Автор работы: Пользователь скрыл имя, 24 Апреля 2013 в 12:08, курсовая работа
Удельный вес легкой металлургии в общем объеме промышленного производства Казахстана превышает 12%. Из извлекаемых руд производятся алюминий, титан, магний, редкие и редкоземельные металлы. По уровню производства Казахстан входит в число крупных в мире производителей и экспортеров титана и алюминия. Доля республики в мировом производстве титана составляет 3,3%. При этом, практически вся производимый в стране титан экспортируется за рубеж.
Определим расход кокса, анодного хлоргаза, отработанного электролита и количества продуктов хлорирования.
По реакции (1):
TiO2 C 2Cl2 TiCl4 CO2
79,9 12 142 189,9 44
833 а б в г
Отсюда: C =125,11 кг; Cl2 = 1480,47 кг; TiCl4 = 1979,87 кг; CO2 = 458,74 кг.
Аналогично, определяем количества расходуемых и образующихся соединений для последующих реакций:
По реакций (2):
C = 8,5 кг; Cl2 = 100,58 кг; SiCl4 =120,41кг ;CO2 =31,16 кг.
По реакций (3):
C = 10,38 кг; Cl2 = 122,83 кг; AlCl3 =153,97 кг ;CO2 =38,06 кг.
По реакций (4):
C = 0,8 кг; Cl2 = 9,47 кг; FeCl2 =16,94 кг ;CO2 =2,93 кг.
По реакций (5):
C = 2,41 кг; Cl2 = 42,78 кг; FeCl3 =65,27 кг ;CO2 =8,84 кг.
По реакций (6):
C = 249,9 кг; Cl2 = 1478,58 кг; TiCl4 =1978,38 кг ;CO =583,1 кг.
Таблица 1 Расчет реакций хлорирования
Реакция |
Расходуется,кг |
Образуется,кг | |||
оксида |
С |
Cl2 |
хлорида |
CO2 | |
|
TiO2 + C+ 2Cl2 |
833 |
125,11 |
1480,47 |
1979,87 |
458,74 |
SiO2 + C + 2Cl2 |
42,5 |
8,5 |
100,58 |
120,41 |
31,16 |
2Al2O3 + 3C + 6Cl2 |
58,8 |
10,38 |
122,83 |
153,97 |
38,06 |
2FeO + C + 2Cl2 |
9,5 |
0,8 |
9,47 |
16,94 |
2,93 |
2FeO + C + 3Cl2 |
28,5 |
2,41 |
42,78 |
65,27 |
8,84 |
Итого |
972,3 |
147,2 |
1756,13 |
2336,46 |
539,73 |
При отношении в газовой фазе CO2 / CO = 95 : 5,часть CO2 будет восстанавливаться до CO по реакций:
Для определения количества восстанавливающегося CO2, расходуемого углерода и образующегося CO используем реакцию (11)
CO2 C 2CO
Здесь х – количество образующегося CO, кг; y – количество СО2 восстанавливающегося до СО, кг; z – количество С, расходуемого на восстановление, кг.
Состовляем систему уравнений: (539,73-y)/x=95/5, откуда х = 56/44y;
(539,73-y)/(56/44y)=95/5;
120,91у = 2698,65- 5у;
у=21,43 кг СО, х=27,27 кг СО.
Количество углерода, необходимого для восствноления СО2:
z = (21,73*12)/44=5,84 кг СО2.
Количество СО2, остающееся невосстановленным:
539,73-21,43=518,06 кг.
Общее количество углерода, необходимого для хлорирования:
147,2+5,84=153,04 кг.
При сгорании серы, содержащейся в шлаке, расходуется и образуется по реакций:
S + O2= SO2
С хлорным газом вводится:(1756,13*3,01)/85=74,
и (1756,13*11,39)/85=235,32 кг N2.
Количество хлорного газа для хлорирования 1000 кг шлака:
1756,13 + 74,58 + 235,32 = 2066,03 кг.
Количество кислорода хлорного газа, переходящего в ПГС 74,58*0,1 =7,458 кг, тогда количество О2 хлорного газа, которое будет взаимодействовать с дополнительно вводимым пековым кокосом: 74,58-7,458 = 67,12 кг.
Расход отработанного
электролита оцениваем
150*0,76 =113,92 кг KCl; 150*0,155= 23,3 кг NaCl;
150*0,027=4,06 кг CaCl2; 150 *0,55 = 8,27 кг MgCl2;
150*0,0002=0,03 кг MgO; 150*0,0004=0,06 кг Fe2O3;
150*0,0007=0105 кг Al2O3; 150*0,0007=0,105 кг SiO2;
150*0,001=0,15 кг прочие.
Расход пекового кокса определяем следующим образом. Для реакций хлорирования требуется пекового кокса:147,2/0,88=167,27 кг; содержащего,кг: 167,27*0,0452=7,56 летучие; 167,27*0,0248=4,15 сера; 167,27*0,05=8,36 золы.
Сера кокса будет окисляться кислородом хлорного газа по реакций: S + O2= SO2. При этом расходуется и образуется O2 и SO2 .
Откуда а = 4,15 кг О2; б=8,3 кг SO2.
Летучие кокса (СН4) будут окисляться кислородом хлорного газа с образованием продуктов окисления по реакций:
тогда получим:
СН4 2О2 СО2 2Н2О
16 64 44 36
7,56 а б в
Откуда а=30,24 кг О2; б =20,79 кг СО2; в=17,01 кг Н2О.
Остается кислорода хлоргаза,
который будет
При сгораний 100 кг кокса с его горючими составляющими взаимодействует кислород и образуется продукты реакций:
по реакций (12): 0,7 О2; 1,4 кг SO2,
по реакций (13): 14,08 кг О2; 9,7 кг СО2; 7,9 кг Н2О.
Углерод взаимодействует с кислородом по реакции:
С+О2=СО2
При этом расходуется и образуется: 249,7 кг О2; 343,15 кг СО2.
Всего расходуется кислорода на взаимодействие с горючими составляющими: 0,7+14,08+249,7= 264,48 кг.
Следовательно, для связывания остаточного количества каслорода хлоргаза потребуется горючей массы пекового кокса: (30,73*100)/264,48=11,62 кг.
С учетом золы кокса потребуется пекового кокса на сжигание избыточного кислорода хлоргаза: (11,62*100)/97,67=11,9 кг.
Всего расход пекового кокса составит:167,27+11,9=179,17 кг.
Потери кокса с ПГС
и с отвальным расплавом
Состав пекового кокса, расходуемого на сжигание избыточного кислорода хлор газа, следующий, кг: 11,9*0,88=10,47 С; 11,9*0,0452=0,54 летучие; 11,9*0,0248=0,3 сера; 11,9*0,05=0,6 зола.
Количество продуктов взаимодействия: углерод взаимодействует с кислородом по реакций (14). При этом расходуется и образуется 68,37 кг О2,
52,76 кг СО2; летучие взаимодействуют по реакций (13). При этом расходуется и образуется 2,16 кг О2; 1,48 кг СО2; 1,22 Н2О.
По реакциям хлорирования и при взаимодействии с кислородом хлоргаза из пекового кокса образуется продуктов, кг: 518,06+20,79+52,76+1,48=593,09 кг СО2; 17,01+1,22=18,23 кг Н2О; 27,27 кг СО.
От сгорания пекового кокса образуется золы: 9,36+0,6=8,96кг. С учетом количества SO2, образующиеся при сгораний серы шлака, общее количество пекового кокса будет: 8,5+4,0=12,5 кг.
Количество и состав отработанного
расплава определяем следующим образом.
Из шлака и продуктов его
Из отработанного электролита переходят в отработанный расплав, кг:
113,92*0,93=106,0 кг KCl; 23,3*0,97=22,6 кг NaCl; 0,06 Fe2O3; 0,105 Al2O3; 0,105 SiO2; 0,03 MgO; 8,27 MgCl2; 4,06 CaCl2; 0,15 прочие.
От сгорания пекового кокса в отработанный расплав переходят 8,96 кг золы и 16,86 кг непрореагировавшегося кокса. Всего отработанного расплава 193,03 кг.
Суммарное количество соединений в отработанном расплаве составит:1,2+0,105 = 1,305 кг Al2O3; 7,5+0,105=7,605 кг SiO2.
Вода, образовавшаяся при восстановлении летучих пекового кокса (18,23кг), гидрализует TiCl4 по реакций:
TiCl4 + Н2О = TiOCl2
+ HCl
тогда,
TiCl4 Н2О TiOCl2 HCl
189,9 18 134,9 73
а 18,23 б в
отсюда: а=192,33 кг TiCl4; б=136,62 кг TiOCl2; в = 73,93 кг HCl.
Количество и состав ПГС находим следующим образом. Полностью в ПГС переходят образовавшиеся хлориды и оксиды, кг:
120,41 SiCl4; 153,97 AlCl3; 136,62 TiOCl2.
Часть хлоридов переходит в отработанный расплав, кг: 16,94-7,62=9,32 кг FeCl2; 65,27-3,26=62,01 кг FeCl3.
Количество хлоридов отработанного электролита за вычетом части, переходящей в отработанный расплав, будет: 113,92 – 106,0 =7,92 кг KCl; 23,3-22,6=0,7 кг NaCl.
Количество хлоридов титана за вычетом гидрализующеися части: 1979,87 – 192,33 = 1787,54 TiCl4. Количество теряемого диоксида титана: 850*0,015=12,75 кг. Количество азота, поступающего с хлоргазом: 235,32 кг.
Количество хлористого водорода, образующегося при гидролизе: 73,93 кг. Количество теряемого пекового кокса за вычетом переходящего в сплав: 14,76 кг. Количество диоксида и оксида углерода, образующихся по реакциям хлорирования и сжигания пекового кокса кислородом хлор газа: 593,09 кг CO2; 27,27 кг СО. Количество сернистого газа, образующегося при сгорании серы, шлака и пекового кокса, реагирующих с кислородом хлоргаза 12,5 кг SO2. Количество кислорода составляющее 10% от содержащегося в хлоргазе 7,458 кг.
Всего образуется ПГС: 3255,57 кг.
По результатам расчетов состовляем материальный баланс (таблица 1). Невязка баланса 0,18 %.
2.2 Расчет количества хлораторов и их размеров
Для расчета принимаем следующие исходные данные:
Производительность хлоратора по четрыреххлористому титану 100 т/сут. Удельная производительность по четереххлористому титану, отнесенная к еденице длины хлорраспеределителя 12 т/(м*сут). Глубина ванны хлоратора 3 метра.
Количество хлораторов определяем следующим образом.
По материальному балансу с учетом использования календарного времени 92%, должно быть получено TiCl4: (150*1,78754)/0,92=291,45 т/сут.
Необходимое количество хлораторов находим по формуле: n=A/Aпр, и это равно n=291,45/100 = 2,91. Принимаем к установке 3 хлоратора.
Размеры хлоратора устанавливаем
следующим образом. Расчетную длину
ванны хлоратора при
Таблица 2 Материальный баланс хлорирования
Поступило |
Получено | ||||
наименование |
кг |
% |
наименование |
кг |
% |
Шлак В том числе: TiO2 SiO2 Al2O3 FeO
Хлорнай газ В том числе: Cl2 O2 N2
Пековый кокс В том числе: C S летучие зола
Отработанный электролит KCl NaCl CaCl2 MgCl2 MgO Fe2O3 Al2O3 SiO2 Прочие Невязка |
1000,0
850,0 50,0 60,0 40,0
2066,03
1756,13 74,58 235,32
210,79
185,50 9,53 5,23 10,53
150,0 113,92 23,3 4,06 8,27 0,03 0,06 0,105 0,105 0,15 6,16 |
100,0
85,0 5,0 6,0 4,0
100,0
85,0 3,61 11,39
100,0
88,0 4,52 2,48 5,0
100,0 76,0 15,5 2,7 5,5 0,02 0,04 0,07 0,1 - |
ПГС В том числе: TiO2 TiCl4 SiCl4 AlCl3 TiOCl2 KCl NaCl FeCl2 FeCl3 SO2 HCl Кокс N2 O2 CO2 CO
Отработанный расплав В том числе: TiO2 KCl NaCl FeO FeCl2 Al2O3 SiO2 Fe2O3 кокс зола прочие |
3255,57
12,75 1787,54 120,41 153,97 136,62 7,92 0,7 9,32 62,01 12,5 73,93 14,76 235,32 7,458 593,09 27,27
177,41
4,25 106,0 22,6 2,0 7,62 1,305 7,605 0,06 16,86 8,96 0,15 |
100
0,39 54,91 3,70 4,73 4,20 0,24 0,02 0,29 1,9 0,38 2,27 0,45 7,23 0,23 18,22 0,84
100
2,40 59,75 12,74 1,13 4,30 0,74 4,29 0,03 9,50 5,05 0,08 |
Итого |
3432,98 |
Итого |
3432,98 |
||