Курсовая работа: Аппаратурно-технологическая схема получения глинозема на участке кальцинации по способу Байера

Курсовая работа: Аппаратурно-технологическая схема получения глинозема на участке кальцинации по способу Байера

ВВЕДЕНИЕ

Производство алюминия развивается исключительно быстрыми темпами, что объясняется, прежде всего, его ценными свойствами (малая плотность, высокая электропроводность, пластичность и устойчивость к коррозии), разнообразием областей применения и большой распространенностью алюминиевых руд в природе. Известно, что глинозем является промежуточным продуктом в производстве алюминия, поэтому вместе с увеличением выпуска алюминия происходит рост производства глинозема. На Павлодарском алюминиевом заводе производство глинозема осуществляется по последовательной, комбинированной схеме Байер-спекание. Данный способ обусловлен химическим составом бокситов (высокое содержание кремния и железа), поступающих на переработку.

Рассмотренный в этом курсовом проекте процесс обескремнивания алюминатного раствора, является частью способа Байер-спекание, который разработан и осуществлен на Павлодарском алюминиевом заводе. Почему этот способ? Да потому, что именно по такой схеме, возможно, перерабатывать бокситы с высоким содержанием железа и кремния, с наиболее полным извлечением глинозема. Сырье, поступающее на этот завод, именно такое и каким-либо другим способом его невозможно переработать. Участок кальцинации – это подразделение ГМЦ, в котором происходит завершающая стадия производства основного вида продукции завода – металлургического глинозема. Процесс кальцинации гидроокиси алюминия Al(OH)3 является заключительным при любой схеме производства глинозема и определяющим некоторые из его основных свойств и характеристик. Участок кальцинации также занимается складированием и отгрузкой глинозема потребителям. Входом на участок является поступление продукционного гидрата с участка №3 ГМЦ, выходом с участка является товарный глинозём, который направляется потребителю.

1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

1.1 Аппаратурно-технологическая схема участка кальцинации

печь кальцинация алюминий газоочистка

Технологическое оборудование участка представлено системой конвейеров подачи гидрата (узел загрузки), пятью технологически автономными печными нитками и складом товарного глинозема. Каждая печная нитка представляет собой комплекс оборудования, предназначенного для прокалки, охлаждения и транспортировки глинозема, а также газоочистного оборудования. По аппаратурному составу и технологии прокалки печные нитки принципиально не отличаются.

Гидрат, поданный на участок по системе конвейеров, попадает в бункер гидрата печной нитки. Далее ленточным дозатором СБ-111, управляемым прокальщиком с огневой, гидрат подается в шнековый питатель, который, в свою очередь, загружает его в газоход навстречу отходящим печным газам. Таким образом, термообработка гидрата начинается еще до того, как он попадает в печь – значительная часть физической влаги удаляется из него в газоходах и в системе газоочистки в результате нагрева отходящими из печи газами. Унесенные газами при загрузке частицы гидрата, а также частицы материала, вынесенные из печи, улавливаются в системе газоочистки и возвращаются в печь. Система газоочистки состоит из двух ступеней – механическая (две стадии батарейных циклонов) и электрическая (вертикальные электрофильтры).

Попав в печь через газоход или по пылепроводам из системы газоочистки, материал движется в сторону разгрузочной (горячей) головки печи за счет вращения трубчатой печи и ее уклона 2% в сторону разгрузки. Выходящий из печи глинозем имеет температуру ≈800÷900оС и, для дальнейшей транспортировки, охлаждается в холодильниках до температуры не выше 200оС.

Глинозем из печей охлаждается во вращающихся трубчатых холодильниках. Движение глинозема в них осуществляется по тому же принципу, что и в печах – за счет вращения корпуса холодильника и его уклона 2% в сторону разгрузки. Охлаждение происходит за счет орошения корпуса холодильника оборотной водой и за счет прососа через него атмосферного воздуха. Глинозем из печи охлаждается в холодильнике кипящего слоя (ХКС). В нем охлаждение и движение материала осуществляется атмосферным воздухом - воздух нагнетается в ХКС через слой глинозема, приводя его в псевдосжиженное (или "кипящее") состояние. Просос воздуха и его нагнетание осуществляется дутьевыми вентиляторами. Нагретый глиноземом воздух подается ими в печи на сжигание мазута. Вентилятор – марки ВМ-17.

Охлажденный в холодильниках глинозем откачивается камерными насосами (с помощью сжатого воздуха) по трубопроводам на склад глинозема. Десять трубопроводов (по числу камерных насосов – на каждую печь по два) уложены на эстакаде пневмотранспорта.

Склад глинозема представляет собой десять силосных башен, под которые подаются железнодорожные вагоны типа "хоппер – цементовоз". Погрузка глинозема в вагоны осуществляется вручную через разгрузочные рукава в днищах силосов.

1.2 Описание и режимные параметры технологического процесса по операциям

Процесс кальцинации (обезвоживания) гидрата выражается химической формулой

Для протекания этой реакции (разрыва химических связей между молекулами воды и оксида алюминия) необходимо затратить определенную, достаточно большую энергию. Практически это выражается в нагреве гидрата до высокой температуры и выдержке его при данной температуре определенное время.

В промышленных масштабах, прокалка глинозема осуществляется в металлургических печах, источником энергии в которых является жидкое или газообразное топливо. Материал в процессе прокалки контактирует с раскаленными газами и поверхностями печи, нагреваясь от них. Таким образом, сжигание топлива происходит в одном пространстве с материалом, вследствие чего, к топливу также предъявляются определенные требования. Оно (топливо) не должно загрязнять глинозем, должно позволять организацию стабильного и устойчивого горения, иметь высокую калорийность. Топливом для печей участка кальцинации в основном является малосернистый мазут марки М100 (реже М40).

Прокалка глинозема осуществляется во вращающихся трубчатых печах, футерованных огнеупорным шамотным кирпичом. Процесс превращения гидрата в глинозем состоит из четырех основных этапов, которые характеризуются определенными изменениями химического состава и физического состояния материала. Печное пространство, в свою очередь, делится на четыре зоны, каждая из которых соответствует определенному этапу превращения материала. Четких границ между зонами по ряду причин (сложное движение материала, относительная нестабильность теплового режима, параметров и состава топлива и гидрата) не существует, но это деление позволяет легче понять процесс кальцинации. На рисунке А.1 показано нахождение материала в печи.

Первая зона - зона сушки. Здесь удаляется внешняя (физическая) влага гидрата, а материал нагревается до температуры порядка 200÷250ОС. Отходящие газы имеют температуру порядка 200÷250ОС, а температура газов поступающих в зону до 600ОС.

Вторая зона - зона кальцинации. В этой зоне из материала удаляется вся кристаллизационная (химическая) влага, а материал нагревается до температуры 900÷950 ОС, при этом образуется глинозём гамма-модификации (g-Al2O3) – обезвоженная, но гигроскопичная модификация глинозема. Температура отходящих газов порядка 600÷700 ОС.

Третья зона - зона прокалки. В этой зоне происходит образование, так называемой, высокотемпературной формы гамма-модификации глинозема, более устойчивой и менее гигроскопичной. Также в зоне прокалки (особенно в конце этой зоны – в районе горения мазутного факела) начинается активное образование альфа-модификации глинозема (a-Al2O3) – наиболее устойчивой и негигроскопичной. Доля глинозема, перешедшего в зоне прокалки в альфа-модификацию, зависит от времени нахождения его в этой зоне и от интенсивности теплового воздействия на материал раскаленных продуктов сгорания топлива. Температура глинозема на выходе из зоны прокалки около 1200 ОС, температура отходящих газов порядка 1300÷1400 ОС.

Четвертая зона – зона охлаждения. В этой зоне глинозем, находясь уже за топливным факелом, охлаждается до температуры ≈620÷900ОС.

Материал интенсивно выносится из печи отходящими газами. Пылеунос составляет обычно от 100 до 200% от производительности печи, поэтому газы проходят через систему газоочистки: батарейные циклоны и вертикальные электрофильтры, центробежный пылеуловитель, циклоны и горизонтальный электрофильтр. Уловленная пыль возвращается в печь. Прокаленный глинозем охлаждается в холодильниках воздухом и водой до температуры, пригодной для его дальнейшей транспортировки, складирования и отгрузки потребителям. Нагретый в холодильнике воздух подается в печь на горение топлива. Использование предварительно нагретого воздуха для сжигания мазута, а также тепла отходящих из печи газов для сушки гидрата, позволяет сократить удельный расход топлива и повысить производительность печи.

Требования, предъявляемые к металлургическому глинозему, включают в себя требования к химическому составу (нормируется содержание примесей, остаточная химическая влага, доля a-Al2O3) и к физическим свойствам (остаточная физическая влага, дисперсный состав, угол естественного откоса, удельная поверхность).

Величину остаточной химической влаги характеризует такой параметр, как п.п.п. (потери при прокаливании). Название этого параметра происходит от способа его определения – проба глинозема прокаливается в стандартных условиях с определением массы пробы до и после прокалки. Разность масс пробы (она появляется в результате удаления химической влаги), выраженная в процентах к первоначальному весу пробы, и есть п.п.п, что представлено формулой (1):

п.п.п.= ((М1– М2)/ М1)* 100% (1)

где М1 и М2 – масса пробы до и после прокалки соответственно

В соответствии с рисунком Б.1 принципиальная схема состоит из:

1 - установка утилизации тепла;

2 - печь кальцинации;

3 - бункер гидроксида алюминия;

4 - батарейные мультициклоны;

5 - газоход;

6 - вертикальный электрофильтр;

7 - пылевозврат;

8 - дымосос;

9 - ленточный дозатор;

10 - шнековый питатель;

11  - содержание СО в отходящих газах;

12 - содержание О2 в отходящих газах;

13 - главный привод печи;

14 - пневмонасос;

15 - барабанный холодильник;

16 - пересыпная течка;

17 - ВГДН-15.5;

18 - горелка.

2. КЛАССИФИКАЦИЯ ОБОРУДОВАНИЯ

2.1 Характеристика основного оборудования

Основным оборудованием печной нитки является:

- система ленточных конвейеров;

- ленточные весовые дозаторы;

- печь кальцинации;

- холодильник;

- вентилятор вторичного дутья;

- камерные насосы;

- батарейные циклоны (центробежный пылеуловитель, группа циклонов);

- дымосос;

- электрофильтр;

- силосная башня.

3. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОБОРУДОВАНИЯ

3.1 Основные узлы и детали оборудования

3.1.1 Устройство и принцип работы ленточных конвейеров

На участке установлено четыре ленточных конвейера (два наклонных, два горизонтальных), образующих две нитки, предназначенных для транспортировки гидрата с ГМЦ - 3 и его распределения по бункерам печей. Технические характеристики ленточных конвейеров представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Технические характеристики конвейеров

Каждый ленточный конвейер состоит из приводной станции, состоящей из:

- электродвигателя и редуктора;

- приводного барабана;

- отклоняющего барабана приводной станции.

Натяжной станции, состоящей из:

- натяжного барабана;

- отклоняющего барабана;

- рабочих роликов;

- поддерживающих роликов;

- регулирующих роликов;

- рамы;

- очистных ножей.

На горизонтальных конвейерах установлены плужковые сбрасыватели для распределения гидрата по бункерам печей.

Роликоопора, состоящая из трёх роликов, образующих желоб, показана на рисунке В.1.

Натяжение ленты на горизонтальных ленточных конвейерах осуществляется винтами, а на наклонных - с помощью грузов, подвешенных на траверсе.

Система распределения гидрата по печам предназначена для разгрузки горизонтальных транспортеров и распределения гидрата по печным ниткам в заданной пропорции, в зависимости от производительности печей. Система включает в себя восемь плужковых сбрасывателей (по четыре на каждый горизонтальный конвейер), аппаратуру управления их работой и пять бункеров гидрата (по одному на каждую печь).

Плужковый сбрасыватель, установленный на раме горизонтального конвейера, состоит из шарнирно закрепленного плужка и пневмопривода. Плужок прижимается к ленте конвейера под углом 45° к его оси (перпендикулярно поверхности ленты) пневмоцилиндром и, отсекая поток гидроксида алюминия, сбрасывает его с конвейера в бункер гидрата.

Каждый бункер оснащен двумя радиоизотопными уровнемерами: "Верхний уровень" и "Нижний уровень". Сигналы от верхних уровнемеров бункеров управляют работой плужковых сбрасывателей в режиме "автоматическое управление".

Работа системы распределения гидрата по печам в автоматическом режиме: при заполнении бункера гидратом выше верхнего уровня загораются соответствующие контрольные лампы на табло и пультах управления, а также происходит автоматическое поднятие плужка – наполнение бункера прекращается, а поток гидрата направляется в бункера других печей. Если уровень гидрата в бункере опускается ниже верхнего, то контрольные лампы гаснут, а плужок прижимается к ленте – наполнение бункера возобновляется. Возможно управление работой плужков в ручном режиме с помощью тумблеров на пульте управления бункеровщика.

Для обеспечения необходимого уровня гидрата в бункерах печей и равномерности потока гидрата на участок кальцинации на ГМЦ - 3 устроен склад гидрата. Склад гидрата оснащен питателем, который заполняется гидратом со склада грейферным мостовым краном и подает гидроксид алюминия на наклонный конвейер. Сброс гидрата на склад, а также подача гидрата со склада осуществляется бункеровщиком участка кальцинации органами управления расположенные на его пульте управления.

В процессе эксплуатации необходимо:

- следить за состоянием, ходом и натяжением ленты, отсутствием пробуксовки ленты на барабанах;

- следить за работоспособностью подшипниковых узлов натяжных и приводных

барабанов и роликов, визуально контролировать нагрев, шум в подшипниковых узлах;

- следить за состоянием плужковых сбрасывателей;

- следить за состоянием очистных ножей, качеством очистки ленты, износом ленты;

- следить за работоспособностью редукторов привода, визуально контролировать шум,

вибрацию и нагрев приводов;

- производить смазку подшипниковых узлов согласно схемы смазки;

- следить за состоянием пересыпных течек и уплотнений, футеровки течек и бункеров;

- не реже одного раза в час делать обход технологического оборудования;

- производить регулировку хода ленты регулирующими роликами.

3.1.2 Устройство и принцип работы ленточного дозатора

Под бункерами гидрата установлены ленточные весовые дозаторы типа СБ-111 на печах №1÷4 и 4488ДН на печи №5. Технические характеристики дозаторов представлены в таблице 2.

Таблица 2 - Техническая характеристика дозаторов

Ленточный весовой дозатор СБ-111 обеспечивает равномерную загрузку гидрата в печь (независимую от уровня гидрата в бункере) в объеме, задаваемом прокальщиком на огневой. Дозатор состоит из виброворонки, опорной рамы, весового транспортера и шкафа управления.

Опорная рама установлена под бункером гидрата - с одной стороны опирается на площадку обслуживания, а с другой подвешена к балкам перекрытия. На опорной раме жестко закреплена загрузочная воронка весового транспортера. К ней на двух шарнирах подвешен собственно транспортер. Третьей точкой опоры транспортера является датчик усилия - "весовой датчик", который также закреплен на загрузочной воронке.

Между бункером гидрата и загрузочной воронкой весового транспортера установлена виброворонка, которая соединена с ними подвижно. Места соединений уплотнены резиновыми уплотнителями. Виброворонка оснащена вибратором типа ИВ-99, управление которыми осуществляется с пульта бункеровщика.

Принцип непрерывного дозирования материала дозатором СБ-111 представлен на рисунке В.2. Напряжение U1, снимаемое с датчика усилия, прямо пропорционально усилию, оказываемому весовым транспортером на датчик. Это усилие может изменяться с изменением насыпного веса материала, например при неравномерной его подаче, из бункера. А сигнал U2, снимаемый с тахогенератора (устройства, измеряющего частоту вращения), установленного на первом валу редуктора привода весового транспортера, прямо пропорционален скорости движения ленты. Таким образом, сигнал U3, равный произведению U1´U2 прямо пропорционален производительности дозатора. Этот сигнал в блоке управления дозатором сравнивается с сигналом задания U4 и, в случае их рассогласования (неравенства), дается команда U5 на изменение скорости движения ленты до тех пор, пока U3 не станет равным U4.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6