Дипломная работа: Проектирование отделения вакуумной сепарации титановой губки на базе АО "УК ТМК"

3960,541014,82 10003975,36

TiCl4 + 2Mg = Ti + 2MgCl2

189,72 48,61 47,9 190,42

На 47,9 кг титана потребуется 189,71 кг тетрахлорида титана

На 1000 кг титана потребуется х кг тетрахлорида титана

х = 3960,54 кг тетрахлорида титана

Находим количество тетрахлорида титана с примесями:

3960,54 / 0,99983 = 3961,21 кг,

в том числе:

FeCl3: 3961,21·3·10-5 = 0,118 кг

SiCl4: 3961,21·5·10-5 = 0,198 кг

AlCl3: 3961,21·5·10-5 = 0,198 кг

VOCl3: 3961,21·3,4·10-5 = 0,134 кг

O: 3961,21·0,6·10-5 = 0,023 кг

0,118 0,053 00,081 0,207

2FeiCl3 + 3Mg = 2Fe + 3MgCl2

162,2 72,9 111,7 285,6

0,198 0,056 0,032 0,221

SiCl4 + 2Mg = Si + 2MgCl2

169,8 48,61 28,08 190,42

0,198 0,054 0,02 0,212

AlCl3 + 3Mg = 2Al + 3MgCl2

266,66 72,9 26,98 285,6

0,134 0,009 0,106 0,036

2VOCl3 + Mg = 2VOCl2 + MgCl2

346,58 24,3 275,68 95,2

Кислород = 0,023 кг.

Общее количество магния составляет:

1014,84 + 0,053 + 0,056 + 0,054 + 0,009 = 1015,012 кг.

Количество магния с примесями:

1015,72 / 0,99832 = 1016,72 кг.

Коэффициент использования Mg принимаем равным за 60%:

1016,72 / 0,6 = 1694,533 кг.

Избыток Mg: 1694,533 - 1016,72 = 677,813 кг.

Mg = 1694,533 · 0,99832 = 1691,686 кг,

Fe = 1694,533 · 0,0005 = 0,847 кг,

Ni = 1694,533 · 0,0005 = 0,847 кг,

O = 1694,533 · 0,0002 = 0,338 кг,

N = 1694,533 · 0,0002 = 0,338 кг,

Si = 1694,533 · 0,0002 = 0,338 кг,

Cl = 1694,533 · 0,00008 = 0,135 кг.

Общее количество MgCl2 образующегося во время восстановления:

3975,36 + 0,207 + 0,221 + 0,212 + 0,036 = 3976,036 кг.

По данным практики титано – магниевых заводов для получения одной тоны губки расходуется 7 м3 аргона.

Количество примесей переходящих из аргона в титановую губку [3]:

 ,

где V – расход Ar на 1 т титановой губки;

а - содержание примесей в Ar, общий %;

т - молекулярная масса примесей.

кг,

кг.

Титан имеет способность активно взаимодействовать в нагретом состоянии со многими элементами и материалами. В процессе магниетермического получения титана образуется интерметаллические соединения. Основными каналами поступления примесей является Mg, TiCl4 и Ar. Главным составляющим, загрязняющим титан железом, является магний. Железо легко извлекается из магния первыми порциями TiCl4 и концентрируется в донной и гарниссажной частях блока.

Общее количество примесей, переходящих в титановую губку:

(0,338 + 0,0017) + (0,338 + 0,023 + 0,005) + (0,338 + 0,032) + +0,135 +(0,847 + 0,081) +0,847+0,02=3,00 кг.

Количество губки вместе с примесями: 1000 + 3,005 = 1003,005 кг.

Из практики следует, что во время процесса восстановления сливается 96% MgCl2.: 3976,036 . 0,96 = 3816,994 кг.

В реакционной массе остается MgCl2:

3976,036 – 3816,994 = 159,041 кг.

На основе получения данных составим таблицу 2 материального баланса процесса восстановления, в котором представлен состав реакционной массы.

Расчет материального баланса процесса вакуумной сепарации

Состав исходного продукта – реакционной массы – взят из предварительного расчета (таблица 3.1). В отделении, согласно проекту предполагается получать титан губчатый марки ТГ – 90, имеющий состав ГОСТ 17749-79, %: Ti – 99,74; Fe – 0,05; C – 0,02; Cl – 0,08; N2 – 0,02; O2 -0,04; Si – 0,01; Ni – 0,04.

Образуется губчатого титана: 1000 . 100 / 99,74 = 1002,606 кг.

Состав губчатого титана после сепарации, кг:

1002,606 . 0,9974 = 999,999 титана

1002,606 . 0,00005 = 0,501 железа

1002,606 . 0,0002 = 0,2 углерода

1002,606 . 0,0008 = 0,802 хлора

1002,606 . 0,0002 = 0,2 азота

1002,606 . 0,0004 = 0,401 кислорода

1002,606 . 0,0001 = 0,1 кремния

1002,606 . 0,0004 = 0,401 никеля

В конденсат полностью переходит магний, алюминий.

Состав конденсата после сепарации, кг:

Mg из MgCl2

677,813 + 40,595 = 718,408 магния,

Cl из MgCl2

0,135 + 118,445 = 118,58 хлора,

0,02 алюминия,

0,928 – 0,501 = 0,427 железа,

0,339 – 0,2 = 0,1239 азота,

0,37 – 0,1 = 0,27 кремния,

0,847 – 0,401 = 0,446 никеля.

Всего образуется конденсата 838,29 кг.

Материальный баланс вакуумной сепарации представлен в таблице 3.

Составим цикловой материальный баланс процесса сепарации который представлен в таблице 4 для аппарата производительностью 4.3 тоны за цикл.

Коэффициент пересчета 4300 / 1002,606 = 4,2888233

Тепловой расчет аппарата сепарации

Во время процесса сепарации происходит разделение компонентов Mg, MgCl2 и Ti путем конденсации их на охлажденных стенках конденсатора.

Таблица 2

Материальный баланс процесса восстановления тетрахлорида титана магнием

Таблица 3.

Материальный баланс вакуумной сепарации

Таблица 4.

Материальный баланс процесса вакуумной сепарации (цикловой)

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10