连续法生产抗水解稳定离子钛的工艺及装置的制作方法

专利名称：连续法生产抗水解稳定离子钛的工艺及装置的制作方法
技术领域：
本发明属于一种生产抗水解稳定离子钛的工艺及装置，具体涉及一 种数字化全自动连续生产线和利用多点、螺旋、逆向、雾状喷射的精细 混合装置。
背景技术：
钛在农作物上的应用效果显著，能促进作物的生长，使幼苗生长迅 速，根系发达，枝叶繁茂，果实饱满，提高产量达到显著或极显著水平； 改善品质，增加果实蛋白质、维生素C和可溶性糖的含量；促进早熟； 增强作物的抗旱、抗涝、抗寒、抗高温、抗病害，减少农药用量；提高 植物对肥料的吸收利用率，从而减少化肥的用量；钛从根本上促进叶绿 素的合成，增强光合作用，提高植物中各种酶的活性，是植物生长的有 益元素，应用前景广泛。
钛是自然界中大量存在的化学元素，在地壳中含量约为0.6°/。； 土壤
中全钛含量约为1 20 g/kg，平均6.8 g/kg。然而，由于在土壤中钛 一般以非溶解态存在，所以，可被植物提取的钛很少，仅为全钛含量的 万分之几。
为使得钛容易被植物吸收，需要获得能溶解的，并且能长期稳定、 不沉淀的钛的制剂。
生产这样的钛制剂有较大的难度，钛能稳定存在于二氧化钛(Ti0.2)， 和钛酸根中。钛盐溶液极不稳定，只能存在于高酸度的溶液中，pH>0.5 就发生水解。二氧化钛不易被植物所吸收，而存在于盐溶液中的离子钛 则容易被植物所吸收。钛主要以四价阳离子(Ti4+)存在，它的溶解度 很低，当pH值等于4 8时，钛是不溶解的，T广由于电荷多，半径小， 因此Ti"离子有很强的极化能力，使它有极强的水解作用，特别是当pH 值较高时，极易水解，水解后，发生沉淀。

发明内容
本发明是为了克服现有技术存在的缺点而提出的，其目的在于提供 一种连续法生产抗水解稳定离子钛的工艺及装置。
本发明的技术方案是 一种连续法生产抗水解稳定离子钛的工艺，
包括以下步骤
(i )钛溶解反应 在反应釜中将金属钛与过量的强酸，进行氧化还原反应，金属钛被 溶解，生成含有钛离子的钛盐溶液；
(ii )初始鳌合反应 钛盐溶液和鳌合剂分别通过计量泵输入到鳌合釜中进行鳌合反应，
4钛盐溶液与鳌合剂的摩尔比为1:1;
(iii) 稀释
通过计量泵由纯净水储罐向盛有鳌合生成物料的稀释釜注入纯净 水稀释，稀释物料至钛离子浓度至40000卯m，压力为O. 2 0. 3Mpa，稀
释后的物料通过计量泵进入I号精细混合反应釜；
(iv) 第一次pH值调整
碱液通过计量泵从碱液罐输送到I号精细混合反应釜，在反应釜内 进行多点、螺旋、逆向、雾状喷射精细混合，其中控制物料的PH值在 2. 5 3以内，压力为0.2 0.3Mpa，碱液的当量浓度为2 4N (摩尔浓 度为2 4)，精细混合后的物料通过管道输送到II号精细混合反应釜；
(v) 第二次鳌合反应
鳌合剂通过计量泵从鳌合剂储罐输送到II号精细混合反应釜中与 第一次pH值调整后的物料进行第二次鳌合，控制物料的pH值在3. 0± 0.1之内，釜内的压力为0.2 0.3Mpa，第二次鳌合后的物料通过管道 输送到III号精细混合反应釜；
(vi) 添加微量元素、第二次pH值调整
微量元素以溶液形式通过计量泵从微量元素储罐输送到m号精细 混合反应釜中，碱液通过计量泵从碱液罐输送到m号精细混合反应釜， 与第二次鳌合后的物料进行第三次精细混合、并用碱液稀释第二次调整
pH值，釜内的压力为0.2 0.3Mpa，碱液的当量浓度为2 4N (摩尔浓 度为2 4)，最后得到成品抗水解稳定离子钛(Ti4+)进入成品罐储存， 成品的pH值控制在3. 1±0. l范围之内，离子钛(T,)的浓度为40(X)ppm。 所述的强酸是盐酸、硝酸或硫酸中的任何一种。所述的鳌合剂釆用 羟基或者羧基有机化合物，如柠檬酸、草酸、抗坏血酸或者EDTA中的 任何一种。所述的微量元素是铜、铁、锰、锌、硼、钼等农业部规定的 16种微量元素肥中的一种或者多种，所添加的微量元素的总量控制在 10%。
一种连续法生产抗水解稳定离子钛的装置，在生产线中所有反应是 连续进行的，物料在流动中顺序进行反应，反应流程由控制中心实时调 控，成品可不间断连续生成。所述装置，包括用管道依次连通的反应釜、 2H十量泵、鳌合釜、稀释釜、^计量泵和I号精细混合反应釜，I号鳌 合剂储罐、8#计量泵和鳌合釜依次连通，纯净水储罐、IOH十量泵和稀
释釜依次连通，n号鳌合剂储罐、14H十量泵和ii号精细混合反应釜依次 连通，微量元素储罐、1/计量泵和III号精细混合反应釜依次连通，碱液 罐分别与i"、 19#计量泵连通；lf计量泵、i号精细混合反应釜、n号 精细混合反应釜、ni号精细混合反应釜、19H十量泵和成品罐依次连通。
其中2#、 8#、 10#、 11#、 14#、 lf、 199七个计量泵的流量传感器的输出端与控制中心的流量输入端连接，控制中心的流量输出端与上述计量 泵的流量传感器的输入端连接；反应釜、I号鳌合剂储罐、纯净水储罐、 碱液罐、II号鳌合剂储罐和微量元素储罐上的料位传感器的输出端与控 制中心的料位输入端连接，控制中心的输出端与上述反应釜、I号鳌合 剂储罐、纯净水储罐、碱液罐、II号鳌合剂储罐和微量元素储罐的料位 补给泵的流量传感器的输入端连接；鳌合釜、稀释釜、以及I、 II、 m
号精细混合反应釜上的压力、温度、PH值三种传感器的输出端与控制中 心的压力、温度、PH输入端连接，控制中心的温度输出端与反应釜的水 套循环水的循环泵的温度传感器的输入端连接，控制中心的压力、PH输 出端与其中的10#、 11#、 19#三个计量泵的流量传感器的输入端连接。
所述的控制中心为工业控制机，型号为ABVANTCH-610。
所述的I、 II、 III号精细混合反应釜由筒体和上盖组成，在筒体内 部设置一个带有多个均布小孔的蛇形管，在筒体内部还设置有搅拌器。
所述的小孔的直径为1 2mm。所述的搅拌器的旋转方向与碱液在蛇 形管中的流动方向相反。
本发明采用了多点、螺旋、逆向、雾状喷射技术，同时实现了数字 化全自动连续生产线，达到了物料精细混合的效果，此两项技术大大缩 短了物料互溶的时间，易于控制溶液的pH值，提高了产品的稳定性。


图1是本发明的连续法生产抗水解稳定离子钛的工艺流程及装置方 框图2是本发明的精细混合反应釜结构示意图。
具体实施例方式
下面，参照附图和实施例对本发明的连续法生产抗水解稳定离子钛 的工艺及装置进行详细说明
f寸图说明
^巾
1 反应釜 3 暨合羞
6 I号精细混合反应釜 9 纯净水储罐 12碱液储罐
is n号精细混合反应釜
16微量元素储罐 20控制中心 30筒体 32蛇形管 34密封垫
2、 5、 8、 10计量泵
4稀释釜
7 I号鳌合剂储罐
11、 14、 17、 19计量泵
II号鳌合剂储罐
16微量元素储罐
18 ni号精细混合反应釜，
21成品罐 31上盖 33搅拌器 35小孔如
图1所示， 一种连续法生产抗水解稳定离子钛的工艺，包括以下 过程
(i )钛溶解反应 由于钛盐只能存在高酸度溶液中PH大于0. 5就发生水解，因此必 须强酸生产钛盐溶液。在反应釜1中将金属钛与过量的强酸(盐酸、硝 酸或硫酸任意一种)，进行氧化还原反应，金属钛被溶解，生成钛盐溶
液，釜内的溶液占空比控制在30% 90%之间。钛盐溶液通过计量泵2 注入鳌合釜3中。.
(ii )初始鳌合反应
pH值很小的强酸溶液不适于作为产品用于农作物，为了使钛盐溶液 在较高的Ph值下仍稳定，采用羟基、羧基有机化合物作为鳌合剂使钛 鳌合。I号鳌合剂储罐(7)中的鳌合剂通过计量泵8输入到鳌合釜3 中与钛盐进行初始鳌合反应，钛盐溶液与鳌合剂的摩尔比为1:1，鳌合 釜内为常温，常压。
其中鳌合剂可用柠檬酸、草酸、抗坏血酸或EDTA中的任一种，鳌 合生成物进入稀释釜4。
(iii) 稀禾畢
纯净水储罐9通过计量泵10向盛有鳌合生成物稀释釜4注入纯净 水稀释，稀释物料至钛离子浓度至40000ppm，稀释釜内温度为常温，压 力为0. 2 0. 3Mpa，稀释后的物料通过计量泵5进入I号精细混合反应釜6。
(iv) 第一次pH值调整 为保证不出现局部高pH值区域该过程采用多点、螺旋、逆向、雾状
喷射精细混合。碱液通过计量泵11从碱液罐12输送送到I号精细混合 反应釜6，在反应釜内进行多点、螺旋、逆向、雾状喷射精细混合，其 中控制物料的pH值在2.5 3之内，釜内温度为常温，压力为0.2 0.3Mpa，碱液的当量浓度为2 4N (摩尔浓度为2 4)，精细混合后的 物料通过管道直接输送到n号精细混合反应釜15。
(v) 第二次鳌合反应
由于稀释和加碱过程中pH值上升，为使钛离子稳定必须进一步鳌合。
鳌合剂通过计量泵14从n号鳌合剂储罐i3输送到n号精细混合反应
釜15中与pH值调整后的物料进行第二次鳌合，控制物料自!pH值在3. 0 ±0.1之内，釜内的压力为0.2 0.3Mpa，温度为常温。采用羟基、羧 基有机化合物作为鳌合剂如柠檬酸、草酸、抗坏血酸或EDT八等中的任 一种，第二次鳌合后的物料通过管道直接输送到III号精细混合反应釜18。
(vi)添加微量元素、第二次pH值调整
7不同的农作物需添加不同的微量元素。微量元素以溶液形式通过计 量泵17从微量元素储罐16输送到III号精细混合反应釜18中，碱液通
过计量泵19从碱液罐12输送到m号精细混合反应釜18，与第二次鳌合 后的物料进行第三次精细混合、稀释，控制物料的pH值在3. 1±0. 1范 围之内，釜内的压力为0.2 0.3Mpa，温度为常温，碱液的当量浓度为 2 4N (摩尔浓度为2 4)。微量元素作为生产不同系列产品的配型剂 添加需要到物料里，共有16种不同的微量元素，其中主要应用的6种 为铜、铁、锰、锌、硼、钼等农业部规定的16种微量元素肥中的一 种或者多种，所添加的微量元素的总量控制在10%。
最后得到成品抗水解稳定离子钛进入成品罐25储存，成品的pH值 控制在3. 1±0. 1范围之内，钛离子浓度为4000卯m。
如
图1所示， 一种连续法生产抗水解稳定离子钛的装置，在生产线 中所有反应是连续进行的，物料在流动中顺序进行反应，反应流程由控 制中心实时调控，.成品可不间断连续生成。所述装置，包括用管道依次 连通的反应釜l、计量泵2、鳌合釜3、稀释釜4、计量泵5和I号精细 混合反应釜6， I号鳌合剂储罐7、计量泵8和鳌合釜3依次连通，纯 净水储罐9、计量泵10和稀释釜4依次连通，II号鳌合剂储罐13、计 量泵14和n号精细混合反应釜15依次连通，微量元素储罐16、计量泵 17和III号精细混合反应釜18依次连通，碱液罐12分别与计量泵11、 19连通；计量泵ll、 I号精细混合反应釜6、 1I号精细混合反应釜15、 III号精细混合反应釜18、计量泵19和成品罐21依次连通；
以上各部件的连接是物料的流程通道，
图1中用箭头一~^表示。
计量泵2、 8、 10、 11、 14、 17、 19的流量传感器的输出端与控制 中心20的流量输入端连接，控制中心20的流量输出端的控制信号与上 述计量泵的流量传感器的电信号输入端连接。
在反应釜1、 I号鳌合剂储罐7、纯净水储罐9、碱液罐12、 n号 鳌合剂储罐13和微量元素储罐16上分别设置料位传感器(未图示)， 料位传感器将检测到的该容器内的料位电信号传送到控制中心20的料 位输入端，控制中心的报警器对反应釜l的料位电信号进行数据处理， 处理结果的指令信号分别传送到各自的料位补给泵(未图示)的流量传 感器的信号输入端，以便调整补给泵的流量，使容器内的料位处于设定 的范围内。即容器内的当前的溶液占空比与设定溶液占空比30% 90 %进行比较， 一旦超出此范围，控制中心报警、并自动调整补给泵的流 量，使料位处于设定的范围内。
在鳌合釜3、稀释釜4、以及I、 II 、 in号精细混合反应釜6、 15、 18上分别设置压力、温度、PH值三种传感器(未图示)，传感器将检 测到的该容器内的压力、温度、PH值的电信号传送到控制中心20的输入端，控制中心对压力、温度、PH值的电信号进行数据处理，以便调整 ra值、压力、温度。指令传给反应釜水套循环水的循环泵(未图示)的电 源输入端，调节循环泵的水流量，达到控制温度。当压力低于0.2或高
于0.3Mpa范围时系统自动报警并全线停车。处理结果的指令信号分别 传送到计量泵IO、 11、 19的电源输入端，改变泵的流量以调整pH值。 即容器内的当前的PH值、压力、温度、与设定值进行比较， 一旦超出 此范围，控制中心报警、并自动调整计量泵的流量，使PH值、压力、 温度、处于设定的范围内。
鳌合过程，调节PH值过程，添加微量元素的过程，纯净水稀释过 程都对钛离子浓度产生影响。控制中心对相应计量泵(8、 10、 11、 14、 17、 19)的工况实时检测并由控制中心进行综合计算并将浓度计算结果 的电信号传送到计量泵10的电源输入端，调整计量泵的流量，来控制 钛离子浓度在设定范围内。
图1中用。表示压力、温度、PH值的电信号；用ic》表示料位 的电信号；用O表示流量的电信号。
其中，控制中心为工业控制机，型号为ABVANTCH-610。
其中，微量元素储罐16及相应的计量泵17、 ffl号精细混合反应釜 18和计量泵19设置多套，根据用户对微量元素的需要应用其中的一套 或者多套。
如图2所示，I号精细混合反应釜6由筒体30和上盖31组成，筒 体和上盖之间设置密封垫34，用螺栓紧固。在筒体30内部设置一个带 有多个均布小孔35的蛇形管32，小孔的直径为1 2mm。在筒体30内 部还设置有搅拌器33，搅拌器33由电机(未图示)带动旋转，旋转方 向与碱液在蛇形管的流动方向相反。工作时，物料在筒体内自下而上流 动，碱液自上而下在蛇形管中流动、并由多个小孔中喷射流出，搅拌器 连续搅拌。于是，筒体内部的物料和碱液形成了多点、螺旋、逆向、雾
状喷射状态，防止出现局部高pH区域，达到了精细混合的效果。
II 、 III号精细混合反应釜15、 18和I号精细混合反应釜6的结构 完全相同。
本发明采用了多点、螺旋、逆向、雾状喷射技术，同时实现了数字 化全自动连续生产线，达到了物料精细混合的效果，此两项技术大大缩 短了物料互溶的时间，易于控制溶液的pH值，提高了产品的稳定性。
权利要求
1、一种连续法生产抗水解稳定离子钛的工艺，其特征在于包括以下过程(i)钛溶解反应在反应釜(1)中将金属钛与过量的强酸，进行氧化还原反应，金属钛被溶解，生成含有钛离子的钛盐溶液；(ii)初始鳌合反应钛盐溶液和鳌合剂分别通过计量泵(2、8)输入到鳌合釜(3)中进行鳌合反应，钛盐溶液与鳌合剂的摩尔比为1∶1；(iii)稀释通过计量泵(10)由纯净水储罐(9)向盛有鳌合生成物料的稀释釜(4)注入纯净水稀释，稀释物料至钛离子浓度至40000ppm，压力为0.2～0.3Mpa，稀释后的物料通过计量泵(5)进入I号精细混合反应釜(6)中；(iv)第一次pH值调整碱液通过计量泵(11)从碱液罐(12)输送到I号精细混合反应釜(6)中，在反应釜内进行多点、螺旋、逆向、雾状喷射精细混合，其中控制物料的pH值在2.5～3以内，压力为0.2～0.3Mpa，碱液的当量浓度为2～4N(摩尔浓度为2～4)，精细混合后的物料通过管道输送到II号精细混合反应釜(15)；(v)第二次鳌合反应鳌合剂通过计量泵(14)从鳌合剂储罐(13)输送到II号精细混合反应釜(15)中与第一次pH值调整后的物料进行第二次鳌合，控制物料的pH值在3.0±0.1之内，釜内的压力为0.2～0.3Mpa，第二次鳌合后的物料通过管道输送到III号精细混合反应釜(18)；(vi)添加微量元素、第二次pH值调整微量元素以溶液形式通过计量泵(17)从微量元素储罐(16)输送到III号精细混合反应釜(18)中，碱液通过计量泵(19)从碱液罐(12)输送到III号精细混合反应釜(18)，与第二次鳌合后的物料进行第三次精细混合、并用碱液稀释第二次调整pH值，釜内的压力为0.2～0.3Mpa，碱液的当量浓度为2～4N(摩尔浓度为2～4)，最后得到成品抗水解稳定离子钛进入成品罐(25)储存。
2、 根据权利要求1所述的孝续法生产抗水解稳定离子钛的工艺， 其特征在于所述的强酸是盐M7硝酸或硫酸中的任何一种。
3、 根据权利要求1所述的连续法生产抗水解稳定离子钛的工艺， 其特征在于所述的鳌合剂采用羟基或者羧基有机化合物，如柠檬酸、 草酸、抗坏血酸或者EDTA中的任何一种。
4、 根据权利要求l所述的连续法生产抗水解稳定离子钛的工艺，其 特征在于所述的微量元素是铜、铁、锰、锌、硼、钼等按农业部规定的16种微量元素肥中的一种或者多种，所添加的微量元素的总量控制 在10%。
5、权利要求,l所述的连续法生产抗水解稳定离子钛的工艺采用的 装置，其特征在于在生产线中所有反应是连续进行的，物料在流动中 顺序进行反应，反应流程由控制中心实时调控，成品可不间断连续生成， 所述装置，包括用管道依次连通的反应釜(1)、计量泵(2)、鳌合釜(3)、稀释釜(4)、计量泵(5)和I号精细混合反应釜(6) ， I号 鳌合剂储罐(7)、计量泵(8)和鳌合釜(3)依次连通，纯净水储罐(9)、计量泵(10)和稀释釜(4)依次连通，II号鳌合剂储罐(13)、 计量泵(14)和n号精细混合反应釜(15)依次连通，微量元素储罐(16)、 计量泵(17)和III号精细混合反应釜(18)依次连通，碱液罐(12)分 别与计量泵(U、 19)连通；计量泵(11) 、 I号精细混合反应釜(6)、 II号精细混合反应釜(15) 、 ni号精细混合反应釜(18)、计量泵(19) 和成品罐(21)依次连通；计量泵(2、 8、 K)、 11、 14、 17、 19)的流 量传感器的电信号输出端与控制中心(20)的流量输入端连接，控制中 心(20)的流量输出端的控制信号与上述计量泵的流量传感器的电信号 输入端连接；反应釜(1) 、 I号鳌合剂储罐(7)、纯净水储罐(9)、 碱液罐(12) 、 II号鳌合剂储罐(13)和微量元素储罐(16)上的料位 传感器的电信号输出端与控制中心(20)的料位输入端连接，控制中心(20)的报警器与反应釜(1)的料位信号输出端相连、控制中心(20) 的流量输出端的控制信号与I号鳌合剂储罐(7)、纯净水储罐(9)、 碱液罐(12) 、 II号鳌合剂储罐(13)和微量元素储罐(16)的料位补 给泵的流量传感器的电信号输入端连接；鳌合釜(3)、稀释釜(4)、 以及I 、 II 、 ffl号精细混合反应釜(6、 15、 18)上的压力、温度、PH 值三种传感器的电信号输出端与控制中心(20)的压力、温度、PH输入 端连接，控制中心(20)的温度输出端的控制信号与反应釜1的水套循 环水的循环泵的电源输入端连接，控制中心(20)的压力、PH输出端的 控制信号与计量泵(10、 11、 19)的电源输入端连接。
6、 根据权利要求5所述的连续法生产抗水解稳定离子钛的装置， 其特征在于所述的控制中心(20)为工业控制机，型号为ABVANTCH-610。
7、 根据权利要求5所述的连续法生产抗水解稳定离子钛的装置， 其特征在于所述的I 、 II 、 ffl号精细混合反应釜(6)由筒体(30) 和上盖(31)组成，在筒体(30)内部设置一个带有多个均布小孔(35) 的蛇形管(32)，在筒体(30m部还设置有搅拌器—(33)。
8、 根据权利要求5所述的连续法生产抗水解稳定离子钛的装置， 其特征在于小孔(35)的直径为1 2mm。
9、 根据权利要求5所述的连续法生产抗水解稳定离子钛的装置， 其特征在于搅拌器(33)的旋转方向与碱液在蛇形管(32)中的流动 方向相反。
全文摘要
本发明公开了一种连续法生产抗水解稳定离子钛(Ti⁴⁺)的工艺及装置，其工艺包括(i)钛溶解反应、(ii)初始鳌合反应、(iii)稀释、(iv)第一次pH值调整、(v)第二次鳌合反应和(vi)添加微量元素、第二次pH值调整共六个步骤。其装置包括反应釜、多个计量泵、螯合釜、稀释釜、多个精细混合反应釜、I号螯合剂储罐、纯净水储罐、碱液储罐、II号鳌合剂储罐、多个微量元素储罐和控制中心等部件。本发明采用了多点、螺旋、逆向、雾状喷射技术，同时实现了数字化全自动连续生产线，达到了物料精细混合的效果，大大缩短了物料互溶的时间，易于控制溶液的pH值，提高了产品的稳定性。
文档编号C05G3/00GK101665385SQ20091007045
公开日2010年3月10日 申请日期2009年9月16日 优先权日2009年9月16日
发明者张承凯, 张晓惠, 肖绍坚 申请人:钛谷(天津)科技有限公司