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钛白和铬盐均是重要的化工冶金产品。目前钛白的生产方法主要有硫酸法和氯化法,铬盐的生产方法主要有传统的高温焙烧工艺,均生产大量废渣,资源利用率低,污染严重。中国科学院过程工程研究所开拓了亚熔盐铬化工清洁生产新工艺,将反应温度大幅降低,铬回收率提高到99%以上,并通过产业链接实现铬渣的零排放,已经工业化,处在需要进行系统分析并进行技术集成的关键时期。在此平台技术基础上,又开发了亚熔盐钛白清洁生产工艺,在实验室进行了大量探索实验,积累了宝贵的基础数据,需要进一步放大以满足工业化的需要。在这个阶段,流程模拟技术可以很好地辅助完成工艺系统集成和放大的任务。本文在实验数据和中试运行参数的基础上,模拟了亚熔盐平台上两新工艺的流程,主要进展如下:
(1)在汇总文献报道的无机物及冶金体系热力学物性预测方法的基础上,优化了可估算本工艺组分热力学物性的基团贡献法参数;
(2)基础热力学分析表明,电解质组分在水溶液中的两种热力学现象溶解热和稀释热(或浓缩热)对体系的成分分布和能量变化均有影响,对KOH介质,相比于其稀释热(或浓缩热)的数值,其溶解热对体系的影响更加显著,这不仅体现在KOH溶解过程放出热量对体系温度的影响,同时溶解过程使得KOH电解质由纯固态向离子态转变,体系组成发生了变化。模拟中以PGM语言编程实现了对溶解反应的有机控制,合理地处理了溶解过程对工艺物流和单元操作的影响;
(3)热力学计算表明,亚熔盐钛白清洁生产工艺的核心反应均是强放热反应,这在一定程度上降低了工艺体系对能量的消耗,同时也增加了反应器温度控制的难度;
(4)通过对亚熔盐钛白清洁生产工艺的流程模拟,得到了详细的物流表和单元操作表,每吨产品的原料消耗和能量消耗,指出了工艺的能量消耗主要在原料预热和碱液回收,为下一步工艺的改进和优化指出了方向;
(5)以SysCAD为流程模拟平台,对亚熔盐铬清洁生产工艺的流程模拟结果基本上符合工业实际情况,在进一步完善基础数据和模拟机理后,模拟工作将会对工艺放大产生积极作用。