经预热的氧气夹带石英砂,以15.24m/s(最好为30. 48m/s)的速度从给料导管轴向喷入。高速冲刷O2和TiC14成夹角交叉射流混合喷口处及反应区扩展管壁的疤料,Kerr-McGee公司使用这种技术。石英砂的粒度为10-40目(0.4-1.7mm),在氧气悬浮气流中浓度为0.1-v2.16g/ft3②(Ift3=0.0283168m3)。
(4)高速气流再配以加盐除疤式的氧化炉。这种氧化炉的结构更为简单(见图8)。TiC14与Oz成90度交叉混合,由于推动力压力很大,在氧化炉高温区停留时间很短(≥0. l0s),造成很高的流速(10-15m/s)。反应新生态的TiO2粒子还来不及在器壁上结疤,就进人骤冷段;与此同时,以N2作载体加人岩盐冲刷器壁上结疤,实现长周期稳定运行,目前国外大公司产能高的装置几乎都采用这种方法。[next]
(5) TIC14双喷口节能型氧化反应器,其结构如图9所示。
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工作原理:经过预热并按比例混有AIC13的TiC14气体,比例占TiCl4加人总量的约50%-60%,喷人与总量的热氧反应放出大量的热量;混合气流极快地流到TiC14喷口Ⅱ,与TiC14气流第二次交叉混合。第二孔喷人的TiCl4吸收部分反应热,升温很快,又开始同热氧反应。反应热并同上游混合流一并进人反应段完成全部反应。
特点:喷口n喷出的TiC14吸收喷口Ⅰ下游的反应热,首先,可适当降低氧气的预热温度,节约了能源并有利于氧气预热量安全运行;其次,可使反应温度控制在1450℃,不至于过高;第三,因喷口Ⅱ的TiC14升温消耗了部分热焓,可以减少急剧骤冷通人的冷却气体量。这是目前最为先进的技术。此款装置的生产能力可达到年产10万吨钛白粉。
国内20世纪开发的刮刀式氧化炉是比较落后的设备。目前氧化反应器朝着结构简单、高速(150m/s)、高压(0.4MPa)、气膜和加盐相结合除疤方式为主的方向发展。
(五)悬浮气流冷却、气固分离和制浆装置
从氧化炉移出的悬浮气流Ti02固相的浓度约为33%(质量),氯气浓度达≥68%(体积)需要骤然冷却到700℃以下,通常工艺上采取的措施如下:①喷入冷却干燥的循环尾气或氯气,氮气直接冷却降温;②把冷却导筒浸人水中强化移热;③为加温传热,向导管内加人固体颗粒多为岩盐烧结的Ti02颗粒,冲刷管壁上的结垢,提高传热能力。
冷却导管的长度应满足在进人脉冲袋滤器前的悬浮气流的温度要低于275℃,以利于延长滤袋的使用寿命。
气固分离装置可分为两级:第一级旋风收尘器;第二级为脉冲布袋收尘器;也有一级脉冲布袋进行分离的,但粉尘浓度高所需要的布袋面积较大。布袋通常选用美国GORE-TEX、BH的公司全四氟乙烯、覆膜滤袋,也可以用覆四氟乙烯膜的玻璃纤维布袋,造价便宜一些。GORE-TEX公司的覆膜滤袋具有一种强韧而柔软的纤维结构,有足够的力学强度、卓越的清灰性,在低而稳的压力损失下能长期使用,比普通的滤袋寿命长并能实现零排放。
制浆设备,布袋装置收集下来的热Ti02粉料,经旋转阀加到制浆罐中,用去离子水稀释制浆并降低物料温度,产生的水蒸气和释放出的HC1、C12排到稀碱液脱氯罐中去脱氯后外排。
对装置的技术要求见表1。