Министерство образования и науки Республики Казахстан
Восточно-Казахстанский государственный технический университет
им. Д. Серикбаева
Проектирование отделения вакуумной сепарации титановой губки на базе АО "УК ТМК"
ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ
специальность 050709 – «Металлургия»
Выполнил: Коробков Е.В.
Усть-Каменогорск 2010
Реферат
Пояснительная записка к дипломному проекту выполнена на 99 стр., содержит 3 рис., 16 табл., 20 библ. назв.
РЕАКЦИОННАЯ МАССА, ВАКУУМНАЯ СЕПАРАЦИЯ, ЭЛЕКТРОПЕЧЬ СОПРОТИВЛЕНИЯ, РЕТОРТА, ТИТАНОВАЯ ГУБКА, МАГНИЙ, ХЛОРИД МАГНИЯ, МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС, ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС, КОНСТРУКТИВНЫЙ РАСЧЕТ.
Целью дипломного проекта является модернизация отделения вакуумной сепарации реакционной массы, производительностью 30000 тонн в год губчатого титана.
С целью интенсификации процесса вакуум-термической сепарации реакционной массы предлагается снизить продолжительность высокотемпературной выдержки на 2,5 часа.
В дипломной проекте на основе существующей аппаратурно-технологической схемы, выполнены расчеты материального и теплового баланса, выбрано основное и вспомогательное оборудование.
Экономический расчет выполнен на основании прогрессивных норм выработки и расходных коэффициентов, отражающих современный уровень развития титановой отрасли.
В необходимом объеме рассмотрены вопросы автоматизации процесса, экологичности и безопасности.
Графическая часть выполнена на 4 чертежах.
Содержание
Введение
1. Аналитический обзор
1.1 Обзор технологий
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 расчёты
4. Аналитический контроль производства
5. Контроль и автоматизация технологических процессов
6. Экологичность и безопасность проекта
6.1 Анализ вредных и опасных производственных факторов
6.2 Мероприятия по охране труда и технике безопасности
6.3 Санитарно-гигиенические мероприятия
6.4 Обеспечение спецпитанием
6.5 Общая вентиляция
6.6 Электробезопасность
6.7 Противопожарные мероприятия
6.8 Общие правила безопасности
6.9 Расчет электроосвещения в отделении сепарации
6.10 Расчет защитного заземления
6.11 Охрана воздушного бассейна от загрязнения вредными веществами
6.12 Экологическое состояние в отделении вакуумной сепарации
6.13 Проектные решения по утилизации отходов производства
7.1 Организация производства
7.2 Планирование производства
7.3 Расчет экономической эффективности
7.4 Нахождение точки безубыточности
7.5 Технико-экономические показатели проекта
Заключение
Список литературы
Введение
металлургия титан технологический автоматизация
Титан, благодаря своей высокой прочности, твердости и высокой коррозийной стойкости, нашел широкое применение почти во всех отраслях промышленности: пищевой, медицинской, авиакосмической и т.д.
Современное производство титана базируется на хлорной технологии: получение тетрахлорида титана с последующим его восстановление магнием и очисткой полученной реакционной массы ( титановая губка, загрязненная продуктами восстановления – магнием и хлористым магнием) методом вакуумной сепарации.
Переработка реакционной массы методом вакуумной сепарации является одним из основных переделов в технологии производства титана, так как конечным продуктом переработки является получение товарной титановой губки. Этот процесс является довольно сложным и дорогостоящим, так как к качеству товарного губчатого титана предъявляются очень высокие требования.
Поэтому вопросы, связанные с улучшением технико-экономических показателей процесса вакуумной сепарации - уменьшение расхода электроэнергии, повышение качества титановой губки и т.д. являются на сегодняшний день наиболее актуальными.
Целью настоящего дипломного проекта является проектирование отделения переработки реакционной массы методом вакуумной сепарации производительностью 30000 тонн в год титановой губки..
Новизна и практическая ценность заключается в снижении удельного расхода электроэнергии, расхода воды подаваемой на охлаждение аппарата.В уменьшении потерь магния с отвальным конденсатом на 40%. Годовой экономический эффект от внедрения предлагаемых решений составит около 1000000 тыс.тенге.
1. Аналитический обзор
1.1 Обзор технологий
В основном, современное производство титана базируется на хлорной технологии: получение тетрахлорида титана хлорированием титаносодержащего сырья с последующим его восстановлением магнием и очисткой полученной реакционной массы (титановой губки, загрязненной продуктами восстановления – магнием и хлоридом магния) методом вакуумной сепарации.
В СНГ все три предприятия – Запорожский титано-магниевый комбинат, расположенный на Украине; Березниковский титано-магниевый комбинат, расположенный в России; Усть-каменогорский титано-магниевый комбинат производят титан по хлорной технологии, используя в качестве восстановителя магний.
Магниетермический способ получения титана из тетрахлорида титана оказался наиболее экономически и технологически целесообразнее только при комбинировании титанового и магниевого производств, которые обеспечивают наиболее рациональную регенерацию продуктов (магний и хлор) и переработку отходов (хлорид магния).
В процессе металлотермического восстановления образуется металлический титан, загрязненный продуктами восстановления (так называется реакционная масса). В странах СНГ получают металлический титан с использованием в качестве восстановителя металлический магний.
Помимо магниетермического способа получения титана в аппарате периодического действия, широко применяемого в мировой практике, существуют и другие. Важным является производство титана натриетермическим способом, используемым за рубежом, в частности в Англии.
Этот способ основан на следующей экзотермической реакции:
TiCl4 (Г) + 4Na(Ж) = Ti (тв.) + 4NaCl(Ж) + Q (1.1)
Натриетермический способ имеет определенные преимущества перед магниетермическим (легкость транспортировки натрия вследствие низкой 198оС) температуры его плавления; высокая скорость реакции восстановления и прохождение ее со стопроцентным коэффициентом использования натрия; отсутствие сложного и энергоемкого передела вакуумной сепарации; возможность ведения полунепрерывного процесса. Вместе с тем, этому методу свойственны существенные недостатки. Натрий очень активен на воздухе. Он быстро окисляется, а с водой реагирует с взрывом. Все это требует принятия специальных мер безопасности. Отрицательными сторонами этого метода также является высокая экзотермичность процесса восстановления, большой объем восстановления и продуктов реакции, что приводит к необходимости применения громоздкой аппаратуры [1].
Из-за других способов производства титана известны восстановление двуокиси титана кальцием по реакции:
TiO2 = 2Ca = Ti + 2CaO, (1.2)
гидридом кальция по реакции:
TiO2 + 2CaH2 = Ti + 2CaO + 2H2. (1.3)
Интересен йодный метод, с помощью которого может быть получен высокочистый титан:
TiJ4 = Ti + 2J2. (1.4)
Все эти способы применяются ограниченно и по своим масштабам значительно уступают магние- и натриетермическому способу [2, 3].
Весьма перспективен электролитический способ титана. Главное его преимущество – отсутствие металлического восстановителя. Достигнуто значительные успехи по разработке и усовершенствованию этого метода. Идея метода уже используется в промышленной практике при электротехническом рафинировании титана (например, некачественного губчатого титана, отходов плавки титана и его сплавов). В этом процессе анодом служим загрязненный титан, погруженный в расплав электроплиты. Последний содержит хлориды щелочных металлов и низшие хлориды титана. При электролизе, проходящем при (800 – 850)0С титан переходит в электролит и осаждается на катоде. Катодный осадок после гидрометаллургической обработки, просеивания, служит отличным сырьем для порошковой металлургии [2].
На первых этапах развития магниетермического производства титана для очистки титановой губки от хлорида магния и магния применяли гидрометаллургический способ, который состоит в обработке реакционной массы разбавленной (однопроцентной) хлороводородной кислотой на холоду для извлечения основного количества магния и его хлорида. Остаточное количество выщелачиваем после мокрого измельчения губки в шаровой мельнице десятипроцентной шароводородной кислотой при 45оС. Готовый титановый порошок содержит (0,1 – 0,3)% водорода, 1% кислорода, примесь которого, в основном, окислением титана при контакте с водяным раствором [3].
Также разработан способ выщелачивания магниетермической реакционной массы в насыщенных растворах хлорида магния. Этот метод позволяет регламентировать скорость процесса растворения хлористых солей изменением их концентрации в растворе [4].
Реализация этого способа возможна двумя технологическими вариантами процесса выщелачивания:
- в предварительно приготовленный насыщенный раствор хлорида магния одновременно вводятся реакционная масса и хлороводородный водный раствор в таком соотношении, чтобы образующаяся в результате выщелачивания жидкая фаза также представляла собой насыщенный или близкий к насыщенному раствор хлорида магния. При этом скорость введения веществ регламентируется обеспечением изотермичности процесса выщелачивания.