钛白粉废硫酸多段式负压蒸发结晶装置简介

钛白粉废硫酸多段式负压蒸发结晶装置简介

（钱钧  常州泰特环境设备工程有限公司  江苏常州 213144）

作者简介：钱钧，主要从事废酸等危险固体废弃物资源化利用处置工艺研发及应用推广。作者联系方式：cztthb@vip.163.com

摘要：本文系统介绍了钛白粉废硫酸多效负压蒸发结晶装置的相关工艺及原理，结合多年的废酸资源化利用处置的实践经验，对钛白粉废硫酸的多段式负压蒸发结晶技术进行了详细的介绍。

1 背景技术

硫酸在化工、钢铁等行业广泛应用。在许多生产过程中，硫酸的利用率很低，大量的硫酸随同含酸废水排放出去。这些废水如不经过处理而排放到环境中，不仅会使水体或土壤酸化，对生态环境造成危害，而且浪费大量资源。

不论是钢铁工业或其他行业排放的废硫酸，都具有金属离子浓度高、硫酸浓度高等特点，目前均已经被各国作为危险废物进行管理。美国将其列入《资源保护与再生法案》，我国将其也列入《**危险废物名录》。废硫酸违法外排引起的主要危害表现为：腐蚀下水管道和钢筋混凝土等水工构筑物；使庄稼枯死，影响水生作物生长；废硫酸渗入土壤，时间长了会造成土质钙化，破坏土层松散状态，因而影响农作物生长；阻碍废水生物处理中的微生物繁殖；能毒死鱼类；人畜饮用受此污染的水，可引起肠胃发炎，甚至烧伤；其造成对水体的污染、对生物的毒害，乃至最终对人类健康的伤害都是十分巨大的。依据**环保条例规定，废硫酸不允许直接排放。

国内外目前对废硫酸的处理方法有多种，需要根据不同废硫酸的具体特点，结合企业自身的情况，选择合适的治理技术。目前常用的方法主要有浸没燃烧高温结晶法、真空浓缩冷冻结晶法、加铁屑生产金属硫酸盐法、自然结晶-扩散渗析法、加酸冷冻结晶法等。但上述处理方法对于废硫酸液中的成分各有针对性，这就制约了废硫酸处理工艺的普适性。

钛白粉是重要化工原料，工业上有硫酸法和氯化法两种生产方法，目前我国已超过200万t/a产能为硫酸法。硫酸法具有原料来源充足、工艺成熟、操作简单、产品品种齐全等优点，也存在流程长、操作复杂、“三废”排放多等缺点，尤其是废硫酸排放量大。原来硫酸法生产 1t钛白粉副产w(H2SO4)为20%～25%的废硫酸 8～10t，目前降低到5t左右，同时副产3～4t硫酸亚铁和0.2～0.3t残渣(硫酸氧钛)，并含有少量的铝、锰、钙、镁等金属离子的硫酸盐。钛白粉生产产生的废硫酸是目前我国最主要的废硫酸来源，如果不经处理，会严重污染环境，但由于其酸度低、杂质含量高，远未达到生产回用要求，无法直接回用到生产线，如不采用合适的处理处置方法会造成资源浪费。钛白粉废硫酸目前的处理方式一般采用蒸发浓缩工艺，其难点在于蒸发器有结晶结垢、物料通道堵塞问题且不易消除。这些结晶结垢物质的主要成分是铁离子或钙离子的盐，例如，硫酸钙是易结晶结垢的物质，溶解度也很小，钛白粉废硫酸在浓缩过程中很容易析出沉淀堵塞换热器的物料通道，硫酸亚铁的结晶现象也较明显。经过蒸发浓缩，硫酸和硫酸亚铁的浓度会同步升高，由于硫酸亚铁在硫酸升高的同时溶解度降低，所以浓缩过程中硫酸亚铁结晶析出一定会发生，而且在硫酸达到一定浓度以上，硫酸亚铁会以一水硫酸亚铁结晶析出。

目前，国内外在处理钛白粉废硫酸的工艺方法上大多存在一定的问题，主要原因在于很难掌握在特定温度下的硫酸钙、硫酸亚铁在硫酸中的溶解度问题，再加上硫酸钙、硫酸亚铁的特殊物理属性，使得在蒸发浓缩过程中需要先将其处理掉，否则会影响到下一步蒸发浓缩工序。当前可见的钛白粉废硫酸基本采用蒸发结晶工艺模式，除了蒸发过程中蒸发器容易堵塞以外，还造成大量硫酸和硫酸亚铁的资源流失。因此，对钛白粉废硫酸进行科学、合理的处理处置及回用，减少对环境的污染和生态破坏，促使钛白粉行业经济的健康发展，同时实现废弃物资源化利用，形成钛白粉行业环境友好型发展具有重大的意义。

设计单位多年来一直坚持研发废酸废水资源化处置利用相关技术和装置。经过多年的工程实例经验结合设计单位的废酸废水处理专有技术、专有设备和国内外的新材料、新工艺、新技术，就废酸废水的有效处理中采用的装置技术及相关专用设备获得了多项发明专利和新型实用专利。设计单位通过二十余年对废酸废水处理不断改进和创新的同时，也深刻体会到充分利用废酸废水产生具有经济价值的产物进而节省运行成本和减轻对环境的污染，具有非凡的现实意义。

采用三段式负压蒸发结晶技术处理钛白粉废硫酸的新型装置的特点是解决钛白粉废硫酸蒸发过程中蒸发器的堵塞问题以及蒸发结晶工艺模式造成大量硫酸和硫酸亚铁资源浪费的问题。本处理方法为循环处理过程，做到三废排放少，处理过程环保、污染少，能耗低，处理过程安全。所得回收产品硫酸浓度高、纯度高，可以全部直接返回车间使用；具有较好的经济效益和环保效益。本处理方法简单，实施方便，易于维护管理，投入成本低。最终实现钛白粉废硫酸的全部回收处理，实现污染少的环保处理。采用此工艺处理废硫酸比其他废硫酸处理技术更适用于钛白粉生产行业的废硫酸处理，具有投资小、运行成本低、环保节能和回收物利用价值大等优点。

2 装置的工艺说明和特点

2.1 设计参考资料

HG/T 6115-2022《生产钛白粉（二氧化钛）过程中产生的废硫酸处理处置方法》

GB/T 36380-2025《工业废硫酸的处理处置规范》

GB/T 50815-2013《稀硫酸真空浓缩处理技术规范》

GB/T 534-2024《工业硫酸》

GB 4920-1985《硫酸浓缩尾气硫酸雾的测定铬酸钡比色法》

T/CSAIA 005—2021《有机废硫酸利用处置污染控制技术规范》

GB/T 40124-2021《再生硫酸技术要求及试验方法》
HG/T 5026-2016《氯碱工业回收硫酸》

HJ 1335—2023 《废硫酸利用处置污染控制技术规范》

GB 10531－2006《水处理剂硫酸亚铁》

GB/T 664-2011《硫酸亚铁》

GB 10531－1989《工业硫酸亚铁》

《化工手册-硫酸卷》

《危险化学品-硫酸卷》

《硫酸工业污染物控制标准研究》

《各种用途的硫酸标准》

《硫酸生产加工与设备安装新工艺新技术及生产过程分析质量检测新标准实用手册》

《“三废”治理设计手册》

《化学化工物性数据手册-无机卷》

《工业结晶》

《无机盐工业手册》

《制盐工业手册》

《水盐体系相图及其应用》

《化工原理》

《腐蚀数据及选材手册》

2.1.1 设计依据资料：

1）、硫酸亚铁在水中的溶解度（g/100g水）：

（化学化工物性数据手册-无机卷增订版）

温度：℃	0	10	20	30	40	50	60
硫酸亚铁	15.8	20.8	26.3	32.8	40.1	48.4	52.4
温度：℃	70	80	90	100
硫酸亚铁	50.9	43.7	37.3	-----

2）、硫酸亚铁在水中的溶解度（g/100g溶液）：

（硫酸工作手册）

file:///C:/Users/M17X/AppData/Local/Temp/ksohtml16704/wps1.jpg

3）、七水硫酸亚铁在水中的溶解度（g/100g水）：

（来自相关教材和文献）

温度：℃	0	10	20	30	40	50	60
七水硫酸亚铁		40	48	60	73.3	88.6	100.7

4）、硫酸亚铁在硫酸中的溶解度：

（硫酸工作手册）

file:///C:/Users/M17X/AppData/Local/Temp/ksohtml16704/wps2.jpg

5）、硫酸亚铁与硫酸与水：

硫酸亚铁与硫酸与水				NO.827
饱和溶液,wt%			温度：℃	固态
硫酸亚铁	硫酸	水
11.48	26.4	62.12	80	FeSO4·H2O
8.75	30.66	60.59	80	"
5.35	37.75	56.9	80	"
2.73	44.83	52.44	80	"
1.13	51.57	48.3	80	"
0.65	56	43.35	80	"
18.7	2.97	78.33	100	"
17.98	2.79	76.23	100	"
17.62	8.24	74.14	100	"
17.28	11.04	71.68	100	"
16.78	13.28	69.94	100	"
15.98	16.08	67.94	100	"
14.8	19.1	66.1	100	"
14	21.17	64.83	100	"
9.95	28.38	61.67	100	"
6.6	35.94	57.46	100	"
3.83	42.19	53.98	100	"
2.99	44.97	52.04	100	"
1.62	50	47.53	100	"
0.92	56.31	42.77	100	"

6）、七水硫酸亚铁在在不同浓度硫酸中的溶解度（g/100g硫酸溶液）：

（泰特公司实验室提供）

硫酸含量：%	25	30	35	40	45	50	55
七水硫酸亚铁	26	23	17	9	7.5	7	4

file:///C:/Users/M17X/AppData/Local/Temp/ksohtml16704/wps3.png

7）、硫酸亚铁在硫酸溶液中的溶解度参考资料：

（来自科研机构的课题数据、项目的数据及相关文献）

file:///C:/Users/M17X/AppData/Local/Temp/ksohtml16704/wps4.png

8）、含铁（钛白粉、不锈钢、冶炼）废硫酸浓缩的工作原理：

file:///C:/Users/M17X/AppData/Local/Temp/ksohtml16704/wps5.jpg

图1可以看出：根据FeSO4~H2SO4~H2O(三元体系)中硫酸亚铁在硫酸溶液中溶解度曲线,当温度一定时,硫酸亚铁的溶解度随硫酸浓度的增加而降低；当硫酸浓度一定时,其溶解度随温度的升高增加较快。

file:///C:/Users/M17X/AppData/Local/Temp/ksohtml16704/wps6.jpg

由图2可以看出：当溶液中H2SO4浓度一定时,FeSO4的溶解度随温度的上升有一个最大值,而且此最大值所对应的温度又随溶液中FeSO4含量的减少而减小。这是因为在温度较低的范围内,FeSO4的结晶体是以七水硫酸亚铁的形式岀现的，七水硫酸亚铁的溶解度随温度的上升而上升。在较高温度范围内，硫酸亚铁的结晶体是以一水硫酸亚铁的形式出现的，一水硫酸亚铁的溶解度通常随温度的升高而降低。由于七水硫酸亚铁的结晶体颗粒较大易分离，所以当稀硫酸浓缩至一定浓度后,采用冷冻结晶的办法除去FeSO4使其绝大部分以七水硫酸亚铁（FeSO4·7H2O）的形式结晶析出，这就是稀硫酸浓缩、冷冻结晶除铁的理论依据。

2.2 装置的工艺说明和特点

2.2.1 工艺选择说明：

a、设计方案选择：

针对钛白粉废硫酸的特性特殊设计的三段式负压蒸发结晶装置主要是根据钛白粉废硫酸的特性，硫酸的物理特性及硫酸亚铁在水（硫酸）中溶解度的规律，硫酸浓缩过程中沸点升的规律，对钛白粉废硫酸采用原液冷冻结晶系统、三效负压蒸发结晶系统、二效负压蒸发结晶系统相结合的处理模式，形成一整套完整的工艺流程。采用负压蒸发主要是节约能源，降低蒸汽的消耗，降低硫酸蒸发浓缩过程中的沸点升。因为硫酸在浓缩过程中沸点提升很高，硫酸浓度20%的原液沸点约为102℃；回收硫酸浓度55%的沸点132℃（因为废硫酸中金属硫酸盐含量较高，蒸发浓缩过程中料液沸点可能高达155℃）。采用常规的蒸发模式无法完成浓缩任务。

考虑到要最大程度上去除钛白粉废硫酸中的硫酸亚铁；故将原液采用冷冻结晶系统进行冷冻结晶，固液分离后产生的离心液采用三效负压蒸发结晶系统将硫酸浓度提升到35%后进行冷冻结晶；固液分离后产生的离心液采用二效负压蒸发结晶系统将硫酸浓度提升到55%后进行冷冻结晶；固液分离后产生的滤液外排至回收硫酸收集罐。

b、生产工艺主要特点：

1）、装置所有加热系统由于蒸汽加热平均分配系数高、重复利用率高，所以具有传热效率高加热时间短等主要特点。具节能降耗，蒸汽耗量低、冷却水循环量低等优点。

2）、负压蒸发浓缩：钛白粉废硫酸常压下蒸发温度较高，腐蚀性很强，设备维修量大、寿命短，是钛白粉废硫酸处理运行费用和设备日常维护费用高的主要原因。本装置对钛白粉废硫酸采用全负压浓缩工艺：在负压条件下，蒸发温度低，对设备、管道的材质腐蚀降低，能够保证连续稳定生产。由于工作温度降低，使得设备、管道在选取材质方面有很多有利条件和广泛可能性，可以降低工程投资。由于相关处理全过程均采用了负压工艺，酸性气体基本无外泄，操作环境及工厂环境大为改善。既保证了处理车间的卫生要求，同时保证了处理车间的环保要求，同时也降低了对公用工程的要求。

3）、外加热式蒸发器结合强制循环模式：钛白粉废硫酸在蒸发浓缩到一定程度后容易结晶结垢，甚至于堵塞蒸发器物料通道，造成设备损坏。采用外加热式蒸发器结合强制循环模式，在工艺布置上采取蒸发器与分离器上高下低的错落布置，钛白粉废硫酸在重力差和热力差的双重作用及系统真空条件下，蒸发器内的钛白粉废硫酸因加热而上窜、分离器内的相对冷钛白粉废硫酸下降的强烈循环，加上强制循环模式；保证物料循环的速度在 2m/s 以上。钛白粉废硫酸在这种高速激烈运动状态下,基本上杜绝了钛白粉废硫酸在蒸发器中结晶和堵塞蒸发器的可能性，使正常生产中设备运行稳定。

4）、工艺简单、设备投资较低：本装置采用的工艺中所需设备数量少，投资较低，且操作简单易行。本装置具有蒸发效率高、能连续稳定生产、操作简单、治理过程不需添加其他助剂、设备及管道材料防腐耐用、处理费用低、环保效益明显等诸多优点。

5）、环保优势明显：本装置采用的工艺中针对钛白粉废硫酸特点，蒸发单元中加设不凝气冷凝器，除了最大程度上降到对真空系统的腐蚀，同时净化了不凝气体；结晶分离单元加装回收冷凝器，对结晶釜、离心机、压滤机、离心液罐、滤液罐等可能产生的酸性气体进行收集冷凝回收。整个装置无须另设尾气处理塔，保证生产车间环境完全符合相关环保要求和标准。也最大程度上保护了工作人员的身体健康和职业安全。

c、蒸发模式的选择：

蒸发（或称浓缩）是指将含有非挥发性溶质和挥发性溶剂组成的溶液进行蒸发浓缩的过程，主要是利用加热作用使溶液中一部分溶剂汽化而获得。蒸发设备一般称为蒸发器，其构造与种类繁多，而且其发展历史久远。从操作方式可分为单效蒸发、多效蒸发和直接接触蒸发；按流体循环方式可分为不循环型蒸发、自然循环型蒸发、强制循环型蒸发、刮膜式蒸发及离心式薄膜蒸发。设计时针对不同的物料用不同的蒸发器。正确的应用不仅能提高产品的质量，又能节能降耗、降低生产成本、提高经济效益。

d、蒸发的效数选择：

在多效蒸发中，将前一效的蒸汽作为后一效的加热蒸汽，所以多效蒸发能节省生蒸汽的消耗量。但不是效数越多越好，其效数受技术与经济上的限制。

1）、多效蒸发随效数的增加，在总蒸发量相同时所需生蒸汽量则减少，操作费用降低。但效数越多，其设备费用也越高，且随着效数的增加，所节省的生蒸汽量则越来越少。

2）、理论上效数过多，蒸发操作将难以进行。一般而言，多效蒸发的第一效加热蒸汽温度和冷凝器的操作温度都是受到限制的，多效蒸发理论传热总温度差（即上述二温度之差值）也是受到限制的。在具体操作条件下，当效数增多时，各效温度差损失之和随之增大，因而有效总温度差减小。当效数过多时，有效总温度差很小，分配到各效的有效总温度差将会小得无法保证各效正常的沸腾，蒸发操作难以进行。效数多少的选择主要看被蒸发物料特性。长期的经验明确指出：一般电解质溶液，其沸点升高较快，可取1～3效；一般非电解质溶液，其沸点升高较慢，可取3～6效。根据钛白粉废硫酸的特性和硫酸的物理特性以及业主单位对回收硫酸的要求，经过软件模拟计算、实验数据计算和相同项目的实际生产经验，故采用三段式负压蒸发结晶装置处理钛白粉废硫酸。

2.2.2 工作原理：

A、原液冷冻结晶系统：

本系统主要采用负压釜式搅拌结晶模式，结晶过程在结晶釜内进行，通过结晶釜夹套内的冷冻液循环冷却进行固相结晶析出；采用离心机对晶浆液进行固液相分离，获得的硫酸亚铁结晶物人工称重包装后入库；分离出来的离心液进入三效负压蒸发结晶系统或暂存中间罐。

本系统实质上是一种溶液中溶质和溶剂分离的物理过程。通过冷冻结晶，降低硫酸亚铁的溶解度，使大部分硫酸亚铁以七水硫酸亚铁的晶体状态结晶析出，达到溶液中溶质和溶剂的分离。

B、三效负压蒸发结晶系统：

本系统主要采用三效负压蒸发结合强制循环蒸发，节约能源，降低蒸汽的消耗，降低钛白粉废硫酸浓缩过程中的沸点升，降低处理费用。三效负压蒸发就是在各效分离器内留出一个足够的空间进行气液分离，蒸汽自分离器顶部直接进入下一效蒸发器。因分离器的二次蒸汽管道的横截面积比一般蒸汽管道要大2倍以上，通入下一级蒸发器无折转，距离近，大大降低蒸汽阻力，增加流量，提高加热效率。且因气液分离是在分离器内完成，减少了引出蒸汽的热量损失。一效蒸发器的加热蒸汽冷凝水通过疏水阀通入热水预热器，冷凝水从热水预热器排出，避免了蒸汽损失，也解决了疏水器的噪声和污染。利用每一效蒸发冷凝液的热量对钛白粉废硫酸原液进行多次预热。达到设计要求浓度的浓缩液进入结晶釜。通过结晶釜夹套内的冷冻液循环冷却进行固相结晶析出；采用离心机对晶浆液进行固液相分离，获得的硫酸亚铁结晶物人工称重包装后入库；固液分离后的离心液进入二效负压蒸发结晶系统继续蒸发浓缩。

三效负压蒸发流程是由三组蒸发器、分离器组合后的蒸发操作过程。三效负压蒸发时要求后效的操作压强和溶液的沸点均较前效低，引入前效的二次蒸汽作为后效的加热介质，即后效的蒸发器成为前效二次蒸汽的冷凝器，所以仅第一效需要消耗生蒸汽。末效蒸发在真空下操作，降低了溶液的沸点。由于前一效的二次蒸汽作为下一效的加热蒸汽，故提高了生蒸汽的利用率，即经济性。本装置整套系统充分地利用了湿、潜热，节约了生蒸汽消耗量，降低了运行成本。本装置的蒸发系统总耗汽量是普通蒸发设备的1/3，运行总功率是传统蒸发设备的1/3。整套装置设计理念既环保、科学，又高效、节能；符合**制定的“节能法”之规定。

本系统实质上是一种溶液中溶质和溶剂分离的物理过程。它的基本原理是将含有硫酸、硫酸亚铁等溶质的水溶液，在真空状态下加热，使溶液中的挥发性物质和水份一起蒸发，通过冷凝器利用冷却水冷凝，形成冷凝液；随着溶液的体积减小，溶液中不可挥发的溶质硫酸、硫酸亚铁的浓度增加，形成达到设计要求的硫酸浓度。然后通过冷冻结晶，降低硫酸亚铁的溶解度，使大部分硫酸亚铁以七水硫酸亚铁的晶体状态结晶析出，达到溶液中溶质和溶剂的分离。

C、二效负压蒸发结晶系统：

本系统主要采用二效负压蒸发加强制循环蒸发。二效负压蒸发就是在各效分离器内留出一个足够的空间进行气液分离，蒸汽自分离器顶部直接进入下一效蒸发器。因分离器出气管道的横截面积比一般蒸汽管道要大2倍以上，通入下一级蒸发器无折转，距离近，大大降低蒸汽阻力，增加流量，提高加热效率；且因气液分离是在分离器内完成，减少了引出蒸汽的热量损失。一效蒸发器的加热蒸汽冷凝水通过疏水阀通入热水预热器，冷凝水从热水预热器排出，避免了蒸汽损失，也解决了疏水器的噪声和污染。利用每一效蒸发器冷凝液的热量，对原液进行多次预热。达到设计要求浓度的浓缩液进入结晶釜。通过结晶釜夹套内的冷冻液循环冷却进行固相结晶析出；采用压滤机对晶浆液进行固液相分离，获得的硫酸亚铁结晶物人工称重包装后入库；固液分离后的滤液外排至回收硫酸收集罐。

二效蒸发流程是由二组蒸发器、分离器组合后的蒸发操作过程。二效蒸发时要求后一效的操作压强和溶液的沸点均较前一效低，引入前一效的二次蒸汽作为后一效的加热介质，即后一效的蒸发器成为前一效二次蒸汽的冷凝器，仅第一效需要消耗生蒸汽。末效蒸发在真空下操作，降低了溶液的沸点。由于前一效的二次蒸汽作为后一效的加热蒸汽，故提高了生蒸汽的利用率，即经济性。本装置二效负压蒸发系统整套系统充分地利用了湿、潜热，节约了生蒸汽消耗量，降低了运行成本。本装置二效负压蒸发结晶系统总耗汽量是普通蒸发设备的1/2，运行总功率是传统蒸发设备的1/2。整套系统设计理念既环保、科学，又高效、节能；符合**制定的“节能法”之规定。

本系统实质上是一种溶液中溶质和溶剂分离的物理过程。它的基本原理是将含有硫酸、硫酸亚铁等溶质的溶液，在真空状态下加热，使水份蒸发，通过冷凝器利用冷却水冷凝成冷凝液；随着溶液的体积减小，溶液中不可挥发的溶质硫酸、硫酸亚铁的浓度增加，形成达到设计要求的硫酸浓度。然后通过冷冻结晶，降低硫酸亚铁的溶解度，使大部分硫酸亚铁以带结晶水的晶体结晶析出，达到溶液中溶质和溶剂的分离。

2.2.3 工艺流程简介：

三段式负压蒸发结晶法处理钛白粉废硫酸是根据钛白粉废硫酸的组向成分特点、不同浓度硫酸的特性及沸点、溶解度规律，硫酸亚铁在水（硫酸）中的溶解度和溶解特性，采用蒸汽间接加热、负压蒸发浓缩工艺，蒸发产生的气体经冷凝器冷凝形成冷凝液；钛白粉废硫酸经多段式负压蒸发浓缩使回收硫酸达到生产回用要求的浓度。根据硫酸亚铁在不同浓度硫酸中溶解度的特性，采用冷冻液或者冷却水对浓缩液进行循环冷却结晶，将大部分的硫酸亚铁结晶析出后通过固液分离进行去除，保持回收硫酸较高的洁净度。

三段式负压蒸发结晶法处理钛白粉废硫酸装置由几十台化工设备构成原液冷冻结晶系统、三效负压蒸发结晶系统、二效负压蒸发结晶系统三个独立化工操作单元，形成一整套完整的工艺。由蒸发器和分离器组成的蒸发单元采用负压蒸发加强制式外循环蒸发，蒸发强度大、热效率高；由冷凝器、冷凝液罐组成的冷凝系统，采用特制冷凝器、冷却水循环冷却的冷凝方式。结晶均在结晶釜内完成，结晶完成后的晶浆液进入离心机或者压滤机进行固液分离提取硫酸亚铁。固液分离后产生的离心液或者滤液收集后进入下一系统继续浓缩。达到实际生产要求浓度的回收硫酸外排至回收硫酸收集罐。

3 主体设备简介

主体设备在选型时考虑的主要因素有：

1）、钛白粉废硫酸的性质及各组向成分的物理特质；；

2）、工程技术要求，如处理量、蒸发水量、冷凝液数量及质量、回收硫酸数量及质量，安装现场的面积和高度、连续或间歇生产等；

3）、利用热源和冷却介质情况；

4）、物料的黏度随蒸发过程中温度、浓度、压力的变化情况等。

为了提高钛白粉废硫酸处理项目的蒸发能力、处理能力、使用寿命，考虑到项目的实际投资、日常运行结合废硫酸的特性，设计单位选用废酸废水处理装置针对性开发的专用的石墨等非金属材质的蒸发器、分离器、预热器、冷凝器等设备及相关配件。三段式负压蒸发结晶法处理废硫酸装置的核心设备是蒸发器、分离器、冷凝器等。石墨等非金属材质的设备对于酸类介质具有极强的耐腐蚀性能和良好的导热性能，经过多年运行证明，对于酸类介质采用石墨等非金属材质的设备，工作性能可靠、使用寿命长、操作维护简便，是唯一理想的选择。蒸发器、分离器是废硫酸蒸发结晶装置中最关键的设备，是根据外循环蒸发浓缩操作的特点专门精心设计的产品。设计单位经过多年的研发和改良特制的蒸发器、分离器多年来在多个工程的实际应用中取得了满意的效果。考虑到钛白粉废硫酸中钙离子含量较高、组向成分复杂，且含有易结晶结垢的钙镁离子，本装置二效蒸发系统每一效加设沉降罐。上部清液维持整个系统的良好运行，底部产生的晶浆液进入结晶釜。最大程度上降低蒸发器的结晶结垢和延长蒸发系统的清洗周期。

由于分离器内盛装沸腾状态的废硫酸，温度高、腐蚀性强，所以，需要采用特制的耐腐蚀分离器。本项目内所有的分离器均采用专利产品废酸废水处理专用的特制搪玻璃分离器。分离器优化和吸收了列文式分离器的特点，采用特殊设计的长径比，增加分离器的表面闪蒸，无需加装除沫器就可以达到清除二次蒸汽夹带的问题，所有分离器均加设独立的进料口、观察孔和液位控制系统，便于观察和控制进料流量和浓缩过程中的实际状况。本装置内所有的蒸发器、预热器、冷凝器均采用特制的高温浸渍石墨换热器，壳程防腐均采用了钢衬ECTFE特殊处理。为了防止物料蒸发浓缩过程中的结晶结垢、氧化水解等造成堵塞蒸发器物料通道问题，本项目内所有的蒸发器均采用专利产品废酸废水处理专用的石墨蒸发器，蒸发器均加设蒸汽分布器，最大程度上避免产生过热区，保证了物料在浓缩过程中加热均匀，不产生结晶结垢和氧化水解等问题。本项目所有的预热器、冷却器均采用专利产品废酸废水处理专用的多通道多流程石墨换热器，充分利用冷凝液的热量外还最大程度上节约占地面积。本项目内所有的冷凝器采用特殊设计的圆块孔式石墨换热器，底部加装气液分离器，保证最大程度的冷凝效果和汽液分离效果。由于气液分离器和冷凝器是一体化设备，冷凝液罐挥发的酸性气体基本上不会进入真空系统，除了最大程度上保证真空系统的正常运行和使用寿命，还对生产环境有很大的改善。由于项目设计单位对设备的改良和全系统的良好设计，是目前国内在废酸处理项目上能够采用性能良好稳定的水环泵及罗茨水环真空机组位数不多的单位之一。

结晶过程均是在结晶釜内完成，通过结晶釜夹套内的冷冻液或冷却水循环冷却下析出金属硫酸盐结晶物。结晶完成后进行固液分离。分离过程中采用离心机或者压滤机将固液混合状态的晶浆液进行固液分离，从液态的晶浆液中提取、分离出固相的金属硫酸盐结晶物。由于废硫酸具有很强的腐蚀性，一般金属材料都不能适应生产需求，根据工艺要求选用了搪玻璃反应釜、全自动刮刀下部卸料离心机、耐酸程控隔膜压滤机及相关配套。

对于进料泵、循环泵、出料泵、离心液泵、滤液泵、压滤泵等均采用特制夹板式化工流程离心泵或者低转速混流泵，泵所有过流部件均采用（改性）超高分子量聚乙烯材料或F46材料。加配双端面机械密封。保证了系统安全运行程度高和设备检修周期长。保证装置稳定运转和具有较长的使用寿命。

对于三效负压蒸发结晶系统的蒸发真空泵、二效负压蒸发结晶系统的蒸发真空泵均采用S30408不锈钢材质的带动力机械密封的2SK系列双级水环式真空泵；水环泵自带的循环水箱及加配冷却器，保证系统的真空度稳定及设备基本无检修，也最大程度上减少对生产车间环境的影响。

对于三效负压蒸发结晶系统的结晶真空机组、二效负压蒸发结晶系统的结晶真空机组均采用了RPP系列水喷射真空机组，采用聚丙烯材料保证了设备的耐腐蚀度，自带的冷却器有效控制好水箱水温可以保证真空度的稳定及设备基本无检修。同时最大程度减少换水频率。

对于冷凝液罐均采用搪玻璃储罐；对于离心液罐、滤液罐、回收液罐、汽液分离罐均采用聚丙烯储罐。既满足了实际生产需要的耐腐蚀性，还对耐真空、耐温度更有实用性，又比较经济合理。

4 涉及的自主知识产权和专利技术

4.1发明专利：

ZL202010484404.8《食品级废磷酸的二段式负压蒸发浓缩净化处理工艺及装置》

ZL202010485113.0《含氟废盐酸的处理工艺及装置》

ZL202010485194.4《钛白粉废硫酸三段式负压蒸发结晶处理工艺及装置》

ZL201310351303.3《高效节能型盐酸酸洗废液三效负压石墨蒸发结晶装置》

ZL201410102740.6《圆块孔式多流程石墨换热器》

ZL201721176680.8《从酸性蚀刻废液中回收盐酸和制取硫酸铜的装置》

ZL201810863356.6《盐酸酸洗废液三效负压逆流闪蒸结晶处理装置》

ZL201810863360.3《磺化法盐酸酸洗废液资源化处理装置》

4.2新型实用专利：

ZL202020969691.7《钛白粉废硫酸三段式负压蒸发结晶处理装置》

ZL202020968522.1《含氟废盐酸的处理装置》

ZL202020969695.5《食品级废磷酸的二段式负压蒸发浓缩净化处理装置》

ZL201821408180.7《特制氯化物磺化反应釜》

ZL201821227836.5《磺化法盐酸酸洗废液资源化处理装置》

ZL201821227312.6《盐酸酸洗废液三效负压逆流闪蒸结晶处理装置》

ZL201620446413.7《光电材料酸洗废液的回收处理装置》

ZL201620447833.7《含过氧化物和双氧水的稀硫酸废液浓缩装置》

ZL201620450057.6《电子废酸液电子级磷酸回收处理装置》

ZL20170826734.9《从酸性蚀刻废液中回收盐酸和制取硫酸铜的装置》

ZL201620450271.1《无需冷却水的高盐废水三效蒸发结晶装置》

ZL201620450272.6《稀硫酸3+1+1负压蒸发浓缩装置》

ZL201320493878.4《高效节能型盐酸酸洗废液三效负压石墨蒸发结晶装置》

ZL201120167001.7《酸洗废液回收处理装置》

ZL201220341703.7《酸洗废液回收处理装置》

ZL201220292311.6《酸洗废液专用浓缩分离装置》

ZL201220606723.2《黄金矿渣中回收铁盐的设备》

ZL201120166991.2《四甲基氢氧化铵废液提取设备》

ZL201420126530.6《圆块孔式多流程石墨换热器》

ZL201420125062.0《用于蒸发浓缩的石墨蒸发器》

ZL201420126500.5《蒸发浓缩专用的石墨分离器》

ZL201320366725.3《钢衬石墨弯头》

ZL201220292308.4《圆块孔式特制石墨冷凝器》

ZL201220291634.3《圆块孔式换热器用石墨块》

ZL2012202923121.0《圆块孔式石墨冷凝器》

ZL201120167006.X《钢衬石墨蒸发器》

ZL201120166991.2《圆块孔式加热器》

4.3设计单位参与起草和修订的相关标准：

GB/T 32125-2021《工业废盐酸的处理处置规范》

GB/T 36380-2025《工业废硫酸的处理处置规范》

GB/T 37387-2019《工业废磷酸的处理处置规范》

GB/T 38102-2019 《湿法磷酸及磷肥生产中氟硅酸废液处理处置方法》

GB/T 1621《工业氯化铁》

HJ 1335—2023 《废硫酸利用处置污染控制技术规范》

HG/T 5363-2018 《含磷废液处理处置方法》

HG/T 5811-2020《含铁化工污泥中铁含量测定方法》

HG/T 3251-2018《工业结晶氯化铝》

HG/T 5547-2019《移动式化学清洗废液处理装置技术规范》

HG/T 5967-2021《热镀锌废盐酸的处理处置方法》

HG/T 6111-2022《钢丝绳酸洗废液的处理处置方法》

HG/T 6112-2022《碳素钢酸洗废液的处理处置方法》

HG/T 6115-2022《生产钛白粉（二氧化钛）过程中产生的废硫酸处理处置方法》

HG/T 6265-2024 《含铬酸洗废液处理处置方法》

T/CSAIA 003—2021《废酸制备水处理剂技术要求 第1部分 聚合硫酸铁》

T/CSAIA 005—2021《有机废硫酸利用处置污染控制技术规范》

T/CPCIF 0285-2023《石油和化工行业蒸发结晶设备供应商评价规范》  

T/CPCIF 0428-2025《复合铝盐溶液》

《废酸处理处置行业绿色工厂评价要求》

《危险废物环境管理指南 化工废酸》

5 总结：

钛白粉废硫酸多段式负压蒸发结晶装置的核心在于首先充分认识、分析了钛白粉废硫酸中的物质组成及产生结垢物质的形态与机理，得到了并非传统认识上的硫酸盐相关物质结晶结垢所致的结论；采取了降低或者消除结晶结垢物质的过饱和度措施，降低了硫酸盐结垢速率与结垢几率；解决了钛白粉废硫酸浓缩长期困扰业界的换热器结垢、易堵的一个复杂而艰苦的工程与生产技术难题。其次采用多段式负压蒸发结晶装置处理钛白粉废硫酸流程简单、经济实用。

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