Получение титана - Химия курсовая работа

Главная

Химия
Получение титана

Титан как металл, элемент IV группы Периодической системы, его физические и химические свойства. Описание технологической схемы производства в металлургическом цехе. Восстановление тетрахлорида титана магнием. Расчет конструкционных размеров аппарата.


посмотреть текст работы


скачать работу можно здесь


полная информация о работе


весь список подобных работ


Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.


Титан - металл, элемент IV группы Периодической системы Д.И. Менделеева. Порядковый номер-22. Атомная масса - 47,88. Плотность - 4,5 г/см 3 . Температура плавления-1665 0 С. Температура кипения - 3572 0 С.
Большой интерес, проявляемый к титану и титановым сплавам, основан на его ценных свойствах - малом удельном весе, высокой удельной прочности и хорошей сопротивляемости коррозии. В последние годы в связи с разработкой более совершенных методов получения ковкого и деформируемого титана применение его в различных областях промышленности расширилось.
Впервые в мире титан был открыт в виде двуокиси титана в 1789 году английским учёным Мак-Грегором. Позднее многим исследователям удавалось получить металлический титан. К их числу можно отнести Берцелиуса (1825), получившего металлический титан восстановлением фтортитаната калия натрием; Нильсона и Питерсона (1877), которые получили металлический титан восстановлением тетрахлорида титана натрием; Муассана (1895), получившего металл, содержащий не более 2% примесей, восстановлением двуокиси титана углеродом с последующим рафинированием, и многих других. Однако долгое время титан ошибочно считали непригодным для использования в качестве конструкционного материала, так как получаемый металл получался хрупким из-за большого количества примесей. Только в начале этого столетия был получен титан с новыми свойствами, которые ставят его в ряд с самыми ценными конструкционными материалами.
Наиболее распространены два способа получения титана: восстановление тетрахлорида титана магнием и восстановление тетрахлорида титана натрием.
У второго способа получения титана есть один существенный недостаток - качество получаемого металла оставляет желать лучшего, в то время как металл, получаемый первым способом, высокого качества. В целом получение титана - это очень энергоёмкий процесс, связанный с использованием токсичных веществ и больших температур.
Металлургический цех состоит из двух корпусов и вспомогательных подразделений.
1 Корпус №3 - корпус по магниетермическому восстановлению тетрахлорида титана и очистке полученной реакционной массы методом вакуумной сепарации с получением блоков губчатого титана. Корпус состоит из трех участков: восстановление, монтажного, вакуумной сепарации.
2 Корпус №1 - по переработке губчатого титана. Процесс переработки включает в себя: измельчение блока, рассев, сортировку, 100% просмотр, комплектацию товарных партий в соответствие с требованиями нормативной документации (НД).
Корпус состоит из участка выбивки, технологических ниток по дроблению, рассеву, сортировке и комплектации товарных партий губчатого титана, склада готовой продукции, участка подготовки тары.
Производство губчатого титана магниетермическим методом состоит из следующих основных переделов:
1 Восстановление тетрахлорида титана магнием,
2 Очистка губчатого титана методом вакуумной сепарации.
3 Переработка блоков губчатого титана в товарную продукцию.
4 Подготовка сырья, сменного оборудования и основных материалов к процессу.
1.1 Восстановление тетрахлорида титана магнием
Процесс восстановления терахлорида титана осуществляется в аппарате полусовмещенного типа, установленном в шахтную электропечь сопротивления.
Аппарат восстановления (АВ) собирают в стенде монтажного участка. Подаваемые на сборку детали аппарата должны быть исправными, сухими и чистыми. Аппарат проверяется на герметичность опрессовкой мыльным раствором, затем откачивается и устанавливается в холодильник участка сепарации, рядом с печью сепарации и монтируется паропровод. После проведения процесса сепарации реторта - конденсатор устанавливается в печь восстановления. Аппарат восстановления разогревается, сливается конденсат в ковши для хлористого магния, из вакуум-ковша заливается магний, отстоянный в миксере, и подается четырёххлористый титан.
Расход четыреххлористого титана, температура, давление поддерживаются автоматически.
Процесс восстановления тетрахлорида титана магнием - это высокотемпературный процесс, протекающий по основной химической реакции:
TiCl 4   + 2 Mg = Ti + 2MgCl 2  + Q
После пропуска TiCl 4 в количестве 240 кг производят остановку в подаче в течение 1 часа для рафинирования магния путём отстоя. После отстоя хлористый магний сливают в тигельный ковш. Скорость подачи TiCl 4 устанавливают в начале процесса 390 кг и поддерживают её до коэффициента использования магния 40 - 50%. Заключительную стадию процесса проводят при пониженной скорости подачи TiCl 4 .
Образующийся во время процесса восстановления MgCl 2 периодически сливают в тигельный ковш, установленный на электрокаре. После пропуска 19300 кг TiCl 4 останавливают подачу жидкости в аппарат, разогревают его до температуры 850єС и производят выдержку в течении 1 часа. После окончательной выдержки сливают максимально возможное количество MgCl 2 . Затем аппарат охлаждают до температуры 600єС, после аппарат отсоединяют от материальных и импульсных линий, коммуникаций аргона и охлаждающей воды и извлекают из печи для передачи на монтажный участок.
Исходя из выше сказанного контролю, управлению и регулированию подлежат температура реактора восстановления, температура TiCl 4 как в емкости, так и в трубопроводе, также его расход, еще контроль слива MgCl 2 .
1.2 Обоснование выбора точек контроля и регулирования
1. Процесс восстановления протекает при температуре, значение которой должно поддерживаться в определенных рамках. В верхней части аппарата температура должна держаться в пределах 780 - 820єС, в нижней части - 810 - 850єС. Для поддержания данных параметров, процесс контроля и регулирования температуры аппарата полностью автоматизирован (поз 1…10).
2. Процесс восстановления протекает с использованием TiCl 4 и требуются точные данные о количестве его подачи в каждый аппарат и остатке в баках. Плотность тетрахлорида титана зависит от температуры и поэтому производится контроль температуры при подаче в реактор (поз. 11) и в емкостях (поз. 12).
3. На начальном этапе процесса в аппарате насосом поддерживается вакуум для откачки газов и паров воды, далее поддерживается избыточное давление подачей аргона. Для поддержания нужных параметров давления в аппарате осуществляется контроль и регулирование подачи аргона, и сброс газов в линию стравливания (поз. 13,14,15).
4. В емкостях TiCl 4 поддерживается избыточное давление подачей аргона. Для поддержания нужных параметров давления в емкостях осуществляется контроль и регулирование подачи аргона, и сброс газов в линию стравливания (поз. 16,17,18).
5. На ПЭВМ производится расчет подачи TiCl 4 в кг, при известной температуре тетрахлорида титана и расходе (0-390). Для определения и поддержания этого параметра в нужных пределах производится контроль и регулирование расхода TiCl 4 в реактор (поз. 19).
6. Во время процесса восстановления периодически производится слив МgCl 2 . С помощью автоматики на ПЭВМ поступают данные о проведении слива (поз. 20).
7. ПЭВМ производится расчет массы TiCl 4 в баках, при известной температуре и уровне. Для определения этого параметра в нужных пределах производится контроль уровня TiCl 4 в баках (поз. 21).
1.3 Очистка губчатого титана методом вакуумной сепарации.
Процесс вакуумной сепарации основан на способности магния и хлористого магния интенсивно испаряться при высокой температуре в условиях глубокого вакуума с последующей конденсацией в охлаждаемой зоне аппарата. Губчатый титан остается в этих условиях в твёрдом состоянии.
Аппарат восстановления после охлаждения в печи подают на монтажный участок, устанавливают в термостат, где приваривают колпак на сливное устройство. После этого аппарат сепарации (АС) устанавливают в печь сепарации, где монтируют паропровод, подсоединённый к реторте-конденсатору, установленной в холодильник. Производят откачку реторты-конденсатора. Одновременно создается контр - вакуум в печи сепарации. Включают печь. После окончания процесса сепарации реторта с очищенной титановой губкой (ТГ) устанавливается в холодильник, а реторта-конденсатор в печь восстановления. После охлаждения реторта с ТГ из холодильника устанавливается в опорное кольцо монтажного участка, где демонтируется и после очистки обечайки от налётов магния и низших хлоридов, её отправляют на участок выбивки 1 корпуса.
1.4 Переработка блоков губчатого титана в товарную продукцию
Блоком считается общая масса губчатого титана, полученного в реторте. Блоки губчатого титана представляют собой спеченный, прочный и вязкий материал, неоднородный по структуре и химическому составу. На участке выбивки блок титановой губки выпрессовывают из реторты, затем дробят. Составными частями блока являются: крица, гарнисаж, обруб, счистки с реторт. Пустая реторта очищается от наростов губчатого титана и направляется в 3 корпус на сборку реторты - конденсатора.
Скорость подачи тетрахлорида титана 300 кг/ч
Извлечение титана из четырёххлористого титана в губчатый 97,5%
Коэффициент использования магния 60%
3.1 Материальный баланс процесса восстановления.
Расчёт материального баланса ведётся на 100 кг тетрахлорида титана, производительность аппарата за процесс 5000 кг титановой губки.
В производство поступают материалы следующего состава:
Предполагается получить титан губчатый марки ТГ-100, имеющий по ГОСТ 17746-72 состав:
Расчёт ведём на 100 кг четырёххлористого титана. Для расчёта принимаем:
Потери титана со сливом хлористого магния при восстановлении 2,5%;
Извлечение титана из четырёххлористого титана в губчатый 97,5%;
Реакционная масса после восстановления содержит: 60% - Ti; 15% - MgCl 2 ; 25% - Mg.
Коэффициент использования магния - 60%.
Восстановление четырёххлористого титана протекает по реакции:
Определим количество расходуемого Mg и образующихся продуктов реакции. Отсюда:
где 48,6; 190,6; 47,9 и 189,9 молекулярные массы соответственно 2Mg, 2MgCl 2 , Ti и TiCl 4 .
С учётом коэффициента использования Mg = 60% получаем:
В этом случае необходимо товарного Mg:
т Mg, где 0,999 - содержание чистого магния в товарном Mg.
Состав расходуемого Mg 42,653 кг Mg
42,696*0,0005 = 0,021 Fe 42,696*0,0001 = 0,004 Si
42,696*0,00004 = 0,002 C 42,696*0,00006 = 0,003 CI
42,696*0,0001 = 0,004 O 42,696*0,0002 = 0,009 N
Принимаем, что при производстве 1т Ti расходуется 20 м 3 Аr.
Из 25,19 кг титана в 100 кг TiCl 4 в губчатый титан переходят:
25,19* 0,975 = 24,56 кг, где 0,975 - количество Ti, полученного из TiCl 4 .
при этом получается титана губчатого:
, где 0,9977 количество Ti в 1 кг титановой губки.
В процессе восстановления, которого расходуется аргон в количестве:
Всего примесей поступающих с аргоном - 0,015 кг.
Количество и состав реакционной массы и сливаемого MgCl 2 определяем:
по реакции образуется б=100,277 MgCl 2
С ним теряется титана: 25,19*0,025 = 0,630 кг, где 25,19 - содержание Ti в TiCl 4 , 0,025 - потери титана при сливе 1 кг MgCl 2 .
В реакционную массу перейдёт титана 25,19 - 0,63 = 24,56 кг.
Образующая реакционная масса содержит 24,56 кг титана.
42,6*0,15 = 6,39 кг MgCl 2 42,6*0,25 = 10,65 кг Mg
Сливаемый MgCl 2 содержит 100,277 - 6,39 = 93,887 кг MgCl 2
Всего сливается хлористого магния: 93,887 + 0,63 = 94,517 кг.
Расчёт материального баланса приведён в сводной таблице 2.
Компоненты реакционной массы при сепарации распределяются между губчатым титаном и конденсатом. Переход титана при вакуумной сепарации в конденсат составляет 0,5% от содержания его в четырёххлористом титане. 25,19*0,005 = 0,13 кг
При этом в губчатый титан переходит титана с учётом возврата конденсата на восстановление:
24,56 - 0,13 кг = 24,43 кг, где 24,56 - содержание Ti в реакционной массе после процесса восстановления.
, 99,77 - процентное содержание Ti в губке.
В конденсат полностью переходят Mg, V, Al, H
Остальные составляющие реакционной массы переходят в конденсат за исключением элементов переходящих в губчатый титан.
Состав конденсата после сепарации следующий:
Конденсат в реакторе с участка сепарации поступает на участок восстановления.
К установке принимаем реактор из стали 12Х18Н10Т производительностью 5000 кг губчатого титана за цикл.
Составим циклический материальный поток восстановления. За 1 цикл получается 5 тонн титановой губки.
Для получения 5036,7 кг губки требуется:
кг, где 25,19 - содержание Ti в TiCl 4 в процентах.
кг, где 25,59 - количество Mg, необходимого для восстановления 100 кг TiCl 4 .
кг, где 42,653 - кол-во Mg, необх. для восстановления Ti с учетом 60% использования.
m Mg +m конд = 5116,8+3403=8519,8 кг
где б - кол-во MgCl 2 , получаемого при восстановлении 100 кг TiCl 4 .
На основании приведённых расчётов составим суточный материальный баланс участка восстановления таблица 3.
Таблица 3. Материальный баланс участка восстановления за весь процесс
Тепло, нагретых кладки и кожуха печи
Тепло, теряемое через крышку реактора
Тепло, на нагрев водоохлаждаемых фланцев
Тепло, вносимое расплавленным магнием
Тепло, аккумулированное реакционной массой
Тепло, отводимое охлаждающим воздухом
титан технологический тетрахлорид магний
1. М.Н. Кувшинский, А.П. Соболева, «Курсовое проектирование по предмету «Процессы и аппараты химической промышленности»». Москва 1980 г.
2. «Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность». ГОСТ 14249-89, Москва 1989 г.
3. А.В. Тарасов, «Металлургия титана». Москва 2003 г.
4. Техническая документация на электропечь типа СШО. ОАО «АВИСМА».
5. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. - Л.: Химия, 1976.
Общая характеристика титана как химического элемента IV группы периодической системы Д.И. Менделеева. Химические и физические свойства титана. История открытия титана У. Грегором в 1791 году. Основные свойства титана и его применение в промышленности. доклад [13,2 K], добавлен 27.04.2011
История открытия элемента и его нахождение в природе. Способы получения металлов из руд, содержащих их окислы. Восстановление двуокиси титана углем, водородом, кремнием, натрием и магнием. Физические и химические свойства. Применение титана в технике. реферат [69,5 K], добавлен 24.01.2011
Общая характеристика химических элементов IV группы таблицы Менделеева, их нахождение в природе и соединения с другими неметаллами. Получение германия, олова и свинца. Физико-химические свойства металлов подгруппы титана. Сферы применения циркония. презентация [1,8 M], добавлен 23.04.2014
История и свойства олова. Происхождение названия титана, его аллотропические модификации, химические и физические свойства. Основные характеристики, позволяющие использовать данный металл. Применение титана и его сплавов в отраслях промышленности. реферат [32,0 K], добавлен 27.05.2014
Технология производства диоксида титана, области применения. Получение диоксида титана из сфенового концентрата. Сернокислотный метод производства диоксида титана из ильменита и титановых шлаков. Производство диоксида титана сульфатным и хлорный методом. курсовая работа [595,9 K], добавлен 11.10.2010
Титан (Ti) - химический элемент с порядковым номером 22, легкий серебристо-белый металл: основные сведения: история открытия, свойства, достоинства и недостатки. Марки и химический состав титана и сплавов, аллотропические модификации; области применения. презентация [5,7 M], добавлен 13.05.2013
Природные полиморфные модификации двуокиси титана, его физико-химические свойства и применение. Основы усовершенствования фотокатализа. Диоксид титана, легированный углеродом. Вещества, используемые в синтезе диоксида титана. Методика проведения синтеза. курсовая работа [665,5 K], добавлен 01.12.2014
Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д. PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах. Рекомендуем скачать работу .

© 2000 — 2021



Получение титана курсовая работа. Химия.
Реферат: Составления конкурентной карты предприятия
Дипломная работа по теме Учет и аудит расчетов с поставщиками и подрядчиками
Социология Семьи Курсовые Темы
Омега 3 Реферат
Курсовая Работа На Тему Нейминг. Разработка Генератора
Реферат Авторское Право В Украине
Реферат по теме Наукове пізнання в соціокультурному вимірі
Доклад по теме Роль занятий гандболом в физическом развитии школьников и формировании здорового образа жизни
Воспитание В Древней Руси Реферат
Курсовая работа: Развитие маркетинговых инструментов и механизмов для повышения качества и эффективности функционирования предприятий турбизнеса и гостеприимства. Скачать бесплатно и без регистрации
Реферат: К проблеме ограничения возможных прав и свобод
Реферат: Колхида
Курсовая работа по теме Совершенствование применения электронного декларирования в таможенных органах
Дипломная работа: Основы организации учета затрат на производство продукции
Реферат: Организационное построение службы маркетинга на предприятии. Скачать бесплатно и без регистрации
Курсовая работа: Доходы торговой организации источники образования анализ и прогнозирование
Доклад: Государственное регулирование инвестиционной деятельности
ИСПРАВИТЕЛЬНАЯ (ПЕНИТЕНЦИАРНАЯ) ПСИХОЛОГИЯ
Микроэмульсионный метод получения оксида цинка
Реферат: Профсоюзное движение - методы и формы забастовок
Північно-Кавказький економічний район Росії - География и экономическая география реферат
Преимущества интегрированного формирования в мясном скотоводстве (на примере СПК "Дружба" Еравнинского района) - Сельское, лесное хозяйство и землепользование дипломная работа
Система управління туризмом країни - Спорт и туризм презентация