Проектирование отделения магнийтермического восстановления тетрахлорида титана - Дипломная работа

Многовалентность титана, его высокая активность обуславливают применение особых технологических приемов в процессе его производства. В мировой практике, в том числе и в Казахстане преимущественное развитие получил магниетермический способ получения титана. Хлорид магния (MGCL2), получаемый в качестве побочного продукта процесса, является сырьем для производства магния (Mg). Отделение восстановления тетрахлорида титана магнием является самым важным в производстве губчатого титана, так как в отделении получают титановую губку, в которой формируются все основные физико-химические и технологические свойства [1].Наибольший интерес при производстве титана представляют следующие способы его получения: - восстановление тетрахлорида титана магнием или натрием; Подавляющая часть титана, выпускаемая промышленностью, производится восстановлением хлорида титана магнием или натрием. Восстановление магнием проводят в стальных герметичных аппаратах в атмосфере аргона. Восстановление тетрахлорида титана натрием ведут в интервале температур 801-883 0С, в атмосфере аргона. Натрийтрмический способ имеет ряд преимуществ перед магнийтермическим: легкость транспортировки натрия вследствие низкой температуры (98°С) его плавления, высокая скорость восстановления и реакции со 100% коэффициентом использования натрия, отсутствие сложного и энергоемкого процесса вакуумной сепарации, возможность ведения полунепрерывного процесса.Анализ патентной и научно-технической информации показывает, что как в странах СНГ, так и в странах дальнего зарубежья совершенствование способа получения титана проводится в одних и тех же направлениях, а именно: - увеличение производительности аппаратов восстановления и сепарации; По данным Юкио Окура, Труды *-й Всемирной конференции по титану, 1996г, Бирменгем, стр.1427, фирмой "Toho Titanium Co" эксплуатируются аппараты цикловой производительностью 4-6 тонн с боковым расположением конденсатора. Американская фирма "Timet" совместно с фирмой "Toho Titanium Co" осуществила модернизацию передела получения губчатого титана с установкой аппаратов до 8,0 т / цикл (диаметр реторты 2,0 м) с боковым расположением конденсатора. Аппараты с горизонтальной ретортой цикловой производительностью 6,3 т испытаны в США фирмой "Оремет" , патент США N 23556491. Японская фирма"Осака тайтениум"заменила реакторы цикловой производительностью 1,4 - 2,0 т губчатого титана на реакторы производительностью 5,7 и 10 т.На АО «УК ТМК» применяется магнийтермический способ получения титановой губки в электропечах шахтного типа. С выходом комбината на международный рынок встает вопрос о снижении себестоимости выпускаемой продукции, увеличение объемов выпуска титановой губки на наименьших производственных площадях. Еще одним направлением уменьшения себестоимости титановой губки является внедрение аппарата восстановления и сепарации с цикловой производительностью 5 тонн за цикл, что и предлагается в данном дипломном проекте. Как показал анализ научно-исследовательских работ и анализ работы действующего предприятия повышение цикловой производительности аппаратов восстановления и снижение энергозатрат в процессе магнийтермического производства губчатого титана является на сегодняшний момент актуальной проблемой. Цикловой съем губчатого титана определяется, прежде всего, коэффициентом использования магния, увеличение которого позволяет снизить - энерго-, - метало-и трудоемкость магнийтермического передела.Сырьем для отделения восстановления является: - очищенный тетрахлорид титана, поступающий из отделения ректификации цеха по производству очищенного тетрахлорида титана, соответствующего ТУ 647 РК 00202028 - 101 - 99 и техническим условиям следующего состава: TICL4 - 99,995%; В результате процесса восстановления тетрахлорида титана магнием с последующей очисткой реакционной массы методом вакуумной сепарации, получаем титановую губку.Промышленный магниетермический способ получения титана основан на реакции: TICL4 2Mg=2MGCL2 Q (6) Восстановление титана можно представить как ступенчатое восстановление четыреххлористого титана и его низших хлоридов: TICL2 Mg = Ti MGCL2 (7) Реакция начинается в газовой фазе. При этом титан имеет вид прочно сросшихся дендритов. Взаимодействие четыреххлористого титана с магнием начинается при температуре 3000С, но реакция протекает при этом с небольшой скоростью.Особенность процесса восстановления заключается в том, что в аппарат восстановления, нагретый до температуры 750-8000С в атмосфере инертного газа-аргона загружают магний-восстановитель в жидком виде, сразу в количестве, необходимом на весь процесс. На заданное количество тетрахлорида титана приходится примесей: 1) На 99,995 кг TICL4 приходится 0,001 кг FECL3 на 3964,51 кг TICL4 приходится х кг FECL3 Количество примесей в этом количестве магния составляет: В 99,9 % Mg содержится 0,1 % примесей, тогда в 1015,49 кг Mg содержится х кг примесей: Магний с примесями составляет: 1015,49 1,02 = 1016,51 кг Mg. На 100 кг

Содержание

Введение

1. Аналитический обзор

1.1 Обзор технологий

1.2 Обзор патентной литературы

1.3 Анализ работы действующего предприятия

2. Выбор и обоснование принимаемого в проекте технологического решения

3. Технологическая часть

3.1 Номенклатура сырья и продукции

3.2 Описание основного технологического процесса

3.3 Металлургические расчеты

3.3.1 Расчет материального баланса процесса восстановления

3.3.2 Конструктивный расчет аппарата восстановления

3.3.3 Тепловой расчет аппарата восстановления

3.3.4 Расчет тепловой мощности печи восстановления

3.3.5 Расчет требуемой мощности печи

3.3.6 Электрический расчет печи восстановления

3.4 Выбор и расчет основного и вспомогательного оборудования

3.4.1 Выбор и расчет основного оборудования

3.4.2 Выбор и расчет вспомогательного оборудования

4. Контроль и автоматизация технологических процессов

4.1 Характеристика процесса как объекта управления

4.2 Постановка задач управления процессом восстановления

4.3 Описание функциональной схемы

5. Безопасность и экологичность проекта

5.1 Анализ вредных и опасных производственных факторов

5.1.1 Классификация производственных факторов

5.1.2 Характеристика вредных веществ, специфических для данного производства

5.2 Организационные мероприятия

5.3 Средства индивидуальной защиты

5.4 Обеспечение спецпитанием

5.5 Санитарно-гигиенические мероприятия

5.6 Организация воздухообмена

5.7 Расчет защитного заземления

5.8 Освещение

5.9 Противопожарные мероприятия

5.10 Виды аварий и мероприятия по их ликвидации

5.11 Экологичность проекта

5.11.1 Охрана воздушного бассейна от загрязнения вредными веществами

5.11.2 Охрана водоемов, почв от загрязнения вредными веществами

5.11.3 Проектные решения по утилизации отходов

Заключение

Список используемой литературы

Многовалентность титана, его высокая активность обуславливают применение особых технологических приемов в процессе его производства.

В мировой практике, в том числе и в Казахстане преимущественное развитие получил магниетермический способ получения титана. Хлорид магния (MGCL2), получаемый в качестве побочного продукта процесса, является сырьем для производства магния (Mg). Вместе с тем при электролизе магния побочным продуктом является хлор, который необходим для получения тетрахлорида титана (TICL4). Этим и объясняется целесообразность совмещения производств титана и магния.

Отделение восстановления тетрахлорида титана магнием является самым важным в производстве губчатого титана, так как в отделении получают титановую губку, в которой формируются все основные физико-химические и технологические свойства [1].

Цикловой съем губчатого титана (Г.Т.) определяется, прежде всего, коэффициентом использования магния.

В данном дипломном проекте принимаем коэффициент использования магния равный 60%.

Повышение коэффициента использования магния позволит уменьшить оборотные потоки магния, снизить энерго-, металло- и трудоемкость процесса восстановления.

Повышение единичной мощности аппаратов восстановления позволяет увеличить на тех же площадях производительность аппаратов по губчатому титану, причем часовая продолжительность возрастает незначительно, так как длительность вспомогательных операций (монтажа и т.д.) остается прежней.

Поэтому вопросы интенсификации технологического процесса, а также снижение энерго- и металлозатрат в отделении магнийтермического восстановления являются на сегодняшний день наиболее актуальными.

Целью настоящего дипломного проекта является модернизация существующего отделения магнийтермического восстановления, предусматривающего установку аппаратов повышенной цикловой производительностью (5 тонн губчатого титана за цикл) и интенсификация технологического процесса за счет повышения коэффициента использования магния.