湖南石油化工职业技术学院
毕业设计方案
系部名称：
石化 技术工程系
专业名称： 应用化工技术
班级名称： 学生姓名：
应化3131
刘磊
201311401101 学 号：
指导老师：
易娟
二零一五年九月
湖南石油化工职业技术学院学生毕业设计方案
题目
年产1.2万吨钛白粉生产工艺流程设计
一、钛白粉的用途，国内外生产现状
钛白粉被认为是目前世界上性能最好的一种白色颜料，广泛应用于涂料、塑
料、造纸、印刷油墨、化纤、橡胶、化妆品等工业。
钛白粉(二氧化钛)化学性质稳定，在一般情况下与大部分物质不发生反应。在自然界中二氧化钛有三种结晶：板钛型、锐钛和金红石型。板钛型是不稳定的晶型，无工业利用价值，锐钛型(Anatase)简称A型，和金红石型(Rutile)简称R型，都具有稳定的晶格，是重要的白色颜料和瓷器釉料，与其他白色颜料比较有优越的白度、着色力、遮盖力、耐候性、耐热性、和化学稳定性，特别是没有毒性。 钛白粉广泛用于涂料、塑料、橡胶、油墨、纸张、化纤、陶瓷、日化、医药、食品等行业。
涂料行业是钛白粉的最大用户，特别是金红石型钛白粉，大部分被涂料工业所消耗。用钛白粉制造的涂料，色彩鲜艳，遮盖力高，着色力强，用量省，品种多，对介质的稳定性可起到保护作用，并能增强漆膜的机械强度和附着力，防止
裂纹，防止紫外线和水分透过，延长漆膜寿命。
塑料行业是第二大用户，在塑料中加入钛白粉，可以提高塑料制品的耐热性、耐光性、耐候性，使塑料制品的物理化学性能得到改善，增强制品的机械强度，延长使用寿命。
造纸行业是钛白粉第三大用户，作为纸张填料，主要用在高级纸张和薄型纸张中。在纸张中加入钛白粉，可使纸张具有较好的白度，光泽好，强度高，薄而光滑，印刷时不穿透，质量轻。造纸用钛白粉一般使用未经表面处理的锐钛型钛白粉，可以起到荧光增白剂的作用，增加纸张的白度。但层压纸要求使用经过表
面处理的金红石型钛白粉，以满足耐光、耐热的要求。
钛白粉还是高级油墨中不可缺少的白色颜料。含有钛白粉的油墨耐久不变色，表面润湿性好，易于分散。油墨行业所用的钛白粉有金红石型，也有锐钛型。 纺织和化学纤维行业是钛白粉的另一个重要应用领域。化纤用钛白粉主要作为消光剂。由于锐钛型比金红型软，一般使用锐钛型。化纤用钛白粉一般不需表面处理，但某些特殊品种为了降低二氧化钛的光化学作用，避免纤维在二氧化钛光催
化的作用下降解，需进行表面处理。 随着钛白粉行业的不断发展越来越多的品牌被人类认识，《2013-2017年中国钛白粉行业产销需求与投资预测分析报告》数据显示，我国钛白粉总产能占世界的30%，是世界最大的钛白粉生产国，2011年全国钛白粉总产能为约260万吨。
此外，我国也已成为世界最大的钛白粉消费国，1999-2011年，我国钛白粉
消费量从24.8万吨/年增长至165万吨/年，年复合增长率达17.11%，远超GDP
增速 在涂料体系中使用GR复合钛白颜料可限得与钛白粉相同或相近的性能指标；GR复合钛白颜料可广泛应用于涂料体系中，改善涂料的性能，较大幅度的降低材料的使用成本2011年中国钛白粉行业进出口总额为18.58亿美元，其中进口
额为7.04亿美元，同比增长9.22%;出口额为11.55亿美元，同比增长122.58%;2011年钛白粉国际贸易首次出现贸易顺差，顺差额4.51亿美元2011年，全国钛白粉进口总量20万吨，较上一年减少了6.9万吨，增长率为-25.65%;钛白粉出口总量为38万吨，较上一年增加了11.4万吨，增长率为42.86%。 净出口量达18万吨。这表明，国产钛白粉的质量有所提高，能满足国内大部分下游产品的需求，在替代一部分进口产品的同时，也增加了出口量。
二、年产1.2万吨钛白粉生产工艺流程设计方案。
1、调研与查阅资料
查阅文献，通过网络查资料， 钛白粉制造方法有两种：硫酸法(Sulphate Process)
和氯化法(Chloride Process)。其中56%为氯化法产品，这种产品的70%以上又产自美国杜
邦等钛白粉大厂，其他国家包括中国的钛白粉工厂仍以硫酸法为主。，
2、确定聚氯乙烯聚合方案
硫酸法
将钛铁粉与浓硫酸进行酸解反应生产硫酸氧钛，经水解生成偏钛酸，再经煅烧、粉碎即得到钛白粉产品。此法可生产锐钛型和金红石型钛白粉。硫酸法的优点是能以价低易得的钛铁矿与硫酸为原料，技术较成熟，设备简单，防腐蚀材料易解决。其缺点是流程长，只能以
间歇操作为主，湿法操作，硫酸、水消耗高，废物及副产物多，对环境污染大。
氯化法
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，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。氯化法优点是流程短，生产能力易扩大，连续自动化程度高，能耗相对低，“三废”少，能得到优质产品。其缺点是投资大，设备结构复杂，对材料要求高，要耐高温、耐腐蚀，装置难以维修，研究开发难度大。考虑到设
备问题，最后确定用硫酸法
三、年产1.2万吨钛白粉生产工艺流程设计方法 1、酸解废气 本项目酸解工序生产过程在硫酸与钛铁矿分解时产生大量酸性废气，反应是一锅一锅地间歇操作，产生的废气主要是水蒸气(95%以上)、二氧化硫。酸解工艺：每槽投矿30吨，反应20分钟，全年用矿50062吨，共1669槽。采用项目验收时区环境监测中心数据：7074m3/h粉尘排放浓度28.5mg/m3，SO2排放浓度77mg/m3，酸雾排放浓度8.2mg/m3。公司安装有一套自主研发的酸解废气处理设备，先用大量水喷射吸收水蒸气，后用烧碱吸收中和除酸雾，处理后由25米高排气筒排放（去除率达97%以上），设备处理能力为1.5万m3/h，保证废气进行处理达标后排放。 2、煅烧废气 煅烧废气主要由煅烧转窑产生，煅烧用的水煤气无需冷却直接供煅烧转窑使用，故无酚水、焦油产生。窑烟气主要含烟尘（烟尘、粉尘）、二氧化硫和煅烧分解的三氧化硫。煅烧烟气先经烟道、灰箱除尘，再经空塔水喷淋，用清水喷淋降温、除尘、脱硫，再在填料塔中用碱水喷淋中和脱硫，最后使用电除雾器静电吸附除尘除雾，处理后由55m高，出口直径为1600mm的烟囱排放。排放口装有在线监测装置，烟气量是16155m3/h，烟气处理设备处理能力为：2万m3 /h。 现有项目钛白粉生产产生的废水可分为：生产废水和生活污水。生产废水主要有水洗工序废水、压滤过滤废水、转窑尾气喷淋废水、酸解喷淋冷却废水、煤气炉排水等，现有钛白粉生产废水排放量为80.49万m3/a，2683m3/d，112 m3/h。生产废水由排污系统送至厂区的污水处理站，污水处理工艺流程见图2.1-8。污水先进入均质池混和均匀，后进入爆气池，加石灰中和，再用压缩空气搅拌、爆气，生成石膏，二价铁氧化为三价铁沉淀，除去污染物，降低COD，再经浓密池增浓，后经隔膜压滤机压滤（10kg/cm2），滤饼用压缩空气吹干，清水回用或外排。滤饼主要成分是石膏（含量75%），是水泥厂、红砖厂很好的原料，直接外卖。3、原料粉碎项目外购回来的高钛渣采用5 R型雷蒙机和风扫磨进行粉碎，使高钛渣的细度符合生产的要求，采用脉冲布袋除尘处理，收集到的粉尘全部作为原料用，粉尘的去除效率可以达到99.9%以上，处理后的粉尘以无组织排放的形式排放。 4、 矿酸预混及酸解 矿（高钛渣）酸预混合在酸解锅内进行：在强烈压缩空气搅拌下，经酸矿布料器同时投入浓度为98%的硫酸和粉