Участок восстановления и дистилляции четыреххлористого титана - курсовая работа

Участок восстановления и дистилляции четыреххлористого титана

Курсовая работа

Студент гр. ЭУИ-43017к Игнатьев А.В.

Уральский муниципальный технический университет-УПИ

Екатеринбург 2007

Введение

Характеристики титана и области внедрения его сплавов

Титан имеет атомный номер 22 и размещен в IV переходной группе повторяющейся системы частей Д.И.Мендлеева. Атомная масса титана – 47,90; атомный объем – 10,7; изотопы – 46, 47, 48, 49, 50.

Титан Участок восстановления и дистилляции четыреххлористого титана - курсовая работа существует в 2-ух кристаллических модификациях – α и β. Температура полиморфного перевоплощения титана находится в зависимости от количества примесей в нем; для незапятнанного металла она равна 882,5°C. Низкотемпературная модификация (α-титан) имеет гексагональную решетку с плотной упаковкой атомов. Высокотемпературная модификация (β-титан) имеет объемно-центрированную кубическую решетку.

Плотность незапятнанного α-титана при 25°C равна 4,507г/см3, β-титана Участок восстановления и дистилляции четыреххлористого титана - курсовая работа при 900°C – 4,32г/см3, водянистого (технического) при температуре кристаллизации – 4,11г/см3.

Энтропия титана при 25°C равна 7,3ккал/(моль·град), сокрытая теплота α→β-томная масса титана мер 22 и размещен в IV переходной группе повторяющейся системы частей Д.И.Мендлеева. ________________превращения – 0,83ккал/моль, точка плавления 1660°C±4, точка кипения – 3260°C.

Хим состав и Участок восстановления и дистилляции четыреххлористого титана - курсовая работа механические характеристики титановой губы в значимой степени определяются тем методом, которым она получена, также технологией чистки обскурантистской массы.

Титан отличается малым сопротивлением ползучести, невзирая на высшую температуру рекристаллизации и плавления. Сплавы на базе титана владеют большей устойчивостью против ползучести, которая еще может быть повышена термообработкой.

Титан обладает высочайшей Участок восстановления и дистилляции четыреххлористого титана - курсовая работа прочностью, твердостью и неплохой пластичностью при малой плотности. По удельной плотности титан превосходит многие конструкционные материалы. Малый коэффициент линейного расширения титана обеспечивает его надежную работу в критериях теплосмен. Хорошее сопротивление коррозии позволяет использовать титан для работы в почти всех брутальных средах.

Титан можно подвергать всем видам механической обработки, также Участок восстановления и дистилляции четыреххлористого титана - курсовая работа сварке разных видов. Поверхность изделий из титана можно упрочнять разными методами и создавать на ней окисную пленку электролитическим методом.

Вместе с преимуществами титан имеет ряд недочетов. Какой-то из них – маленький модуль обычной упругости, затрудняющий создание жестких и устойчивых конструкций. Но с другой стороны это свойство можно Участок восстановления и дистилляции четыреххлористого титана - курсовая работа рассматривать и как преимущество, позволяющее понизить величину напряжений, возникающий при знакопеременных нагрузках, также величину тепловых напряжений, возникающих при нагреве конструкции. Низкая теплопроводимость титана негативно сказывается на его эксплуатационных свойствах, ухудшая стойкость при работе в критериях теплосмен. В текущее время в большей степени применяется не технический титан, а сплавы на его базе Участок восстановления и дистилляции четыреххлористого титана - курсовая работа.

Титан и сплавы титана интенсивно применяется в авиации и ракетно-космической отрасли. В самолетостроении титан используют преимуществен для производства деталей движков, для обшивки корпусов сверхзвуковых самолетов, также для производства неких конструкций планеров (в особенности в современном штатском авиастроении).

Другой отраслью, в какой сплавы титана находят активное применение, является хим индустрия Участок восстановления и дистилляции четыреххлористого титана - курсовая работа. Такие характеристики титана как высочайшая коррозионная стойкость, низкая смачиваемость жидкостями, также образование на поверхности защитной окисной пленки, выделяют сплавы титана посреди иных конструкционных материалов для производства частей хим аппаратуры (холодильники, змеевики, роторы скоростных центрифуг, лопасти и корпуса центробежных насосов для перекачивания смесей хлоридов, слабеньких смесей соляной кислоты, разных органических Участок восстановления и дистилляции четыреххлористого титана - курсовая работа кислот).

Обширное применение получила аппаратура из титана в ряде гидрометаллургических производств. Катоды из сплава титана с палладием применяет в промышленном масштабе при производстве марганца.

Из областей, где применение титана не связано с большенными масштабами, но дает существенных эффект, следует именовать медицину – изготовка мед инструмента, также внутренних протезов.

Восстановление четыреххлористого Участок восстановления и дистилляции четыреххлористого титана - курсовая работа титана

С теоретической и практической точек зрения больший энтузиазм представляют восстановление четыреххлористого титана магнием либо натрием, также восстановление окислов титана кальцием (гидрохлоридом кальция) и алюминием.

В текущее время промышленной создание титана основано на восстановлении четыреххлористого титана магнием (магниетермический метод) либо натрием (натриетермический метод).

В первом случае Участок восстановления и дистилляции четыреххлористого титана - курсовая работа для разделения товаров восстановления титановой губы, магния и хлористого магния – применят в главном метод отгонки магния и хлористого магния от титановой губы при температуре около 1000°C и остаточном давлении в реакторе от нескольких мм ртутного столба сначала процесса до нескольких микронов в конце (так именуемый метод вакуумной сепарации).

Во 2-м случае для Участок восстановления и дистилляции четыреххлористого титана - курсовая работа разделения товаров восстановления – титановой губы, хлористого натрия и малозначительного количества непрореагировавшего натрия – используют метод выщелачивания приобретенного после восстановления обскурантистской массы слабеньким веществом соляной кислоты (так именуемый гидрометаллургический метод).

Магниетермический метод

Магний – один из более всераспространенных в природе частей. Содержание его в земной коре составляет 2,35%. Благодаря большим Участок восстановления и дистилляции четыреххлористого титана - курсовая работа месторождениям магниевого сырья, высокопроизводительной технологии получения металла электролизом и сравнимо маленькой цены металла, создание магния осуществляется в больших промышленных масштабах.

Магний отличается высочайшим сродством к хлору ( = 55 ккал/г-атом хлора), которое при 800°C на 12,0 ккал/г-атом хлора ( = 43 ккал/г-атом хлора), что полностью довольно для полного восстановления магнием Участок восстановления и дистилляции четыреххлористого титана - курсовая работа. Соотношение температур плавления и кипения магния и образующегося в итоге восстановления благоприятно для проведения процесса в интервале температур 720-900°C. Магний и титан фактически взаимно не растворимы.

Все это, также технологические особенности процесса восстановления титана делают магний одним из более подходящих восстановителей для организации большого производства титановой губы магниетермическим методом.

Патент на Участок восстановления и дистилляции четыреххлористого титана - курсовая работа получение титановой губы магниетермическим методом был выдан в 1940г в США южноамериканскому исследователю Кроллю, проводившему опыты на крупнолабораторной установке.

Титановая губка, получаемая магниетермическим методом, в промышленных критериях содержит обычно 0,03–0,15% O2; 0,01–0,04% N2; 0,02–0,15% Fe2; 0,002–0,005% H2; 0,02–0,12% Cl; 0,01–0,05% Si; 0,01–0,03% C; около 0,01% Al; 0,01% Ni; 0,01% V и другие примеси.

Вкупе с TiCl4 в Участок восстановления и дистилляции четыреххлористого титана - курсовая работа губку вносится около 40% всего азота, более 20% кислорода, около 15% железа и значимая часть углерода. Вкупе с магнием в губку вносится около 20% N2, 40% O2, 15% Fe. Около 50–70% железа, содержащегося в титановой губы попадает в нее в итоге взаимодействия титана с материалом реактора. Установлено, что большая часть примесей из материала реактора перебегает в титан в Участок восстановления и дистилляции четыреххлористого титана - курсовая работа период вакуумной сепарации, в особенности в последний период, когда температура на границе стен реактора добивается наибольших значений.

Физико-химические базы восстановления

Магниетермическое создание железного титана основано на использовании реакции:

+ = +
(ж.пар) (ж.пар) (тв) (ж.пар)

В стандартных критериях эта реакция характеризуется высочайшими по абсолютной величине и отрицательными по Участок восстановления и дистилляции четыреххлористого титана - курсовая работа знаку значениями энтальпии и энергии Гиббса:

Температурная зависимость константы равновесия не может являться однотонной функцией, так как участвующие в реакции начальные и конечные вещества претерпевают фазовые перевоплощения.

По аналогии со сложными реакциями, которые протекают через промежные соединения, восстановление титана можно представить как ступенчатое восстановление четыреххлористого титана из его низших Участок восстановления и дистилляции четыреххлористого титана - курсовая работа хлоридов:

Протекающие при всем этом реакции условно можно разбить на две группы:

Реакции восстановления четыреххлористого титана до низших хлоридов и металла:

(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)

Вторичные реакции взаимодействия четыреххлористого титана с продуктами реакции группы 1. и реакции диспропорционирования низших хлоридов титана:

(8)
(9)
(10)
(11)

Реакция обычно осуществляется в атмосфере инертного газа. Равновесие процесса магниетермического восстановления Участок восстановления и дистилляции четыреххлористого титана - курсовая работа четыреххлористого титана устанавливается при исчезающее малой концентрации тетрахлорида.

Сначала процесса реакция восстановления протекает на зеркале водянистого магния, которое равномерно покрывается пленкой образующегося хлористого магния, отлично смачивающего магний. Пленка затрудняет контакт магния с и препятствует предстоящему протеканию реакции на зеркале магния. Фронт реакции к этому времени сдвигается к стенам реактора, где Участок восстановления и дистилляции четыреххлористого титана - курсовая работа условия взаимодействия с магнием более благоприятны вследствие стекания соли с поверхности магния, поднимающегося за счет сил поверхностного натяжения ли капиллярных сил по стенам реактора либо по капиллярам образовавшейся на стенах губы. В предстоящем, реакции идут в главном на стенах реактора либо боковой поверхности губы с ростом ее от боков Участок восстановления и дистилляции четыреххлористого титана - курсовая работа к центру реактора. Реакция в газовой фазе не идет.

Конструкции реакторов и печей восстановления

Восстановление четыреххлористого титана магнием сопровождается выделением огромного количества тепла. Энтальпия суммарной реакции в стандартных критериях составляет 123,6 ккал/г-атом титана. В современных реакторах тепловыделение составляет около 100-200тыс.ккал/ч. Значимая часть этого тепла должны быть отведена от Участок восстановления и дистилляции четыреххлористого титана - курсовая работа реактора.

Большие соотношения титана, магния и хлористого магния в реакторе таковы, что на каждую единицу объема, занимаемого титаном, приходится 2,8 единиц объема магния и 10,4 единицы объема образующегося хлорида магния. Потому для более полного использования рабочего объема реактора, хлористый магний в процессе восстановления временами сливают из реактора.

В качестве реакторов восстановления Участок восстановления и дистилляции четыреххлористого титана - курсовая работа в промышленных критериях употребляют цилиндрические реакторы поперечником от 850-1000 до 1300-1500мм и высотой от 1800-2000 до 3000мм. Поперечник реактора восстановления в главном лимитируется требованиями следующего процесса – вакуумной сепарации блока обскурантистской массы, где увеличение поперечника реактора больше определенного значения приводит к ухудшению критерий прогрева обскурантистской масса и отгонки остатков магния и Участок восстановления и дистилляции четыреххлористого титана - курсовая работа хлористого магния из глубинных слоев титановой губы.

Реакция восстановения магнием проводится в реакторах из малоуглеродистой стали, из хромоникелевой, хромистой сталей, также в реакторах из биметалла (внешний слой – хромоникелевая сталь, а внутренний – малоуглеродистая сталь).

На практике, беря во внимание очаговый нрав реакций восстановления, в итоге которого наибольшая температура Участок восстановления и дистилляции четыреххлористого титана - курсовая работа в один момент резко вырастет то в одной, то в другой зонах реактора, процесс обычно проводят при температуре 750–900°C.

Хромоникелевая сталь более окалиностойка и поболее устойчива при содействии с парами в критериях больших температур, чем малоуглеродистая сталь. Но температура плавления эвтектики этой стали с титаном ниже, чем с малоуглеродистой Участок восстановления и дистилляции четыреххлористого титана - курсовая работа сталью, на 900–100°C. Не считая того, находящийся в реакторе водянистый магний отлично растворяет никель, входящий в состав хромоникелевой стали, загрязняется им и загрязняет титановую губку. Все же, эти стали обширно используются для производства реакторов.

Хромистые стали типа 0Х13, Х25Т, владея средней меж малоуглеродистой и хромоникелевой сталью температурой плавления эвтектики Участок восстановления и дистилляции четыреххлористого титана - курсовая работа с титаном и досочной окалиностойкостью, являются также более устойчивыми против взаимодействия с парами при высочайшей температуре, и меньше чем хромоникелевые стали растворяются в расплавленном магнии, потому их внедрение в качестве материала благоприятно.

Большой энтузиазм для производства реакторов представляют биметаллы. Внедрение таких сталей с внутренней поверхностью из малоуглеродистой стали, стали Участок восстановления и дистилляции четыреххлористого титана - курсовая работа Х25Т либо титана невзирая для огромную трудность в изготовлении реакторов и несколько огромную их цена позволяет приметно повысить производительность аппарата и сделать лучше качество получаемого титана,.

В промышленных критериях употребляют обычно два типа реакторов – реактор со вставленным вовнутрь обскурантистским стаканом, сделанным из рассмотренных выше материалов, и реактор Участок восстановления и дистилляции четыреххлористого титана - курсовая работа без обскурантистского стакана. Обскурантистский стакан позволяет предохранить корпус реактора от проплавления, применить реактор из нержавеющей стали, а стакан из малоуглеродистой стали. Не считая того он упрощает извлечение обскурантистской массы из реактора после окончания процесса восстановления. С другой стороны, при использовании стакана появляется зазор меж его стеной и стеной реактора, который резко Участок восстановления и дистилляции четыреххлористого титана - курсовая работа усугубляет условия отвода тепла из зоны реакции, уменьшает нужный объем реактора, что понижает его производительность. Не считая того, осложняется устройство для слива хлористого магния, в зазоре меж стенами могут создаваться низшие хлориды титана. Внутреннюю поверхность такового реактора после каждого процесса нужно кропотливо очищать от хлоридов титана и магния, промывая веществом Участок восстановления и дистилляции четыреххлористого титана - курсовая работа соляной кислоты. Эта операция трудоемка, вредоносна для обслуживающего персонала и приводит к завышенному износу реактора.

Недочет реактора без стакана состоит в большей угрозы проплавления корпуса, также в необходимости более маневренного остывания его стен в процессе восстановления во избежании намораживания на их гарнисажа, что может затруднить транспортировку магния Участок восстановления и дистилляции четыреххлористого титана - курсовая работа в зону реакции.

Вакуумирование реактора, подача в него четыреххлористого титана и аргона производят через центральную трубу, расположенную на крышке реактора. Хлористый магний сливают из реактора при помощи сифона, выходящего на рабочую площадку через крышку либо боковую стену реактора конкретно под его фланцем.

Для отведения тепла, образующегося в процессе реакции нужна действенная Участок восстановления и дистилляции четыреххлористого титана - курсовая работа система его отвода от реактора. Поддержание области преимущественного протекания реакций в определенной зоне реактора может облегчить решение этой задачки. Размещение этой зоны по высоте реактора можно регулировать, поддерживая уровень расплава в обозначенной зоне и регулируя слив накапливающегося хлористого магния. Тепло от реактора отводят, обычно, охлаждая зону Участок восстановления и дистилляции четыреххлористого титана - курсовая работа преимущественного протекания реакции при помощи воздуха, подаваемого в печь от вентиляционной установки. Охлаждающий воздух подают в нескольких точках по окружности печи, форсунки располагают в 2–3 ряда. Вентиляторы включают и подают охлаждающий воздух временами при помощи автоматической схемы, подающей сигнал о повышении температура в той либо другой зоне реактора.

Для нормально протекания процесса Участок восстановления и дистилляции четыреххлористого титана - курсовая работа при охлаждении зоны реакции обычно нужно подогревать нижнюю часть реактора. Обогрев нужен для поддержания хлористого магния в водянистом состоянии, что обеспечивает расслоение магния и бесперебойную подачу магния в зону реакции, также упрощает постоянный слив хлористого магния из реактора.

Переохлаждение реактора ниже зоны протекания реакции приводит к замедлению Участок восстановления и дистилляции четыреххлористого титана - курсовая работа поступления магния в эту зону и к расстройству процесса восстановления, который при всем этом резко замедляется и идет с образованием огромного количества низших хлоридов титана.

Для предотвращения загрязнения титановой губы газами и влагой, адсорбированными на внутренних стенах аппарата, также кислородом из окисных пленок и гидролизовавшегося хлористого магния, обскурантистский стакан и реактор перед Участок восстановления и дистилляции четыреххлористого титана - курсовая работа проведением в их процесса восстановления кропотливо очищают.

Разработка восстановления

Магний загружают в реактор в жестком состоянии, в виде чушек и больших слитков (поверхность за ранее очищают от оксидных пленок и шлаковых включений методом травления в растворе соляной кислоты), либо в расплавленном состоянии (температура до 800°C).

Реактор с загруженным в Участок восстановления и дистилляции четыреххлористого титана - курсовая работа него магнием перед установкой в печь вакуумируют и инспектируют на плотность. Потом реактор заполняется осушенным инертным газом (обычно аргоном) и устанавливают в печь восстановления, где реактор разогревается до температуры полного расплавления и некого перегрева магния (650–760°C).

После того как весь магний расплавился (740–780°C) начинают подачу в реактор четыреххлористого титана Участок восстановления и дистилляции четыреххлористого титана - курсовая работа, через центральный патрубок, расположенный в крышке реактора. С большей скоростью четыреххлористый титан подают в аппарат в исходной и средней стадиях процесса, когда в зоне реакции имеется достаточное количество магния. К концу процесса транспорт магния в зону реакции затрудняется, что сопровождается ростом давления в аппарате за счет Участок восстановления и дистилляции четыреххлористого титана - курсовая работа паров не успевающего прореагировать четыреххлористого титана. Реакция восстановления начинает получать очаговый нрав, что может привести к местному перегреву и проплавлению стен реактора. Потому скорость подачи в аппарат в конце процесса равномерно понижается. Окончание процесса восстановления определяется по росту давления в аппарате либо расчетным методом по данному коэффициенту использования магния.

После прекращения подачи Участок восстановления и дистилляции четыреххлористого титана - курсовая работа аппарат выдерживают в печи в течении 1ч при 1123°K, потом, как можно более много, сливают хлористый магний. В печи аппарат охлаждают до 873–923°K, после этого его извлекают и устанавливают в холодильник, где его поверхность орошают вводом либо обдувают воздухом для остывания до температуры 20-40°C.

Охлажденная обскурантистская Участок восстановления и дистилляции четыреххлористого титана - курсовая работа масса представляет собой 50-70% губчатого титана, поры которого заполнены магнием и хлористым магнием, 30-35% магния и 15-20% хлористого магния. Среднее содержание в обскурантистской массе главных компонент составляет (по массе): Ti–60%, Mg–20-30%, MgC2–10-20%. Содержание железного магния очень в нижней части блока, так как эта часть магния оказывается вроде бы заблокированной от взаимодействия с . Содержание Участок восстановления и дистилляции четыреххлористого титана - курсовая работа хлористого магния очень в высшей части блока. Максимально допустимое содержание хлора и магния в чистой товарной губке не должно быть выше 0,08–0,12% и 0,1–0,5% соответственно.

Присутствие магния и хлористого магния в губчатом титане определяет особенности его поведения на воздухе. Хлористый магний, свободно сообщающийся с атмосферным воздухом, может увлажняться. В свою Участок восстановления и дистилляции четыреххлористого титана - курсовая работа очередь железный магний ведет взаимодействие с выделением водорода. Потому во избежание ухудшения свойства титана контакт обскурантистской массы с воздухом должен быть исключен либо сведен до минимума.

Делить обскурантистскую массу можно одним из 2-ух принципных методов: отгонкой хлористого магния в вакууме при больших температурах либо выщелачиванием обскурантистской массы в 0,5–1,0%-ном Участок восстановления и дистилляции четыреххлористого титана - курсовая работа растворе соляной кислоты.

Вакуумная сепарация обскурантистской массы

Отгонка хлористого магния и магния из обскурантистской массы при вакуумной сепарации базирована на большой разности упругости паров компонент обскурантистской массы при высочайшей температуре. Магний может быть отогнан из обскурантистской массы при температуре выше температуры кипений магния (1103°C), а хлористый магний – при температуре выше температуре кипения Участок восстановления и дистилляции четыреххлористого титана - курсовая работа хлористого магния (1418°C). Но при этих температурах титановая губка активно ведет взаимодействие с материалами, из которых сделан реактор, в итоге чего качество губы резко усугубляется.

С целью понижения температуры и поболее полного удаления хлористого магния и магния из обскурантистской массы процесс проводится при высочайшем выкууме.

При остаточном давлении Участок восстановления и дистилляции четыреххлористого титана - курсовая работа около 50 мкм.рт.ст. температура кипения хлористого магния в свободном состоянии составляет около 700°C, а магния – 400°C. Но в обскурантистской массе магний и хлористый магний находятся в порах титановой губы, в том числе и в мелких порах, расположенных в глубинных слоях губы. Потому для ускорения процесса и большей Участок восстановления и дистилляции четыреххлористого титана - курсовая работа полноты отгонки вакуумную сепарацию обычно проводят при температуре 950–1000°C.

Обскурантистская масса может подвергаться вакуумной сепарации в виде цельного блока либо в виде стружки. В промышленной практике в большей степени употребляют процесс сепарации цельной обскурантистской массы. При всем этом легче избежать приметного увлажнения обскурантистской массы, но несколько сложнее отогнать Участок восстановления и дистилляции четыреххлористого титана - курсовая работа хлористый магний из глубинных слоев блока, затрудняется также удаление отсепарированной губы из реактора.

Реактор с обскурантистской массой кропотливо уплотняют и инспектируют на плотность и откачивают до остаточного давления ниже 0,2мм.рт.ст., после этого включают электрообогрев.

При повышении температуры до 300-350°C из обскурантистской массы удаляется основное количество воды, которая содержится в увлажненном Участок восстановления и дистилляции четыреххлористого титана - курсовая работа хлористом магнии либо адсорбируется на внутренних стенах реактора. До этой температуры выделяющаяся влага не окисляет титановой губы, которая покрыта слоем хлористого магния и магния. При температуре выше 480°C вся выделяющаяся влага ведет взаимодействие с титановой губкой, загрязняя ее кислородом и водородом.

При повышении температуры в реакторы выше 600–700°C и Участок восстановления и дистилляции четыреххлористого титана - курсовая работа остаточном давлении ниже 1мм.рт.ст. начинается бурная возгонка магния и хлористого магния, в итоге чего вакуум в аппарате падает, а температура в кондесаторе резко вырастает. В это время приходится временами отключать электрообогрев печи, чтоб избежать перегрева кондесатора и забивания вакуумной системы возгонами. Уже через 8–12 часов после Участок восстановления и дистилляции четыреххлористого титана - курсовая работа начала бурной возгонки основное количество магния и хлористого магния отгоняется от титановой губы. После чего остаточное давление в аппарате начинает стремительно падать. Отныне начинается высокотемпературная выдержка (до 1000°C), в течении которой при постепенном понижении остаточного давления в реакторе до 10–20мкм из губы удаляются остатки хлористого магния.

После определения Участок восстановления и дистилляции четыреххлористого титана - курсовая работа конца вакуумной сепарации электрообогрев печи отключают, реактор заполняют аргоном и сразу понижают контрвакуум в печи. После остывания аппарата с содержащейся в нем губкой до температуры среды воздуха его демонтируют. Реактор направляют в отделение переработки губы, а конденсатор – в отделение переплавки кондесата. Выплавленный из конденсата магний возвращают в процесс восстановления, а Участок восстановления и дистилляции четыреххлористого титана - курсовая работа хлористый магний направляют на электролиз для получения из него хлора и магния, которые ворачиваются в процесс.

Исходя из убеждений увеличения производительности аппаратов восстановления и вакуумной сепарации представляет энтузиазм совмещение этих 2-ух процессов в одном аппарате. Один из вариантов такового аппарата представляет собой реактор восстановления, над которым размещается конденсатор.

Извлечение титановой губы Участок восстановления и дистилляции четыреххлористого титана - курсовая работа

Образующаяся в реакторе титановая губка крепко приваривается к его стенам. Более крепко к стенам приваривается гарнисажная часть губы. Отделить титановую губка от стен реактора из нержавеющей стали легче чем от стен реактора из обыкновенной стали, потому что меж губкой и материалом реактора появляется прослойка из промежного сплава титана Участок восстановления и дистилляции четыреххлористого титана - курсовая работа с нержавеющей сталью, которая легче отделяется от стен реактора.

Обычно после окончания процесса вакуумной сепарации и остывания блок титановой губы извлекают из него, отделяя гарнисажную губку при помощи пневмомолотков. Потом подрезают центральную кричную часть металла, после этого блок губы извлекают из реактора.

Операция извлечения губы из реактора таким методом Участок восстановления и дистилляции четыреххлористого титана - курсовая работа – очень томная и трудозатратная. Механические же методы вырезания титановой губы из реактора по сей день не отыскали широкого внедрения вследствии насыщенного окисления титановой губы в процессе резания.

Извлеченный из реактора и очищенный блок титановой губы поступает на разделку (нижняя часть, гарнисаж и поверхностные пленки, которые содержать завышенное количество Участок восстановления и дистилляции четыреххлористого титана - курсовая работа примесей обрабатываются раздельно).

Основной блок губы – крицу подвергают большому дроблению. В предстоящем губку размельчают обычно в системе щековых дробилок, после этого ее рассеивают на фракции.

Полученную титановую губку загружают в герметичную тару, в какой она хранится и транспортируется потребителям. После загрузки губы тару время от времени вакуумируют, после этого в Участок восстановления и дистилляции четыреххлористого титана - курсовая работа нее задают осушенный инертный газ. Эти предосторожности время от времени нужны при продолжительном хранении для предотвращения увлажнения остатков хлористого магния, содержащихся в титановой губке.

Металлургические расчеты

Данные условия

В качестве данных критерий примем последующие составы компонент. Для выполнения металлургических расчетов будем использовать характеристики тетрахлорида титана, выпускаемого Sumitomo Участок восстановления и дистилляции четыреххлористого титана - курсовая работа Titanium Corporation:

99,9% min 0,001% max 0,0001% max 0,001% max 0,0015%

Магний будем подавать в виде железных чушек марки мг98 (ГОСТ 804-93):

Марка Mg, более, % Массовая толика примесей, менее, %
Fe Si Ni Cu Al Mn Zn Pb Sn Хоть какого 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

Вещественный баланс

Для производства 1т титановой губы будет нужно пропорционально реакции (исходя из стехиометрии реакции и молекулярных масс вещества):

+ +
190 49 48 190

Четыреххлористого титана: ;

Магния: ;

Принимая во внимание, что практически все примеси из Участок восстановления и дистилляции четыреххлористого титана - курсовая работа перебегают в губку получаем:

Si: ;

Fe: ;

V: ;

Т.к. суммарная масса примесей, попадающих в 1т титановой губы из четыреххлористого титана составит наименее 80г на тонну, будем при расчете ими третировать.

Составляем вещественный баланс:

Вещественный 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%

Термический баланс реакции восстановления TiCl4

Для расчета количества Участок восстановления и дистилляции четыреххлористого титана - курсовая работа энергии, введенной при нагреве начальных компонент до температуры проведения процесса (1100К) и остывания товаров реакции до температуры 298,15К воспользуемся «Shomate Equation» [5]:

Характеристики A,B,C,D,E,F,H берем из справочника [5].

Для расчета термического эффекта реакции воспользуемся справочными значениями энтальпии образования начальных компонент и товаров реакции.

Термодинамические характеристики веществ
Параметр TiCl4 Mg Ti MgCl2
A 106,8573 34,30901 44,37174 92,048
B 1,049482 -7,47103E Участок восстановления и дистилляции четыреххлористого титана - курсовая работа-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 роль в реакции веществ:

Аналогично, используя параметр H1100-H298.15, вычисляем разницу теплоты получаемых и начальных компонент (теплота нагрева до 1100К и остывания до 298.15К):

Таким макаром, количество Участок восстановления и дистилляции четыреххлористого титана - курсовая работа тепла, подлежащее отведению составит:

Пересчитывая гр в моли, получаем суммарный термический эффект реакции при получении 1кг железного 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 термический баланс:

Термический 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 Участок восстановления и дистилляции четыреххлористого титана - курсовая работа 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 губы в год. Используем реакторы высотой 3050мм и внутренним поперечником 1360мм.

Цикловая производительность таких реакторов составляет 2000кг титановой губы (одна условная единица). Длительность полного цикла – 39 часов [1]. Кол-во товарного металла, получаемого Участок восстановления и дистилляции четыреххлористого титана - курсовая работа с 1-го реактора в год составит (365дн * 24ч / 39ч) * 0,9 * 2000кг = 405 тонн.

Таким макаром, для получения 5 000 тонн в год нужно использовать 5 000 / 405 = 13 реакторов.

Т.к. продолжительность цикла процесса вакуумной сепарации составляет 30 часов, он не является «узким звеном» участка, как следует, расчет производительность по реакторам восстановления четыреххлористого титана является корректным.

За один цикл аппарат Участок восстановления и дистилляции четыреххлористого титана - курсовая работа вакуум-термической чистки титановой губы также перерабатывает 2000кг. Беря во внимание, что его производительность (30 часов) только несколько меньше производительности реактора (39 часов), в цеху нужно использовать 13 таких аппаратов (по одному аппарату-дистиллятору на каждый реактор восстановления).

Заключение

В процессе выполнения курсовой работы приведена аппаратно-технологическая схема процесса восстановления четыреххлористого титана Участок восстановления и дистилляции четыреххлористого титана - курсовая работа магнием. Приведены схемы и описания деяния аппаратов для воплощения реакции. Рассчитан вещественный и термический балансы процесса, также такие характеристики, для кол-во агрегатов, нужных для выпуска 5 000 тонн титановой губы в год.

Перечень литературы

Металлургия титана. Гармата В.А., Гуляницкий Б.С., Крамник В.Ю., Липкес Я.М., Серяков Г Участок восстановления и дистилляции четыреххлористого титана - курсовая работа.В., Сучков А.Б., Хомячков П.П., Москва, изд. «Металлургия», 1967. 643с

Титан. Гармата В.А., Петрунько А.Н., Галицкий Н.В., Олесов Ю.Г., Сандлер Р.А., Москва, изд. «Металлургия», 1983. 532с.

Магниетермия. Самсонов Г.В., Перминов В.П., Москва, изд. «Металлургия», 1971., 168с

Верятин У.Д., Маширев В.П. и др Участок восстановления и дистилляции четыреххлористого титана - курсовая работа. «Термодинамические характеристики неорганических веществ». Справочник изд.под.ред. Зефирова А.П., Москва, Атомиздат, М., 1965., с.376

«NIST Standard Reference Database Number 69. NIST Chemistry WebBook», National Institute of Standards and Technology, 2005, http://webbook.nist.gov/chemistry


uchastok-razlivki-predvaritelnaya-ocenka-vozdejstviya-na-okruzhayushuyu-sredu-rekonstrukcii-instrumentalnogo-ceha-bivshego.html
uchastok-stimulyacii-solnechnogo-spleteniya.html
uchastok-vosstanovleniya-i-distillyacii-chetirehhloristogo-titana-kursovaya-rabota.html