争力
由于企业的技术创新能力直接决定市场的竞争能力，因此技术创新是企业生命力的源泉，是市场竞争力的根本所在，更是企业持续发展的助推器。
我国钛白行业今后与国外大公司的竞争主要是技术上的竞争。
因此，企业要加快建立和完善企业技术创新体系，不断加强技术开发力量，加大技术开发资金的投入，加快开发具有自主知识产权的技术和主导产品，要积极探索技术创新的模式，开展多种形式的产学研结合，吸引科研机构和大专院校的科研力量对钛白粉生产的关键技术难题进行联合攻关，加强在反应机理和化学热力学、热工和粉体行为等方面理论的基础研究，提高企业的自主创新能力，通过产学研合作，实现优势互补，促进科技成果向现实生产力的转化。
同时，加强产品的应用技术研究，建立应用技术实验室，完善产品应用性能测试方法，加深与下游客户的交流和互动，进一步提高产品的内在质量，构筑和提高企业的核心竞争力。
④实施人才开发战略，增强企业发展后劲
企业的支撑是产品，产品的支撑是技术，技术的支撑是人才，显而易见，人才是企业发展的根本，钛白企业在加强技术创新的同时，还要重视科技人才在企业发展中的作用，要实施以人为本的人才战略，加大人才的引进和培养力度。
注重高层人才队伍建设和基础性人才队伍建设的关系，做好人才结构的调整。
逐步完善人才激励机制，在人才的待遇，薪酬制度、福利制度、休假制度、劳保制度等方面，为科技人员搭建广阔的发展舞台，从而为企业发展提供有力的技术支持。
⑤加大废副治理力度，努力实现清洁生产
日益严格的环保要求直接关系到钛白粉生产企业的生存与发展。
国家的产业和环保政策，使钛白企业对环保日益重视并配备了完善程度不同的三废处理设施，但钛白工业能否实现清洁生产，才是企业可持续发展的关键。
因此，钛白企业要改变低档原料路线
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