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钛白粉生产工艺之钛液的浓缩基本原理

编辑:慧程化工  来源:www.gzhcgroup.com  发表时间:2018-3-21  点击:386

  钛白粉生产工艺之钛液的浓缩
  为了制得具有优越颜料性能的钛白粉,要求水解得到的偏钛酸的颗粒细而均匀,这样对水解所用的钛液的浓度有一定的要求,用经过结晶过滤的钛液来制作是不能胜任的,因为钛液浓度低,则水解得到的偏钛酸的颗粒便会变粗。实践证明,只有钛液的 TiO2 含量在 200g/l 以上时,才能制造出具有优越颜料性能的钛白。为此,必须先要将钛液进行浓缩,使其浓度达到涂料钛白生产的要求。

  浓缩的基本原理:借加热的作用使溶液中一部分溶剂气化而获得浓缩的过程称为蒸发。

  蒸发的目的是为了使溶液中的溶剂气化,因此溶剂应具有挥发性,而溶质则不应具有挥发性。对于钛液来说,水是溶剂,是可以挥发的,硫酸氧钛、硫酸亚铁和游离硫酸等是不可挥发的。按照分子运动学说,当溶液受热时,靠近加热面的溶剂分子便获得能量,当这种动能大于分子间的吸引力时,这些分子便逸出液面跑向空间变为自由分子,这就叫气化。这时气化生成的气体(蒸汽)如在空间或容器中不予除去,则蒸汽与溶液将渐渐处于平衡状态,这样气化就不能继续进行。因此进行蒸发的必要条件是热源要不断排除。在工业生产中,蒸发所生成的蒸汽又称为二次蒸汽,这是为了和作为热源的蒸汽有所区别,蒸发生成的蒸汽的排除可以采用冷凝法,有间接冷凝法和直接冷凝法两种。间接冷凝在间壁冷凝器中进行,蒸汽在间壁的一面被冷凝,而冷凝剂则在间壁的另一面流动,热的传递是通过金属管壁来进行。而直接冷凝法的特点是冷却剂(如冷水)与蒸汽直接接触,故又称混合冷凝。热的传递是通过冷却剂与蒸汽直接接触来进行,因此传热效率和速率比间接冷凝法高,但得到的冷凝液全部与冷却水混合流出,故只能用于无甚价值的蒸汽的冷凝。在钛白生产中,由于钛液蒸发的溶剂是水,所以一般都采用直接冷凝法。

  众所周知,溶液在常温下的气化是很缓慢的,如果提高温度至沸点,此时气化速度最高,因此生产中的蒸发一般都是沸腾状态下进行。通常情况下钛液的沸点为 104-114℃(1atm,TiO2:130-230g/l),在此温度下长时间加热蒸发,钛液的稳定性会迅速下降,最终导致早期水解(钛液水解的临界温度为 80℃),这对于制造优质的颜料钛白是很不适宜的。

  我们知道,液体的沸点是与压力成正比的,为了降低溶液的沸点提高蒸发的效率,浓缩蒸发常常是在减压下进行的,称为真空浓缩。真空度越高,溶液的沸点越低。为此,钛液的浓缩采取真空浓缩,以降低钛液的沸点来防止发生早期水解。为了满足钛液指标、保证钛液质量,应控制浓缩温度不超过 75℃,这样真空度便不能低于 0.073MPa。

  目前,国内钛白生产中钛液浓缩常用的方法有间歇式单效真空浓缩和连续式薄膜真空浓缩二种。以前者为例进行说明。

  A、设备
  浓缩罐:一般多是为钢制搪瓷反应锅或钢罐内衬耐酸陶瓷板、搪铅等以防腐,利用蛇管或夹套进行蒸汽加热,罐顶有汽液分离装置及进料阀,底部有放料阀,为了便于操作和控制,罐上还设有液位计、温度计和真空表。
  混合冷凝器:又称为立式逆流空位冷凝器,采用钢制或塑料制,内有几层筛板,增加汽液接触面。

  B、工艺流程
  浓缩罐中钛液被间接蒸汽加热后在真空下达到沸点,钛液中的水分开始气化,从真空浓缩罐顶部排出进入冷凝器逆流而上,冷却水从冷凝器顶部喷淋而下,与蒸汽充分接触,冷凝后从气压管排到水封池流出系统外,经过冷凝器而未被冷凝的气体(空气或其它不冷凝性气体)从冷凝器顶部排出,经气液分离装置到真空缓冲罐,再经真空泵排入大气。

  从冷凝器排出的水,经气压管流入水封池。整个浓缩系统是在负压下操作的,而水封池是开启式的(常压),为了使冷却水和冷凝水能从气压管底部自动排出,气压管必须有足够的高度,以便在管中保持一定的液柱,此液柱所产生的压头必须有足够的高度,以便在管中保持一定的液柱,此液柱所产生的压头必须大于外面大气压强与冷凝器中压强(冷凝器中的真空度)之差,故此冷凝器的位置必须在水封池的液面上离开至少十米的位置。



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