东华理工大学毕业设计（论文） 酸解法生产钛白粉的工艺计算
铁钛比?总Fe含量?g/L?106.5??0.71
总TiO2含量?g/L?150 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（1）=2211.67×0.005=11.05 [kg/t]
结晶带走水的质量：
m水（1）=1824.19 [kg/t]
剩余水量：
m水（1）=6414.62－1824.19=4590.43 [kg/t]
结晶物料平衡见表3-6 3.1.4 过滤过程物料衡算
沉降除去了绝大部分残渣，经过真空结晶除去了硫酸亚铁晶体，但是钛液中尚含有一些沉降不完全而带过来的微量固相物，需要采用板框过滤除去，而通常加入助滤剂可全部除去残渣1.75 [kg/t]被除掉。
表3-7 过滤过程的物料衡算表
进料
物质 质量/ [kg/t] TiOSO4 2206.23 Ti2(SO4)3 91.34 FeSO4 11.05 CaSO4 44.17 MgSO4 445.22 MnSO4 33.99 Al2(SO4)3 65.05 H2O 4590.43 H2SO4 480.24 残渣 1.75
合计 7968.47
出料
物质 质量/ [kg/t] TiOSO4 2206.23 Ti2(SO4)3 91.34 FeSO4 11.05 CaSO4 44.17 MgSO4 445.22 MnSO4 33.99 Al2(SO4)3 65.05 H2O 4590.43 H2SO4 480.24 残渣（已除） 1.75
合计 7968.47
经过真空结晶和板框压滤等操作使溶液中钛液的浓度由130 g/L提高到了150 g/L。
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3.1.5 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）=2206.23+91.34+4590.43+480.24=7368.24 [kg/t]
钛液中溶质的质量为：
m（钛液）=2206.23+91.34+480.24=2777.81 [kg/t] 钛液的总体积：
V1=2777.81×103/50=18.51×103 L
当浓缩成200 g/L时，V2=2777.81×103/200=13.89×103 L 所以浓缩中要蒸发的水量为： m（水）=?1V1-?2V2=3134.60 [kg/t]
剩余的水量
m（水）=4590.43 - 3134.60=1455.83 [kg/t]
进料
出料
物质 质量/ [kg/t] TiOSO4 2206.23 Ti2(SO4)3 91.34 剩余H2O 1455.83 蒸发的水 3134.60 H2SO4 480.24 合计 7368.24
表3-8 浓缩过程的物料衡算表
物质 质量/ [kg/t] TiOSO4 2206.23 Ti2(SO4)3 91.34 H2O 4590.43 H2SO4 480.24
合计 7368.24
3.1.6 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)=2206.23 [kg/t] 据方程式可算出：
m(H2TiO3)=1350.77 [kg/t] m(H2SO4)=1352.15 [kg/t] m(H2O)=496.71 [kg/t]
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为了使水解更完全通常加入物料5 %的水，即67.54 [kg/t] 。
表3-9 水解过程的物料衡算表
进料
物质 质量/ [kg/t] TiOSO4 2206.23 Ti2(SO4)3 91.34 H2O 496.71
合计 2794.28
由上表可知，进料与出料守衡。
出料
物质 质量/ [kg/t] H2TiO3 1350.77 Ti2(SO4)3 91.34 H2SO4 1352.15
合计 2794.26
3.2 能量衡算(以生产1吨100 %TiO2计)
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3-10 饱和水蒸气的焓值表[13](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[14]：(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
(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 = 1350.77×426.13+1352.15×194.6－496.7×57.8－2206.23×358.9
=18206.2 kcal = 76176.57 [kJ/t]
浓钛液的平均比热容为：C3 =0.29 kcal/kg℃
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(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=2794.28 × 0.29 × (96－56)
=32413.65 kcal = 135621.96 [kJ/t]
(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=2794.28 × 0.29 × (104－90)
=11344.78 kcal = 47467.68 [kJ/t]
(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=2794.28 × 0.29 ×（105－102）
=2431.02 kcal = 10171.64 [kJ/t]
(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= 2794.28 × 5524.60 =1.54×107 [kJ/t]
(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 [kJ/kg]
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=76176.57+135621.96+47467.68+10171.64+1.54×107
=1.566×107 [kJ/t]
考虑热损失10 %，则：Q总=(1－10 %)×Q冷凝 即：1.566×107/0.239=0.9×565.9G/0.239 G=30766.01 [kg/t] (7) 实际能够供应的水蒸汽的热量
经过实际考察得知江西添光化工有限公司能够供应给水解工段的蒸汽量为
G(供)=31500.0 [kg/t]
而每千克水蒸气的冷凝热为：
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Q冷凝=(653.9－88)/0.239=565.9/0.239 [kJ/kg]
所以水蒸气能够供应给水解工段的总能量为：
Q总=565.9/0.239×31500.0 =1.78 ×107 [kJ/t]
表3-11 水解能量衡算表
需热
项目 热量 [kJ] 反应热 76176.57 预热 135621.96 第一次升温 47467.68 第二次升温 10171.64 保压沸腾 1.54×10
7
供热
项目 热量[kJ]
热蒸气 1.78×10
7
77
合计 1.57×10
合计 1.78×10
考虑到水解过程中一些热量损失，可认为能量守衡。
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