攀枝花学院本科毕业设计（论文）引言钛白酸解过程自动控制系统设计摘要钛白粉被认为是目前世界上性能最好的一种白色颜料，广泛应用于涂料、塑料、造纸、印刷油墨、化纤、橡胶、化妆品等工业。硫酸法钛白生产工艺是将钛铁矿粉用浓硫酸进行酸解生成硫酸氧钛，经沉降，过滤，除铁，浓缩，水解，水洗，煅烧，磨粉，得到钛白粉产品。攀枝花钢铁(集团)公司钛白粉厂,是一个年产4000吨锐钛型的硫酸法钛白粉生产厂。根据酸解工艺要求，设计的酸解自动控制系统包括：浓硫酸、钛矿粉和废酸串级双比值控制系统、压缩空气压力控制系统、蒸汽压力温度串级控制系统、废酸PH值自动控制系统、冷却水温度控制系统、钛液液位控制系统。关键词酸解，串级双比值控制，KMM可编程调节器1引言钛白粉作为一种白色无机颜料，具有无毒、最佳的不透明性、最佳白度和光亮度，被认为是目前世界上性能最好的一种白色颜料，广泛应用于涂料、塑料、造纸、印刷油墨、化纤、橡胶、化妆品等工业。钛白粉有两种主要结晶形态：锐钛型（Anatase），简称A型和金红石型(Rutile)，简称R型。硫酸法是用钛精矿或酸溶性钛渣与硫酸反应进行酸解反应，得到硫酸氧钛溶液，经水解得到偏钛酸沉淀；再进入转窑煅烧产出TiO2。硫酸法既可生产锐钛型产品，又可生产金红石型产品。2硫酸法钛白粉的生产工艺过程硫酸法的主要原料是钛矿和硫酸。从钛铁矿用硫酸制取二氧化钛的主要化学反应式如下:+2=++2式（2.1）+2=+式（2.2）=+式（2.3）目前颜料级钛白粉的生产工艺过程，通常可分为五大步骤和十大环节。其中五大步骤是指：原矿准备；钛的硫酸盐溶液的制备；水合二氧化钛的制备；水合二氧化钛的煅烧；二氧化钛的后处理。十大环节包括：干燥、磁选与磨矿；酸解；净化；浓缩；晶种与水解；水洗、漂白与漂后水洗；盐处理；煅烧；后处理；废副产品的回收、处理和利用[2]。硫酸法制二氧化钛生产工艺全过程见图2.1。图2.1硫酸法钛白粉的生产工艺3自动控制系统总体方案设计图3.1钛白酸解带点控制工艺流程图4浓硫酸、钛矿粉和废酸串级双比值控制系统4.1控制系统的组成原理浓硫酸与钛矿粉的反应比值起着非常重要的作用，正确的酸矿比不仅可以节约硫酸用量，提高酸解率使反应更完全。酸矿比过低反应所生成的TiOSO4溶液不稳定易早期水解，而酸矿比过高不仅浪费硫酸、抵制水解反应，反应生成的Ti(SO4)2在浸取时难溶于水，还会造成水解产物颗粒细难洗涤。为此改变以往传统的间歇性自动控制系统生产钛白粉，用比值控制系统来自动控制酸矿比，达到精确控制的目的。另外，废酸与浓硫酸的比值控制系统又可以节约浓硫酸，并且废酸中的水分又与浓硫酸的稀释作用而产生稀释热，促使反应的进行，可以减少蒸汽的使用量，进而达到节能的目的。该系统的方框图如下：图4.1浓硫酸、钛矿粉和废酸串级双比值控制系统方框图4.2测量仪表的选择4.2.1浓硫酸流量测量仪表FT-1003的选择由电磁流量计的工作原理可知，硫酸是导电的，本过程控制系统选用电磁流量计。4.2.2废酸流量测量仪表FT-1003A的选择由电磁流量计的工作原理可知，硫酸是导电的，本过程控制系统选用电磁流量计。4.2.3钛矿粉流量测量仪表WT-1002的选择由于矿粉是固态的,并且要称的是质量,所以在测量的时候直接由电子称监测的质量信号传出，该系统选择JF-100mv称重信号变送器。4.3调节阀的设计4.3.1调节阀FV-1003的设计因为浓硫酸的供应要求不允许其有泄露，而且为了达到最适温度，在温度检测的信号过来要求加热的时候才打开阀门,温度达到要求后就关掉阀门。所以选气开式的调节阀。选直通单座、气开式的调节阀。4.3.2调节阀FV-1003A的设计该调节阀的选择同4.3.1的选择类似。根据工艺特点，调节阀的作用方式为气开式。4.4调节器调节规律和作用方式的选择4.4.1调节器调节规律选择由于工艺要求酸矿比比较严格，故应选比例积分（PI）控制规律。而废酸与浓硫酸的串级比值控制系统，因为pH值对象滞后较大，主控制器选比例积分（PI）控制规律，比值控制器选用纯比例（P）控制规律。4.4.2调节器作用方式选择此系统中，流量调节阀选择气开阀；被控对象符号为“+”，因控制阀与对象的符号一致，调节器应选反作用方式。类似地，废酸调节器也应选反作用方式。在废酸与pH检测串级控制系统中，pH检测控制器应选反作用。[1]4.5KMM组态图KMM组态图如图4.2所示。图4.2浓硫酸、钛矿粉和废酸串级双比值控制系统KMM调节器组态图5压缩空气压力控制系统5.1控制系统的组成原理在酸解反应的过程中，钛铁矿和浓硫酸在放进酸解管的时候就混合不均匀