四氯化钛精制车间设计(refining of titanium tetrachloride shop design)

以粗四氯化钛为原料，经除硅、钒等杂质后，产出精四氯化钛的海绵钛厂车间设计。精四氯化钛是海绵钛厂和钛白粉厂的原料。

四氯化钛精制分两道工序，即除硅、除钒和除氯氧化物等杂质。分离粗四氯化钛中的四氯化硅，一般多采用精馏法。除氯氧化物和硅等杂质用精馏法。中国设计中曾采用填料塔，1966年在抚顺铝厂钛车间采用浮阀塔试验成功，以后各钛厂相继改用浮阀塔。工业上采用的除钒方法有铜粉法、硫化氢法和矿物油法，美国和日本钛厂曾采用硫化氢法，20世纪60年代先后改用矿物油法。前苏联采用铜粉法和铝粉法除钒，铜粉法除钒应先加入增湿的活性炭。中国在50年代曾用过铜粉法，后改为铜丝球法除钒。在1989年，锦州钛白粉工程设计中，首次引进矿物油除钒技术。

工艺流程选择   精制工艺流程根据产品用途确定，随产品用途的不同，精四氯化钛的成分稍有差异。钛白粉生产用四氯化钛，不控制四氯化硅的含量，不设除四氯化硅的工序。海绵钛厂精制四氯化钛流程有二塔系(除硅塔、除钒塔)和三塔系(除硅塔、除高沸点杂质塔和除钒塔)之分，设计中一般选用二塔系，其流程见图。二塔系的优点是工艺流程简单、占地面积小、投资少、热能利用好，四氯化钛成本低。精馏塔中加料温度为25℃，塔顶温度为60～70℃，塔底温度为139～142℃，蒸馏釜中四氯化钛蒸气温度为144～146℃。除钒塔塔顶温度为137～139℃，塔底温度为139～141℃。

设备选择   主要设备有除硅塔、除高沸点杂质精馏塔和除钒设备。

精馏塔。有填料塔、栅板塔、泡罩塔、筛析塔和浮阀塔等。浮阀塔直径由φ273mm扩大到φ410mm。其优点是操作弹性好，塔盘效率高(比泡罩塔高5％～10％)，生产能力大(比泡罩塔高20％～30％，是填料塔的1.5倍)。塔身结构简单、检修方便、不易堵塞、适应性好，能处理高杂质含量的物料。浮阀塔由精馏段和提馏段组成。其理论塔板数由分别计算精馏段和提馏段塔板数确定。计算精馏段塔板数用的精馏段操作方程式为：

式中n为塔板数；Y_n+1，为n+1层塔板上汽相中SiCl₄分子浓度百分数；X_n为塔内n层塔板液相中SiCl₄的分子浓度百分数；R为回流比；X_p为塔顶馏出物中SiCl₄的分子浓度百分数。Y与X的平衡方程式为：

式中α为平均相对挥发度。以上二式联立，可求得X_n、Y_n之值，当X_n<X_f时，第n块理论塔板为加料板。X_f为原料液相粗TiCl₄中低沸点物的含量，分子浓度百分数。

提馏段塔板数：提馏段方程Y_n=ƒ(X_n)与平衡方程(2)联立可得X_n，当X_n<X_w时即可满足要求；X_w为塔底流出物中低沸点物的克分子浓度百分数。实际塔板数按下式确定：

精馏段实际塔板数：

提馏段实际塔板数：

式中n为提馏段的塔板数：0.4为精馏段塔板效率；0.3为提馏段塔板效率。

除钒设备有矿物油除钒系统和铜丝球塔等。铜丝球塔优点是设备结构简单(内装φ2mm紫铜丝绕成的φ100～150mm的铜丝球)，操作方便。但铜的价格高、供应困难、生产操作不能连续化。

车间配置与技术要求   仪表控制室配置在生产操作较集中处，各生产设备按工艺流程方向配置；塔顶冷凝系统设备可考虑露天配置。生产系统的设施要求严格密闭，设备及管道检修完毕，必须干燥后方可组装。车间内应设有设备干燥室。为保证产品质量，浮阀塔系统后面的设备及管道采用不锈钢制作。

主要技术指标   粗四氯化钛的质量要求见富钛料氯化车间设计，精四氯化钛的质量要求见表。

生产每吨精TiCl₄的消耗指标为粗TiCl₄ 1.05～1.073t；电124～174kW•h；精TiCl₄的实收率为95％左右。