Автоматизация процесса получения диоксида титана

7 Z 13

ZМ

да

8 ZМ

14 М=Z,К=Х

9 М=Z,К=Х

1 5 Х,Z,Ш

10 Х=Е,Х=Х-Ш

да

16 РМ 19-20 Ш=Ш/2

11 ХН

да

17 ШТ

18 Остановка

1. Вводная часть.

Опытно-промышленная установка расположена в отделении хлорирования цеха № 32 ОАО “АВИСМА”.

Метод производства диоксида титана - хлоридный способ производства высокотемпературным парофазным гидролизом тетрахлорида титана.

Организации разработчики технологического процесса - АО Российский научно-исследовательский и проектный институт титана и магния ( АО РИТМ) и ОАО “АВИСМА” - титано-магниевый комбинат.

Организация-разработчик проекта опытно-промышленной установки - проектно-конструкторский отдел ОАО “АВИСМА”.

2. Введение.

Среди неорганических пигментов наибольшим спросом пользуются белые пигменты. В основном использовались свинцовые и цинковые белила, но они оказывают вредное воздействие на организм человека.

В настоящее время наряду с использованием свинцовых и цинковых белил широкое применение получили титановые белила. До 70 % выпускаемого диоксида титана (титановые белила) находит применение в лакокрасочной промышленности. Этот фактор объясняется не только высокими пигментными свойствами титановых белил (большая интенсивность и кроющая способность, высокая маслостойкость по сравнению с другими белыми белилами), но и их технико-экономическими преимуществами, а также большими запасами исходного сырья.

Диоксид титана используется в лакокрасочной промышленности для производства материалов на основе различных пленкообразующих: эпоксидных, алкидных, феноло- и мочевиноформальдегидных смол, а также применяют в производстве пластмасс, резиновых изделий, бумаги, линолеума, искусственных волокон и немного в парфюмерии.

Цель дипломного проекта - автоматизация технологического процесса получения диоксида титана.

3. Технология производства.

3.1 Описание технологического процесса.

Очищенный в отделении ректификации тетрахлорид титана (ОТТ) насосом подается в две расходные емкости (поз. 1), откуда через регулирующее устройство направляется в куб-испаритель (поз. 2), оборудованный погружными электронагревателями мощностью 120 кВт. Из куба-испарителя (поз. 2) пары ОТТ при температуре 136...140С поступают в перегреватель (поз. 3), выполненный из полутруб, приваренных к кожуху реактора парофазного гидролиза, где нагреваются до температуры 200...250С и направляются в центральную трубу коаксиальной форсунки (поз. 25) реактора (поз. 4).

Азот из газопровода поступает в подогреватель (поз. 24), представляющий газоохлаждаемую рубашку свода реактора, где нагревается до температуры 100...250С и направляется в наружную трубу коаксиальной форсунки (поз. 25) реактора (поз. 4) для предотвращения зарастания сопла форсунки продуктами гидролиза тетрахлорида титана.

Воздух газодувкой из помещения цеха нагнетается в подогреватель (поз. 6), представляющий воздухоохлаждаемую рубашку приваренную к кожуху реактора (поз. 4) парофазного гидролиза (ПФГ), где нагреваются до температуры 100...250С и затем направляется в горелку (поз. 26) печи (поз. 5).

Природный газ из газопровода подается в горелку печи под давлением 10...200 (1...20) мм вод. ст.( МПа).

В печи (поз. 5) осуществляется сжигание смеси природного газа и воздуха. При этом протекают реакции горения углеводородов природного газа:

CH₄ + 2 O₂ = CO₂ +2 H₂O + 892 кДж

2 C₂H₆ +7 O₂ = 4 CO₂ + 6 H₂O + 3123 кДж

C₃H₈ + 5 O₂ = 3 CO₂ +4 H₂O + Q

Водяной пар из магистрального паропровода поступает в перегреватель, откуда с температурой 150...250С подается в камеру горения печи (поз. 5), где смешивается с продуктами сгорания природного газа.

Парогазовая смесь (ПГС) из печи (поз. 5) с температурой 1300...1450С направляется в реактор парофазного гидролиза (поз. 4).

В реакторе тетрахлорид титана при температуре 1100...1200С взаимодействует с водой по реакции:

TiCl₄ (пар) + 2 H₂O (пар) = TiO₂ (тв.) +4 HCl (газ) + Q

Пылепарогазовая смесь (ППГС) из реактора направляется в камеру предварительного охлаждения (поз. 7), где охлаждается до 600...800С при смешивании с потоком вторичного воздуха, нагнетаемого газодувкой из помещения цеха. Дальнейшее охлаждение ППГС до 250...350С происходит в двухтрубной пылеосадительной камере ПК-1 (поз. 8), стенки которой охлаждаются снаружи водой.

Выделение из ППГС основного количества диоксида титана происходит в циклонах (поз. 9), откуда диоксид титана через шлюзовые затворы (поз. 18_2,3) поступает в бункер (поз. 17). Для предотвращения комкования “сырца”, коррозии и забивки аппаратов-пылеуловителей абгазы после рукавного фильтра (поз. 10) должны иметь температуру выше 150°С. Отходящие газы после циклонов через рукавный фильтр (поз. 10) направляются в санскруббер (поз. 12), где промываются водой (степень очистки достигает 99% и затем поступают на газоочистку № 2. Разряжение в системе создается вентиляторами (поз. 11,13). Кислые стоки санскруббера (поз. 12) сливаются в кислотную канализацию. Уловленный в рукавном фильтре (поз. 10) продукт через шлюзовой затвор (поз. 18₄) направляется в бункер (поз. 17).

Диоксид титана из камеры предварительного охлаждения (поз. 7) выгружается шнеком (поз. 14), затем инжектором (поз. 15₁) через циклон-пылеуловитель (поз. 16) направляется в бункер (поз. 17). Диоксид титана из пылеосадительной камеры ПК-1 (поз. 8) через шлюзовой затвор (поз. 18₁) инжектором (поз. 15₁) через циклон-пылеуловитель (поз. 16) направляется в бункер (поз. 17).

Из бункера (поз. 17) через шлюзовой затвор (поз. 18₅) диоксид титана (рН водной суспензии 1...3,5) поступает в струйный насос-инжектор (поз. 15₃) и посредством потока нагретой водовоздушной смеси направляется в десорбер (поз. 19), представляющий собой печь “кипящего слоя”. Десорбция хлористого водорода осуществляется в токе паровоздушной смеси при температуре 500...700°С.

Частично десорбированный материал через переливную трубу десорбера поступает в трубное пространство сборников (поз. 20_1,2), выполненных в виде кожухотрубных теплообменников. Охлаждение материала осуществляется воздухом, нагнетаемым газодувкой (поз. 22) в межтрубное пространство сборника-теплообменника. Охлаждаемый материал периодически выгружается в тару (поз. 21_1,2). Запыленный кислый газ из десорбера “КС” (поз. 19) и воздух из сборников (поз. 20_1,2) поступают на вход рукавного фильтра (поз. 10).

В процессе десорбции из обрабатываемого материала в нижней части десорбера “КС” отделяются крупные частицы продукта последние периодически выгружаются в кюбель (поз. 23) и направляются на переработку в хлораторы совместно с титановой шихтой.

3.2. Режимные параметры технологического процесса.

таб. 3.2

3.3. Характеристика основного технологического оборудования.

В качестве основного технологического оборудования используются:

1). Куб-испаритель.

Куб-испаритель предназначен для нагрева и испарения TiCl₄, подаваемого через перегреватель в реактор парофазного гидролиза.

Техническая характеристика:

емкость - 1,5 м³;

рабочая среда - тетрахлорид титана (жидкость и пар);

температура рабочей среды - 136...140°С;

рабочее давление - 13,3...46,5 (100...350) кПа( мм рт.ст.);

мощность нагревателей - 120 кВт;

число фаз - 3;

количество крышек с нагревателями - 1;

диаметр - 1208 мм;

длина - 1508 мм;

высота - 1780 мм.

Куб-испаритель состоит из корпуса, крышек для крепления нагревателей, нагревательных элементов, уровнемерной колонки.

Корпус куба выполнен из стали 1Х18Н10Т, с наружной стороны поверхность теплоизолирована диатомовым кирпичом, асбоцементной замазкой и стеклотканью. Для вывода и подаче паров в перегреватель аппарат снабжен паровым патрубком.

Нагреватели куба погружные, открытого исполнения из проволоки Х20Н80 диаметром 7,5...8 мм, крепятся на раме крышки нагревателя. Крышки нагревателей герметично устанавливаются на патрубках, вывод токоведущих частей нагревателей осуществлен через проводники с уплотнительными кольцами.

Для контроля уровня куб оборудован штуцерами для уровнемерного стекла и уровнемерной колонки.

Приборы контроля потребляемой мощности, ее регулирования и отключения расположены на щите управления.

2). Печь.

Печь предназначена для получения нагретой до температуры 1300...1450°С парогазовой смеси, состоящей, в основном, из азота, углекислого газа и паров воды, продуктов сжигания смеси природного газа с воздухом. В камеру сгорания печи подается также водяной пар.

Техническая характеристика:

рабочая среда - парогазовая смесь, содержащая Н₂О, СО₂, N₂;

температура рабочей среды - 1300...1450°С;

рабочее разряжение - 1...2 (0,1...0,2) мм вод.ст.(МПа);

тип горелки - ГГВ-МГП-75;

количество горелок - 1;

внутренний диаметр камеры сгорания - 0,72 м;

длина камеры сгорания - 2 м.

Печь состоит из камеры сгорания и горелки природного газа. Стальной кожух камеры сгорания футерован листовым асбестом, слоем шамота- легковеса, толщиной 114 мм и слоем шамота класса А, толщиной 230 мм. С наружной стороны печи к крышке прикреплена горелочная плита, на которую устанавливается горелка ГГВ-МГП-75. Печь снабжена патрубками для ввода воды и вывода ПГС. Для контроля давления (разряжения) и температуры печь снабжена патрубками для установки отборных устройств и термопар.

Горелка состоит из корпуса, сопла, наконечника сопла и носика горелки. Воздух подается по патрубку на корпусе горелки, природный газ подается через патрубок сопла в центре горелки.

3). Реактор.

Реактор предназначен для парофазного гидролиза тетрахлорида титана взаимодействием с парами воды с получением диоксида титана и хлористого водорода.

Техническая характеристика:

рабочая среда - пылепаровая смесь, содержащая диоксид титана, HCl, CO₂, H₂O, азот и др.;

температура рабочей среды - 200...1450°С;

рабочее разряжение - 5-10 (0,5...1) мм вод.ст.(МПа);

внутренний диаметр реактора - 0,796 м;

длина реактора - 7,1 м.

Реактор состоит из стального кожуха, футерованного листовым асбестом, шамотом класса А, толщиной 114 мм. Реактор снабжен в верхней части патрубком для ввода ПГС из печи, снизу - патрубком для ввода ППГС в камеру предварительного охлаждения и двухтрубной коаксиальной форсункой подачи паров TiCl₄ (по центральной трубе) и азота (по наружной трубе), установленной на своде.

На своде реактора смонтирована газоохлаждаемая стальная рубашка, в которой подогревается азот, для ввода и вывода азота рубашка снабжена патрубками.

В верхней части реактор оборудован перегревателем тетрахлорида титана, выполненным из приваренных к кожуху полутруб. Перегреватель TiCl₄ снабжен патрубками для входа и выхода перегретых паров.

В средней части реактор оборудован подогревателем воздуха, выполненным в виде приваренной к кожуху стальной рубашки. Подогреватель воздуха снабжен патрубками для входа и выхода.

4). Камера предварительного охлаждения.

Камера предварительного охлаждения предназначена для частичного выделения диоксида титана и охлаждения пылепарогазовой смеси методом смешения с нагнетаемым воздуходувкой воздухом (используется реконструированный титановый хлоратор).

Техническая характеристика:

рабочая среда - пылепарогазовая смесь, содержащая диоксид титана, HCl, CO₂, H₂O, азот, и др.;

температура рабочей среды - 200...1450С;

рабочее давление - 2,9 (300) кПа (мм вод. ст.);

высота - 10,98 м;

диаметр - 5,375 м .

Стальной кожух камера предварительного охлаждения футерован шамотом класса А, толщина футеровки верхней внутренней цилиндрической части 345 мм, нижней 1035 мм. Подина камеры предварительного охлаждения коническая, снабжена патрубками для выгрузки диоксида титана посредством шнекового устройства. Камера предварительного охлаждения снабжена патрубками для ввода (внизу) и вывода (вверху) пылепарогазовой смеси и пятью патрубками для нагнетания воздуха.

5). Пылеосадительная камера.

Пылеосадительная камера предназначена для охлаждения пылепарогазовой смеси и частичного выделения (осаждения) диоксида титана.

Техническая характеристика:

рабочая среда - пылепарогазовая смесь, содержащая диоксид титана, HCl, CO₂, H₂O, азот, и др.;

температура рабочей среды - 200...800С;

рабочее давление - 2,9 (300) кПа (мм вод. ст.);

диаметр стояка - 204 м;

высота - 7,35 м;

высота конической части - 3,95 м;

ширина конической части - 4,52 м.

Пылеосадительная камера состоит из двух полых цилиндрических вертикальных стояков, объединенных в нижней части общим конусом, снабжен двумя патрубками для входа и выхода ППГС и патрубком выгрузки уловленного диоксида титана. Стальной корпус футерован внутри термо-кислотоупорной керамической плиткой, снаружи охлаждается водой.

6). Циклоны.

Циклоны предназначены для выделения из ППГС диоксида титана.

Техническая характеристика:

рабочая среда - пылепарогазовая смесь, содержащая диоксид титана, HCl, CO₂, H₂O, азот, и др.;

температура рабочей среды - 120...300С;

рабочее давление - 5 (500) кПа (мм вод. ст.);

высота - 2,9 м;

диаметр - 0,63 м .

Циклонная установка состоит из двух соединенных последовательно аппаратов, выполненных из сплава ВТ-1. Циклоны теплоизолированы снаружи шлаковой изоляцией и покрыты кожухом из листового алюминия. Аппараты снабжены


29-04-2015, 03:59