Проектирование участка электролиза магния по хлормагниевой схеме

Министерство образования  и науки Республики Казахстан

 

Восточно-Казахстанский  государственный технический университет  имени Д.Серикбаева

 

 

 

 

Тоимбаева М.С.

 

 

 

 

 

Проектирование участка  электролиза магния по хлормагниевой  схеме

 

ДИПЛОМНАЯ РАБОТА

 

 

специальность 050709 – «Металлургия»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Усть-Каменогорск 2013

Министерство образования  и науки Республики Казахстан

 

Восточно-Казахстанский  государственный технический университет  имени Д.Серикбаева

 

 

 

Для служебного пользования (при необходимости)

 

 

«Допущена к защите»

___________ Заведующей

кафедрой ___________ С.С. Ахметов

 

 

 

ДИПЛОМНАЯ РАБОТА

 

 

На тему: «Проектирование  участка электролиза магния по хлормагниевой  схеме»

 

 

по специальности 050709 – «Металлургия»

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил                                                   М.С. Тоимбаева

 

Научный руководитель

д.т.н., проф.                                                 М.А. Саденова

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Усть-Каменогорск 2013

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Оскемен 2013

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение 1 Теоретические основы  процесса электролиза магния  по хлормагниевой схеме питания 1.1 Краткая характеристика предприятия. Номенклатура, качество и технический уровень  продукции. Сырьевая база, характеристика сырья 1.2 Анализ научно-исследовательских  работ и работы действующего предприятия. Выбор и обоснование технологической схемы переработки сырья и технологических показателей 1.3 Описание технологического  процесса электролиза магния  по хлормагниевой схеме питания 1.4 Обзор патентов 2 Расчеты технологического процесса электролиза магния по хлормагниевой схеме питания 2.1 Расчет материального баланса 2.2 Расчет теплового  баланса  2.3 расчет основного  и вспомог оборудования 3 экономика 4 Безопасность и экологичность  проекта 4.1 Охрана труда 4.1.1 Общие требования 4.1.2 Параметры микроклимата 4.1.3 Электробезопасность 4.1.4 Освещенность 4.1.5 Пожарная безопасность 4.2 Охрана окружающей  среды Заключение Список литературы Приложение А Определение температуры  поверхностей проектируемого электролизёра Приложение Б Спецификация к промышленному  электролизёру

 

 

РЕФЕРАТ

 

Проект содержит пояснительную  записку на    листах с    рисунками,           с 42 таблицами, библиография 24 названий.

ЭЛЕКТРОЛИЗ, ЭЛЕКТРОЛИЗЁР, ХЛОРИД МАГНИЯ, МАГНИЙ-              -СЫРЕЦ, АНОДНЫЙ ХЛОР, ГАЗЫ СТО, МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС, ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС, ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ, КОНСТРУКТИВНЫЙ РАСЧЁТ.

Целью дипломного проекта  является проектирование отделения  электролиза магния, производительностью 17000 тонн в год магния-сырца.

В проекте осуществлен выбор аппаратурно-технологической схемы, выполнены расчеты материального и теплового баланса. На основании расчетных данных выбрано основное и вспомогательное оборудование.

С целью интенсификации производства в дипломном проекте  предусматривается применение катодов увеличенной высоты. Внедрение катодов увеличенной высоты позволит повысить выход магния по току до 82,5% и увеличить производительность отделения на 10 % на имеющихся площадях и оборудовании.

Экономический расчет выполнен на основании прогрессивных норм выработки и расходных коэффициентов, отражающих современный уровень развития магниевой отрасли. В необходимом объеме рассмотрены вопросы автоматизации процесса, охраны и безопасности труда. Графическая часть выполнена на 7 чертежах.

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Название «магнезия» встречается уже в III веке н.э., хотя не вполне ясно, какое вещество оно обозначает. Долгое время магнезит - карбонат магния - ошибочно отождествляли с известняком - карбонатом кальция. Слово магнезия происходит от названия одного из Греческих городов - Магнесии. До XVIII века соединения магния считали разновидностями кальциевых или натриевых солей. Открытию магния способствовало изучение состава минеральных вод. В 1695 году английский врач Крю сообщил, что им выделена из воды эпсомского минерального источника соль, обладающая лечебными свойствами, и вскоре был доказан её индивидуальный характер. Затем стали известны и другие соединения магния. Карбонат магния получил название "белая магнезия", в отличие от «чёрной магнезии» - оксида марганца. Отсюда и созвучие названий металлов, выделенных впоследствии из этих соединений.

Магний –  лёгкий, прочный металл, сплавы магния имеют невысокую плотность, высокую  механическую прочность, устойчивость к ударным нагрузкам и немагнитность. Сочетание всех этих свойств в одном металле делает его важным конструкционным материалом. Большее количество металлов  получают электролизом расплава его хлоридов. Технологическая схема определяется видом и химическим составом исходного сырья, но для электролиза получают безводный либо карналлит, либо хлорид магния, так как электролизёры могут питаться либо хлоридом магния, либо карналлитом. 

В данном дипломном проекте  рассматривается отделение электролиза  магния с хлор-магниевой схемой питания.

Существующая в настоящее время на АО "УК ТМК" (Акционерное Общество "Усть-Каменогорский титано-магниевый комбинат") схема электролитического производства магния с использованием бездиафрагменных электролизёров с верхним вводом анодов нуждается в усовершенствовании.

При производстве магния в бездиафрагменных электролизёрах на 1 т металла затрачивается до 15-18 тыс. кВт×ч электроэнергии, поэтому основные затраты на его производство являются довольно высокими, что ведет к увеличению себестоимости. Поэтому одним из направлений усовершенствования технологии производства магния является увеличение единичной мощности электролизёра, при незначительном увеличении энергозатрат, что приведет к снижению себестоимости готовой продукции.

В условиях современной  экономической  ситуации   для   АО «УК ТМК» приоритетными будут те мероприятия, которые позволят повысить показатели электролиза, что позволит не только заметно снизить капитальные вложения, но и затраты на обслуживание и капитальный ремонт электролизеров.

Целью настоящего дипломного проекта является реконструкция отделения электролиза магния.

Новизна и практическая ценность проекта заключается в  использовании электролизеров с крайними катодами, что позволит снизить потери магния и увеличить производительность электролизёра с 61 кг/ч до 65,5 кг/ч, что в стоимостном выражении составит 40560000 тенге.

 

1 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССА ЭЛЕКТРОЛИЗА МАГНИЯ ПО ХЛОРМАГНИЕВОЙ СХЕМЕ ПИТАНИЯ

 

1.1 Краткая характеристика предприятия.

Номенклатура, качество и технический уровень  продукции.

Сырьевая база, характеристика сырья

 

Отделение по производству магния-сырца входит в состав цеха №1 Акционерного Общества «Усть-Каменогорский  титано-магниевый комбинат», расположенный  в городе Усть-Каменогорске.

Строительство отделения  и монтаж оборудования производило Усть-          -Каменогорское Управление треста «Алтайсвинецстрой». Отделение введено в эксплуатацию в 1965 году.

Основными технологическими агрегатами проектируемого отделения  являются бездиафрагменные электролизёры  с верхним вводом анодов, работающих по хлормагниевой схеме питания.

Проектная мощность отделения 17000 т/год магния-сырца.

Сырьем для электролитического производства магния-сырца является оборотного хлорида магния титанового производства, который должен соответствовать  СТП 3826-3-32 (состав, %: MgCl₂ – не менее 98; MgO – не более 0,5; Ti – не более 0,01; Fe – не более 0,015).

Перевозка хлорида магния осуществляется в ковшах внутризаводским  транспортом, заливка в электролизёры  – механическая.

Для улучшения процесса электролитического производства магния-сырца используем следующие материалы:

 

• соль поваренную;
• концентраты плавико-шпатовые.

 

Поваренная соль должна соответствовать ГОСТ 13830 (состав, %:   NaCl – не менее 97). Применяется в качестве компонента электролита. Перевозка осуществляется в железнодорожных вагонах, разгрузка из вагонов механическая. В электролизёры загружается механически с использованием внутризаводского транспорта.

Концентраты плавико-шпатовые должны соответствовать ГОСТ 29219 и  ГОСТ 29220 (состав, %: CaF₂ – не менее 92). Применяется как компонент электролита. Перевозка осуществляется в железнодорожных вагонах, разгрузка из вагонов механическая. Загрузка в электролизёры – ручная.

В качестве рабочей среды  для хлорного компрессора применяем  серную кислоту концентрации 80-94 %. Серная кислота должна соответствовать    ГОСТ 2184. Представляет собой бесцветную маслянистую жидкость. Перевозится в специальных цистернах.

В качестве уплотнительной прокладки анодов электролизёра  и при соединении технологических  труб вакуумных ковшей используем шнуровой асбест, который должен соответствовать требованиям ГОСТ 1779. Шнуровой асбест – волокнистый эластичный материал с сердечником.

Химический состав магния-восстановителя получаемого в процессе электролиза  должен  соответствовать требованиям СТП 3826-3-10 (состав примесей, %: Fe – 0,023-0,03; Si – 0,002-0,003; Cl₂ – до 0,005; N₂ – 0,0015-           -0,0025; О₂ – 0,02-0,03).

Проектируемое отделение  по производству магния-сырца электролизом проектируется в Восточно-Казахстанской  области на базе Усть-Каменогорского ТМК.

В настоящее время  город Усть-Каменогорск является крупным промышленным центром Республики Казахстан. Здесь имеются крупные металлургические предприятия, строительные организации. Имеющаяся крупная строительная организация “Алтайсвинецстрой” вместе с другими субподрядными организациями способны вести строительство данного титаномагниевого комбината. Для получения магния проектируется использование концентратов из г. Березники, а также хлормагниевой рапы озер Кучук и Яровое, расположенных в Алтайском крае.

Данный проект предусматривает  комплексное использование сырья. Исходя из этого магниевое производство должно быть расположено рядом с титановым производством.

Производство магния и титана относится к числу  энергоемких (15-18 тысяч кВт/ч на 1т металла), поэтому их следует размещать в районах с достаточным количеством дешёвой электроэнергии. В районе г. Усть-Каменогорска имеются такие крупные ГЭС как Усть-Каменогорская, Бухтарминская и Шульбинская. В самом городе работает Усть-Каменогорская ТЭЦ.

Для обеспечения комбината  водными ресурсами имеются крупные  реки Ульба и Иртыш. На комбинате  действует станция оборотного водоснабжения.

Проектируемое отделение  по производству магния-сырца электролизом проектируется в Восточно-Казахстанской области на базе Усть-Каменогорского ТМК.

В настоящее время  г. Усть-Каменогорск является крупным  промышленным центром республики Казахстан. Здесь имеются крупные металлургические предприятия, строительные организации. Имеющаяся крупная строительная организация “Алтайсвинецстрой” вместе с другими субподрядными организациями способны вести строительство данного титаномагниевого комбината. Для получения магния проектируется использование концентратов из г. Березники, а также хлормагниевой рапы озер Кучук и Яровое, расположенных в Алтайском крае.

Данный проект предусматривает  комплексное использование сырья. Исходя из этого магниевое производство должно быть расположено рядом с титановым производством.

Комбинат связан с  городом и станцией Защита Казахской  железной дорогой и автострадой. С другими городами Усть-Каменогорск связан железной дорогой, автострадой и водным сообщением по р. Иртыш.  Внутри комбината сырье поступает в цех по производству титановой губки по трубопроводу.

В г. Усть-Каменогорске на «Востокмашзаводе» и, других предприятиях, можно организовать производство основного оборудования для проектируемого цеха. Проектируемый цех будет обеспечен не только строительными материалами, сырьем, оборудованием, но и рабочей силой благодаря близкому расположению комбината к городской черте. Инженерными кадрами обеспечивают Восточно-Казахстанский Государственный Технический Университет и Казахский Национальный Технический Университет. Квалифицированными рабочими кадрами обеспечивают профессиональные технические училища города.

Учитывая все важнейшие  факты, принимается решение по реконструкции  цеха по производству магния-сырца  электролизом на 17000 тонн в год.

Район строительства, согласно СНиП 2.01-82, характеризуется следующими параметрами:

 

• климат – резко континентальный;
• климатический район – 1Б;
• среднегодовая температура – +3 °С;
• абсолютная минимальная температура – -49 °C;
• абсолютная максимальная температура – +41 °C;
• преобладающее направление ветров – юго-восточное, юго-западное;
• глубина промерзания грунта – 2 метра;
• сейсмичность района – 6 баллов.