鈦白粉生產(chǎn)工藝之鈦液的濃縮
為了制得具有優(yōu)越顏料性能的鈦白粉，要求水解得到的偏鈦酸的顆粒細(xì)而均勻，這樣對水解所用的鈦液的濃度有一定的要求，用經(jīng)過結(jié)晶過濾的鈦液來制作是不能勝任的，因?yàn)殁佉簼舛鹊�，則水解得到的偏鈦酸的顆粒便會變粗。實(shí)踐證明，只有鈦液的 TiO2 含量在 200g/l 以上時，才能制造出具有優(yōu)越顏料性能的鈦白。為此，必須先要將鈦液進(jìn)行濃縮，使其濃度達(dá)到涂料鈦白生產(chǎn)的要求。
濃縮的基本原理： 借加熱的作用使溶液中一部分溶劑氣化而獲得濃縮的過程稱為蒸發(fā)。
蒸發(fā)的目的是為了使溶液中的溶劑氣化，因此溶劑應(yīng)具有揮發(fā)性，而溶質(zhì)則不應(yīng)具有揮發(fā)性。 對于鈦液來說，水是溶劑，是可以揮發(fā)的，硫酸氧鈦、硫酸亞鐵和游離硫酸等是不可揮發(fā)的。按照 分子運(yùn)動學(xué)說，當(dāng)溶液受熱時，靠近加熱面的溶劑分子便獲得能量，當(dāng)這種動能大于分子間的吸引力時，這些分子便逸出液面跑向空間變?yōu)樽杂煞肿�，這就叫氣化。這時氣化生成的氣體(蒸汽)如在空間或容器中不予除去，則蒸汽與溶液將漸漸處于平衡狀態(tài)，這樣氣化就不能繼續(xù)進(jìn)行。因此進(jìn)行蒸發(fā)的必要條件是熱源要不斷排除。在工業(yè)生產(chǎn)中，蒸發(fā)所生成的蒸汽又稱為二次蒸汽，這是為了和作為熱源的蒸汽有所區(qū)別，蒸發(fā)生成的蒸汽的排除可以采用冷凝法，有間接冷凝法和直接冷凝法兩種。間接冷凝在間壁冷凝器中進(jìn)行，蒸汽在間壁的一面被冷凝，而冷凝劑則在間壁的另一面流 動，熱的傳遞是通過金屬管壁來進(jìn)行。而直接冷凝法的特點(diǎn)是冷卻劑(如冷水)與蒸汽直接接觸， 故又稱混合冷凝。熱的傳遞是通過冷卻劑與蒸汽直接接觸來進(jìn)行，因此傳熱效率和速率比間接冷凝法高，但得到的冷凝液全部與冷卻水混合流出，故只能用于無甚價值的蒸汽的冷凝。在鈦白生產(chǎn)中， 由于鈦液蒸發(fā)的溶劑是水，所以一般都采用直接冷凝法。
眾所周知，溶液在常溫下的氣化是很緩慢的，如果提高溫度至沸點(diǎn)，此時氣化速度最高，因此生產(chǎn)中的蒸發(fā)一般都是沸騰狀態(tài)下進(jìn)行。通常情況下鈦液的沸點(diǎn)為 104-114℃(1atm，TiO2 ： 130-230g/l)，在此溫度下長時間加熱蒸發(fā)，鈦液的穩(wěn)定性會迅速下降，最終導(dǎo)致早期水解(鈦液水 解的臨界溫度為 80℃)，這對于制造優(yōu)質(zhì)的顏料鈦白是很不適宜的。
我們知道，液體的沸點(diǎn)是與壓力成正比的，為了降低溶液的沸點(diǎn)提高蒸發(fā)的效率，濃縮蒸發(fā)常常是在減壓下進(jìn)行的，稱為真空濃縮。真空度越高，溶液的沸點(diǎn)越低。為此，鈦液的濃縮采取真空濃縮，以降低鈦液的沸點(diǎn)來防止發(fā)生早期水解。為了滿足鈦液指標(biāo)、保證鈦液質(zhì)量，應(yīng)控制濃縮溫度不超過 75℃，這樣真空度便不能低于 0.073MPa。
目前，國內(nèi)鈦白生產(chǎn)中鈦液濃縮常用的方法有間歇式單效真空濃縮和連續(xù)式薄膜真空濃縮二種。以前者為例進(jìn)行說明。
A、 設(shè)備
濃縮罐：一般多是為鋼制搪瓷反應(yīng)鍋或鋼罐內(nèi)襯耐酸陶瓷板、搪鉛等以防腐，利用蛇管或夾套進(jìn)行蒸汽加熱，罐頂有汽液分離裝置及進(jìn)料閥，底部有放料閥，為了便于操作和控制，罐上還設(shè)有液位計(jì)、溫度計(jì)和真空表。
混合冷凝器：又稱為立式逆流空位冷凝器，采用鋼制或塑料制，內(nèi)有幾層篩板，增加汽液接觸面。
B、 工藝流程
濃縮罐中鈦液被間接蒸汽加熱后在真空下達(dá)到沸點(diǎn)，鈦液中的水分開始?xì)饣�，從真空濃縮罐頂部排出進(jìn)入冷凝器逆流而上，冷卻水從冷凝器頂部噴淋而下，與蒸汽充分接觸，冷凝后從氣壓管排 到水封池流出系統(tǒng)外，經(jīng)過冷凝器而未被冷凝的氣體(空氣或其它不冷凝性氣體)從冷凝器頂部排 出，經(jīng)氣液分離裝置到真空緩沖罐，再經(jīng)真空泵排入大氣。
從冷凝器排出的水，經(jīng)氣壓管流入水封池。整個濃縮系統(tǒng)是在負(fù)壓下操作的，而水封池是開 啟式的(常壓)，為了使冷卻水和冷凝水能從氣壓管底部自動排出，氣壓管必須有足夠的高度，以便 在管中保持一定的液柱，此液柱所產(chǎn)生的壓頭必須有足夠的高度，以便在管中保持一定的液柱，此 液柱所產(chǎn)生的壓頭必須大于外面大氣壓強(qiáng)與冷凝器中壓強(qiáng)(冷凝器中的真空度)之差，故此冷凝器 的位置必須在水封池的液面上離開至少十米的位置。
