年产10万吨金红石型钛白粉工厂设计(8)

4.3.5 结晶过程的物料衡算

本设计采用真空结晶，根据实际工况，结晶最终除去硫酸亚铁率为99.5 ％，每1 mol的硫酸亚铁含有7 mol结晶水，分子式为FeSO4·7H2O 故通过结晶剩余硫酸亚铁的质量：

m FeSO4=237.5×0.005=1.19t 用作结晶产生绿矾的FeSO4

237.5-1.19=235.96t

结晶带走水的质量：

m水=235.96t×132÷152=204.91t 表4-6 结晶过程的物料衡算表 进料 物质 TiOSO4 Ti2(SO4)3 FeSO4 CaSO4 MgSO4 Al2(SO4)3 Sb2(SO4)3 H2O H2SO4 合计

质量 t 238.6 9.8 237.5 4.75 47.9 7.2 1.0 692.6 51.65 1291 物质 TiOSO4 Ti2(SO4)3 FeSO4 CaSO4 MgSO4 Al2(SO4)3 Sb2(SO4)3 H2O H2SO4 绿矾 合计 出料 质量 t 238.6 9.8 1.19 4.75 47.9 7.2 1.0 487.69 51.65 440.87 1290.65 32

4.3.6 浓缩过程物料衡算

为了达到水解的要求，需要浓缩钛液，浓缩前约为150 g/L，密度约为1.46 g/L，要求浓缩后钛液中总钛200 g/L，稳定性≧600，浓缩后钛液密度约1.45-1.55 g/L,取1.52 g/L

除去残渣及不溶解的物质，钛液的总质量为： m（钛液）（1）=238.6+9.8+487.69+51.65=787.74t

钛液中溶质的质量为：

m（钛液）=238.6+9.8+51.65=300.05 t 钛液的总体积：

V1=300.05×103/150=2.00×103 L

当浓缩成200 g/L时，V2=300.05×103/200=1.20×103 L 所以浓缩中要蒸发的水量为： m（水）=?1V1-?2V2=356.32t

剩余的水量m（水）=487.69 - 356.32= 131.37t 表4-7 浓缩过程的物料衡算表 进料 物质 TiOSO4 Ti2(SO4)3 H2O H2SO4 出料 质量t 238.6 9.8 487.69 51.65 787.74 物质 TiOSO4 Ti2(SO4)3 H2O H2SO4 质量t 238.6 9.8 131.37 51.65 356.32 787.74 合计 被蒸发的水 合计 4.3.7 水解过程中的物料衡算

水解过程中的主要化学反应为：

Ti(SO4)2 + H2O =TiOSO4 + H2SO4 TiOSO4 +2H2O = H2TiO3↓ + H2SO4

在实际生产过程中，第一个反应式基本不存在的。 由于钛液中:m(TiOSO4)=238.6 t 据方程式可算出：

m(H2TiO3)=145.23 t m(H2SO4)=145.38 t m(H2O)=53.41 t

为了使水解更完全通常加入物料5 %的水，即0.73 t。

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表4-8 水解过程的物料衡算表 进料 物质 TiOSO4 Ti2(SO4)3 H2O 合计 质量t 238.6 9.8 53.41 301.81 出料 物质 H2TiO3 Ti2(SO4)3 H2SO4 合计 质量t 145.23 9.8 145.38 301.41 由上表可知，进料与出料守衡。

4.4 能量衡算

以生产1批次107.5吨来计算

酸解法生产钛白粉的各个工段均用水蒸汽加热，能量衡算主要是水解工段的能量衡算。

表4-9 饱和水蒸气的焓值表(单位：kcal/kg, 1kJ=0.239kcal) 180℃ 665.0 133℃ 652.0 120℃ 646.4 100℃ 639.1 有关物质生成热如下所示：(1kJ=0.239 kcal)

Q (TiO2)=－224.6 kcal/mol Q (H2SO4)=－194.6 kcal/mol Q (H2O)=－57.8 kcal/mol Q (TiOSO4 )=－358.9 kcal/mol Q (H2TiO3 )=－426.13 kcal/mol

4.4.1 水解反应的反应热

水解反应式：

TiOSO4 +2H2O = H2TiO3↓ + H2SO4

反应的反应热为

Q=(145.23×426.13+145.38×194.6－53.41×57.8－238.6×358.9)×103 =

1457169.9kcal = 6096945.19 [kJ/t]

浓钛液的平均比热容为：C3 =0.29 kcal/kg℃

4.4.2 预热需要的热量

水解时将温度从56 ℃加热升温到96 ℃，此时需要的热量为：

Q= mc△t=301.84 × 0.29 × (96－56)×103

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=3501344 kcal = 14649974.9kJ

4.4.3第一次升温需要的热量

水解时第一次升温时物料温度为90 ℃，沸腾温度为104 ℃，第一次升温到沸腾时间约为30 min。所需要的热量为：

Q= mc△t=301.84×0.29×(104－90)×103 =1225470.4 kcal = 5127491.213 kJ

4.4.4 第二次升温需要的热量

水解是第二次升温时物料温度为102 ℃，沸腾温度为105 ℃，第二次升温到沸腾的时间为约为15 min。所需要的热量为：

Q= mc△t=301.84 × 0.29 ×（105－102）×103

=262600.8 kcal = 1098748.117 kJ

4.4.5保压沸腾时需要的热量

第二次升温后，要保压沸腾三小时，维持在沸腾的温度，平均约为105 ℃， 而维持每千克浓钛液沸腾需要补给的热量约为5524.60 [kJ/kg] 故维持沸腾需要热蒸汽提供的热量大约为：

Q= 301.84 ×103× 5524.60 =1.69×109kJ

4.4.6 需要的饱和蒸汽量

预热、升温、及保压沸腾都是用饱和蒸汽来供热的。

设需要的饱和蒸汽量(4 kg/cm2 绝压)为G [kg/t]，则饱和蒸汽冷凝放热量为：

Q冷凝=G(653.9－88)/0.239=565.9G/0.239

式中：4 kg/cm2 绝压干饱和蒸汽的焓：H=653.9/0.239 [kJ/kg] 矿酸混合后的温度等于此温度下蒸汽的焓：H=88/0.239 [kJ/kg]

预热需要的总热量为：

Q总=6096945.19+14649974.9+5127491.21+10928748.11+1.69×109

=1.717×109 kJ

考虑热损失10 %，则：Q总=(1－10 %)×Q冷凝 即：1.717×109/0.239=0.9×565.9G/0.239 G=3.37×107 t

经过多方查证，若我厂对水蒸气热量供应为3.4×107 t

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故而生产一批次的水蒸气热量需要

Q总=565.9×3.4×107 t

=1.924 ×109KJ

4.4.7水解能量衡算表

表4-10 水解能量衡算表 需热 供热 项目 热量 [KJ] 项目 热量[KJ] 反应热 6096945.19 预热 14649974.9 第一次升温 5127491.213 热蒸气 1.924 ×109 第二次升温 1098748.117 保压沸腾 1.69×109 合计 1.717×109 合计 1.924 ×109 在我们生产过程中能量利用不可能达到百分之百，综合各方损失，能量可见守恒。

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