3 物料及热量衡算
为了反应时使钛铁矿活化，以加快酸解的速度，酸解时对矿酸混合物预热至60℃，在此过程中需要的热量为Q﹦Cp矿酸m△t=0.63×(143.83＋61.73＋348.37) ×(60－30) ﹦1.05×104KJ
通过书籍查得二氧化钛、氧化铁、氧化亚铁与硫酸的反应热分别为302.3 KJ/Kg、885.1KJ/Kg、1688.9KJ/Kg。
酸解主反应放出的热：
Q﹦3.023×105×142.6＋61.73×0.057×8.851×105＋61.73×0.3472×1.6889×106
﹦1.104×108KJ 硫酸的稀释热：
由公式Q﹦17860n×1.1863/(n＋1.983)
其中n为稀释1mol硫酸所加入的水的摩尔数。
根据工厂的经验浸取时的加水的质量与硫酸的加入量是1.6︰1，在酸解后钛液的F值为1.95~2.05，取中间平均值2.00，根据
F﹦有效酸浓度/总TiO2浓度，而有效酸=与钛结合的酸＋游离酸，所以 游离的酸的浓度﹦有效酸－总TiO2的浓度
﹦总TiO2浓度×（F－1） ﹦180g/l
所以游离的酸的质量为： m﹦180×189.33﹦34.08吨
故加入水的质量为1.6×34.08﹦54.53吨/天 n﹦(34.08/18)/(54.53/98) ﹦3.00mol 所以硫酸被稀释所产生的热量为：
Q﹦17860×3×1.1863/(3＋1.983) ﹦1.28×104 KJ
3.2.4沉降
为了使沉降顺利，沉降的温度控制在45℃，浸取后的钛液的温度通常在50℃左右，所以只需要保持钛液的温度在45℃即可，采用辐射传热的方法，并视传热面的温度为45℃，对空气，对流辐射的联合传热系数aT﹦9.8＋0.07(tw－t) ﹦12.25w/m2k，则单位面积的散热量qT﹦aT.△t﹦12.25×(80－45) ﹦183.75w/m2。
3.2.5浓缩
浓缩的原理是采用薄膜蒸发器，依靠饱和蒸汽被冷凝是放出的热量将清钛液中的水蒸发，以此来提高钛液的浓度。
根据钛白粉厂生产的实例，浓缩前清钛液的浓度（以二氧化钛计）为170g/l～190g/l，取中间数180g/l,浓缩后的钛液的浓度为220g/l～240g/l，也取中间数为
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3 物料及热量衡算
230g/l。
在浓缩过程中钛液减少的体积及为蒸发掉的水，减少的体积为： V=142.6/(230－180)=2.85m3
通过热力学书查得在0.07MPa下饱和液体的气化温度为90℃，气化热为376.92KJ/Kg。
则浓缩所需热量为(冷凝水的温度为30℃)： Q﹦Cpm△t
﹦2850×376.92×(90－30) ﹦6.45×107KJ
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4 设备选型
4 设备选型
4.1球磨系统的选择
根据生产要求每天要磨矿205.56吨,每天以20小时计则每小时需要磨矿205.56/20﹦10.28吨,参考此要求选择一台φ2.8m×6.1m的球磨机,则其体积为:
V﹦3.14×1.4×1.4×6.1﹦37.54 m3
其筒体有效容积为36.94 m3，每小时的进料量为10~12吨，理论上一天可磨矿约为200~240吨，由于存在着对矿粉细度的要求（高钛渣细度：280～325目筛余物3%~8%；钛精矿细度：280～325目筛余物13%~18%），所以实际上每天可磨矿约为164~233吨。该球磨机能够满足4万吨/年钛白的产量设计。
此外，和球磨配套的分级机、布袋除尘器、风机等都要相互匹配，满足设计产量的要求。
4.2酸解锅的选择
根据钛白生产酸解反应中1m3只能反应0.20吨矿粉的设计标准来计算[13]，则每天反应205.56吨的矿所需的反应器的体积为205.56/0.2﹦1027.8m3。考虑本项目的年产量大，所以选择目前最大的酸解罐，其体积为160m3，那么每天需要酸解的锅数为1027.8/160﹦6.42锅，考虑到安全因素反应釜的填充系数为0.7，那么为保证每天的产量，所需酸解的锅数为9锅。
依据4万吨金红石钛白生产工厂的操作，从酸解进料到浸取熟化结束放料到沉降池的所需时间为9小时，在加上清洗酸解锅的辅助时间为0.5小时，那么一天可酸解的锅数为24/9.5﹦2.5锅。要使酸解满足9锅/天的要求那么需要的酸解锅为9/2.5﹦4锅
经过上述计算，所以设计4口体积为160m3的酸解罐。材质为碳钢内衬耐酸耐温砖,橡胶衬里[14]。
4.3沉降池的选择
根据日生产所需酸解反应器的体积为1027.8m3，考虑其填充系数为0.7，则每天酸解产生的钛液的体积为1027.8×0.7=719.46m3。根据第四节的物料衡算可知每次同时沉降的钛液的体积为：
V总﹦V批×4 ﹦160×0.7×4 ﹦448 m3
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4 设备选型
据工厂实例可知沉降的时间为12小时，考虑填充系数为0.7，使用4个160m3的沉降池则V单﹦448/4﹦112m3。依据设计取高度和直径相等即(D﹦H)，则有（π/4）D2×H﹦160,D﹦H﹦5.89,对它进行圆整，本设计采用直径、高均为6.0m 则沉降槽规格为φ6000×6000，4个，耐酸砖内衬。
4.4浓缩器的选择
根据4万吨硫酸法金红石钛白工厂的生产实例选择有效面积为60m2的一套薄膜蒸发器即能满足生产的需求。
设计一套有效面积为60m2的薄膜蒸发器。
4.5工程主要设备配置一览表
数量设备名称 球磨机 分级机 球磨系统 钛白黑段 装置 酸解罐 沉降槽 薄膜蒸发器 干燥袋滤器 引风机 3规格及型号 2.8×6.1米，组合件 符合矿粉细度要求，并与风机匹配 符合日产量的要求 符合系统负压的要求 （台） 1 1 1 1 4 4 1 V=160m φ5300×11135 mm碳钢;耐酸耐温砖,橡胶衬里; V=160m3 φ6000×6000耐酸砖 F=60m2 19
5 污染治理及排放
5 污染治理及排放
5.1废气的治理及排放
废气主要为金红石型钛白粉装置（钛白装置酸解尾气，煅烧尾气及含尘废气）和锅炉房产生的燃煤烟气[15]。废气中主要污染物为硫酸雾，SO2、粉尘、烟尘，经治理后均能达标排放。分述如下：
5.1.1含尘废气
生产中产生粉尘的部位主要是原矿粉碎，干燥及成品前、后粉碎和成品包装等工序。原料粉碎产生的含尘废气中主要为原矿粉尘，干燥及成品前、后粉碎产生的粉尘主要为TiO2，其含尘废气均采用高效袋式除尘器处理，除尘效率大于98%，净化后废气粉尘均能达标排放。
5.1.2酸解废气
酸解尾气间隙产生，尾气中含有H2SO4酸雾、SO2和大量的水蒸汽。酸解尾气采用水洗塔、碱洗塔洗涤后通过40m高烟囱达标排放，喷淋后的水返回水池沉淀冷却后循环使用。
5.2废酸的产生及处理
硫酸法钛白粉生产中要产生大量的废酸，由于本项目采用钛渣及矿粉（以7：3质量比）为原料，所需的酸耗比用钛精矿相比较低，产生的废酸也相对较少。由酸平衡可以看出，该项目建成投产后，每生产一吨金红石型钛白粉将产生20%的废硫酸3.13吨[16]（4万t/a钛白装置全年产生废酸12.5万t）。废酸中含有大量的游离酸及少量FeSO4（见下表），若直接排放，对金沙江局部水体将造成一定的事故性废酸污染。
5.3废水的治理及排放
项目废水主要为钛白粉装置中产生的酸性废水（水洗酸性废水、尾气洗涤水、设备冲洗水），循环水排污水及各装置地坪冲洗水，煤气发生炉产生的酚氰废水、急冷器冷却水、间冷器冷却水和生活污水。
5.3.1工业废水
①钛白粉装置废水
生产废水主要为酸性废水，主要为来自钛白粉生产各装置水洗酸性废水（含H2SO4、FeSO4、TiO2）[17]、酸解尾气洗涤水（含H2SO4：＜1%、微量矿粉）、煅烧尾气洗涤水（含TiO2）、除盐水站反冲洗水（微酸性或微碱性）。
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