一种间歇真空结晶硫酸亚铁工艺及制备系统的制作方法

本发明涉及一种钛液中脱除硫酸亚铁工艺及制备系统，尤其涉及一种间歇真空结晶硫酸亚铁工艺及制备系统。

背景技术：

在硫酸法钛白粉生产中，钛液中含有的硫酸亚铁需要去除，一般在较低温度下，硫酸亚铁以含七个结晶水的形式结晶出来。经过结晶除去硫酸亚铁之后的钛液，还需经过过滤和浓缩，最终获得符合工艺要求的钛液。

目前国内的主要硫酸法钛白厂多采用间歇式真空结晶，依靠两级蒸汽喷射泵产生高真空，结晶器内钛液沸腾，二次蒸汽被蒸汽喷射泵抽走，经喷射加压升温，然后在混合冷凝器内与循环水直接接触，不凝性气体被水环真空泵抽走。这种方法中蒸汽喷射泵不仅噪声特别大，而且需消耗大量蒸汽。

技术实现要素：

为了解决上述技术所存在的不足之处，本发明提供了一种间歇真空结晶硫酸亚铁工艺及制备系统。

为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：一种间歇真空结晶硫酸亚铁工艺，包括以下步骤：

步骤一、对混有硫酸亚铁的钛液进行抽真空；

步骤二、刚开始蒸发产生的二次蒸汽温度较高，采用循环冷却水作为冷凝介质，将二次蒸汽冷凝下来，使钛液中水份减少，硫酸亚铁的浓度升高；

步骤三、随着蒸发过程的持续进行，二次蒸汽温度越来越低，循环冷却水无法继续作为冷凝介质，利用浓硫酸的吸水性，将低品味的二次蒸汽吸收下来，进一步使钛液中水份减少，硫酸亚铁的浓度升高；

步骤四、钛液经持续蒸发和降温，硫酸亚铁的浓度大于溶解度后，硫酸亚铁在钛液中结晶析出，从而可将钛液中的硫酸亚铁去除。

进一步地，与二次蒸汽接触前，浓硫酸先经循环冷却水降温，使低温的浓硫酸在与二次蒸汽接触时具备使二次蒸汽降温冷凝的作用；吸收二次蒸汽后的硫酸温度升高，可再次通过循环冷却水降温。

进一步地，浓硫酸与二次蒸汽逆流接触，增强浓硫酸对二次蒸汽的冷凝和吸水效果。

进一步地，吸收二次蒸汽之后的硫酸浓度降低，使之吸收三氧化硫可制取浓硫酸，实现浓硫酸的循环利用。

一种间歇真空结晶硫酸亚铁的制备系统，系统包括真空结晶器、一级冷凝器、硫酸吸收冷凝器以及真空泵；

所述真空结晶器的蒸汽出口设置于真空结晶器的上部，且蒸汽出口通过管道与一级冷却器相连通，一级冷却器上设置有冷却循环水管道，一级冷却器的出口通过管道连通有硫酸吸收冷凝器的入口，入口位于硫酸吸收冷凝器的下部，硫酸吸收冷凝器的底部设置有稀释硫酸出口，硫酸吸收冷凝器的上部设置有不凝气出口，不凝气出口处设置有真空泵。

进一步地，真空结晶器的下部设置有盐浆出口。

进一步地，硫酸吸收冷凝器的下部还开设有硫酸循环出口，硫酸循环出口处设置有与硫酸循环入口相连通的管道，硫酸循环入口位于硫酸吸收冷凝器的上部，且管道上设置有二级冷凝器和循环泵。

钛液中脱除硫酸亚铁的工艺主要利用溶解度的原理，将钛液中混合的硫酸亚铁去除，当硫酸亚铁的浓度大于其溶解度后，超出溶解度部分的硫酸亚铁就会以七水硫酸亚铁的形式在钛液中结晶析出，从而利用固液分离的方式将硫酸亚铁从钛液中分离。

然而，在不改变溶解度的前提下，一般采用提高浓度的方式来去除硫酸亚铁，已知浓度由溶质的质量除以溶液的质量求得，通过蒸发沸腾使溶剂减少，从而减少溶液的质量，在溶质质量不变的情况下，使浓度提高。

在此过程中，利用抽真空可降低液体沸点的原理，随着真空度逐渐增大，二次蒸汽的温度反而逐渐降低。然而在二次蒸汽的温度降低至一定温度后，常规的冷却水的冷却效果开始下降，因此本发明提出利用浓硫酸的吸水性对二次蒸汽中的水份进行吸收，并且浓硫酸的温度低，同样可以对二次蒸汽起到冷凝的作用，以增强对水份的吸收，从而可以保证对二次蒸汽的吸水效果，进而保证了使硫酸亚铁浓度增加以导致其结晶析出的效果，并且最终保证了硫酸亚铁自钛液中分离的效果。

本发明工艺相比现有技术可以取代大部分泵的使用，不需要耗费大量的蒸汽，也不需要对二次蒸汽加压升温，可显著降低工艺难度和工艺成本，并且不会像现有技术那样产生大量的噪音。

附图说明

图1为本发明的系统流程图。

图中：1、真空结晶器；2、一级冷凝器；3、硫酸吸收冷凝器；4、真空泵；5、二级冷凝器；6、循环泵；

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示的间歇真空结晶硫酸亚铁的工艺，包括以下步骤：

步骤一、将混有硫酸亚铁的钛液通入到真空结晶器1中，钛液温度一般在50-60℃，钛液达到液位以后，开始用真空泵4抽真空，物料在-80～-90kpa开始蒸发。

步骤二、蒸发产生的二次蒸汽通过蒸汽出口进入到一级冷凝器2中，一级冷却器上设置有冷却循环水管道，冷却循环水管道内接入循环冷却水。由于刚开始蒸发产生的二次蒸汽温度较高，可以通过冷却水进行冷凝，将二次蒸汽冷凝下来，使钛液中水份减少，硫酸亚铁的浓度升高。

步骤三、随着蒸发过程的持续进行，二次蒸汽温度越来越低，循环冷却水无法继续作为冷凝介质，此时使二次蒸汽经过一级冷凝器后继续进入到硫酸吸收冷凝器3中，利用浓硫酸的吸水性，将品味较低的二次蒸汽吸收下来，进一步使钛液中水份减少，硫酸亚铁的浓度升高。

在此过程中，硫酸吸收冷凝器下部的硫酸循环出口与硫酸吸收冷凝器上部的硫酸循环入口形成硫酸循环线，硫酸自硫酸循环出口出，再从硫酸循环入口进，经循环泵6持续循环，与二次蒸汽接触前，浓硫酸先经二级冷凝器5降温，使低温的浓硫酸在与二次蒸汽接触时具备使二次蒸汽降温冷凝的作用；

硫酸在硫酸吸收冷凝器内均匀分布落下，与自下而上的二次蒸汽逆流接触，二次蒸汽被硫酸吸收冷凝，吸收以后的硫酸温度升高，循环至二级冷凝器5内，可再次被降温。

吸收二次蒸汽之后的硫酸浓度降低，从硫酸吸收冷凝器下部的稀释硫酸出口离开硫酸吸收冷凝器，使稀释硫酸吸收三氧化硫可制取浓硫酸，将浓硫酸继续通入到硫酸循环线中，实现浓硫酸的循环利用。

硫酸吸收冷凝器内残留的不凝气体经硫酸吸收冷凝器的上部设置的不凝气出口排出。不凝气出口处设置有真空泵4，真空泵用于对真空结晶器1抽真空，并且将残留的不凝气体抽走，保持系统始终处于高真空状态。

步骤四、钛液经持续蒸发和降温，硫酸亚铁的浓度大于溶解度后，硫酸亚铁在钛液中结晶析出，钛液温度达到工艺要求以后，停止抽真空，使系统处于常压状态，将含有硫酸亚铁的钛液从真空结晶器下部设置的盐浆出口排出，从而可将钛液中的硫酸亚铁去除。

上述实施方式并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的技术方案范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也均属于本发明的保护范围。

技术特征：

1.一种间歇真空结晶硫酸亚铁工艺，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一、对混有硫酸亚铁的钛液进行抽真空；

步骤二、刚开始蒸发产生的二次蒸汽温度较高，采用循环冷却水作为冷凝介质，将二次蒸汽冷凝下来，使钛液中水份减少，硫酸亚铁的浓度升高；

步骤三、随着蒸发过程的持续进行，二次蒸汽温度越来越低，循环冷却水无法继续作为冷凝介质，利用浓硫酸的吸水性，将低品味的二次蒸汽吸收下来，进一步使钛液中水份减少，硫酸亚铁的浓度升高；

步骤四、钛液经持续蒸发和降温，硫酸亚铁的浓度大于溶解度后，硫酸亚铁在钛液中结晶析出，从而可将钛液中的硫酸亚铁去除。

2.根据权利要求1所述的间歇真空结晶硫酸亚铁工艺，其特征在于：与二次蒸汽接触前，浓硫酸先经循环冷却水降温，使低温的浓硫酸在与二次蒸汽接触时具备使二次蒸汽降温冷凝的作用；吸收二次蒸汽后的硫酸温度升高，可再次通过循环冷却水降温。

3.根据权利要求2所述的间歇真空结晶硫酸亚铁工艺，其特征在于：浓硫酸与二次蒸汽逆流接触，增强浓硫酸对二次蒸汽的冷凝和吸水效果。

4.根据权利要求3所述的间歇真空结晶硫酸亚铁工艺，其特征在于：吸收二次蒸汽之后的硫酸浓度降低，使之吸收三氧化硫可制取浓硫酸，实现浓硫酸的循环利用。

5.一种如权利要求1-4任一项所述的间歇真空结晶硫酸亚铁的制备系统，其特征在于：所述系统包括真空结晶器(1)、一级冷凝器(2)、硫酸吸收冷凝器(3)以及真空泵(4)；

所述真空结晶器(1)的蒸汽出口设置于真空结晶器的上部，且蒸汽出口通过管道与一级冷却器(2)相连通，一级冷却器上设置有冷却循环水管道，一级冷却器的出口通过管道连通有硫酸吸收冷凝器(3)的入口，入口位于硫酸吸收冷凝器的下部，硫酸吸收冷凝器的底部设置有稀释硫酸出口，硫酸吸收冷凝器的上部设置有不凝气出口，不凝气出口处设置有真空泵(4)。

6.根据权利要求5所述的间歇真空结晶硫酸亚铁的制备系统，其特征在于：所述真空结晶器的下部设置有盐浆出口。

7.根据权利要求6所述的间歇真空结晶硫酸亚铁工艺的制备系统，其特征在于：所述硫酸吸收冷凝器的下部还开设有硫酸循环出口，硫酸循环出口处设置有与硫酸循环入口相连通的管道，硫酸循环入口位于硫酸吸收冷凝器的上部，且管道上设置有二级冷凝器(5)和循环泵(6)。

技术总结
本发明公开了一种间歇真空结晶硫酸亚铁工艺，包括以下步骤：对混有硫酸亚铁的钛液进行抽真空；刚开始蒸发产生的二次蒸汽温度采用循环冷却水冷凝；随着蒸发过程的持续进行，利用浓硫酸的吸水性，将低品味的二次蒸汽吸收下来，进一步使钛液中水份减少；钛液经持续蒸发和降温，硫酸亚铁的浓度大于溶解度后，硫酸亚铁在钛液中结晶析出，从而可将钛液中的硫酸亚铁去除。一种间歇真空结晶硫酸亚铁的制备系统，系统包括真空结晶器、一级冷凝器、硫酸吸收冷凝器以及真空泵。本发明工艺相比现有技术可以取代大部分泵的使用，不需要耗费大量的蒸汽，也不需要对二次蒸汽加压升温，可显著降低工艺难度和工艺成本，并且不会像现有技术那样产生大量的噪音。

技术研发人员：许金成;刘孝平;殷禄华
受保护的技术使用者：南通三圣石墨设备科技股份有限公司
技术研发日：2020.12.04
技术公布日：2021.03.16