鈦白廢酸電極加熱器的設(shè)計(jì)分析藍(lán)日衛(wèi)

朱名強(qiáng) 梁飄 蘇獻(xiàn)偉

摘? 要：針對(duì)硫酸法鈦白粉企業(yè)處理廢酸和回收綜合利用問(wèn)題，業(yè)內(nèi)人士一直在探索和研究，相關(guān)企業(yè)目前主要采用廢酸濃縮法、廢酸中和法等，其中，廢酸濃縮法是最主要的方法，但廢酸濃縮使用的設(shè)備昂貴，能量消耗和操作費(fèi)用也高。同時(shí)，硫酸法鈦白廢酸綜合利用的一些新方法也在研究和探索之中，如壓膜蒸餾法，因?yàn)闈饪s過(guò)程中析出硫酸鹽、工藝不暢、處理能力低等問(wèn)題，該方法的應(yīng)用和推廣具有很大的局限性。針對(duì)廢酸不外排和回收綜合利用的問(wèn)題，文章提出了采用鈦白廢酸電極加熱器加熱鈦白廢酸的新工藝。采用鈦白廢酸電極加熱器在硫酸法鈦白粉企業(yè)進(jìn)行應(yīng)用，不僅能解決廢酸不外排和綜合再利用的問(wèn)題，還能獲得非常顯著的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

關(guān)鍵詞：廢酸處理;廢酸回用;電極加熱器;經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益

中圖分類號(hào)：X788? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2019）33-0091-02

Abstract： In view of the problem of waste acid treatment and recovery and comprehensive utilization of titanium dioxide by sulfuric acid process， people in the industry have been exploring and studying the problem. At present， the relevant enterprises mainly adopt waste acid concentration method， waste acid neutralization method and so on. Waste acid concentration method is the most important method. However， the equipment used for waste acid concentration is expensive， and the energy consumption and operating cost are also high. At the same time， some new methods for comprehensive utilization of titanium dioxide waste acid by sulfuric acid process are also being studied and explored， such as pressure film distillation， because of the precipitation of sulfate in the concentration process， poor process， low treatment capacity and so on. The application and popularization of this method has great limitations. In order to solve the problem of non-discharge and comprehensive utilization of waste acid， a new process of heating waste acid with titanium dioxide waste acid electrode heater is proposed in this paper. The application of titanium dioxide waste acid electrode heater in sulfuric acid titanium dioxide enterprise can not only solve the problem of non-discharge and comprehensive reuse of waste acid， but also obtain very significant economic and environmental benefits.?Keywords： waste acid treatment; waste acid reuse; electrode heater; economic and environmental benefits

1 硫酸法鈦白粉企業(yè)廢酸處理情況

硫酸法鈦白粉企業(yè)生產(chǎn)，會(huì)產(chǎn)生很多廢酸，如何將廢酸處理和回收利用，是一直在研究的課題。如果廢酸處理不好，將會(huì)增加生產(chǎn)成本，且對(duì)環(huán)境造成污染。不同的企業(yè)處理廢酸的方法是不相同的，有些企業(yè)能將廢酸再利用，取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。

廢酸濃縮法就是將廢酸加熱，使硫酸的濃度增加，再返回酸解工序。濃縮法可以采用浸沒(méi)燃燒法和真空濃縮法。浸沒(méi)燃燒法為早期的濃縮工藝，工藝過(guò)程為直接將產(chǎn)生的高溫氣體噴入廢酸中，讓廢酸的水分蒸發(fā)，從而濃縮廢酸，這種濃縮法濃縮后的硫酸濃度不是很高，并且對(duì)設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，用此法把廢硫酸濃縮至一定比例后出售或供生產(chǎn)磷肥使用。真空蒸發(fā)濃縮，近年來(lái)很多鈦白粉企業(yè)運(yùn)用該方法，根據(jù)其蒸發(fā)強(qiáng)度、濃縮級(jí)數(shù)，分別把20%左右的廢硫酸濃縮至40%、50%、70%甚至90%以上，取得較好的效果。

廢酸中和法是采用石灰石或石灰分兩次中和廢酸，廢酸中和法的關(guān)鍵技術(shù)是要掌握石膏的結(jié)晶方法，否則對(duì)生成的石膏顆粒和氫氧化鐵十分難過(guò)濾。該方法主要的問(wèn)題是：產(chǎn)生的硫酸沒(méi)有得到再次回收利用，并且消耗的試劑量很大。

如何綜合利用廢酸，方法是多種多樣的。在工業(yè)上應(yīng)用的有：制備人造金紅石，采用石原法，石原公司曾將硫酸法鈦白廠產(chǎn)生的大約90%的廢酸用于生產(chǎn)人造金紅石;制取硫酸鋅，以鈦白廢酸和鋅焙砂（主要成分為ZnO）為原料，在一定工藝條件下進(jìn)行浸出反應(yīng)，浸出液經(jīng)凈化后濃縮結(jié)晶得到ZnSO4產(chǎn)品;制取硫酸錳，采用全濕法制取硫酸錳;制備磷肥，將磷礦濕磨后與硫酸反應(yīng)生成磷酸，磷酸再和氨氣反應(yīng)生成磷酸一銨或二銨復(fù)合肥;生產(chǎn)鐵系顏料，利用廢酸與廢鐵皮、鐵屑反應(yīng)，得到硫酸亞鐵溶液，用此原料生產(chǎn)氧化鐵黑、鐵紅等鐵系顏料。

硫酸法鈦白廢酸綜合利用的其他一些新方法也在研究和探索之中。找到一種能量消耗低、方法簡(jiǎn)單、能讓廢酸不外排和再利用的技術(shù)，是硫酸法鈦白粉企業(yè)一直在努力的。本課題針對(duì)廢酸不外排和再利用的問(wèn)題，提出了采用鈦白廢酸電極加熱器加熱鈦白廢酸的新工藝。該工藝流程是用耐腐蝕稀酸泵將含酸濃度為20%左右的鈦白廢酸壓入鈦白廢酸電極加熱器，達(dá)到最高液位后，停止進(jìn)液，然后開啟電源，當(dāng)廢酸加熱到100℃時(shí)，停止供電，將熱廢酸排出加熱器。

綜上所述，在硫酸法鈦白粉生產(chǎn)過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生較多廢酸，采用什么技術(shù)將廢酸重復(fù)利用和綜合利用并且盡可能少污染環(huán)境，是行業(yè)內(nèi)一直都在研究解決的難題。當(dāng)前，濃縮法主要采用列管式石墨加熱器來(lái)加熱鈦白廢酸，但在操作中存在幾個(gè)問(wèn)題：（1）能量消耗大，運(yùn)行過(guò)程中不太穩(wěn)定;（2）設(shè)備投資很大且對(duì)材質(zhì)的要求很高;（3）操作過(guò)程復(fù)雜且設(shè)備維修困難。針對(duì)廢酸不外排和綜合利用的問(wèn)題，本文提出了采用鈦白廢酸電極加熱器加熱鈦白廢酸的新工藝，電極加熱器是化工工業(yè)領(lǐng)域廢酸加熱操作過(guò)程設(shè)備。采用鈦白廢酸電極加熱器在硫酸法鈦白粉企業(yè)進(jìn)行應(yīng)用，不僅能解決廢酸不外排和綜合再利用的問(wèn)題，還將獲得非常可觀的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

2 鈦白廢酸電極加熱器結(jié)構(gòu)

如圖1所示，是一種新型鈦白廢酸電極加熱器，由排酸閥（1）、進(jìn)酸閥（2）、隔板（3）、電源箱蓋（4）、電極板（5）、電極固定槽（6）、液溫和液位控制器（7）、殼體（8）組成。采用的電極板（5）由導(dǎo)電的耐腐蝕材料制成。采用的殼體（8）、排酸閥（1）、進(jìn)酸閥（2）過(guò)酸部件均由耐腐蝕材料制成。

在殼體左側(cè)下方安裝排酸閥和進(jìn)酸閥，用進(jìn)、排酸管道將排酸閥和進(jìn)酸閥與殼體連接，使廢酸能交替進(jìn)出殼體;在殼體內(nèi)安裝多組電極板，每塊電極板固定在電極固定槽內(nèi)，確保相鄰兩塊電極板間的距離;在殼體上方設(shè)置一塊隔板，阻止廢酸濺出殼體;在殼體右側(cè)上方設(shè)置液溫和液位控制器，當(dāng)加注廢酸進(jìn)入殼體時(shí)，確保殼體內(nèi)廢酸的液位高度在安全線下，當(dāng)廢酸加熱到100℃時(shí)，停止供電;在殼體上方設(shè)置電源箱蓋，保證用電的安全。本加熱器具有加熱效率高、不易堵塞、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作容易、投資少的優(yōu)點(diǎn)。

3 鈦白廢酸電極加熱器功能和使用說(shuō)明

用耐腐蝕稀酸泵將含酸濃度為20%左右的鈦白廢酸通過(guò)進(jìn)酸閥壓入鈦白廢酸電極加熱器的殼體，泵送廢酸以定時(shí)方式控制進(jìn)酸量，萬(wàn)一定時(shí)方式失效，液位超過(guò)電極板上溢流孔，廢酸液位超過(guò)安全線以上時(shí)，通過(guò)液溫和液位控制器的控制，就會(huì)立即斷開耐腐蝕稀酸泵的電源，停止泵送廢酸;當(dāng)泵送廢酸達(dá)到最高液位后，則停止進(jìn)液，然后開啟加熱電源，電極板通電，利用液體介質(zhì)自身的高電阻特性，將電能直接轉(zhuǎn)換成熱能，使廢酸自身發(fā)熱，其熱效率可達(dá)100%。當(dāng)廢酸加熱到100℃時(shí)，通過(guò)液溫和液位控制器的控制，停止供電，開啟排酸閥，將熱廢酸排出加熱器;鈦白廢酸電極加熱器采用隔板密封殼體上溢的廢酸，采用電極固定槽固定電極板，采用電源箱蓋保證電極板接線的絕緣及安全。

4 鈦白廢酸電極加熱器的優(yōu)點(diǎn)

（1）加熱過(guò)程能耗低：采用電極加熱方式加熱廢酸，電極板通電，利用液體介質(zhì)自身的高電阻特性，將電能直接轉(zhuǎn)換成熱能，使廢酸自身發(fā)熱，其熱效率可達(dá)100%。

（2）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、有效：鈦白廢酸電極加熱器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、有效，加熱過(guò)程中無(wú)鹽類析出，不會(huì)結(jié)垢、堵塞，為廢酸再利用打下基礎(chǔ)。

（3）產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益顯著：該設(shè)備投資少、回收及綜合利用大量的廢酸，將產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

（4）產(chǎn)生明顯的環(huán)境效益：該電極加熱器加熱過(guò)程不會(huì)產(chǎn)生任何新的有害物質(zhì)，符合“減量化、資源化”原則，不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染物，具有明顯環(huán)境效益。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了耐腐蝕、高效率以及對(duì)鈦白廢酸的加熱工藝適應(yīng)性強(qiáng)的鈦白廢酸電極加熱器，工藝流程是用耐腐蝕稀酸泵將含酸濃度為20%左右的鈦白廢酸壓入鈦白廢酸電極加熱器，達(dá)到最高液位后，停止進(jìn)液，然后開啟電源，電極板通電，利用液體介質(zhì)自身的高電阻特性，將電能直接轉(zhuǎn)換成熱能，使廢酸自身發(fā)熱，其熱效率可達(dá)100%。當(dāng)廢酸加熱到100℃時(shí)，停止供電，將熱廢酸排出加熱器。采用電極加熱方式加熱廢酸，為硫酸法鈦白廢酸回收利用打下了基礎(chǔ)，是節(jié)約能源、降低成本和減少環(huán)境污染的有效措施。該技術(shù)能在硫酸法鈦白粉行業(yè)推廣，將獲得顯著的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

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