12711 (Участок восстановления и дистилляции четыреххлористого титана), страница 3
Описание файла
Документ из архива "Участок восстановления и дистилляции четыреххлористого титана", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "биология" из , которые можно найти в файловом архиве . Не смотря на прямую связь этого архива с , его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "курсовые/домашние работы", в предмете "биология и химия" в общих файлах.
Онлайн просмотр документа "12711"
Текст 3 страницы из документа "12711"
С точки зрения повышения производительности аппаратов восстановления и вакуумной сепарации представляет интерес совмещение этих двух процессов в одном аппарате. Один из вариантов такого аппарата представляет собой реактор восстановления, над которым располагается конденсатор.
Извлечение титановой губки
Образующаяся в реакторе титановая губка прочно приваривается к его стенкам. Наиболее прочно к стенкам приваривается гарнисажная часть губки. Отделить титановую губка от стенок реактора из нержавеющей стали легче чем от стенок реактора из обычной стали, так как между губкой и материалом реактора образуется прослойка из промежуточного сплава титана с нержавеющей сталью, которая легче отделяется от стенок реактора.
Обычно после окончания процесса вакуумной сепарации и охлаждения блок титановой губки извлекают из него, отделяя гарнисажную губку с помощью пневмомолотков. Затем подрезают центральную кричную часть металла, после чего блок губки извлекают из реактора.
Операция извлечения губки из реактора таким способом – очень тяжелая и трудоемкая. Механические же способы вырезания титановой губки из реактора до настоящего времени не нашли широкого применения вследствии интенсивного окисления титановой губки в процессе резания.
Извлеченный из реактора и очищенный блок титановой губки поступает на разделку (нижняя часть, гарнисаж и поверхностные пленки, которые содержать повышенное количество примесей обрабатываются отдельно).
Основной блок губки – крицу подвергают крупному дроблению. В дальнейшем губку измельчают обычно в системе щековых дробилок, после чего ее рассеивают на фракции.
Полученную титановую губку загружают в герметичную тару, в которой она хранится и транспортируется потребителям. После загрузки губки тару иногда вакуумируют, после чего в нее задают осушенный инертный газ. Эти предосторожности иногда необходимы при длительном хранении для предотвращения увлажнения остатков хлористого магния, содержащихся в титановой губке.
Металлургические расчеты
Заданные условия
В качестве заданных условий примем следующие составы компонентов. Для выполнения металлургических расчетов будем использовать параметры тетрахлорида титана, выпускаемого Sumitomo Titanium Corporation:
| | | | | | |
| 99,9% min | 0,001% max | 0,0001% max | 0,001% max | 0,0015% |
Магний будем подавать в виде металлических чушек марки мг98 (ГОСТ 804-93):
| Марка | Mg, не менее, % | Массовая доля примесей, не более, % | |||||||||
| Fe | Si | Ni | Cu | Al | Mn | Zn | Pb | Sn | Любого другого элемента | ||
| Мг98 | 99,98 | 0,002 | 0,003 | 0,0005 | 0,0005 | 0,004 | 0,002 | 0,005 | 0,005 | 0,005 | 0,002 |
Материальный баланс
Для производства 1т титановой губки потребуется пропорционально реакции (исходя из стехиометрии реакции и молекулярных масс вещества):
| | + | | | | + | |
| 190 | 49 | 48 | 190 |
Четыреххлористого титана: 
;
Магния: 
;
Принимая во внимание, что почти все примеси из 
переходят в губку получаем:
Si: 
;
Fe: ;
V: 
;
Т.к. суммарная масса примесей, попадающих в 1т титановой губки из четыреххлористого титана составит менее 80г на тонну, будем при расчете ими пренебрегать.
Составляем материальный баланс:
| Материальный баланс | ||||||
| Задано | Получено | |||||
| Четыреххлористый титан | 3958кг | 79.5% | Титан | 1000кг | 20.08% | |
| Магний | 1021кг | 20.5% | | 3958кг | 79.50% | |
| Невязка | 21кг | 0.42% | ||||
| Итого: | 4979кг | 100% | Итого: | 4979кг | 100% | |
Тепловой баланс реакции восстановления TiCl4
Для расчета количества энергии, введенной при нагреве исходных компонентов до температуры проведения процесса (1100К) и остывания продуктов реакции до температуры 298,15К воспользуемся «Shomate Equation» [5]:
Параметры A,B,C,D,E,F,H берем из справочника [5].
Для расчета теплового эффекта реакции воспользуемся справочными значениями энтальпии образования исходных компонентов и продуктов реакции.
| Термодинамические параметры веществ | ||||
| Параметр | TiCl4 | Mg | Ti | MgCl2 |
| A | 106,8573 | 34,30901 | 44,37174 | 92,048 |
| B | 1,049482 | -7,47103E-10 | -44,09225 | -0,000005 |
| C | -0,2843 | 6,14621E-10 | 31,70602 | 4,77E-07 |
| D | 0,024257 | -1,59824E-10 | 0,052209 | 1,14E-07 |
| E | -1,043516 | -1,15201E-11 | 0,036168 | -0,000005 |
| F | -798,5666 | -5,439367 | -12,72011 | -634,343 |
| H | -763,1616 | 4,790011 | 0 | -601,577 |
| H1100-H298.15, кДж/моль | 83,60436175 | 27,510533 | 23,46612676 | 68,48680177 |
| Энтальпия образования ΔH, кДж/моль | -804,2 | 0 | 0 | -641,3 |
Рассчитываем выделение тепла от экзотермии реакции используя энтальпии образования принимающих участие в реакции веществ:
Аналогично, используя параметр H1100-H298.15, вычисляем разницу теплоты получаемых и исходных компонентов (теплота нагрева до 1100К и остывания до 298.15К):
Таким образом, количество тепла, подлежащее отведению составит: 
Пересчитывая граммы в моли, получаем суммарный тепловой эффект реакции при получении 1кг металлического титана и заполняем таблицу:
| Параметр | TiCl4 | 2Mg | Ti | 2MgCl2 | Сумма |
| масса, г | 3958 | 1021 | 1000 | 3958 | |
| молярная масса, г/моль | 190 | 49 | 48 | 190 | |
| кол-во, моль | 20,83157895 | 20,83673469 | 20,83333333 | 20,83157895 | |
| энтальпия образования, кДж | -16752,75579 | 0 | 0 | -13359,29158 | 3393,464211 |
| H1100-H298.15, кДж | 1741,610862 | 573,2296774 | 488,8776407 | 1426,688218 | -399,2746809 |
| Итого | 3792,738891 |
Составляем тепловой баланс:
| Тепловой баланс получения 1т титана | ||||||
| Приход тепла | Отвод тепла | |||||
| Статья | мДж | % | Статья | мДж | % | |
| От электроэнергии на расплавление Mg | 573,2296774 | 14,5 | С Титаном | 488,8776407 | 12,3 | |
| От экзотермии реакции | 3393,464211 | 85,5 | С MgCl2 | 1426,688218 | 36,0 | |
| Теплоотвод | 2051,128029 | 51,7 | ||||
| Невязка | 0 | |||||
| Итого: | 3966,693888 | 100,0 | Итого: | 3966,693888 | 100,0 | |
Расчет кол-ва аппаратов
Рассчитаем кол-во реакторов для производства 5 000 тонн титановой губки в год. Используем реакторы высотой 3050мм и внутренним диаметром 1360мм.
Цикловая производительность таких реакторов составляет 2000кг титановой губки (одна условная единица). Продолжительность полного цикла – 39 часов [1]. Кол-во товарного металла, получаемого с одного реактора в год составит (365дн * 24ч / 39ч) * 0,9 * 2000кг = 405 тонн.
Таким образом, для получения 5 000 тонн в год необходимо использовать 5 000 / 405 = 13 реакторов.
Т.к. длительность цикла процесса вакуумной сепарации составляет 30 часов, он не является «узким звеном» участка, следовательно, расчет производительность по реакторам восстановления четыреххлористого титана является корректным.
За один цикл аппарат вакуум-термической очистки титановой губки также перерабатывает 2000кг. Учитывая, что его производительность (30 часов) лишь несколько меньше производительности реактора (39 часов), в цеху необходимо использовать 13 таких аппаратов (по одному аппарату-дистиллятору на каждый реактор восстановления).
