四氯化鈦工藝路線的改進(jìn)對(duì)沉降過濾的影響

楊軍

（天津渤天化工有限責(zé)任公司四氯化鈦廠，天津300193）

?

四氯化鈦工藝路線的改進(jìn)對(duì)沉降過濾的影響

楊軍

（天津渤天化工有限責(zé)任公司四氯化鈦廠，天津300193）

摘要：本文研究的內(nèi)容是在濃密機(jī)經(jīng)過改進(jìn)后的基礎(chǔ)上，通過對(duì)工藝管路的部分改進(jìn)，從而降低粗四氯化鈦進(jìn)入濃密機(jī)前的固液比。通過粗四氯化鈦沉降試驗(yàn)的數(shù)據(jù)可以看出，在沉降試驗(yàn)的前期以及沉降試驗(yàn)的中期，沉降速度都是很快的，這也就是說，在沉降層濃度很低的情況下，沉降的速度還是比較快的，所以在某種程度上說，如果可以適當(dāng)?shù)恼{(diào)整一些進(jìn)入濃密機(jī)前的粗四氯化鈦的固液比，一定會(huì)提高一些沉降效率，同時(shí)也會(huì)減少一些沉降的時(shí)間。

關(guān)鍵詞：四氯化鈦；沉降過濾

1　概述

我廠四氯化鈦產(chǎn)能為8t/班，以往工藝線路的走向?yàn)樗形锪隙家?jīng)過濃密機(jī)進(jìn)行沉淀，但沉降效果并不是很理想。濃密機(jī)為重力沉降設(shè)備，所以進(jìn)入其中的物料的雜志濃度越高，沉降時(shí)間越長(zhǎng)，沉降效果會(huì)越明顯。因此，本人針對(duì)這一理念，將現(xiàn)有的工藝管路走向進(jìn)行部分設(shè)計(jì)。新設(shè)計(jì)將原設(shè)計(jì)的進(jìn)料方式由連續(xù)進(jìn)料改為間歇進(jìn)料，并且班產(chǎn)還能達(dá)到8t/班。

2　現(xiàn)階段生產(chǎn)工藝中沉降過濾概況

2.1現(xiàn)階段生產(chǎn)工藝線路簡(jiǎn)介

現(xiàn)階段進(jìn)入濃密機(jī)的粗四氯化鈦的來源有以下幾條途徑。

1）粗四氯化鈦煙氣經(jīng)三個(gè)淋洗塔后有效成分及部分雜質(zhì)充分被經(jīng)冷凝后的的液態(tài)粗四氯化鈦吸收，并進(jìn)入淋洗塔對(duì)應(yīng)的循環(huán)槽內(nèi)，三個(gè)循環(huán)槽之間是相通的，當(dāng)三個(gè)循環(huán)槽內(nèi)的粗四氯化鈦裝滿后，會(huì)通過循環(huán)槽側(cè)上方的溢流管溢流出并流進(jìn)1#中間計(jì)量罐，再由該計(jì)量罐上方的液下泵間歇的送出到濃密機(jī)進(jìn)行沉淀。

2）當(dāng)濃密機(jī)中的粗四氯化鈦裝滿并沉淀后，物料會(huì)從濃密機(jī)的側(cè)上方的溢流口流出到2#中間計(jì)量罐，當(dāng)2#中間計(jì)量罐內(nèi)的物料達(dá)到一定液位時(shí)，會(huì)用液下泵送入到高位罐中。高位罐的物料達(dá)到一定液位后會(huì)從高位罐錐底部排放至筒式過濾器中進(jìn)行過濾，被濾網(wǎng)攔住的大顆粒雜質(zhì)的物料泥漿從筒式過濾器的底部排放至濃密機(jī)。

3）高位罐內(nèi)的物料裝滿后多余的粗四氯化鈦物料會(huì)順著高位罐側(cè)上方的溢流管流到濃密機(jī)中。

4）1#中間計(jì)量罐的溢流口的最終流向也是濃密機(jī)。

為了更加直觀和快捷的了解上述工藝路線走向，本文中繪制了該部分的工藝路線走向圖。詳見圖1。

2.2設(shè)計(jì)缺陷

通過2.1中粗四氯化鈦對(duì)進(jìn)入濃密機(jī)途徑的介紹，可以看出有以下幾點(diǎn)缺陷。

1）在進(jìn)入濃密機(jī)的第一條途徑中，進(jìn)入1#計(jì)量罐的粗四氯化鈦有溢流進(jìn)入的，有通過循環(huán)槽底部截門打開后排放的。這顯然是有缺陷的，當(dāng)含雜質(zhì)物料進(jìn)入循環(huán)槽后就會(huì)開始沉淀。通過第二章中的沉淀實(shí)驗(yàn)可以得知，在沉淀的前兩個(gè)小時(shí)，沉淀效率高達(dá)47.3%，接近50%，雖然物料在源源不斷的進(jìn)入中，勢(shì)必會(huì)對(duì)粗物料的自然沉降造成影響，但沉淀時(shí)刻都在進(jìn)行，沉淀效率不會(huì)影響很多。另外，根據(jù)工藝圖可以看出1#循環(huán)槽應(yīng)該最先裝滿物料，每一個(gè)循環(huán)槽的體積都接近2m3，并且循環(huán)槽之間有溢流管，所以即使一個(gè)循環(huán)槽滿了也會(huì)溢流到其他的循環(huán)槽內(nèi)急需進(jìn)行沉降，裝滿后溢流到第二個(gè)，進(jìn)而溢流到第三個(gè)，最終溢流到1#計(jì)量罐當(dāng)中。這樣溢流出來的物料的固液比肯定會(huì)比直接排放的要低。關(guān)于這部分闡述的數(shù)據(jù)論證會(huì)在后文中有所體現(xiàn)。此外，當(dāng)物料在循環(huán)槽內(nèi)沉淀滿2h后，打開循環(huán)槽底部的截門排放一半或三分之一的物料泥漿到濃密機(jī)中，進(jìn)行進(jìn)一步的自然沉淀。

圖1　現(xiàn)階段沉降部分工藝路線圖

2）高位罐中的溢流管不應(yīng)該流向濃密機(jī)，而應(yīng)該流回到2#計(jì)量罐。因?yàn)闈饷軝C(jī)是用來沉淀高雜質(zhì)濃度物料的設(shè)備，將低雜質(zhì)濃度的物料注入其中，只會(huì)影響沉降時(shí)間。該高位罐的體積約為1.5m3根據(jù)粗四氯化鈦與水的比重為1.7計(jì)算，該高位罐應(yīng)至少能盛2.5t的粗四氯化鈦，相當(dāng)于2.5h的產(chǎn)量，這樣被送到高位罐中的粗四氯化鈦至少可以在高位罐中自然沉淀1h。然后從高位罐底部將罐中的下半部分的高濃度雜質(zhì)的物料泥漿排放到筒式過濾器中進(jìn)行過濾。剩余的半罐低雜質(zhì)濃度的物料混合新注入的物料繼續(xù)沉淀1h，如此往復(fù)。

3）1#中間計(jì)量罐的溢流口的不能與濃密機(jī)相連。所謂的溢流的概念，滿則溢。通常情況下，溢流出來的都會(huì)比存在原罐中物料的雜質(zhì)濃度低很多，那么還是那句話，濃密機(jī)是用來沉淀高雜質(zhì)物料濃度的設(shè)備，將低濃度的物料注入其中，只會(huì)影響沉降時(shí)間。

3　更改后生產(chǎn)工藝中沉降過濾概況

3.1更改后生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)介

新生產(chǎn)工藝是按照2.2中所講的原設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)缺陷改正后的版本，具體介紹如下。

3.1.1液態(tài)粗四氯化鈦進(jìn)入循環(huán)槽內(nèi)，在循環(huán)槽逐級(jí)進(jìn)行沉淀。由于進(jìn)入系統(tǒng)有先后，所以通常情況下，1#循環(huán)槽內(nèi)的粗四氯化鈦的量是最多的，雜質(zhì)濃度也會(huì)是最高，這種猜測(cè)和修爐時(shí)打開1#淋洗塔上蓋時(shí)看到的情況一樣。修爐時(shí)依次打開三個(gè)淋洗塔的上蓋會(huì)發(fā)現(xiàn)，一號(hào)淋洗塔的兩個(gè)淋洗筒的內(nèi)壁上附著的泥層是最厚的，二號(hào)淋洗塔的兩個(gè)淋洗筒比一號(hào)的要少，三號(hào)淋洗塔的最少。所以一號(hào)淋洗塔對(duì)應(yīng)的循環(huán)槽體積應(yīng)增大，增大到應(yīng)該可以容納至少4t粗四氯化鈦的容量，這樣就可以保證在產(chǎn)量1t/h的情況下，粗四氯化鈦至少在該循環(huán)槽內(nèi)沉淀4h。二號(hào)、三號(hào)淋洗塔對(duì)應(yīng)的循環(huán)槽的容積可以不變。根據(jù)循環(huán)槽上方的液位計(jì)為參考，每4h從循環(huán)槽底部排放一次，這樣可以保證沉淀下來內(nèi)的高雜質(zhì)濃度的物料能及時(shí)拍走，排放的最終流向不是中間計(jì)量罐，而是濃密機(jī)。這樣做的目的是減少雜質(zhì)在計(jì)量罐中的沉積，以及能夠讓高濃度雜質(zhì)物料更快的進(jìn)行沉淀，從而減少成品產(chǎn)出的時(shí)間。三個(gè)循環(huán)槽的排放量不同：一號(hào)循環(huán)槽排放二分之一，二號(hào)、三號(hào)循環(huán)槽排放三分之一。多余產(chǎn)出的粗物料，循環(huán)槽內(nèi)盛不開的，可以從三號(hào)循環(huán)槽的溢流管溢流到中間計(jì)量罐中。

3.1.2取消二號(hào)中間計(jì)量罐，只利用一個(gè)中間計(jì)量罐。該中間計(jì)量罐中的物料每4h向高位罐泵送一次，直至高位罐裝滿后停泵。中間計(jì)量罐底部排放口每班向濃密機(jī)排放一次，將罐底淤泥放凈。

3.1.3從高位罐底部排放粗物料進(jìn)入筒式過濾器，高位罐側(cè)上方的溢流口最終流向中間計(jì)量罐，道理同上。

具體路線詳見圖2，圖中的粗實(shí)線部分為更改后工藝路線圖，圖中細(xì)實(shí)線為更改前工藝路線圖。

圖2　更改后沉降部分工藝路線圖

3.2相關(guān)數(shù)據(jù)試驗(yàn)

為了驗(yàn)證本設(shè)計(jì)在更改工藝線路后的效果，特做以下實(shí)驗(yàn)，來證明各種設(shè)備在盛裝粗四氯化鈦的一定時(shí)間后，固液比含量會(huì)隨設(shè)備的高度增加而變低，而高雜質(zhì)濃度的粗四氯化鈦進(jìn)入濃密機(jī)后的沉降效果，要比原設(shè)計(jì)中的所有產(chǎn)出的粗物料全部都要經(jīng)過濃密機(jī)進(jìn)行沉降的效果要好，要快。

3.2.1循環(huán)槽抽液試驗(yàn)

循環(huán)槽的規(guī)格尺寸為?2750mm×1500mm，抽取的位置為1500mm、1200mm、1000mm、800mm、500mm、300mm、100mm等7處，抽取后分別進(jìn)行固液比分析，分析數(shù)據(jù)如下表1。粗四氯化鈦樣品為循環(huán)槽經(jīng)歷4h未排放的情況下抽取的。

表1　1#、2#、3#循環(huán)槽不同位置固液比分析表

每臺(tái)循環(huán)槽內(nèi)都有液下泵，該泵的作用就是將粗四氯化鈦液體泵送到冷凝器中冷凝后，經(jīng)淋洗塔噴嘴噴出，并吸收四氯化鈦煙氣中的四氯化鈦。液下泵深入循環(huán)槽800mm，并且還有連續(xù)不斷的粗物料從淋洗塔中注入到循環(huán)槽內(nèi)，所以泵槽內(nèi)的液體在1000mm范圍內(nèi)的液體的狀態(tài)總是流動(dòng)的，這也就可以解釋在這個(gè)范圍內(nèi)的粗物料的固液比基本相同。但是這樣會(huì)影響沉降的效果，可沉降的過程還是存在的，這點(diǎn)通過對(duì)1500mm處，及1200mm處的粗物料樣品的提取可以判斷出來，下半部分總體來說符合靜態(tài)沉降的一般規(guī)律，即隨深度的增加，固液比也會(huì)增加。

并且，通過固液比分析可以看出，1#循環(huán)槽內(nèi)的粗物料的固液比要高于2#槽，更高于3#槽。這是由于，四氯化鈦煙氣經(jīng)過1#淋洗塔時(shí)大部分大顆粒雜質(zhì)都沉降或溶于粗四氯化鈦，并留在1#循環(huán)槽內(nèi)了，而煙氣經(jīng)過2#淋洗塔煙氣中的顆粒雜質(zhì)已經(jīng)所剩無幾。再到經(jīng)過3#淋洗塔時(shí)，煙氣中的顆粒雜質(zhì)已經(jīng)基本沒有了，所以被吸收的全是四氯化鈦。但3#循環(huán)槽內(nèi)的固液比仍然很高，這是因?yàn)椋齻€(gè)循環(huán)槽距離頂部100mm的位置都有一根溢流管，使得三個(gè)循環(huán)槽是相通的。

所以，通過上述實(shí)驗(yàn)可以得出以下結(jié)論，將原裝置設(shè)計(jì)成：生產(chǎn)裝置連續(xù)運(yùn)行4h后，1#循環(huán)槽根據(jù)液位排放四分之一；2#循環(huán)槽可以排放五分之一；3#循環(huán)槽可以排放排放五分之一。經(jīng)過計(jì)算可以得出，三個(gè)循環(huán)車槽在4h的時(shí)間間隔內(nèi)向濃密機(jī)定時(shí)排放共計(jì)2.2m3的粗物料，根據(jù)粗四氯化鈦與水的比重為1.7：1的關(guān)系，可以推算出，共計(jì)排放了3.74t的粗物料。8h可以排放7.48t的粗物料。

3.2.2計(jì)量罐的抽取實(shí)驗(yàn)

計(jì)量罐的規(guī)格尺寸為?3000mm×1600mm，所以抽取的位置與1500mm、1200mm、1000mm、800mm、500mm、300mm等6處，抽取后分別進(jìn)行固液比分析，分析結(jié)果為當(dāng)抽取深度分別為1500，1200，1000，800，500，300時(shí)，固液比（%）為：20.4，12.6，8.6，5.3，3.5，2.9。

計(jì)量罐的容積為9m3，每班8h，打開計(jì)量罐底部的截門，用泵將計(jì)量罐底的泥漿抽到濃密機(jī)內(nèi)。這樣就可以保證粗物料經(jīng)各設(shè)備累積沉降后每8h的向濃密機(jī)注入8t高雜質(zhì)濃度的粗物料，即平均每小時(shí)1t，符合本套裝置滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的產(chǎn)能。

4　結(jié)論

通過對(duì)部分工藝管路的改進(jìn)可以實(shí)現(xiàn)進(jìn)入濃密機(jī)沉降前的粗四氯化鈦的固液比有所提高，這樣在產(chǎn)量不變的情況下，進(jìn)入濃密機(jī)的物料會(huì)有所減少，高含固量的粗四氯化鈦在濃密機(jī)中重力沉降的時(shí)間會(huì)有所增加，沉降效果明顯好于之前。

doi：10.3969/j.issn.1008-1267.2016.01.012

中圖分類號(hào)：TQ028.9+1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1008-1267（2016）01-0035-04

收稿日期：2015-08-21

作者簡(jiǎn)介：楊軍（1982～），男，2006年畢業(yè)于北京化工學(xué)院，大本，2015年畢業(yè)于沈陽工業(yè)大學(xué)，研究生，主要從事設(shè)備管理工作。