Участок восстановления и дистилляции четыреххлористого титана (стр. 4 из 4)
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.
| Термодинамические параметры веществ | ||||
| Параметр | TiCl4 | Mg | Ti | MgCl2 |
| A | 106,8573 | 34,30901 | 44,37174 | 92,048 |
| B | 1,049482 | -7,47103E-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 образованияΔH, кДж/моль | -804,2 | 0 | 0 | -641,3 |
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:
| 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 тепловой баланс:
| Тепловой 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 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 | |
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).
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.
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