提高钛白废酸浓度的方法
阅读说明：本技术 提高钛白废酸浓度的方法 (Method for improving concentration of titanium white waste acid ) 是由 马维平 杨仰军 石瑞成 孙科 于 2019-10-31 设计创作，主要内容包括：本发明属于废酸处理领域,具体公开了一种提高钛白废酸浓度的方法,旨在解决如何有效提高钛白废酸浓度并降低生产成本的问题。该提高钛白废酸浓度的方法,通过选取包括至少三个按级别由低到高依次分级设置的子反应器的气液反应器作为处理设备,来使钛白废酸与酸解尾气充分反应,从而达到提高钛白废酸浓度的目的。不仅能够有效提高生产效率,而且既可以通过使钛白废酸吸收酸解尾气中的酸雾和硫化物提升浓度,又可以通过吸收酸解尾气的热量产生更多的水蒸气,并被酸解尾气带走来进一步提升浓度,与现有的蒸馏浓缩处理方式相比,设备投入及能耗均更低。(The invention belongs to the field of waste acid treatment, and particularly discloses a method for improving the concentration of titanium white waste acid, aiming at solving the problems of effectively improving the concentration of the titanium white waste acid and reducing the production cost. According to the method for improving the concentration of the titanium white waste acid, the gas-liquid reactor comprising at least three sub-reactors which are arranged in a grading manner from low to high in sequence is selected as treatment equipment, so that the titanium white waste acid and the acidolysis tail gas are fully reacted, and the aim of improving the concentration of the titanium white waste acid is fulfilled. Not only can effectively improve production efficiency, both can promote concentration through acid mist and sulphide that make titanium dioxide spent acid absorb in the acidolysis tail gas in addition, can produce more vapor through the heat that absorbs the acidolysis tail gas again to taken away by the acidolysis tail gas and further promote concentration, compare with current distillation concentration processing mode, equipment input and energy consumption are all lower.)
技术领域
本发明属于废酸处理领域，具体涉及一种提高钛白废酸浓度的方法。
背景技术
目前钛白粉生产大都采用硫酸法，但硫酸法所带来的环境污染问题却严重制约着钛白粉产业的发展。硫酸法制备钛白粉的最大缺陷是“三废”多，尤其是废酸量大；生产过程中，不同的工序会产生出不同浓度的钛白废酸，水解后压滤得到浓度为17％～22％的废酸，亦称为水解废酸或浓废酸。据不完全统计，平均每生产一吨钛白粉要副产6～8t浓度为20％左右的钛白废酸；除去其中20％左右的钛白废酸可以直接返回酸解工序用于酸解或浸取使用外，还剩余大部分钛白废酸需要处理。自1918年硫酸法制钛白产业化起至今形成的主要利用途径有两种：直接利用和综合利用。但无论是直接利用还是综合利用都表明废酸浓度越高应用领域越广，可见浓度较低的钛白废酸回收价值不高，因此需要提高钛白废酸浓度。现有提高钛白废酸浓度的主要方式是浓缩处理，即采用蒸发设备使废酸中的水分蒸发来浓缩钛白废酸。但是浓缩处理方式由于存在设备投资巨大，设备使用和维护费用昂贵，浓缩过程能耗很高等问题，导致产品生产成本很高，难以被厂家接受。
发明内容
本发明提供了一种提高钛白废酸浓度的方法，旨在解决如何有效提高钛白废酸浓度并降低生产成本的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提高钛白废酸浓度的方法，包括下列步骤：
步骤一，选取包括至少三个按级别由低到高依次分级设置的子反应器的气液反应器作为处理设备，并将子反应器的出气口与其下一级的子反应器的进气口连接，将子反应器的出液口与其上一级的子反应器的进液口连接；
步骤二，向处于最高级的子反应器的进气口通入酸解尾气，并向处于最低级的子反应器的进液口通入钛白废酸使其与酸解尾气反应；
步骤三，将与酸解尾气反应后的钛白废酸输送入上一级的子反应器中，使之再与酸解尾气发生反应；
步骤四，当处于最高级的子反应器中存在钛白废酸后，暂停向各子反应器中输送钛白废酸；
步骤五，使各子反应器中的钛白废酸自循环，与通入的酸解尾气持续反应，并在线实时监测处于最高级的子反应器中的钛白废酸的浓度；
步骤六，当检测到处于最高级的子反应器中的钛白废酸的质量浓度为25％～30％时，则判定该钛白废酸为合格品，暂停自循环，并将合格的钛白废酸输送入合格品储罐中。
进一步的是，所述子反应器为淋洗塔、文丘里管或喷淋管道。
进一步的是，所述子反应器包括反应筒和废酸储罐；所述反应筒的底部设置有酸解尾气进口，反应筒的顶部设置有酸解尾气出口；所述反应筒内设置有喷口朝向其底部的废酸喷淋装置，所述废酸喷淋装置的进液口通过管道与反应筒的进液口连接；所述反应筒的进液口通过循环泵与废酸储罐的出液口连接，所述废酸储罐的进液口与反应筒的出液口连接；处于最高级的子反应器的反应筒的出液口通过出液泵与合格品储罐的进液口连接；所述酸解尾气进口即为子反应器的进气口，所述酸解尾气出口即为子反应器的出气口；所述反应筒的进液口即为子反应器的进液口，所述反应筒的出液口即为子反应器的出液口。
进一步的是，所述废酸喷淋装置至少为两个，并沿反应筒的高度方向间隔分布。
进一步的是，所述反应筒内还设置有气体分布板，所述气体分布板上开设有至少两个均匀分布的通孔。
进一步的是，所述气体分布板的数量与废酸喷淋装置的数量相等，且各气体分布板分别位于各废酸喷淋装置的下侧。
进一步的是，步骤二中，通入的酸解尾气的温度为150℃～250℃。
进一步的是，所述酸解尾气的主要成分为H2O、H2S、SO2和SO3。
进一步的是，所述酸解尾气为硫酸法制备钛白粉酸解过程中产生的尾气。
进一步的是，还包括步骤七；步骤七，重复上述步骤二至步骤六，如此循环，实现连续生产。
本发明的有益效果是：通过选取包括至少三个按级别由低到高依次分级设置的子反应器的气液反应器作为处理设备，来使钛白废酸与酸解尾气充分反应，不仅能够有效提高生产效率，而且既可以通过使钛白废酸吸收酸解尾气中的酸雾和硫化物提升浓度，又可以通过吸收酸解尾气的热量产生更多的水蒸气，并被酸解尾气带走来进一步提升浓度，与现有的蒸馏浓缩处理方式相比，设备投入及能耗均更低。
附图说明
图1是本发明中气液反应器的实施结构示意图；
图中标记为：子反应器100、反应筒110、酸解尾气进口111、酸解尾气出口112、废酸喷淋装置113、管道114、气体分布板115、废酸储罐120、酸浓度在线检测计121、循环泵130、流量调节阀140、送液泵210、送液阀220、合格品储罐300、出液泵310、出液阀320。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
提高钛白废酸浓度的方法，包括下列步骤：
步骤一，选取包括至少三个按级别由低到高依次分级设置的子反应器100的气液反应器作为处理设备，并将子反应器100的出气口与其下一级的子反应器100的进气口连接，将子反应器100的出液口与其上一级的子反应器100的进液口连接；
步骤二，向处于最高级的子反应器100的进气口通入酸解尾气，并向处于最低级的子反应器100的进液口通入钛白废酸使其与酸解尾气反应；
步骤三，将与酸解尾气反应后的钛白废酸输送入上一级的子反应器100中，使之再与酸解尾气发生反应；
步骤四，当处于最高级的子反应器100中存在钛白废酸后，暂停向各子反应器100中输送钛白废酸；
步骤五，使各子反应器100中的钛白废酸自循环，与通入的酸解尾气持续反应，并在线实时监测处于最高级的子反应器100中的钛白废酸的浓度；
步骤六，当检测到处于最高级的子反应器100中的钛白废酸的质量浓度为25％～30％时，则判定该钛白废酸为合格品，暂停自循环，并将合格的钛白废酸输送入合格品储罐300中。
该提高钛白废酸浓度的方法通过选取包括至少三个按级别由低到高依次分级设置的子反应器100的气液反应器作为处理设备，来使钛白废酸与酸解尾气充分反应，不仅能够有效提高生产效率，而且既可以通过使钛白废酸吸收酸解尾气中的酸雾和硫化物提升浓度，又可以通过吸收酸解尾气的热量产生更多的水蒸气，并被酸解尾气带走来进一步提升浓度，与现有的蒸馏浓缩处理方式相比，设备投入及能耗均更低。
其中，酸解尾气主要含有水蒸气、酸雾和硫化物，主要成分为H2O、H2S、SO2和SO3；通常选用硫酸法制备钛白粉酸解过程中产生的尾气来提升钛白废酸的浓度。一般通过酸浓度在线检测计121在线实时监测处于最高级的子反应器100中的钛白废酸的浓度；酸浓度在线检测计121也称为智能在线浓度计或在线浓度变送器，是一种用于连续在线测量液体浓度的设备，可直接用于工业生产过程中。
子反应器100主要用于使钛白废酸与酸解尾气反应，并进行热量与质量交换，其可以为多种，例如：淋洗塔、文丘里管或喷淋管道。
优选的，如图1所示，子反应器100包括反应筒110和废酸储罐120；反应筒110的底部设置有酸解尾气进口111，反应筒110的顶部设置有酸解尾气出口112；反应筒110内设置有喷口朝向其底部的废酸喷淋装置113，废酸喷淋装置113的进液口通过管道114与反应筒110的进液口连接；反应筒110的进液口通过循环泵130与废酸储罐120的出液口连接，废酸储罐120的进液口与反应筒110的出液口连接；子反应器100的反应筒110的酸解尾气出口112与其下一级的子反应器100的反应筒110的酸解尾气进口111连接；子反应器100的反应筒110的出液口通过送液泵210与其上一级的子反应器100的反应筒110的进液口连接，处于最高级的子反应器100的反应筒110的出液口通过出液泵310与合格品储罐300的进液口连接；酸解尾气进口111即为子反应器100的进气口，酸解尾气出口112即为子反应器100的出气口；反应筒110的进液口即为子反应器100的进液口，反应筒110的出液口即为子反应器100的出液口。
子反应器100包括反应筒110和废酸储罐120，反应筒110和废酸储罐120通过循环泵130循环连接；能够使通入子反应器100中的钛白废酸在反应筒110和废酸储罐120中循环，不断在反应筒110内通过废酸喷淋装置113从上往下喷洒，与从酸解尾气进口111通入反应筒110内从下往上流动的酸解尾气充分反应，使得钛白废酸既可吸收酸解尾气中的酸雾和硫化物提升浓度，又可以通过吸收酸解尾气的热量而产生更多的水蒸气被酸解尾气带走来提升浓度。
其中，反应筒110主要用于使钛白废酸与酸解尾气充分反应，并进行热量与质量的交换；反应筒110通常竖直设置，其横截面可以为圆形、矩形、多边形或异形等多种结构；酸解尾气进口111用于通入酸解尾气，处于最高级的子反应器100的反应筒110的酸解尾气进口111通常与酸解尾气源连接；酸解尾气出口112用于排出反应后的酸解尾气，处于最低级的子反应器100的反应筒110的酸解尾气出口112一般与尾气处理设备连接。废酸喷淋装置113用于喷洒钛白废酸，其可以为多种，优选为花洒。
为了使钛白废酸在反应筒110内充分分散，再如图1所示，废酸喷淋装置113至少为两个，并沿反应筒110的高度方向间隔分布。
在上述基础上，为了使通入的酸解尾气更分散，反应筒110内还设置有气体分布板115，气体分布板115上开设有至少两个均匀分布的通孔。
优选的，气体分布板115的数量与废酸喷淋装置113的数量相等，且各气体分布板115分别位于各废酸喷淋装置113的下侧。
为了有效控制子反应器100内钛白废酸与酸解尾气循环反应的过程，以使反应更充分并保证效率，再如图1所示，循环泵130与废酸储罐120的出液口之间的连接上设置有流量调节阀140。流量调节阀140通常与控制器电性连接，由控制器对其的工作状态进行控制。
气液反应器一般还包括酸解尾气源和钛白废酸源，酸解尾气源通过引风机与反应筒110的酸解尾气进口111连接，钛白废酸源通过钛白废酸泵与处于最低级的子反应器100的反应筒110的进液口连接。酸解尾气源可以为多种，例如：硫酸法制备钛白粉酸解工序所用设备。钛白废酸源通常为硫酸法制备钛白粉的设备。引风机用于调控酸解尾气的流速，以提高反应筒110内钛白废酸与酸解尾气反应的充分性，及对水蒸气的带走效果。
为了便于将下一级的子反应器100中的钛白废酸输送入其上一级的子反应器100中，再如图1所示，送液泵210与反应筒110的进液口之间的连接上设置有送液阀220。
为了便于将最高级的子反应器100中的合格钛白废酸输送入合格品储罐300中，再如图1所示，出液泵310与合格品储罐300的进液口之间的连接上设置有出液阀320。
为了便于在线实时监测处于最高级的子反应器100中的钛白废酸的浓度，再如图1所示，处于最高级的子反应器100的废酸储罐120中设置有酸浓度在线检测计121。
优选的，气液反应器还包括控制器，控制器分别与酸浓度在线检测计121、送液泵210、送液阀220、出液泵310和出液阀320电性连接；当酸浓度在线检测计121检测到废酸储罐120中钛白废酸的浓度达到设定范围后将信号反馈给控制器，由控制器先控制出液阀320开启，并控制出液泵310将处于最高级的子反应器100中的钛白废酸抽送至合格品储罐300中，之后控制器再控制出液阀320关闭，并控制送液阀220开启，同时控制送液泵210将处于下一级的子反应器100中的钛白废酸抽送至其上一级的子反应器100中。通过采用控制器进行控制，能够提高该用于提高钛白废酸浓度的气液反应器的自动化程度，降低人工劳动强度，节约人力成本。
为了提高钛白废酸与酸解尾气反应的充分性及产生水蒸汽的量，优选使步骤二中通入的酸解尾气的温度为150℃～250℃。
作为本发明的一种优选方案，该提高钛白废酸浓度的方法还包括步骤七；
步骤七，重复上述步骤二至步骤六，如此循环，实现连续生产。
实施例1
某次提高钛白废酸浓度的过程如下：
首先，选取包括至少三个按级别由低到高依次分级设置的子反应器100的气液反应器作为处理设备，并将子反应器100的出气口与其下一级的子反应器100的进气口连接，将子反应器100的出液口与其上一级的子反应器100的进液口连接；
其次，向处于最高级的子反应器100的进气口通入酸解尾气，并向处于最低级的子反应器100的进液口通入质量浓度为17％的钛白废酸，使其与酸解尾气反应；
接着，将与酸解尾气反应后的钛白废酸输送入上一级的子反应器100中，使之再与酸解尾气发生反应；当处于最高级的子反应器100中存在钛白废酸后，暂停向各子反应器100中输送钛白废酸；
再接着，使各子反应器100中的钛白废酸自循环，与通入的酸解尾气持续反应，并在线实时监测处于最高级的子反应器100中的钛白废酸的浓度；当检测到处于最高级的子反应器100中的钛白废酸的质量浓度为25％时，则判定该钛白废酸为合格品，暂停自循环，并将合格的钛白废酸输送入合格品储罐300中；
最后，再通过送液泵210将与酸解尾气反应后的钛白废酸输送入上一级的子反应器100中，并向处于最低级的子反应器100中通入质量浓度为17％的待处理的钛白废酸，如此循环。
实施例2
某次提高钛白废酸浓度的过程如下：
首先，选取包括至少三个按级别由低到高依次分级设置的子反应器100的气液反应器作为处理设备，并将子反应器100的出气口与其下一级的子反应器100的进气口连接，将子反应器100的出液口与其上一级的子反应器100的进液口连接；
其次，向处于最高级的子反应器100的进气口通入酸解尾气，并向处于最低级的子反应器100的进液口通入质量浓度为22％的钛白废酸，使其与酸解尾气反应；
接着，将与酸解尾气反应后的钛白废酸输送入上一级的子反应器100中，使之再与酸解尾气发生反应；当处于最高级的子反应器100中存在钛白废酸后，暂停向各子反应器100中输送钛白废酸；
再接着，使各子反应器100中的钛白废酸自循环，与通入的酸解尾气持续反应，并在线实时监测处于最高级的子反应器100中的钛白废酸的浓度；当检测到处于最高级的子反应器100中的钛白废酸的质量浓度为30％时，则判定该钛白废酸为合格品，暂停自循环，并将合格的钛白废酸输送入合格品储罐300中；
最后，再通过送液泵210将与酸解尾气反应后的钛白废酸输送入上一级的子反应器100中，并向处于最低级的子反应器100中通入质量浓度为17％的待处理的钛白废酸，如此循环。