Металлургические расчеты

Заданные условия

В качестве заданных условий примем следующие составы компонентов. Для выполнения металлургических расчетов будем использовать параметры тетрахлорида титана, выпускаемого Sumitomo Titanium Corporation:

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

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

Материальный баланс

Для производства 1т титановой губки потребуется пропорционально реакции (исходя из стехиометрии реакции и молекулярных масс вещества):

	+				+
190		49		48		190

Четыреххлористого титана: ;

Магния: ;

Принимая во внимание, что почти все примеси из переходят в губку получаем:

Si: ;

Fe: ;

V: ;

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

Составляем материальный баланс:

Материальный 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%

Тепловой баланс реакции восстановления TiCl4

Для расчета количества энергии, введенной при нагреве исходных компонентов до температуры проведения процесса (1100К) и остывания продуктов реакции до температуры 298,15К воспользуемся «Shomate Equation» [5]:

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

Для расчета теплового эффекта реакции воспользуемся справочными значениями энтальпии образования исходных компонентов и продуктов реакции.

Рассчитываем выделение тепла от экзотермии реакции используя энтальпии образования принимающих участие в реакции веществ:

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

Таким образом, количество тепла, подлежащее отведению составит:

Пересчитывая граммы в моли, получаем суммарный тепловой эффект реакции при получении 1кг металлического титана и заполняем таблицу:

Составляем тепловой баланс:

Расчет кол-ва аппаратов

Рассчитаем кол-во реакторов для производства 5 000 тонн титановой губки в год. Используем реакторы высотой 3050мм и внутренним диаметром 1360мм.

Цикловая производительность таких реакторов составляет 2000кг титановой губки (одна условная единица). Продолжительность полного цикла – 39 часов [1]. Кол-во товарного металла, получаемого с одного реактора в год составит (365дн * 24ч / 39ч) * 0,9 * 2000кг = 405 тонн.

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

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

За один цикл аппарат вакуум-термической очистки титановой губки также перерабатывает 2000кг. Учитывая, что его производительность (30 часов) лишь несколько меньше производительности реактора (39 часов), в цеху необходимо использовать 13 таких аппаратов (по одному аппарату-дистиллятору на каждый реактор восстановления).

Заключение

В ходе выполнения курсовой работы приведена аппаратно-технологическая схема процесса восстановления четыреххлористого титана магнием. Приведены схемы и описания действия аппаратов для осуществления реакции. Рассчитан материальный и тепловой балансы процесса, а также такие параметры, для кол-во агрегатов, необходимых для выпуска 5 000 тонн титановой губки в год.

Список литературы

Металлургия титана. Гармата В.А., Гуляницкий Б.С., Крамник В.Ю., Липкес Я.М., Серяков Г.В., Сучков А.Б., Хомяков 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. «Термодинамические свойства 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