1 引言
1.1 本课题的意义
随着钛白粉的生活中的广泛应用，钛白粉的生产总量已成为社会消费水平的重要参考标志。它广泛应用于各种结构表面涂料、塑料及弹性体、印刷油墨、纸张涂层和填料、陶瓷、玻璃、催化剂、涂布织物等行，因此钛白粉的生产备受各工业发达国家的重视。钛白粉目前是最佳的无可替代的无机化工颜料料，我国的钛白粉行业面临严峻考验。1.2 国内外发展状况
目前钛白粉的生产主要有氯化法和硫酸法两种工艺，我国主要应用硫酸法生产钛白粉。其中，硫酸法是以钛铁矿为原料用硫酸分解，然后除铁后经水解而制得。氯化法是以金红石或高钛渣为原料，经氯化生产四氯化钛，然后在高温下氧化而制得。目前世界上 47%的工厂采用硫酸工艺生产，53%的工厂采用盐酸工艺生产。
1.2.1 钛白粉生产方法
硫酸法生产
硫酸法是挪威在1916年首次实现工业化的。主要步骤：1.二氧化钛原料用硫酸酸解2．沉降"将可溶性硫酸氧钛从固体杂质中分离出来3．水解硫酸氧钛以形成不水解产物或称偏钛酸4．煅烧除去水分，生产干燥的纯二氧化钛5．后处理，进行无机物和有机物包膜主要流程是：1、研磨2、酸解3、沉降4、洗渣5、结晶6、钛液压滤7、浓缩8、水解9、水洗10、漂白11、盐处理12、煅烧13、粉碎和包装。
氯化法生产
氯化法是将天然金红石或高钛渣原料与焦炭或石油焦混合后进行高温氯化，生成四氯化钛，再经高温氧化生成二氧化钛，最后经过滤、水洗、干燥和粉碎而得到钛白粉的。
1.2.2 国内外发展状况
我国硫酸法钛白粉生产经过三十多年的努力，虽然有了较大的发展，但与国外先进水平相比，仍存在着生产技术落后、生产规模小、产品档次低、产品质量不稳定等诸多差距，尤其是高档金红石型钛白粉。在生产技术上，国外以氯化法为主，而我国基本上都是硫酸法生产；除几家引进国外硫酸法钛白粉生产技术的厂家外，我国大部分钛白生
产厂家在工艺技术、生产设备、自动控制、“三废”治理等方面与国外先进水平相比还有相当的差距；在生产规模上，国外以装置大型化见长，而我国钛白粉生产装置规模偏小，点多分散，造成了能耗和生产成本较高，也导致产品质量不稳定；在原料方面，国外硫酸法大都采用高品位的酸溶性钛渣，而国内基本上使用的是钛精矿。在产品质量上，国外以光学性能好和遮盖力、消色力、耐候性优异的金红石型钛白粉为主，其中又以经过表面处理的金红石型钛白粉居多，并有各种专用钛白粉产品。国内硫酸法钛白粉以锐钛型产品为主，大部分未经过表面处理，专用产品极少。
1.1.3 硫酸法钛白粉生产工艺技术的主要发展趋势
(a)装置和设备的大型化：装置大型化可降低单位产品投资，提高产品竞争力，同时能够更好的消化因环保治理导致成本增加的压力。设备大型化可提高设备有效利用率，减少频繁操作给产品质量带来的波动，减少装置的占地面积。
(b)开发适用各种用途的专用产品：由于钛白粉用途的不断拓展，新产品不断涌现。世界各大钛白粉生产厂家在保持传统行业竞争优势的同时，致力于专用产品的开发和推广应用，拥有完善的科研开发及应用体系，注重技术进步。
(c)注重清洁生产：硫酸法钛白粉清洁生产，除最大限度地将污染源消减和循环利用外，更重要的是改变依靠末端治理的传统思想，通过改进原料路线及生产工艺，达到消减污染保护环境的目的。采用酸溶性钛渣和废酸浓缩综合利用是硫酸法钛白粉清洁生产的发展方向。
2 钛白粉水解工艺简介及控制参数
2.1 钛白粉水解流程简介
硫酸法生产钛白粉中水解是最关键的一步。影响水解过程的因素主要有两个一方面是钛液自身的质量，另一方面是水解的操作条件。钛液的水解是二氧化钛从液相（钛液）重新转变为固相的过程。钛液具有普通离子溶液的性质，在PH 值＞0.5时便发生水解。更重要的是，钛液具有胶体溶液的性质。在游离酸很高的情况下，使其维持沸腾状态也会发生水解反应，这是我们制取一定应用性能和制品性能的水合二氧化钛的依据。通过控制加热的速度，使钛液按照需要的水解速度发生水解反应，生成我们需要的水和二氧化钛粒子。研究表明：在混合均匀，慢速加料，温和升温的条件下水解效果最好。 这一步它将可溶性硫酸氧钛在90℃时水解成不溶于水的偏态酸。要获得所需粒度的高质量水解产物，必须严格控制钛液的亚铁离子和钛离子含量、加热速度等条件。为控制水解速度、水解物的过滤洗涤性能和最终产品的细度，需要在水解时加入晶种。偏态酸的沉淀时通过钛液沸腾几个小时的实现的。在沉淀结束时有时需要加入一定的水来提高水解率，整个水解沉淀过程大概需要3-5个小时。水解沉淀物过滤洗涤后，在原条件作用下用硫酸除去最后的废物。钛白粉水解工段流程（如图2.1）
图2.1 钛白粉水解
2.2 控制要点
钛白粉生产在水解工段流程中的主要参数有：温度、压力、液位、流量。
表2.2 温度和压力的控制 温度控制 测量地点
温度（℃） THI1903-150 L1G
40～70
可溶性硫酸氧钛
水解
偏态酸
过滤洗涤
稀硫酸浸取
水合二
氧化钛料浆
晶体
V1911黑钛液计量槽0～170
V1910晶体制备器20～90
V1901钛液预热器0～100
压力控制
测量地点压力（kPa）
R1903A水解槽 1.6
R1903B水解槽 1.6
温度：V1911黑钛液计量槽温度，V1910晶体制备器温度，V1901钛液预热器温度，水解罐B的温度，水解罐蒸汽温度（TI-1905、TI-1906）。
压力：水解罐蒸汽压力（STII1901-150M1B-H，STII1909-100M1B-H，STII1908-100M1B-H），R1903AB水解槽钛液压力。
液位：V1911黑钛液计量槽，V1907缓冲罐V的液位，V1901钛液预热器的液位，R1903AB水解罐的液位，V1906AB偏钛酸贮槽的液位。
流量：水解罐蒸汽口（FIQ-1093、FIQ-1904），蒸汽总管流量。
3 控制方案的设计
3.1 V1911黑钛液计量槽内钛液温度控制回路
通过温度传感器检测黑钛液计量槽钛液温度，把检测的温度传给温度变送器。将
检测偏钛酸温度信号传送给温度控制器TIRS/1902。用给定值与测量值相减得到偏差信号，温度控制器输出信号传给控制阀，控制阀的开闭以控制冷去水的流量，最终控制管道内偏钛酸的温度在0～170摄氏度。如图3.1所示
图3.1 钛液温度控制回路方框图
控制对象：黑钛液计量槽。控制变量：蒸汽流量。被控变量：钛液温度。
3.2 V1910晶种制备器内钛液温度控制回路
通过温度传感器检测晶体制备器的钛液温度，把检测的温度传给温度变送器。将检测偏钛酸温度信号传送给温度控制器TIS/1903。用给定值与测量值相减得到偏差信号，温度控制器输出信号传给控制阀，控制阀的开闭以控制冷去水的流量，最终控制管道内偏钛酸的温度在20～90摄氏度。如图3.2所示
温度控制器
控制阀
黑钛液计量槽
温度变送器
钛液温度
干 扰
给定
偏差
图3.2 钛液温度控制回路方框图
控制对象：晶种制备器。控制变量：蒸汽流量。被控变量：钛液温度。
3.3 V1901钛液预热器内钛液温度控制回路
通过温度传感器检测钛液预热器的钛液温度，把检测的温度传给温度变送器。将检测偏钛酸温度信号传送给温度控制器TIRAS/1901。用给定值与测量值相减得到偏差信号，温度控制器输出信号传给控制阀，控制阀的开闭以控制冷去水的流量，最终控制管道内偏钛酸的温度在0～100摄氏度。如图3.3所示
图3.3 钛液温度控制回路方框图
控制对象：钛液预热器。控制变量：蒸汽流量。被控变量：钛液温度。
3.4 STII1901-150 M1B-H 管道内蒸汽压力控制回路
通过压力传感器检测管道STII1901-150 L1G 内的蒸汽压力，把检测的压力传给压力
给定 控制阀
温度控制器
晶体制备器
温度变送器
偏差
干扰
钛液温度
给定 控制阀
温度控制器
钛液预热器
温度变送器
偏差
干扰
钛液温度
变送器。将检测偏钛酸压力信号传送给压力控制器PICRA/1901。用给定值与测量值相减得到偏差信号，压力控制器输出信号传给控制阀，控制阀的开闭以控制蒸汽的流量，最终控制水解槽内压力。如图3.4所示
图3.4 蒸汽压力控制回路方框图
控制对象：水解槽。控制变量：蒸汽流量。被控变量：蒸汽压力。
3.5 STII1901-150 M1B-H 管道内蒸汽压力控制回路
通过压力传感器检测管道STII1901-150 L1G 内的蒸汽压力，把检测的压力传给压力变送器。将检测偏钛酸压力信号传送给压力控制器PICRA/1901。用给定值与测量值相减得到偏差信号，压力控制器输出信号传给控制阀，控制阀的开闭以控制蒸汽的流量，最终控制水解槽内压力。如图3.5所示
图3.5 蒸汽压力控制回路方框图
控制对象：水解槽。控制变量：蒸汽流量。被控变量：蒸汽压力。
给
定 控制阀
压力控制器
管道
压力变送器
偏差
干扰
蒸汽压力
给定 控制阀
压力控制器
管道
压力变送器
偏差
干扰
蒸汽压力
3.6 R1903B 水解槽内钛液压力控制回路
通过压力传感器检测R1903B 水解槽内的压力，把检测的压力传给压力变送器。将检测偏钛酸压力信号传送给压力控制器PICR/1902B 。用给定值与测量值相减得到偏差信号，压力控制器输出信号传给控制阀，控制阀的开闭以控制蒸汽的流量，最终控制水解槽内压力在1.6kPa 左右。如图3.6所示
图3.6 蒸汽压力控制回路方框图
控制对象：水解槽B 。控制变量：蒸汽流量。被控变量：蒸汽压力。
3.7 R1903A 水解槽内钛液压力控制回路
通过压力传感器检测R1903A 水解槽内的压力，把检测的压力传给压力变送器。将检测偏钛酸压力信号传送给压力控制器PICR/1902A 。用给定值与测量值相减得到偏差信号，压力控制器输出信号传给控制阀，控制阀的开闭以控制蒸汽的流量，最终控制水解槽内压力在1.6kPa 左右。如图3.7所示
图3.7 钛液压力控制回路方框图
控制对象：水解槽A 。控制变量：蒸汽流量。被控变量：钛液压力。
给定 控制阀
压力控制器
水解槽A
压力变送器
偏差
干扰
钛液压力
给定 控制阀
压力控制器
水解槽B
压力变送器
偏差
干扰
蒸汽压力
4 仪表选型
本课题主要使用的仪表类型为：热电阻，温度计，差压变送器，物位测量仪，压力表，减压阀，阀门定位器，气动薄膜调节阀等，电气阀门定位器，差压变送器，操作端安全栅，检测安全栅。
4.1 温度计的选型
温度计选用原则：①满足对测温范围的要求；②满足对测温准确度的要求；③满足对指示、记录和报警及温度控制方面的要求；④满足对使用环境条件的要求；⑤在满足上述前提下选用价格低廉，坚固耐用，维修方便的仪表。
在水解过程中TiO2液体在石墨冷却器出口的温度需要控制，液体温度在0～200℃，要求可以现场检测直接测量出该液体温度，所以选择双金属温度计。它适合测量中、低温的现场检测工业仪表，可用来直接测量气体、液体、和蒸汽的温度。考虑温度计安装的位置觉得可调角型较好，安装固定装置为固定法兰式，最后选择的万向型双金属温度计型号为WSS-584W。
4.2 热电阻的选型
测量水解罐进口管蒸汽的温度，考虑到是测量管内的温度所以不适宜选择温度计而选择热电阻或热电偶。热电偶的测温原理是基于热电效应，它是将两种不同的导体或半导体连接成闭合回路，当两个接点处的温度不同时，回路中将产生热电势从而测量出温度的。热电阻的测温原理是基于导体或半导体的电阻值随着温度的变化而变化的特性。它是测量低温的温度传感器，一般测量温度在-200~800℃，而热电偶是测量中高温的温度传感器，一般测量温度在400~1800℃。考虑到只有一种导体，被测管内温度大概在0～300℃左右，所以这里选择热电阻WZP型。安装固定形式是固定螺纹，要求有防水作用，保护管直径是￠16。所以型号确定为热电阻型号WZP-230。
测量V1911黑钛液计量槽温度，首先考虑温度范围-200～300℃，安装固定形式是固定螺纹，所以在此位置选择WZP-269。测量管道内的温度，从安全角度考虑选择防爆式热电阻，管内温度范围在控制在-50～150℃，安装固定形式是活动法兰，所以选择防爆式热电阻WZC-240G。测量R1910晶体制备器温度，此处选择一般的装配热电阻即可，温度范围控制在0～100℃，安装方式固定螺纹，所以此处选择单只热电阻WZP-260。
测量水解罐AB的温度，水解罐内液体有腐蚀性，所以选择带保护套铠装的热电阻，分度号是Pt100，温度范围在0～250℃，安装方式是固定卡套法兰，所以型号为WZPK-433。
4.3 物位计的选型
物位测量通常指对工业生产过程中封闭式或敞开容器中物料（固体或液位）的高度进行检测；如果是对物料高度进行连续的检测，称为连续测量。如果只对物料高度是否到达某一位置进行检测称为限位测量。完成这种测量任务的仪表叫做物位计。雷达物位计：用于槽罐或容器内的物位测量，可直接安装或通过远传密封组件安装。超声波物位计：用于液体和颗粒状固体等物位的监控。电容式物位计：高温、高压条件下的物位测量。防尘、防挂料、防蒸汽、防冷凝。测量偏态酸贮槽V1906AB的液位时，需要保证液位在L>=200mm，L<=4000mm范围时用超声波物位测量仪。在水解罐AB和钛液预热器V1901测量液位高度最大是20m所以选择雷达液位器GDRD57。
4.4 差压变送器的选型
差压变送器用于测量液体、气体和蒸汽的液位、密度和压力，然后将其转变成4- 20mADC的电流信号输出。它可以用于压力、差压、液位、流量的测量。测量水解罐蒸汽口的流量，输入输出信号是4～20mA，指示积累0～4000kg/h,安装方式固定法兰式，选择差压变送器型号为EJA110A.
4.5 调节阀的选型
气动薄膜调节阀HLC的主要特点：HLC笼式单座调节阀是一各高性能的调节阀，适用于液体压差超过3Mpa 的高压差场合流体通道呈S流线型，设有导流翼，压降损失小，范围大配用多弹簧式薄膜执行机构，结构紧凑，输出力大坚固的阀芯导向和套筒可防止液体发生闪蒸和空化。所以选择气动薄膜调节阀HLC。
4.6 电气阀门定位器的选型
HEP型单作用电-气阀门定位器（包括：HEP15隔爆型、HEP16本安型、HEP17防水型）的作用是把调节装置输出的电信号变成驱动调节阀动作的气信号，而且具有阀门定位功能，即克服阀杆摩控力，抵消被调价质压力变化而引起的不平衡力，从而使阀门开度对应于调节装置输出的控制信号，实现正确定位。由于本定位器具有防爆结构，故能使用于爆炸危险场所。选择电气阀门定位器HEP15。
4.7 压力表的选型
选择压力表的原则
压力仪表的量程压力表的量程选择并不是越大越好，这是因为仪表的量程过大，会使得指针敏在刻度指示上缺乏足够的精确度，允许误差的绝对值和肉眼观察的偏差值也会增大，影响压力仪表指示的准确性。
压力仪表所选择的量程过小，首先会造成的问题就是过载，当设备工作压力较高时，压力表的刻度就会接近极限值，也就是压力表中的弹性元件处于最大变形状态，长期如此弹性元件就会发生变形，增大压力仪表显示误差的同时也会降低压力仪表的使用寿命。
压力仪表的量程要与其所测量对象的压力相适应、相配套。压力仪表在选型时就要考虑到其量程的问题，一般来说压力仪表的量程最少应为设备工作压力的1.5倍，但最大也不应超过设备工作压力的3倍，而在实际使用中压力仪表所指示的压力范围最好为量程的60%到70%。
压力仪表的精度压力仪表的精度指的是压力仪表刻度盘上极限值与允许误差值之
间的百分比，压力仪表的精度等级都会被明确的标示出来，在压力表选型过程中，就可以根据所需要的测量精度来选择适当的压力仪表。
测量循环水管压力，首先考虑蒸汽的压力范围在0～1.0MPa，1.5级所以选择压力表型号是Y-150。
.4.8 减压阀的选型
QFH型系列空气过滤减压器是气动仪表的辅助装置之一。将来自空气压缩机0.3～1Mpa的空气压力，经过滤净化后，可调节在0～0.16；0～0.25；0～0.4；0～0.6Mpa范围内任一输出压力值，保持稳定。作为各类气动自动装置的气源自动装置的气源压力提供给单元以及其他气动设备的附属装置。所以选择减压阀QFH-15。
表4.8设计中各测量点仪表的选择
仪表位号测量点名称仪表名称及规格型号量程TI-1905 水解罐蒸汽进口管温度DCS
指示0～300℃, Pt100
TE-1905 水解罐蒸汽进口管温度热电阻WZP-230 -200-500
TI-1906 水解罐蒸汽进口管温度DCS
指示0～300℃, Pt100
TE-1906 水解罐蒸汽进口管温度热电阻WZP-230 -200-500 TR-1907A,B 水解罐A,B温度指示DCS
0-250℃，Pt100
TE-1907A,B 水解罐A,B温度带保护套装热电阻WZP-230 -200-500 TI-1909A 石墨冷却器TiO2悬浮液万向型双金属温度计WSS-584W 0-300
出口管温度指示0～200℃， L=400
PI-1903 水解罐蒸汽进口压力指示DCS
0～1.0MPa
PT-1903 水解罐蒸汽进口管压力压力变送器EJA430A -0.1-3MPa PI-1904 水解罐蒸汽进口管压力指示DCS
0～1.0MPa
PT-1904 水解罐蒸汽进口管压力压力变送器EJA430A -0.1-3MPa PI-1905 循环上水管压力指示压力表Y-150 0-1.6 MPa
0-1.0Mpa，1.5级
LIA-1904A,B 水解罐Ｒ１９０３Ａ，ＢDCS
液位指示报警0～5m, 4～20mA
L≥3650mm 报警
LT-1904A,B 水解罐Ｒ１９０３Ａ，Ｂ雷达物位计GDRD57 最大20m
0～5m, 4～20mA
LIA-1905A,B 偏钛酸贮槽V1906A,B DCS
液位指示报警0～5m, 4～20mA
L≥4000mm，L≤200mm
报警
LT-1905A,B 偏钛酸贮槽V1906A,B 超声波物位测量仪FMU-40 0-5m LIA-1906 缓冲罐V1907液位DCS FMU-40 0-5m
指示报警0～5m, 4～20mA
L≥4000mm ，L≤200mm
报警
LT-1906 缓冲罐V1907液位超声波物位测量仪FMU-40 0-5m LIS-1907 钛液预热器V1901 L≥2700mm与其它连接
LT-1907 钛液预热器V1901液位雷达物位计GDRD57 最大20m
0～5m, 4～20mA
FIQ-1902 蒸汽总管流量指示累积DCS
0～6000kg/h输入:4～
20mA
FT-1902 蒸汽总管流量指示累积差压变送器EJA110A
0～10kPa输出: 4～20mA
FT-1902 标准节流装置：孔板一体化孔
板流量计
高温型
FIQ-1903 水解罐蒸汽进口管流量DCS
指示积累0～4000kg/h输入:4～
20mA
FT-1903 水解罐蒸汽进口管流量差压变送器EJA110A
0～10Pa输出: 4～20mA
FE-1903 标准节流装置：孔板一体化孔
板流量计
0～4000kg/h 0～###kPa
FIQ-1904 水解罐蒸汽口流量DCS
指示积累0～4000kg/h，4～20mA
FT-1904 水解罐蒸汽口流量差压变送器EJA110A
0～10kPa输出: 4～20mA
FE-1904 水解罐蒸汽口流量标准节流装置：孔板一体化孔
板流量计
0～4000kg/h，0～10kPa
高温型
5 DCS集散控制系统介绍
5.1 DCS控制系统的发展
集散控制系统是20世纪70年代发展起来的新型控制系统，由于它具有通用性强，系统组态灵活，控制功能完善，数据处理方便，显示操作集中，人一机界面友好，安装调试方便，运行安全可靠等特点，目前已被广泛用于石油化工冶金电力纺织食品等工业部门，且具有十分广阔的发展前景。回顾集散控制系统的发展历程，大致经历了4代变迁。分散控制系统，简称DCS，是1969年由HONEYwELL公司在1975年推出的系统。HONEYWELL公司产品型号是：TDC2000，只有模拟量控制。随后才有几十家美国仪表公司也推出自己的系统。
1975—2980年，DCS处于初创阶段，仪表制造商，逻辑器件商和计算机制造商从自身的技术优势出发，开发了格局特色的集散控制系统，有的以常规控制见长，有的适合逻辑控制，也有的在运算速度和通信方面具有优势。初创期的DCS主要由过程控制单元，过程接口单元，CRT操作站，上位机和数据传输通道等部分组成。他的通信系统是一种初级局部网络，全系统有一个通信系统指挥，采用轮询的方式对各单元进行访问。这一时期集散控制系统的技术系统的技术特点是实现分散控制，以克服集中型计算机系统危险高度集中的致命特点，这就是常说的第一集散系统。这一时期的典型产品有Honeywell公司的TDC-2000，Foxboro公司的SPECTRUM，TAYLOR公司的MOD3和横河公司的CENTUM等。
1980~1985年，集散控制系统的发展进入成熟期，各种高新技术。特别是信息处理技术，计算机网络技术的发展是DCS的强大技术后盾。这一时期开发的DCS，其数据通信部分宜采用局域网，DCS产品浸取第二代。
成熟期集散控制系统的研制工作，一方面是硬件和元件技术的不断更新，例如：采用专用的高性能芯片，高分辨率的CRT和掩膜式控制键盘，不断地提高软件的编制的水平，加强系统的自检功能，开发各类大，中，小型具有数，模混合的顺序控制功能的DCS；另一方面开发高一层次的信息管理系统，以适合企业发展的需要。从企业内部而言，单从生产过程的控制上提高经济效益的作法，已不适合现代企业的发展，只有不断提高自身的综合信息管理水平，才能使企业在竞争处理中获得活力；从整个社会来看，一个企业必须及时获得并处理来自其他企业的技术对策，方能在竞争中处于不败之地。1984年后推出的综合信息管理系统，有honeywell公司的TDC-3000，Taylor公司的mod300，西屋公司的WDPF,横河的、公司的CENTUM A,B,D,等。从层次结构的观念来
分析，新系统是在初创期集散控制系统具有的过程控制层和过程管理层的基础层上，增加了生产管理层，或称综合信息管理层。这个层次更多的关心信息格式，传输。处理。存储，共享等问题，使系统能以企业网的格式加入所在地的区域或远程计算机网中。从硬件结构上看，这一时期的DCS都在网络节点上挂接了系统管理模件：历史模件，计算模件，应用模件，系统优化模件等。此外还增加了网间连接器，他是局域网与其子络或其他工业网络的接口位置，为系统扩展提供了方便。
1985-1990年，DCS的发展进入了第三代，这一时期的DCS把控制过程，监督控制，管理调度更有机的结合起来，并且继续加强断续控制功能，采用专家系统，制造自动化协议（Manufacture Automation Protocol ，MAP)以及表面安装技术。第三代集散控制系统的特点是综合化，开放化和现场级的智能化。
5.1.1 综合化
包括纵向和横向两个方面。纵向综合化就是管理功能纵向扩展，从原料进厂到产品设计，计划进度，质量检查，成品包装，出厂供销等一系列信息的管理调度。横向综合化是过程自动化与顺序控制，电机控制相结合的计算机，仪表，电器综合的控制系统。
5.1.2 开放化
集散控制系统改变过去各DCS生产企业自成系统的封闭结构，组成一个连接规则标准化的开放性系统，符合国际标准化组织（OSI）参考模型，使来自不同制造厂的符合开放系统要求的设备间能进行灵活的互相通信。
5.1.3 现场级的智能化
现场级的智能化是指现场传感器或变送器的智能化。现场仪表可由现场通信器或系统工作站进行远程访问，组态，调零，调量程及自动标定。传感器输出的数字信号直接在现场仪表的通信网络上传递。
DCS集散控制系统是一套分层分布式的网络体系结构，分为3层，分别为现场控制网(CNet)、系统网(SXet)和管理网(MNet)，共包括3个部分：数据采集单元、过程控制单元和监控管理单元。对于DCS的系统网络来说，它必须满足实时性的要求，即在确定的时间限度内完成信息的传送。这里所说的“确定”的时间限度，是指在无论何种情况下，信息传送都能在这个时间限度内完成，而这个时间限度则是根据被控制过程的实时性要求确定的。
5.2 集散控制系统的展望
纵观集散控制系统的30年的发展历史，可以清楚的看到，正是半导体集成技术，显示技术，计算机技术，网络和通信技术的不断发展，才推动了集散控制系统的不断更新。今后DCS的发展还是秉承集中显示，操作，管理和分散控制这一宗旨，向着更宽广范围的集中和对控制的更彻底的分散两个方向发展。即是向着计算机集成制造系统，计算机集成过程系统方向和现场总线控制系统方向发展。
a）向CIMS和CIPS方向发展
在第四代DCS中，全厂的信息集成和管理已经提到了一定的高度，今后DCS从功能上应朝着过程控制自动化，制造业自动化，办公自动化和经营管理自动化相结合的发展方向，即向CIMS和CIPS发展。
b）向现场总线系统控制方向发展
传统DCS的分散控制是建立在分散的过程控制装置的基础上的，过程控制装置与现场变送器以及执行器之间是通过4～20mA的模拟信号进行单向传输，模拟量与数字量的转换，各种控制规律的运算都需要在过程控制装置内完成，不仅传输的信息量少，传输效率低，而且安装工作量大。现场总线传输是双向的数字信号的传播误差小，可靠性高，传输信息量增大，操作人员可在控制室对现场仪表进行标定，校验和故障诊断，还可得到仪表的位号，工作状态，最近一次的标定时间等信息。现场总线的采用，减少了DCS 的安装空间，输入/输出的接口以及附属设备。以一根电缆连接2～3台仪表计算，平均可减少1/2和2/3的输入输出卡，输入输出柜和隔离器等
DCS系统是在对计算机局域网的研究基础上发展起来的,它是相对于计算机集中控制系统而言的计算机控制系统，它是过程控制专家们借用计算机局域网的研究成果，把局域网变成一个实时性、可靠性要求很高的网络型控制系统，运用于过程控制领域。这样的控制带来的好处：缩小控制室尺寸或控制表盘的长度。减少工艺生产的运行对仪表控制设备厂商的依赖，减少仪控人员培训所需的费用。大量减少控制系统所需的备品备件种类及数量。故障分散。这是推出DCS系统的最大理由，DCS系统就是要解决集中控制系统致命的弱点，“故障集中”。故障分散的理由是DCS系统采用了大量的微处理器，各个微处理器承担一个范围较小的(地域上)控制任务，某个微处理器故障不会影响整个系统的币常工作。提供了控制系统构成的灵活性，具有组念便利和可扩展性。大量缩减控制系统所需的电缆。
5.3 我国集散控制系统的发展概括
目前我国每年用先进的DCS装备石油，冶金，电力，化肥，轻工等行业，DCS的增长速度在10%以上。应用最多的首推石化，其次为冶金，化肥和电力。按DCS得应用水平大致可分为一下四类：
a）DCS的功能发挥齐全，应用水平较高，经济效益显著，实现了生产安全，稳定，长周期，满负载，优化的运行。
b）发挥了DCS的功能，促进了工艺管理的改进，采用了先进控制策略，经济效益良好，实现了生产安全，稳定和长周期运行。
c）发挥了DCS的基本功能，提高了控制品质，应用深度有待进一步提高，基本满足了生产安全，稳定和长周期运行。
d）DCS基本功能没有发挥，只起到集中显示的作用，应用水平低。
为了加速我国DCS的发展步伐，目前要做好以下几方面的工作。
1）充分发挥现有的DCS资源的作用，在改善常规的控制品质，使生产安全，稳定，长周期运行的基础上，深入进行先进控制，优化软件，专家系统的开发工作，不断提高DCS的应用水平。
2）采取有效的激励机制，促使工艺，仪表，计算计人员的技术参透与协调配合，进行优秀人才的培养，锻炼与积聚，尽快形成一支高水平的DCS应用技术队伍。
3）切实加强对现场仪表的管理，提高基础自动化水平，提高检测计量仪表，质量仪表以及执行结构的水平，为DCS应用提供准确齐全的实时信息与灵活可靠的执行机构。
4）从管控一体化高度出发，搞好DCS的应用，在选型配置上要留出管理计算机接口，以逐步向控制，管理，决策一体化过渡。
6 浙大中控DCS介绍
中控集团始创于1993年，是中国领先的自动化与信息化技术、产品与解决方案供应商，业务涉及流程工业综合自动化、公用工程信息化、装备工业自动化等领域。目前，中控集团设有9家子公司、1家研究院、17家分公司、3家海外分支机构S UPCON JX-300X DCS 由工程师站、操作站、控制站、过程控制网络等组成。工程师站是为专业工程技术人员设计的，内装有相应的组态平台和系统维护工具。通过系统组态平台生成适合于生产工艺要求的应用系统，具体功能包括：系统生成、数据库结构定义、操作组态、流程图画面组态、报表程序编制等。而使用系统的维护工具软件实现过程控制网络调试、故障诊断、信号调校等。操作站是由工业PC 机、CRT、键盘、鼠标、打印机等组成的人机系统，是操作人员完成过程监控管理任务的环境。高性能工控机、卓越的流程图机能、多窗口画面显示功能可以方便地实现生产过程信息的集中显示、集中操作和集中管理。控制站是系统中直接与现场打交道的I/O 处理单元，完成整个工业过程的实时监控功能。控制站可冗余配置，灵活、合理。在同一系统中，任何信号均可按冗余或不冗余连接，详见卡件描述。对于系统中重要的公用部件，建议采用100%冗余，如主控制卡、数据转发卡和电源箱。过程控制网络实现工程师站、操作站、控制站的连接，完成信息、控制命令等传输，双重化冗余设计，使得信息传输安全、高速。
控制站是系统中直接与现场打交道的I/O 处理单元，完成整个工业过程的实时监控功能。通过软件设置和硬件的不同配置可构成不同功能的控制结构，如过程控制站、逻辑控制站、数据采集站。控制站主要由机柜、机笼、供电单元和各类卡件（包括主控制卡、数据转发卡和各种信号输入/输出卡）组成，其核心是主控制卡。主控制卡通常插在过程控制站最上部机笼内，通过系统内高速数据网络—SBUS 扩充各种功能，实现现场信号的输入输出，同时完成过程控制中的数据采集、回路控制、顺序控制、以及包括优化控制等各种控制算法。
JX-300X DCS 采用三层通信网络结构，最上层为信息管理网，采用符合TCP/IP 协议的以太网，连接了各个控制装置的网桥以及企业内各类管理计算机，用于工厂级的信息传送和管理，是实现全厂综合管理的信息通道。中间层为过程控制网（名称为SCnet Ⅱ），采用了双高速冗余工业以太网SCnet Ⅱ作为其过程控制网络，连接操作站、工程师站与控制站等，传输各种实时信息。底层网络为控制站内部网络（名称为SBUS），采
用主控制卡指挥式令牌网，存储转发通信协议，是控制站各卡件之间进行信息交换的通道。
控制站所有的卡件，都按智能化要求设计，系统内部实现了全数字化的数据传输和信息处理，即均采用专用的工业级、低功耗、低噪声微控制器，负责该卡件的控制、检测、运算、处理、传输以及故障诊断等工作。同时，其中I/O 卡件采用了智能调理和先进信号前端处理技术，降低了信号调理的复杂性，减轻了主控制卡CPU 的负荷，加快系统的信号处理速度，增强了每块卡件在系统中的自洽性，提高了整个系统的可靠性。智能化卡件设计也实现了A/D、D/A 信号的自动调校和故障自诊断，使卡件调试简单化，所有卡件都采用了统一的外型尺寸，都具有LED 的卡件的状态指示和故障指示功能，如电源指示、工作/备用指示、运行指示、故障指示、通讯指示灯。
JX-300X DCS是浙大中控自动化有限公司在JX-100，JX-200基础上，经过不断完善，提高而全新设计的新一代全新数字化DCS，精良设计的JX-300X是当今国际同类产品的佼佼者。
2.5万吨天硫酸法钛白粉生产废水处理工程可行性报告
攀枝花钢城集团瑞天安全环保有限公司2.5万吨/天硫酸法钛白粉生产废水处理工程 可行性研究报告 报告提出单位：钢城集团瑞天安全环保有限公司报告单位负责人：贺坤茂 项目编制人：谢永生万新丰 项目实施单位钢城集团瑞天安全环保有限公司项目时间：二○一二年十一月
2.5万吨/天硫酸法钛白粉生产废水处理工程 可行性研究报告 一、概述 （一）项目名称：2.5万吨/天硫酸法钛白粉生产废水处理工程可行性研究报告 （二）项目负责单位：瑞天安全环保有限公司 负责人：贺坤茂 （三）编制原则： １国家环保产业政策； ２污水综合排放标准GB8978-1996； ３依据国内硫酸法钛白粉生产废水处理的现状，瑞天公司环保产业发展的客观要求； ４效益最大化原则。 （四）项目背景： １、硫酸法钛白粉生产废水处理国内外发展现状及趋势 钛白粉广泛应用于制造涂料、高级白色油漆、白色橡胶、合成纤维、电焊条、人造丝的减光剂、塑料和高级纸张的填料等方面，还用于电信器材、冶金、印刷、印染、搪瓷等行业。钛白粉生产工艺可分为硫酸法和氯化法，而硫酸法工艺在我国应用较为广泛。 硫酸法生产钛白粉的主要原料是钛矿（钛铁矿或酸溶性钛渣）和硫酸，其生产工艺过程通常可分为十大环节：钛矿的干燥和粉碎、钛矿的酸解、硫酸钛溶液的净化、硫酸亚铁的结晶、硫酸钛溶
液水解、水合二氧化钛的水洗和漂白、盐处理、煅烧和粉碎、二氧化钛的表面处理和粉碎。硫酸法生产钛白粉会产生大量的酸性废水，主要包括：酸解尾气洗涤水、煅烧尾气洗涤水、一次水洗废水、设备冲洗水和地坪冲洗水，其产生量为：50~80m3/吨（钛白粉），其中废硫酸含量2%左右，此外还含有少量的硫酸亚铁和钛白粉。 目前主要采用石灰中和处理该废水。首先将石灰熟化，制成氢氧化钙乳浊液。然后将其加到酸性废水中产生硫酸钙沉淀。同时在中和过程中通过搅拌使得废水中的Fe2+转化成Fe3+，生成Fe(OH) 沉淀，从而降低废水中的Fe2+、CODcr。，最终使废水达到排放标准要求。 硫酸法钛白粉产生的酸性废水采用石灰（石灰乳）进行中和处理是目前较为成熟的方法，出水可稳定达标排放。但是，据对攀枝花市钒钛高新园区内的钛白粉厂进行调研了解到，目前采用该处理工艺的处理成本为1500元/吨（钛白粉）左右。 据统计，2011年，全球钛白粉总产量约为600万吨，其中我国钛白粉总产量约为175万吨，产量位居世界第一位。目前国内98%以上的企业采用硫酸法工艺，按每吨钛白粉产生75吨废水计算，则每年产生废水：12863万吨，按每吨钛白粉处理成本1500元，则硫酸法钛白粉酸性废水处理市场达：25.725亿元/年。 攀枝花地区目前有大型的钛白粉生产企业十余家，产能达50万吨/年，大部分分布在攀枝花钒钛产业园区内。据统计，2012年上半年，攀枝花地区钛白粉实际总产量达到19.8万吨，按此产量估算，
硫酸法制钛白污污水处理全程解决方案 1.1治污原则 1）依据公司方生产条件及技术要求，全部满足生产前提下，尽量选用最新科研成果，选新设备，新工艺，降低投资，优化处理工艺，吨水处理费用使公司用得起、用得省，治污又增效。 2）设计留有余地，便于应付突发事故。 3）处理工艺不应产生新污染源，实现清洁生产。 4）坚持四好原则：处理稳定性好、工艺控制灵活性好、工程实施可行性好、系统优化整体性好 1.2治污策略 用户治污战略决策是选准拥有切实可行的新技术持有单位做战略合作伙伴，选准则事半功倍，否则是劳民伤财，这就是科学是生产力的魅力所在。节能降耗改造离不开先进的、适用的新技术。 钛白粉行业产生污水量多、浓度波动大，难于处理达标污水，采用碳酸钙+石灰或电石膏中和，PH 值及SS合格率低，中和剂利用率低，造成处理成本高，是行业普遍存在的问题，必须选用先进的处理技术，以改变这一落后状况。 简单的常见“病”，企业一般自己“治”，而碰上这种高难度“病”，还是要找高明一些的专业“医生”。 水处理专业是一门多领域、跨学科的新兴综合性边缘学科。工程项目的完成还要涉及工艺设计、技术研发、制造施工、检验调试及维护操作各专业单位的通力合作，他们分属不同行业，难于统一和衔接，一项措施不到位，再好技术也难于达到最佳效果。 水处理研究所是一家成立近三十年集科研设计、制造、施工、调试、培训为一体的专业化科研实体队伍，自身建有完整的水处理工程体系，以工程效益最大化为目的，全过程控制质量、工艺、检验和监督，可保证所从事的工程都具有科学性、经济型、安全性及技术性均在最佳状态。 为了配合钛白行业破解污水低成本的技术瓶颈，我所投入大量人力、物力，十年磨一剑，终于破解了这一业界难题，为硫酸法钛白污水零排放做出了重大贡献。 贡献核心理念是： 以循环经济和产业生态学理论为指导，以生态体系构建为核心，形成完整的污水治理管理生态工艺流程，选用低成本回用水技术是节水关键。这是一种可持续发展的和谐经济和对环境友好型生态经济。 水资源属不可再生资源，是一切生命源泉，是国家安全保证，也是企业生存基本条件之一，所以说水资源也是国家大力提倡的循环经济的必须依靠的资源，我所在这些先进科学理念的指导下，研发了适合钛白行业（硫酸法）污水处理的低成本技术，选择与我所合作将给您的企业带来效益，这种企、研合作方式是符合科学发展观及走循环经济之路的正确选择，符合双方利益。 1.3 工艺设计 1.3.1工艺设计参数 设计处理水量：720m3/h（17280m3/d） 根据公司方意见本次设计按二步走：一期处理水量按350-400m3/h设计，一期工程按一次中和法设计。（暂不考虑白渣的回收） 设计处理进水中污染物总量： 100%H2SO4：15- 18 t/h 酸浓度平均：2.1-2.5% Fe2+：5000kg/h 设计出水质：SS≤70mg/L PH：6~9 Fe≤50mg/L 1.3.2工艺选择
钛白粉生产工艺 介绍钛白粉的生产工艺 钛白粉生产工艺钛白粉生产工艺 6.3.1 6.3.1 硫酸法钛白生产的工艺流程简述硫酸法生产钛白是成熟的生产方法，使用的原料为钛铁矿或钛渣。下面主要叙述以钛精矿为原料的生产方法。 A、工艺流程硫酸法生产钛白主要由下列几个工序组成：原矿准备；用硫酸分解精矿制取硫酸钛溶液；溶液净化除铁；由硫酸钛溶液水解析出偏钛酸；偏钛酸煅烧制得二氧化钛以及后处理工序等。 B、工艺流程简述（１）原矿准备按照酸解的工艺要求，用雷蒙磨磨矿，将钛精矿粉碎至一定的粒度。（２）硫酸钛溶液的制备钛液的制备实际上包括钛精矿的酸分解，固相物的浸取，还原等工艺步骤。酸分解作业是在耐酸瓷砖的酸解罐中进行的。将浓度为 92-94％的浓硫酸装入酸解罐中并通入压缩空气，在搅拌的情况下加入磨细的钛精矿。精矿与硫酸的混合物用蒸气加热以诱酸解主反应的进行，主反应结束后，让生成的固相物在酸解罐中熟化，使钛精矿进一步分解，分解后所得固相物基本上是由钛铁硫酸盐和一定数量的硫酸组成。固相物冷却到一定温度后，用水浸出，并用压缩空气搅拌，浸出完全以后，浸出溶液用铁屑还原，将溶液的硫酸高铁还原成硫酸亚铁。（３）钛液的净化钛液净化包括沉降、结晶、分离、过滤等工序。沉降是借助于重力作用，向钛液中加入沉降剂（主要絮凝剂是改性聚丙烯酰胺），除去钛液中的不溶性杂质和胶体颗粒，使钛液初步净化。冷冻结晶在冷冻锅中进行，主要利用硫酸亚铁的溶解度随着钛液温度降低而降低的性质。用冷冻盐水带走钛液热量，使其降至适当的温度，从而使大量的硫酸亚铁结晶析出。分离、过滤是由锥蓝离心机分离，抽滤及板框压滤三个工序构成。冷冻后的钛液经锥蓝离心机分离及抽滤池抽滤，得到初步净化的稀钛液，最后将稀钛液通过板框压滤，得到符合生产需要的清钛液。（４）钛液浓缩钛液浓缩采用连续式薄膜蒸发器，在减压真空的条件下蒸发掉钛液中的水份，以符合水解工序的需要。（５）水解水合二氧化钛是由钛的硫酸盐溶液热水解而生成的。为了促进热水解反应，并使得到的水合二氧化钛符合要求，一般采用引入晶种或自生晶种的方法。 1 （６）水洗及漂洗由于水解反应是在较高的酸度下进行的，因此大部分杂质磷酸盐仍以溶解状态留在母液中。水洗的任务是将水合二氧化钛与母液分离，再用水洗涤以除尽偏钛酸中所含可溶性杂质。经过水洗而仍
硫酸法制钛白的工艺设计-2 /硫酸法制钛白的工艺设计 第一章概论 1.1设计的目的 1?巩固和运用所学的课程知识、理论联系实际，培养工艺观点；训练、观察、分析和解决工程实际问题及独立工作能力。 2?掌握钛白粉生产酸解工段的知识和技能，学习和操作控制与生产管理的有关知识。 3 ?毕业设计是高等工科学校教学计划的重要组成部分，是培养学生开展科研，综合运用的所学知识和技能，提高分析和解决本专业范围内的一般工程技术问题的能力的重要教学环节。 1.2设计的实际意义 通过毕业设计应使学生获得工程师所必须的初步的综合训练，在不同的程度上提高调研，查阅文献和收集资料的能力，分析和制定设计或实验方案的能力，设计，计算，绘图和使用工具书的能力，技术经济的分析和组织工作的能力，撰写论文或说明书的能力等。 1.3设计的课程 本设计的课题为“年产1万吨钛白粉厂酸解水解工序的工艺设计” 1.4设计依据 1.中盐珠化钛白粉厂生产经验数据； 2?硫酸法《钛白粉生产工艺》； 3.《无机盐工艺学》钛白粉章节； 1.4设计的课程
本设计的课题为“年产2万吨钛白粉硫酸法制备工序的工艺设计” 1.5设计方案及生产规模 (1)年生产力：折算成100%锐钛型钛白粉吨 (2)年工作时间：300天 (3)日产量：按100%的钛白粉计划吨 (4)生产方法以钛铁矿或富钛料(包括钛渣，酸溶性钛渣、天然和人造金红石)为原料，用硫酸法生产钛白粉的稀有金属冶炼厂设计。 (5)原料组成经研磨、干燥的钛精矿(含42%-60%的TiO2)、浓硫酸 92%~94%。 1.6设计任务 1 ?对生产钛白粉的酸解工段提出流程设计 3.对生产钛白粉的水解工段提出流程设计 4.对该工艺流程进行物料衡算 5 ?对该工艺流程的主要设备提出设计和选型 6.绘制带控制点的工艺流程图 第二章绪论 2.1钛白粉的发展简史 二氧化钛俗称钛白，它不但物理性质十分稳定，而且还具有良好的光学、电学性能和卓越的颜料特性，是当前一种最佳的白色颜料。它的一些其它特性也使它在现代工业、现代农业、现代国和现代科学技术方面得到越来越广泛的应用。 有关钛白粉的制备和性能的研究，始于1824年，由于提取的困难和寻求适 当的用途，直到1910年在钛元素发现100年后，才分别由挪威的杰布森与法鲁普，法国的罗西和美国的巴顿共同完成了用硫酸法及熔融法从钛铁矿中制备二氧化钛的生产工艺研究。1916年在挪威的菲特烈斯得建成了世界上第一个年产1000吨含25%的二氧化钛的复合颜料厂。1918年美国的钛颜料公司在尼亚加拉瀑布成功建厂，并于1919年开始生产二氧化钛复合颜料。再此期间，由于一战和当时硫酸法工艺存在缺陷，使得二氧化钛工业的发展速度非常缓慢。1921 — 1923年，法国的布卢姆菲尔德首创采用稀释法晶种对钛的硫酸盐溶液水解制备水合二氧化钛的工艺进行了重大改革，由法国的塞恩一兹公司于1923年采用并 生产出含有96% —99% Tio2的颜料钛白。至于纯的Tio2的生产，是由美国的
硫酸法钛白粉的生产--酸解、浸取、还原 一、酸解方法 根据参与反应的硫酸浓度和最终反应产物的状态，钛铁矿酸解的方法有液相法、两相法和固相法三种。 1.液相法 采用55%-65％的硫酸，酸解反应在液相进行，反应温度为130℃-140℃，反应时间为12-16h,为了防止早期水解，酸比值（F）控制在3-3.2，直接得到硫酸钛溶液。 2.两相法 采用65%-80％的硫酸，反应温度为150-200℃，反应时间为6-8h，F值控制在1.8-2. 2，加热至有沉淀析出为止，所得产物呈糊状，加水浸取后，生成悬浮溶液，反应率达85％一90％。 3.固相法 采用80％以上的硫酸，反应剧烈迅速，在5-30min内完成，反应最高温度达250℃，由于硫酸的沸点为338℃，所以能够适应这一要求。所得产物为固相物，然后加水浸取为溶液，控制F值在1. 6-2. 0，最高酸解率可达97％。 二、固相法酸解的优点 液相法和两相法酸解的反应时间长，耗用硫酸多，钛铁矿的分解率低。与这两种方法比较，固相法具有下列优点： ①耗用硫酸量最少； ②反应最迅速，可减少加温时间，缩短生产周期，提高设备利用率和产量，节约燃料； ③酸解率最高； ④溶液F值比较低，有利于后期水解的进行；
⑤设备强度大，生产能力高。 正是由于固相法酸解的优点多，所以工业生产一般都采用固相法。 三、酸解发生的化学反应 钛铁矿的化学组成是偏钛酸亚铁(FeTi0 ），它是一种弱酸弱碱盐，能与 3 强酸反应，并能进行得比较完全。硫酸分解铁铁矿的反应一般认为是按下列反应式进行： 酸解后生成的硫酸钛和硫酸氧钛之间的比例，由酸解条件而定，从反应式(1)、反应式(2)可以看出，每生成lmol的硫酸钛，需要2mo1的硫酸，而每生成lmol的硫酸氧钛，只需要1 mol的硫酸。由此可见，硫酸过量得越多，越有利于反应的进行，且生成硫酸钛。 四、有效酸 在酸解产物浸取所得的钛液中，硫酸主要以三种形式存在：①与钛结合的硫酸；②与其他金属（主要是铁）结合的硫酸；③未被结合，过剩的游离酸。由于无法单独测定与钛结合的酸和游离酸，只能测定这二者的总和，因此就把这两者的总和称为有效酸。 有效酸=与铁结合的酸＋游离酸 同样的钛液，如果经过浓缩或稀释，其浓度变化了，但其性质仍没有变化。 五、酸比值及其影响因素，酸比值的高低将产生的影响 钛液中有效酸与总钛含量之比值称为酸比值，酸比值又称酸度系数，通常用F来表示： 从公式看，游离酸、与钛结合酸和总TiO 含量等三个因素会影响F值。 2 但是F值只是一个酸比值，它在很多情况下，并不能说明一些本质的问题。例如，钛液经过浓缩或稀释后，其总TiO 浓度和有效酸浓度变化了，但其性质和F值 2
本文由0305016230贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 TiO2 硫酸法钛白工艺 Ti-Cons Dr. Jendro und Partner Jendro, Weiland und Partner Management Consultants 总体工艺 硫酸法工艺 (基础原料基础原料) 基础原料 后处理 (TiO2 颜料颜料) Ti-Cons ? 2009 TiTi-Cons ? 2009 Ti- TiO2 硫酸法钛白工艺–第2頁 概括 尾气 矿石 H2SO4 原料, 原料 TiO2 钛渣 H2SO4 废酸浓缩 尾气处理 原料酸解及沉降 过滤及结晶 水解及偏钛酸净化 煅烧 绿矾 (1) 未酸解微颗粒 尾气钛白基料进入后处理 (1) 如果使用 TiO2 钛渣则不需结晶钛渣, Ti-Cons ? 2009 TiTi-Cons ? 2009 Ti- 排放、废料副产品 公辅原料中间产品 TiO2 硫酸法钛白工艺–第3頁 原料酸解及 钛矿, 钛矿 TiO2钛渣燃料燃烧器空气硫酸 (H2SO4) 90-98% 废铁 (Fe) 硫酸(H2SO4) ~ 33% 和 ~ 5-19% 酸解罐水 (H2O) 矿石粉碎 烟囱 搅拌) 空气 (搅拌搅拌黑液 (TiOSO4, FeSO4, H2SO4) 及固体 去沉降 Ti-Cons ? 2009 TiTi-Cons ? 2009 Ti- 概括 TiO2 硫酸法钛白工艺–第4頁 沉降 黑液 (TiOSO4, FeSO4, H2SO4) 及固体 从酸解来 聚合物添加剂 沉降压滤机精滤 未酸解细颗粒去填埋 黑液 (TiOSO4, FeSO4, H2SO4) 去水解
硫酸法钛白粉产生的废物处理方法 作为矿物加工的无机化工产品钛白粉的生产，应该说从1918年的硫酸法开始，到氯化法的研究直至1958年的工业化生产，始终伴随着大量废副处理之问题。无论硫酸法还是氯化法，分离过程均是无机化工的本质。众所周知，质量、环保、健康，与之对应的国际标准是ISO 9000、ISO 14000, ISO 18000；这是社会进步的必然结果。20世纪80年代，在发达国家硫酸法钛白粉、氯化法钛白粉生产的质量已经满足应用的发展并与其同步。进人90年代，绿色运动，环保法规迫使生产者进步，废副处理及排放必须达到法规之要求。技术的进步也使此类问题总是迎刃而解。其废气、废渣、废水已经做到达标排放，或加工成其他产品。对废酸的处理和加工，国外成功的方法费用较高，在100-180＄／t钛白粉左右；而且前国内多数未处理，惟一的某厂引进的装置处理费用与国外相比，也仅在其下限，但不能连续生产，也不能满足其废酸生产量。 (1)废水酸解尾气吸收废水，偏钛酸洗涤稀酸用石灰中和生产石膏用于建材原料。 (2)废酸经预处理除铁浓缩，返回生产中，或用于其他需要硫酸原料的化工生产上。 (3)废渣七水合硫酸亚铁，加工成净水剂、饲料添加剂、铁红颜料、磁性铁氧体或生产硫酸。 (4)废气酸解尾气用水或碱液吸收，煅烧尾气用水或碱液吸收，再经静电除雾。 1.全球硫酸法钛白粉废酸处理与综合利用概况 硫酸法钛白粉生产工艺自1918年到现在已有八十多年的历史，长期的研究与改进使其工艺已趋于完善，除操作工艺、控制手段和设备选用不同外，各公司的主要流程基本上是一致的。硫酸法的特点是原料（钛铁矿、硫酸）资源丰富，廉价易得；工艺技术成熟，设备简单，易于操作管理。缺点是工艺流程长，间歇操作，废副（硫酸亚铁、稀废硫酸和酸性污水）排放量大。在20世纪80年代后期和90年代初期，硫酸法钛白粉生产工艺引人不同的改进方法，对废酸、废水、废气进行综合开发治理，使硫酸法与氯化法在环保上不再有更大差别。 在用硫酸法生产钛白粉时，无论采用钛精矿作为原料，还是采用高钛渣为原料生产钛白粉均要产生大量的稀硫酸。因工艺分离技术的不同，所产生的稀硫酸的量和含量也有所不同。每生产It钛白粉平均要副产浓度20％左右的废硫酸6-8t。 2.具有代表性的废酸浓缩工艺 (1)芬兰技术芬兰Ruma-Repola公司是芬兰一家大的国营工程公司。公司下属五个部门，Rosenlew工程部致力于工业环境保护工程技术，专长为工业废水和废酸的治理。据称，他们提供的蒸发设备占世界蒸发量的50％，为世界第一。 Rauma公司的浓缩装置，已在德国、芬兰等国的钛白粉生产厂中应用。据介绍，1981年在德国（原西德）拜耳公司建立一套中试装置，采用强制循环，废酸终点浓度为65％。1982年按中试工艺，建了一个三段蒸发的浓缩装置，每小时处理量为30t，生产78％酸。 1987年再次为拜耳公司提供一套更大的废酸浓缩装置，蒸发量为58t/h,且设备材料方面做了很大的更新，采用玻璃钢衬聚氯乙烯材料，该装置1989年已投产。 1989年又为芬兰科米拉公司在波里的钛白厂建立一套废酸浓缩装置。 在我国，Rauma公司曾经洽谈向淄博临淄有机化工厂、保定第二化工厂的糠醇车间提供废酸浓缩装置。据称，还为甘肃404厂15 OOOt/a钛白车间提供钛液浓缩、真空结晶等设备。由于其他原因而未实施。 1990年，芬兰劳马公司在南京同南京油脂化工厂等单位就废酸浓缩技术进行交流。他们介绍了20％废酸经一段蒸发浓缩至70％以及20％废酸分三段蒸发至70％的浓缩装置。鉴于一段蒸发的两条线和三段蒸发的一条线报价仅差20多万美元，而一段蒸发每蒸发It水需耗1. 2t蒸汽，三段蒸发仅耗蒸汽0. 7t（见下图）。因此，南京油脂化工厂曾打算引进该技术，并由化三院提供可行性研究报告，l0kt/a钛白粉扩改建工程项目，后未实施。
硫酸法钛白粉水洗及水循环膜处理工艺探讨 在目前的化学生产方法中大多数企业采用的是水洗工序硫酸法进行生产，而在水洗硫酸法中经常用到的材料就是钛白粉材料，对于钛白粉来说，是在生活中影响比较深的一种工序问题，面对以往的化学材料来说，在制作的过程中排水量比较大，在粉体上流失比较严重，这样一来，就会严重阻碍了钛白粉制作的发展。 标签：钛白粉；硫酸法；膜处理 目前，中国的钛白粉工艺大多是起源于刚建立的阶段，在以往最早的时候，就出现了一批钛白粉制造企业，这是采用硫酸法生产钛白粉进行制造，其实在这其中二氧化钛就算钛白粉，是一种比较好颜料，在亮度上也比较高，当然在日常生活中使用的比较广泛，然而在硫酸法的工艺过程中，经常会出现水解产物中偏钛酸工艺手法，这是因为在该手法中，会出现大量的可溶性杂质以及游离硫酸，所以说，如果这些化学杂质出现问题的话，那么会直接影响到对二氧化钛的使用率，最后会对偏态算的水洗工序产生影响。 1、分析硫酸法钛白粉生产的发展情况 1.1对钛白粉生产的情况 从以往的时候，全球钛白粉生产的排名在美国旗下就经营了近百年的时间了，主要还是以独立的形式存在的，自然也会结束了对钛白粉的杜邦时代。但是在中国看来，钛白粉的生产比较快速，同时也造就了全球钛白粉生产格局的变化，在按照世界排名来说，就是以中国为主的硫酸法钛白粉生产商以及占有率一般的材料进行发展。 1.2对钛白粉生产的方法使用 钛白粉它是作为工业生产分为氯化法和硫酸法。①氯化法所采用的就是度钛原料氯化中产生的氯化钛的中间物质，再一个就是对四氯钛氧化转变成钛白时的氧化工序中就会形成氯气，这样在分离后就会得到氯气中间的产物，还可以直接进行提取，这是作为目前北美生产的方法之一。除了杜邦公司以外，对于其余生产使用的钛原料就是为富集钛矿的高钛渣或者是人造金红石，来生产出比较高的成本。②硫酸法就是采用对硫酸分解钛原料生成的硫酸氧钛，然后在沉淀的偏钛酸的水解中进行加工，这是因为浓度低没有办法直接进行使用。 1.3硫酸法 硫酸法是以钛铁矿和浓硫酸为主要原料，首先将钛铁矿与浓硫酸进行酸解反应生成硫酸钛、硫酸氧钛和硫酸亚铁组成钛液，钛液经去除泥浆、硫酸亚铁等杂志后，硫酸氧钛水解生成偏钛酸，再经过水洗除铁，偏钛酸经煅烧转变为二氧化钛颗粒，最后粉碎就得到钛白粉产品。
硫酸法制钛白粉的工业现状及“三废”处理 曾霞（110705044） 2011级励志班 摘要：介绍硫酸法制钛白粉的工业现状，同时简单介绍“三废”的处理方法及工艺流程。 关键词：硫酸法钛白粉工业现状“三废”处理 引文：钛白粉学名二氧化钛，由于其化学性能稳定，具有高折射率良好的遮盖力和着色力，被广泛应用于近年来发展速度较快的许多领域，如涂料、油墨、塑料、橡胶、纸张、陶瓷和合成纤维等。钛白粉的生产工艺主要有硫酸法、氯化法和盐酸法几种。其中硫酸固相法技术，由于其工艺比较成熟，因此在工业上得到了广泛的使用。硫酸法是中国钛白粉生产的主要技术类型，而硫酸法钛白粉生产排出的“三废”对环境的污染是比较严重的。在我国几乎没有一个钛白粉工厂的水、气、渣的排放能够完全达到国家规定的排放要求．少数工厂因环保问题而被迫停产、搬迁等。因此，分析硫酸法制钛白的现状、找到存在的问题、研究硫酸法生产钛白粉过程中产生的“三废”处理和优化其工艺有着迫切的现实意义。
1钛白粉工业现状 一个国家的钛白粉消耗是社会消费水平的重要标志。钛白粉因其应用非常广泛，与国民经济关系极其密切，因此推动钛白工业的发展可推动国民经济的增长。 1.1国外钛白工业现状 世界钛白粉的消费量与产量跟国际经济的发展紧密相连。从市场供求状况来看，1973年和1979年受两次“石油危机”冲击，1990～1991年及1995～1996年世界经济衰退均直接导致钛白粉需求量的下降，进入20世纪80年代，钛白粉迎来了一个兴旺发展时期，近十余年来，随着涂料、塑料、造纸等工业的发展增加了钛白粉的消费量，总体来看世界钛白工业将仍处于成长稳定期；从工业钛白粉制取的方法来看，氯化法钛白粉占主导地位，氯化法生产钛白粉最早是在1956年被杜邦公司应用于工业生产，氯化法是钛白工业先进技术的代表，目前它被美国的杜邦公司和科美基公司所垄断；从生产能力来看，世界钛白粉销售量为360万吨/年，已成为世界无机化工产品销售商品之一，仅次于合成氨、磷酸而位列第三位，随着世界经济的发展和人民生活水平的提高，近10年来，钛白粉材料市场十分兴旺，由于需求的快速增长，其生产能力逐步扩大，年均增长率大3.3%以上，跟全球经济GDP增长率相适应；从钛白产品类型来看，国外以高档红金石型钛白为主，并有各种专用钛白产品。
常见的钛白粉的生产工艺流程 硫酸法锐钛型钛白粉的工艺简述： 硫酸法生产钛白粉步骤1、钛矿粉碎 将购进的钛矿砂用雷蒙机或者风扫磨等粉碎成符合工艺要求的钛矿粉，并送到储存和计量钛矿粉的料仓。硫酸法生产钛白粉步骤2、酸解 用浓硫酸分解钛矿，制取可溶性的钛的硫酸盐。钛铁矿的主要成分为偏钛酸铁（FeTiO3），是一种弱酸弱碱盐，可以用强酸把它分解。用过量的酸就能使反应进行到底。由于这个反应是一个放热反应，最高温度可以达到250℃，因此必须采用高沸点的酸--硫酸才能适应这一反应。在酸分解的过程当中，矿粉当中的各种杂质大部分也被分解，生成相应的可溶性硫酸盐，并在浸取的时候与钛的可溶性盐一起进入溶液当中，形成黑钛液。为了除铁，用金属铁把钛液中的高价铁还原成亚铁，同时，为了避免亚铁的再一次氧化，还必须用过量的金属铁把定量的四价钛还原成三价钛。 硫酸法生产钛白粉步骤3、沉降 酸解浸取、还原以后的体系是一个复杂的体系，含有可溶性杂质和不溶性的杂质。铁、钒、铬、锰等金属的硫酸盐为可溶性的杂质，在结晶或水解、水洗的过程中除去。不溶性杂质中的大多数，如未分解的钛矿、沙粒等靠重力的作用可以自然沉降除掉。不溶性杂质中的另一部分是硅和铝的胶体化合物，以及一些早期水解了的钛，虽然数量并不大，但具有很高的动力稳定性，需要另外加沉降剂，强化沉降澄清过程。 硫酸法生产钛白粉步骤4、洗渣 经过净化沉降后的泥渣中还含有大量的可溶性与不可溶性的钛，为保证收率，要通过用板框压滤机压滤的办法回收其中的大部分可以溶解的钛元素，不溶性钛和其他的未溶解杂质作为废渣排掉。 硫酸法生产钛白粉步骤5、结晶 结晶有两种方式：冷冻结晶和真空结晶。FeSO4溶解度受溶液的温度影响很大。因此，在组成一定的钛液中，FeSO4的溶解度随温度的降低而降低，本工序的主要目的就是使钛液的温度降低。 5.1 冷冻结晶是利用制冷介质(液氨或者氟利昂或者溴化锂等)的蒸发带走热量，使冷冻盐水温度降低，通过盘管换热，从而使钛液的温度降低下来，造成FeSO4 处于过饱和状态，过饱和的部分便以含七个结晶水的FeSO4?7H2O的形式结晶析出，同时带出部分结晶水，然后将其分离除去。 根据溶液绝热蒸发的原理，利用闪蒸的方式使钛液中的水分快速绝热蒸发，吸收钛液的热5.2 量从而使钛液的温度降低，造成FeSO4 处于过饱和状态，过饱和的部分便以含七个结晶水的 FeSO4?7H2O的形式结晶析出，同时带出部分结晶水，然后将其分离除去。 硫酸法生产钛白粉步骤6、钛液压滤 沉降后的钛液当中还有一些肉眼看不到的悬浮杂质，这些杂质如果不除去的话，将会影响到成品的色相。因此，必须要进行精密过滤。利用板框压滤机，并以木炭粉(或者硅藻土、珍珠岩)为助滤剂进行压滤，利用木炭粉的强吸附作用进一步除去钛液中的不溶性杂质，达到净化的目的。 硫酸法生产钛白粉步骤7、浓缩 浓缩是为了将钛液的浓度提高到水解所要求的指标。钛液的沸点较高，已经高于钛液水解的临界温度，因此，钛液的浓缩必须在较低温度下进行。利用溶液在真空状态下沸点降低的原理，在低温下使钛液沸腾，将钛液中的水分蒸发掉，使精滤后的钛液浓度得以提高，以符合水解要求。 硫酸法生产钛白粉步骤8、水解 钛液的水解是二氧化钛从液相（钛液）重新转变为固相的过程。钛液具有普通离子溶液的性质，在PH值＞0.5时便发生水解。更重要的是，钛液具有胶体溶液的性质。在游离酸很高的情况下，使其维持沸腾状态也会发生水解反应，这是我们制取一定应用性能和制品性能的水合二氧化钛的依据。通过控制加热的速度，使钛液按照需要的水解速度发生水解反应，生成我们需要的水和二氧化钛粒子。 硫酸法生产钛白粉步骤9、水洗
硫酸法钛白粉生产 一、实验目的 1. 熟悉常见的仪器的使用和实验方案的设计要求； 2. 了解硫酸法钛白粉生产工艺流程及其过程中存在的问题； 3. 掌握硫酸法钛白粉生产的基本方法及钛白粉产品的分析方法； 4. 掌握硫酸法钛白的生产原理，了解产品的常见工艺指标。 二、硫酸法钛白粉制备原理及工艺用浓硫酸分解钛矿，制取可溶性的钛的硫酸盐。钛铁矿的主 要成分为偏钛酸铁 (FeTiO3),是一种弱酸弱碱盐，可以用强酸把它分解。用过量的酸就能使反应进行到底。酸解涉及到的方程式： FeTiQ+3HSQ—FeSG+Ti(SO4) 2+3HO FeTiO3+2HSO^ FeSQ+TiQSQ+2HQ Fe2Q+3HSS Fe2(SO) 3+3HQ 酸解浸取、还原以后的体系是一个复杂的体系，含有可溶性杂质和不溶性的杂质。在结晶或水解、水洗的过程中除去, 经过上述步骤除杂后，还有一些肉眼看不到的悬浮杂质，这些杂质将会影响到成品的色相。因此，利用木炭粉的强吸附作用进一步除去，达到净化的目的。然后将得到的产品浓缩使其浓度提高到水解所要求的指标。经过水解，使二氧化钛从液相(钛液)重新转变为固相。钛液水解是硫酸法生产钛白粉最关键的一步，为确保水解产物的质量，水解条件必须严格控制。水解快结束的时候用水稀释，可提高钛液的水解率，但稀释过度，则会影响水合二氧化钛的质量。水解方程式有：
TiSQ+2HS TiOSQ+HSQ TQSG+2HS H2TiQ3 J+H2SQ 水解后的水合二氧化钛含有硫酸以及铁、铝、锰、铜、镍、钒、铅等离子，必须进行水洗（其酸性滤液应回收处理）、漂白（酸性和还原条件下进行）将它们除去，否则产品将被污染。漂白涉及到的方程式如下： HTiQ s+HSQ^ TiQSQ+2HO 2Fe（QH"HSQ^Fe2（SQ）3+6HQ Zn+2Fd+—Zn2++2Fe2+ Zn+2Ti4+—Zn2++2Ti3+ 偏钛酸在煅烧前需要加入不同类型的添加剂，以使得在煅烧过程中，温度适当，内部变化平稳，使成品的二氧化钛具有稳定的晶型，良好的色相、光泽，较好的着色力、遮盖力，较低的吸油量和合适的晶粒大小、形状，以及在使用介质中良好的分散性。盐处理剂的作用如下：加入钾盐，可以使产品疏松、洁白，并且降低脱硫的温度，改变煅烧的条件，提高着色力等颜料性能；加入磷酸，可以使产品质地柔软，色泽比较白，并提高产品的耐候性。 然后将合格的偏钛酸与浓碱液反应得到钛酸钠（也可用固体二氧化钛与固体氢氧 化钠在850C高温下共融制得），在经过洗涤形成正钛酸，最后在浓盐酸的作用下，进行胶溶过程使正钛酸分散为脱离危险黏状的浆料。最后进行煅烧，得到产品（工厂中的产品还必须进行粉碎和包装为成品）。涉及到的反应方程式如下： HTiQ s+NaQh f NaTiQ4+3HQ NaTiQ4+4H? HTiQ4+4NaQH 硫酸法生产工艺实验流程图如下：
年产5万吨硫酸法钛白粉生产工艺设计 可行性方案
摘要 本设计介绍了钛白粉的性质、用途、发展趋势、及各种钛白粉的生产方法并做相应的比较，最终采用目前国内普遍使用并且技术比较成熟的酸解法。 本设计的目的是完成年产5万吨酸解法钛白粉（金红石型）生产工艺设计，其中包括工艺流程设计、物料衡算、能量衡算、主要设备的选型、生产过程中的三废处理以及废副产品的利用。 关键词：钛白粉；硫酸法；水解；工艺计算
目录 第1章概述 (1) 1.1 钛白粉的性质 (1) 1.2 钛白粉的用途 (2) 1.3 当前钛白粉生产质量标准 (4) 1.4 全球钛白的发展情况 (6) 1.4.1 国际钛白粉生产发展史 (6) 1.4.2 世界钛资源分布情况 (6) 1.5 国内钛白粉的发展情况 (8) 1.5.1 国内钛白粉生产发展史 (8) 1.5.2 我国钛矿的分布情况 (9) 1.5.3 国内钛白粉行业的发展前景 (9) 1.6 钛白粉生产工艺的比较及选择 (10) 1.7 国内外钛白粉的主要生产厂家 (11) 1.7.1 国外主要生产厂家 (11) 1.7.2 国内主要生产厂家 (13) 1.8 设计的目的及内容 (14) 第2章酸解法钛白粉生产工艺流程设计及主要工段介绍 (15) 2.1 反应原理 (15) 2.2 工艺流程方框图 (15)
2.3.1 酸解工段 (18) 2.3.2 浓缩工段 (20) 2.3.3 晶种的制备工段 (21) 2.3.4 水解工段 (23) 第3章酸解法生产钛白粉的工艺计算 (26) 3.1 物料衡算 (26) 3.1.1 原料计算(以生产1吨100 %TiO2计) (26) 3.1.3 结晶过程的物料衡算 (32) 3.1.4 过滤过程物料衡算 (32) 3.1.5 浓缩过程物料衡算 (34) 3.1.6 水解过程中的物料衡算 (35) 3.2 能量衡算(以生产1吨100 %TiO2计) (36) 第4章主要设备计算及选型 (41) 4.1 沉降池选型 (41) 4.2 蒸发器选型 (41) 4.3 水解罐选型 (41) 4.5 主要设备一览表 (42) 第5章污染物治理及废副产品的利用 (44) 5.1 废气的治理 (44) 5.2 废水的治理 (45) 5.3 废渣的处理 (46)
钛白粉生产工艺技术阅读次数:2533 一、???????????? 概述(Introduction) 自1791年发现钛元素到1918年采用硫酸法商业生产钛白粉以来，至今已有80多年的生产和商业使用历史。钛白粉生产方法主要有硫酸法和氯化法。 硫酸法是用钛精矿或酸溶性钛渣与硫酸反应进行酸解反应，得到硫酸氧钛溶液,经水解得到偏钛酸沉淀;再进入转窑煅烧产出TiO2。硫酸法以间歇法操作为主，生产装置弹性大，利于开停车及负荷调整。但其工艺复杂，需要近二十几道工艺步骤，每一工艺步骤必须严格控制，才能生产出最好质量的钛白粉产品，并满足颜料的最优性能。硫酸法既可生产锐钛型产品，又可生产金红石型产品。 氯化法是用含钛的原料，以氯化高钛渣、或人造金红石、或天然金红石等与氯气反应生成四氯化钛，经精馏提纯，然后再进行气相氧化；在速冷后，经过气固分离得到TiO2。该TiO2因吸附一定量的氯，需进行加热或蒸气处理将其移走。该工艺简单，但在1000℃或更高条件氯化，有许多化学工程问题如氯、氯氧化物、四氯化钛的高腐蚀需要解决，再加上所用的原料特殊，较之硫酸法成本高。氯化法生产为连续生产，生产装置操作的弹性不大，开停车及生产负荷不易调整，但其连续工艺生产，过程简单，工艺控制点少，产品质量易于达到最优的控制。再加上没有转窑煅烧工艺形成的烧结，其TiO2原级粒子易于解聚，故所所以在表观上人们习惯认为氯化法钛白粉产品的质量更优异 硫酸法与氯化法的优势比较于下表： 表一、硫酸法和氯化法优劣比较表
一、??????????? 钛白粉原料来源及加工(Raw materials for T iO2 pigment manufacture) 主要有两种具有经济开采利用的钛矿—岩矿和砂矿。如图二所示、多数钛矿在其适合用于钛白粉颜料加工之前，需要进行浓缩与富集、或用其他的加工方法以提高TiO2在原料中的含量。采用通常的选矿方法如重选、磁选、静电选等进行选矿，进一步的加工是电炉冶炼成高钛渣和铁还原与化学处理生产人造金红石。 三．??? 钛白粉生产工艺技术(TiO2 pigment manufacturing technol ogy) 1、硫酸法生产工艺技术(Sulfate technology) 如图一、所示，硫酸法技术的主要工艺步骤是： ●TiO2原料用硫酸酸解； ●沉降，将可溶性硫酸氧钛从固体杂质中分离出来； ●水解硫酸氧钛以形成不溶水解产物或称偏钛酸； ●煅烧除去水份，生成干燥的纯TiO2。 若采用的最初原料配料的铁含量高或钛含量低时，则要在净化和水解之间
1 引言 1.1 本课题的意义 随着钛白粉的生活中的广泛应用，钛白粉的生产总量已成为社会消费水平的重要参考标志。它广泛应用于各种结构表面涂料、塑料及弹性体、印刷油墨、纸张涂层和填料、陶瓷、玻璃、催化剂、涂布织物等行，因此钛白粉的生产备受各工业发达国家的重视。钛白粉目前是最佳的无可替代的无机化工颜料料，我国的钛白粉行业面临严峻考验。1.2 国内外发展状况 目前钛白粉的生产主要有氯化法和硫酸法两种工艺，我国主要应用硫酸法生产钛白粉。其中，硫酸法是以钛铁矿为原料用硫酸分解，然后除铁后经水解而制得。氯化法是以金红石或高钛渣为原料，经氯化生产四氯化钛，然后在高温下氧化而制得。目前世界上 47%的工厂采用硫酸工艺生产，53%的工厂采用盐酸工艺生产。 1.2.1 钛白粉生产方法 硫酸法生产 硫酸法是挪威在1916年首次实现工业化的。主要步骤：1.二氧化钛原料用硫酸酸解2．沉降"将可溶性硫酸氧钛从固体杂质中分离出来3．水解硫酸氧钛以形成不水解产物或称偏钛酸4．煅烧除去水分，生产干燥的纯二氧化钛5．后处理，进行无机物和有机物包膜主要流程是：1、研磨2、酸解3、沉降4、洗渣5、结晶6、钛液压滤7、浓缩8、水解9、水洗10、漂白11、盐处理12、煅烧13、粉碎和包装。 氯化法生产 氯化法是将天然金红石或高钛渣原料与焦炭或石油焦混合后进行高温氯化，生成四氯化钛，再经高温氧化生成二氧化钛，最后经过滤、水洗、干燥和粉碎而得到钛白粉的。 1.2.2 国内外发展状况 我国硫酸法钛白粉生产经过三十多年的努力，虽然有了较大的发展，但与国外先进水平相比，仍存在着生产技术落后、生产规模小、产品档次低、产品质量不稳定等诸多差距，尤其是高档金红石型钛白粉。在生产技术上，国外以氯化法为主，而我国基本上都是硫酸法生产；除几家引进国外硫酸法钛白粉生产技术的厂家外，我国大部分钛白生
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/9518604153.html, 硫酸法生产钛白粉煅烧工艺解析 作者：王方郝静静 来源：《商情》2014年第51期 摘要煅烧是钛白粉生产中水解工序后操作要求最严的工序，煅烧过程中的物理变化直接 影响到成品的光学性质和颜料性能，就煅烧温度、煅烧时间、煅烧强度、煅烧气氛对钛白粉质量影响来探讨解析。 关键词钛白粉煅烧 一、水合二氧化钛的煅烧过程 煅烧用的回转窑通常是钢壳内衬优质高铝耐火砖，回转窑的长径比一般为12～20︰1。物料进入回转窑后首先是脱水过程，由于水合二氧化钛中含有化学结合水，因此脱水过程在100～300℃区间。水合二氧化钛中吸附有大量的硫酸根，需要通过煅烧除去，一般脱硫温度500～800℃之间。经过脱水和脱硫后的水合二氧化钛，随着在回转窑内的转动而位移至粒子成长和晶型转化的高温区，首先是原来不定晶型的水合二氧化钛转变成锐钛型二氧化钛，同时粒子开始长大，当温度达到950℃左右，锐钛型开始转化成金红石型。最后物料落入冷却窑（筒）中，通过风冷或水冷后送入粉碎工序。 二、煅烧钛白粉出现色变的原因及其防止色变现象的方法 在生产锐钛型钛白粉时，经常遇到煅烧落窑品或经粉碎成钛白粉后，表面层在日光下出现色变现象，由白色变成浅灰色或浅黄色。原因是：①有一部分锐钛型晶体转变成金红石型晶体；②铁、铬、铜、镍等杂质进人了金红石型晶格内，造成晶格变形所引起。为防止色变发生：①使用定点矿源，以控制钛矿里的杂质含量；②将偏钛酸进行漂白处理，以降低铁杂质的含量；③增加盐处理剂磷酸的用量，以掩蔽铁杂质；④调节煅烧窑内的气氛，以避免金红石型晶体的产生；⑤从回转窑出来的半成品是以大块晶体形式存在，应让其缓慢冷却，以松弛Ti02的晶格。 三、煅烧温度与煅烧强度 煅烧温度与煅烧强度是影响煅烧产品质量的主要因素。煅烧强度包括煅烧温度和煅烧时间，它是煅烧温度和煅烧时间的函数。把握好煅烧温度和煅烧时间不仅产品白度好、消色力、遮盖力高，吸油量低、耐候性也好，产品颗粒软硬适中，否则就很难兼顾上述所有的颜料性能，因此在煅烧操作时不仅要使物料达到一定的温度，还要保证物料在这一区域停留的时间，不能太长也不能太短。通常遮盖力、消色力和耐候性随煅烧温度的提高而提高，但温度过高或在高温区间停留时间过长，粒子变硬、白度下降泛黄变灰；温度过高有时也会造成二氧化钛晶格脱氧而带灰相。相反如果煅烧温度较低，表面上对干粉白度可能有一点好处，粒子也较松软
硫酸法制钛白的工艺设计 第一章概论 1.1 设计的目的 1 ．巩固和运用所学的课程知识、理论联系实际，培养工艺观点；训练、观察、分析和解决工程实际问题及独立工作能力。 2．掌握钛白粉生产酸解工段的知识和技能，学习和操作控制与生产管理的有关知识。 3．毕业设计是高等工科学校教学计划的重要组成部分，是培养学生开展科研，综合运用的所学知识和技能，提高分析和解决本专业范围内的一般工程技术问题的能力的重要教学环节。 1.2 设计的实际意义 通过毕业设计应使学生获得工程师所必须的初步的综合训练，在不同的程度上提高调研，查阅文献和收集资料的能力，分析和制定设计或实验方案的能力，设计，计算，绘图和使用工具书的能力，技术经济的分析和组织工作的能力，撰写论文或说明书的能力等。 1.3 设计的课程 本设计的课题为“年产1万吨钛白粉厂酸解水解工序的工艺设计” 1.4 设计依据 1．中盐珠化钛白粉厂生产经验数据； 2．硫酸法《钛白粉生产工艺》； 3．《无机盐工艺学》钛白粉章节； 1.4 设计的课程 本设计的课题为“年产2万吨钛白粉硫酸法制备工序的工艺设计” 1.5 设计方案及生产规模 （1）年生产力：折算成100％锐钛型钛白粉吨 （2）年工作时间：300天 （3）日产量：按100％的钛白粉计划吨 （4）生产方法以钛铁矿或富钛料(包括钛渣，酸溶性钛渣、天然和人造金红石)为原料，用硫酸法生产钛白粉的稀有金属冶炼厂设计。
（5）原料组成 经研磨、干燥的钛精矿（含42%-60%的TiO 2)、浓硫酸92%~94%。 1.6 设计任务 1．对生产钛白粉的酸解工段提出流程设计 3. 对生产钛白粉的水解工段提出流程设计 4．对该工艺流程进行物料衡算 5．对该工艺流程的主要设备提出设计和选型 6．绘制带控制点的工艺流程图 第二章 绪论 2.1钛白粉的发展简史 二氧化钛俗称钛白，它不但物理性质十分稳定，而且还具有良好的光学、电学性能和卓越的颜料特性，是当前一种最佳的白色颜料。它的一些其它特性也使它在现代工业、现代农业、现代国和现代科学技术方面得到越来越广泛的应用。 有关钛白粉的制备和性能的研究，始于1824年，由于提取的困难和寻求适当的用途，直到1910年在钛元素发现100年后，才分别由挪威的杰布森与法鲁普，法国的罗西和美国的巴顿共同完成了用硫酸法及熔融法从钛铁矿中制备二氧化钛的生产工艺研究。1916年在挪威的菲特烈斯得建成了世界上第一个年产1000吨含25％的二氧化钛的复合颜料厂。1918年美国的钛颜料公司在尼亚加拉瀑布成功建厂，并于1919年开始生产二氧化钛复合颜料。再此期间，由于一战和当时硫酸法工艺存在缺陷，使得二氧化钛工业的发展速度非常缓慢。1921—1923年，法国的布卢姆菲尔德首创采用稀释法晶种对钛的硫酸盐溶液水解制备水合二氧化钛的工艺进行了重大改革，由法国的塞恩—兹公司于1923年采用并生产出含有96％—99％2Tio 的颜料钛白。至于纯的2Tio 的生产，是由美国的国家铅业公司在1925年完成的。1930麦克伦堡采用外加碱中和晶种，对硫酸盐水解法制备钛白的工艺作了又一次改革，接着硫酸法的工艺从各方面得到不少改进，更趋完善，促使钛白粉的成本不断降低而产品质量大幅度提高，远远超越了其它白色颜料，至1951年加拿大魅北克铁钛公司开始认高品位高钛渣为硫酸法钛白的颜料，为钛白生产减少了废副产品，并提供了新的原料路线。 钛白粉的初始生产几乎都是锐钛型的，金红石型被认为难以人工制造。