ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Волгоградский государственный технический университет
Кафедра «Процессы и аппараты химических производств»
ОТЧЁТ
О производственной практике на заводе ОАО «Химпром»
цех №40 «Производство карбида кальция»
Руководитель
практики от
организации Шепелев А.И. a
подпись
Руководитель
практики от
университета Кузнецов А.В. ы
подпись
Студент
гр. ХТ-344 Рощина А.В. ы
подпись
Отчёт защищён с оценкой _________
балл
«___»______ 2008 г.
Содержание
Введение…………………………………………………………………….3
1. Страницы истории цеха 40………………………………………………...4
2. Общая характеристика производства карбида кальция…………………5
3. Характеристика производимой продукции………………………………6
4. Описание технологического процесса и схемы………………………...10
4.1. Подготовка, транспортировка и хранение сырья…………………..10
4.2. Приготовление и транспортировка шихты…………………………12
4.3. Получение карбида кальция…………………………………………13
4.3.1. Описание процесса получения…………………………………….13
4.3.2. Работа карбидной печи как химического реактора………………14
4.3.3. Влияние примесей в сырье на процесс карбидообразования…...16
4.4. Охлаждение, кристаллизация, сортировка и упаковка карбида
кальция……………………………………………………………….16
4.4.1. Особенности проведения процесса кристаллизации карбида
кальция……………………………………………………………..16
4.4.2. Описание процесса сортировки, транспортировки и упаковки
карбида кальция…………………………………………………..17
4.5. Очистка реакционного газа………………………………………….18
4.6. Очистка сточных вод………………………………………………...18
4.7. Очистка дымочных газов……………………………………………19
5. Альтернативные аппараты, использование которых возможно
в рамках данной технологической схемы………………………………20
Заключение……………………………………………………………….22
Список использованной литературы……………………………………23
Введение
Раньше карбид производился только на небольших заводах и в незначительных количествах. В сырьевой базе промышленности органического синтеза происходят коренные изменения в связи с развитием нефтехимии, однако производство карбида кальция сохраняет актуальное значение, как в России, так и за рубежом.
Карбид кальция по-прежнему в больших количествах применяют для получения ацетилена, который перерабатывают в сфере органического синтеза, а также используют в производстве различных цианидов. Важнейшим из химических продуктов, получаемых из карбида кальция, является цианамид кальция, который используется в качестве удобрения и для удаления листьев с хлопковых кустов перед механизированным сбором хлопка; из цианамида кальция также получают цианистый плав, дициандиамид, меламин и ряд других химических продуктов. При разложении карбида кальция водой выделяется ацетилен, который используется для резки и сварки металлов, а также для получения органических продуктов, главнейшим из которых является синтетический каучук. Основная масса карбида кальция и расходуется для производства синтетического каучука.
Актуальность данной работы заключается в том, что в процессе ее написания и анализа можно получить дополнительные знания в области процессов и аппаратов химических производств, так как в ней доступным языком изложен технологический процесс и все проблемы, возникающие при получении карбида кальция.
В связи с широким применением карбида кальция в народном хозяйстве в настоящее время ставится задача значительного расширения производства карбида кальция, путем увеличения мощности существующих предприятий и строительства новых зданий.
Целью нашего пребывания на ОАО «Химпром» является практическое подтверждение ранее полученных теоретических знаний в области процессов и аппаратов химической технологии. В основе производства карбида кальция лежат электротермические процессы, протекающие в электрических печах и характеризующиеся большим потреблением электроэнергии.
При прохождении практики и написании данного отчета, мы столкнулись с рядом проблем, таких как отсутствие практического опыта, который мы получили лишь поверхностно, так как студентов-практикантов не допускают к производству, ограничиваясь только теорией.
1. Страницы истории цеха 40
1956 г. – Совет Министров СССР принял постановление о строительстве производства карбида кальция в Волгоградской области.
1963 г. – цех впервые выполнил государственный план.
1966 г. – цех вышел на проектную мощность.
1971 г. – механизирован слив карбида кальция.
1972 г. – цеху присвоено звание «Коллектив коммунистического труда».
1976 г., 4 января – слита миллионная тонна карбида кальция.
1982-1983 г.г. – переход на бригадную форму организации труда упаковщиков и завальцовщиков.
1985 г. – создание единой сквозной комплексной хозрасчетной всего цеха.
1986 г. – принято постановление Совета министров СССР №1224 о реконструкции производства карбида кальция.
1988 г., 27 ноября – слита 2х миллионная тонна карбида кальция.
1989 г.- цех перешел на коллективный подряд.
1990 г. – заменен грейферный кран в к.154а, заменена короткая сеть, в полном объеме установлены тензо-весы на подготовке шихты, проведена замена обмоток трансформатора.
1992 г. – произведена замена подины печи, установлены немецкие гидроподъемники и немецкие ролики охлаждающего барабана.
1993 г. – смонтирована новая схема «маслохозяйства», произведено разделение склада кокса и электродной массы.
1995 г. – смонтирован и сдан в работу котел-утилизатор производительностью до 15 тн/час пара, смененный персонал переведен на новый график работы 3х2.
1996 г. с 28 декабря по 14 января цех оставлен и законсервирован в связи с энергетическим кризисом в стране.
1997 г. – произведено сокращение штатов в цехе на 13 человек.
1998-1993 г. г. – монтаж установки очистки дымовых и леточных газов.
1998 г. – упаковщики и завальцовщики переведены на новый график сменности, обеспечивающий ежедневную работу персонала в 2 смены 3-мя бригадами, принято решение об организации разработки и монтажа производства стальных барабанов, используя рулонную сталь.
1999 г. – изменение схемы приема извести из ц.39 с помощью транспортера, введен в работу второй котел-топка с производительностью по пару до 19 тн/час.
1999 г. – включена в эксплуатацию первая автоматическая линия по изготовлению лючков к барабанам.
2000 г. – пущена в работу автоматическая линия по рубке рулонной стали, для изготовления обечаек барабанов.
2002 г., 18 сентября – слита 3х миллионная тонна карбида кальция.
2. Общая характеристика производства карбида кальция.
1.1. Производство карбида кальция введено в эксплуатацию в 1961 году.
Мощность производства: проектная – 75 000 т/год;
достигнутая – 83 500 т/год.
Производство состоит из одного технологического потока, основанного на взаимодействии обожженной извести с углеродистыми материалами – коксом или коксом с антрацитом в электродуговой печи, с последующим выводом расплава карбида кальция в охлаждаемый водой стальной барабан, где происходит его охлаждение и гранулирование.
1.2. Генеральный проектировщик, разработчик технологического процесса и проектировщик технологической части – «Приднепровский промстройпроект».
1.3. Реконструкции и расширению производство не подвергалось. По проектам ПКО ОАО «Химпром» смонтированы система очистки дымовых газов в пылеуловителях ПУ – 2 200.
3. Характеристика производимой продукции
Технологическое наименование продукта
– карбид кальция, синоним – ацетилен кальция.
Таблица 1–Содержание основных компонентов в КК
| СаС2
|
65 – 85 % |
| СаО св
|
10 – 22 % |
| С св
|
не более 3 % |
| R2
|
не более 8,0 % |
Наименование государственного стандарта на карбид кальция.
Товарный карбид кальция выпускается по ГОСТ 1460 – 81 «Карбид кальция. Технические условия».
Требования к продукции согласно ГОСТ 1460 – 81:
Карбид кальция должен выпускаться в кусках следующих размеров, указанных в таблице:
Таблица 2–Требования по выпуску карбида кальция
| Обозначение |
Размер кусков, мм |
Размеры других кусков, мм |
Массовая доля других кусков, %, не более |
| 2/25 |
от 2 до 25 |
менее 2 от 25 до 50 |
5 10 |
| 25/50 |
от 25 до 50 |
менее 25, в т.ч. менее 2 от 50 до 80 более 80 |
7 2 10 отсутствие |
| 25/80 |
от 25 до 80 |
менее 25, в т.ч. менее 2 о 80 до 100 более 100 |
7 2 10 отсутствие |
| 50/80 |
от 50 до 80 |
менее 50, в т.ч. менее 2 от 80 до 100 более 100 |
10 2 10 отсутствие |
Примечание: карбид кальция с кусками размером 2/25 предназначен для предприятий, имеющих генераторы для переработки кусков указанного размера.
По физико-химическим показателям карбид кальция должен соответствовать нормам и требованиям, указанным в таблице:
Таблица 3–Физико-химические показатели карбида кальция
| Наименование показателей |
Норма для сорта |
||
| высшего |
первого |
второго |
|
| 1. Литраж, дм3
|
295 |
285 |
275 |
| 50/80 |
290 |
285 |
265 |
| 25/80 |
285 |
280 |
260 |
| 25/50 |
- |
260 |
240 |
| 2/25 |
|||
| 2. Объемная доля фосфористого водорода (PH3
%, не более |
0,07 |
0,08 |
0,08 |
| 3. Массовая доля сульфидной серы, %, не более |
0,5 |
1,2 |
1,2 |
| 4. Массовая доля свободного углерода, %, не более |
1 |
не формируется |
|
| 5. Массовая доля окиси кальция (СаО) %, не более |
17 |
не формируется |
|
| 6. Массовая доля ферросплава, %, не более |
1,0 |
1,0 |
1,0 |
Примечание: Литраж – это объем сухого ацетилена в дм3
, выделяемый 1 кг карбида кальция, приведенный к 20о
С и давлению 101 325 Па (760 мм. рт.ст.)
Основные физико-химические свойства карбида кальция
Химическая формула – СаС2
Молекулярная масса (по международным атомным массам 1971 г) – 64,102
Химически чистый карбид кальция представляет собой почти бесцветные, нерастворимые во всех известных растворителях прочные кристаллы с удельным весом 2 220 кг/м3
.
В зависимости от чистоты карбид кальция имеет серый, коричнево-желтый или черный цвет. На изломе – серый, при высоком действии влаги воздуха теряет блеск и становится серовато-белый.
Снижение содержания основного вещества в карбиде кальция приводит к увеличению его твердости и замедляет разложение карбида водой.
Химически чистый карбид имеет температуру плавления 2300о
С. Сливаемый из печи карбид кальция имеет температуру 1800 – 2100о
С.
При взаимодействии с водой карбид кальция разлагается с выделением ацетилена по реакции:
до 200о
С СаС2
+ 2Н2
О → Са(ОН)2
+ С2
Н2
↑
200 + 400о
С СаС2
+ Н2
О →СаО + С2
Н2
↑
Количество выделяющегося ацетилена зависит от процентного содержания СаС2
в техническом карбиде кальция. Смесь ацетилена с воздухом взрывоопасна.
При нагревании карбида кальция в среде водорода при температуре 2 200о
С и выше при отсутствии влаги образуется ацетилен.
При высоких температурах сухой кислород окисляет карбид кальция:
2СаС2
+ 5О2
→ 2СаО + 4СО2
↑
При температуре выше 1100о
С карбид кальция реагирует с азотом, образуя цианамид кальция СаСN2
:
СаС2
+ N2
→ СаСN2
+ С – 84 ккал
Сухой хлор при взаимодействии с СаС2
при 250о
С образует хлористый кальций СаСl2
:
СаС2
+ Сl2
→ СаСl2
+ 2С
Пары серы при 500о
С реагирует с карбидом кальция с образованием сульфида кальция СаS:
СаС2
+ S → СаS + 2С
Аналогично сере действует фосфор при 600 – 700о
С:
6СаС2
+ Р4
→ 2Са3
Р2
+ 12С
Аммиак при 500 – 620о
С разлагается на поверхности карбида кальция на азот и водород. Выше 650о
С идет реакция:
СаС2
+ 4NН3
→ СаСN2
+ NН4
СN + 4Н2
↑
При нагревании карбида кальция с четыреххлористым углеродом образуется хлорид кальция, а с сероуглеродом – сульфид кальция:
2СаС2
+ ССl4
→ 2СаСl2
+ 5С
2СаС2
+ СS2
→ 2СаS + 5С
При высоких температурах СаС2
взаимодействует с SiO2
и Al2
О3
переводя эти окислы в карбиды:
SiO2
→ SiO + ½ О2
SiO + 2СаС2
→ SiC + 2СаО + 3С
Образование SiС начинается при 1600 – 2300о
С, взаимодействие с Al2
O3
происходит в диапазоне 1600 – 2000о
С.
Карбид кальция реагирует с водными растворами кислот:
СаС2
+ 2НСl → СаСl2
+ С2
Н2
↑
За единицу измерения веса карбида кальция принимается 1 кг условного карбида кальция. Пересчет натурального веса на условный вес в кг (G) производится по формуле:
G = V * GH
/250
где: V – литраж карбида кальция, дм3
/кг;
GH
– натуральный вес, кг;
250 – литраж условного карбида кальция, дм3
/кг.
Техническое наименование побочного продукта производства карбида кальция.
Техническое наименование продукта – окись кальция от производства карбида кальция.
Таблица 4–Содержание основных компонентов в КК
| СаО, в пересчете на Са(ОН)2
|
35 – 65 % |
| С |
6 – 18 % |
| MgO |
3,5 – 10,6 % |
| SiO2
|
2,6 – 10 % |
| R2
|
1,4 – 7,5 % |
| CaCO3
|
0,5 – 7 % |
| C2
|
0,1 – 0,4 % |
Окись кальция, отход производства карбида кальция, выпускается по ТУ 2123 – 182 – 05763458 – 93 «Окись кальция от производства карбида кальция». По физико-химическим показателям продукт должен соответствовать требованиям и нормам: массовая доля окиси кальция свободной, в пересчете на гидрат окиси кальция, % - 35 – 65.
4. Описание технологического процесса
Технологический процесс производства карбида кальция состоит из следующих стадий:
1. Подготовка, транспортировка и хранение сырья;
2. Приготовление и транспортировка шихты;
3. Получение карбида кальция;
4. Охлаждение, кристаллизация, сортировка и упаковка карбида кальция;
5. Очистка реакционного газа;
6. Очистка сточных вод;
7. Очистка дымочных газов;
4.1. Подготовка, транспортировка и хранение сырья
Обожженная известь из известково-обжигательных печей корпуса 162 цеха № 39 по ленточному транспортеру поступает в двухситный грохот, где происходит рассев ее на 3 фракции: 0 – 20 мм, 20 – 80 мм и выше 80 мм. Известь грануляции 0 – 20 мм собирается в один бункер, а грануляции 20 – 80 мм – в другой, откуда дозируется в ковшовые конвейеры.
Известь грануляции выше 80 мм из двухситного грохота попадает на дробилку, где дробится до 80 мм, а затем, пройдя по течке, поступает в бункер, откуда вместе с фракцией 20 – 80 мм поступает в ковшовые конвейеры. Загрузка извести в ковшовые конвейеры производится лотковыми электровибропитателями.
Ковшовыми конвейерами известь передается через пневморазгрузчики в бункера хранения извести, а известковая мелочь через пневморазгрузчик – в бункер хранения известковой мелочи.
Углеродистые материалы (кокс, антрацит) поступает в цех в железнодорожных вагонах и электрическим грейферным мостовым краном разгружаются на складе сырья корпуса 154А. По мере надобности углеродистые материалы мостовым краном загружаются в бункер сырого кокса.
Для приготовления шихты из бункера сырой кокс лотковыми электровибропитателями подается в ящичные конвейеры, откуда через пересыпные течки с перекидными клапанами сырой кокс подается на дробилку, где дробится до грануляции не более 40 мм.
Дробленый кокс через течки с клапаном загружается в ковшовые конвейеры, далее с помощью пневморазгрузчиков загружается в бункеры установленные над сушильным барабаном. Из бункеров сырой кокс подается питателями в загрузочную течку сушильного барабана.
При поставках кокса фракции 25-45 мм. подача его на стадию сушки производится по обводной течке без дробления на дробилках.
Сушка кокса ведется за счет прямоточного прососа топочных газов, образующихся при сгорании природного газа с воздухом в горелке через сушильный барабан.
Температура топочных газов на входе (300-800 С) и выходе (100-200 С) сушильного барабана измеряется потенциометром.
Регистрация и регулирование расхода природного газа (не более 200 куб м) в топку осуществляется дифманометром, вторичным прибором с пневморегулятором и регулирующим клапаном, установленным на трубопроводе природного газа. Учет расхода природного газа осуществляется корректором СПГ 761; установленным на щите управления корпуса 154 «В».
Природный газ с давлением P= 2-4 кПа подается в цех из газораспределительного пункта корпуса 160 цеха № 39.
Воздух подается в горелки на сжигание и в топку на разбавление с помощью воздуходувки ВВД-9. воздух берется из помещения и просасывается через кожух топки сушильного барабана для предварительного подогрева. Регистрация расхода воздуха в топку (на разбавление не более 1500 куб м) производится дифманометром и вторичным прибором с пневморегулятором. Регулирование расхода воздуха в топку (на сжигание не более 2000 куб м) производится дифманометром и вторичным прибором с пневморегулятором и регулирующей заслонкой, установленной на трубопроводе подачи воздуха в топку.
Смешение природного газа с воздухом в соотношении 1/10 происходит в горелке типа ГНП-9.
Температура в топке не более ь950 С измеряется потенциометром.
При падении давления воздуха до 0,8 кПа, при внезапном отключении воздуходувки или дымососа и при погасании пламени горелки с целью предотвращения загазованности сушильного барабана природным газом клапан-отсекатель перекрывает подачу природного газа к горелке.
Эксплуатация газового хозяйства должна проводится в строгом соответствии с «Правилами безопасности систем газораспределения и газопотребления».
Сушильный барабан приводится во вращательное движение электроприводом. Внутри барабан снабжен насадкой.
Дымовые газы из сушильного барабана отсасываются дымососом через аппараты ВЗП. Очистка дымовых газов от коксовой пыли в двух аппаратах ВЗП обеспечивается такой конструкцией аппаратов, при которой два вихревых пылевых потока направлены на встречу друг другу по спиральной траекториям, за счет чего происходит взаимное гашение кинетической энергии пылевых частиц и их осаждение.
Коксовая пыль из аппаратов ВЗП собирается в бункере, откуда по течке загружается в конвейер и вместе с сухим коксом передается в отделение приготовления шихты или по течкам с заслонками выводится на улицу с восточной стороны корпуса 154 «Б», где загружается в поддон, который автопогрузчиком и автомашиной вывозится в место санкционированного складирования или отгружается потребителю. Очищенные дымовые газы по газоходу направляются в дымовую трубу. Просушенный кокс из сушильного барабана собирается в бункере сухого кокса, в случае наличия влаги более 2% кокс направляется на повторную сушку. Из бункера сухой кокс электровибропитателями подается на ковшевые конвейеры, откуда через пневморазгрузчики поступает в бункеры хранения.
Все управление транспортными агрегатами вынесено на щит управления №2 корпуса 154 «Б», на
4.2. Приготовление и транспортировка шихты
Исходя из непостоянства состава извести и углеродистых материалов и их влажности, приготавливаемая шихта для производства карбида кальция, заведомо обогащается углеродом.
При приготовлении шихты с использованием смеси углеродистых материалов (кокса и антрацита) смешение их в определенном соотношении производится в бункере путем поочередной загрузки кокса и антрацита грейфером мостового крана в количестве не более 25% антрацита от общего количества загружаемого углеродистого материала и далее по технологической схеме подготовки и загрузки кокса. Кроме того, можно производить дозировку из бункеров хранения кокса и антрацита.
Дозировка шихты производится весовыми дозаторами. На 1000 кг извести подается 670-800 кг углеродистых материалов. Дозаторы расположены под бункерами хранения извести и кокса и включают в себя: весовой бункер, вибрационные питатели, электрооборудование.
Весовой бункер представляет собой сварную стальную конструкцию. Стенки бункера внутри облицованы бронелистами из марганцевой стали.
Бункер имеет высыпное отверстие, перекрываемое клапаном затвором, приводимым в действие сжатым воздухом. Весовой механизм бункера состоит из двух главных рычагов, соединительных тяг, серег и т. д.
Главные рычаги подвешены к раме дозатора, к ним подвешен бункер. Усилие от взвешиваемого груза, уменьшенное в несколько раз, передается на тензодатчик.
Весовые дозаторы могут управляется в трех режимах: автоматическом, дистанционном (ручном), наладочном (ручном ) со щита КИП №3 корпуса 154 «Б». Из весовых дозаторов известь и углеродистые материалы попадают в промежуточные бункера и далее через лотковые электропитатели попадают на конвейеры.
При одновременной работе известковых и углеродистых весовых затворах смешение извести и углеродистых материалов происходит в ковшах конвейера, которыми шихта подается в бункер.
Разгрузка производится при помощи пневморазгрузчиков. Для корректировки режима карбидной печи используется корректировочная известь, хранящаяся в бункере.
Корректировочная известь электровибропитателем лотковым подается в ковшовый конвейер и далее в отсеки для корректировочной извести бункеров.
Подача шихты и корректировочной извести в основные бункеры и в отсеки осуществляется переброской клапана в ту или иную часть бункера или отсеков.
Контроль за уровнем сырья в бункерах и отсеках ведется с помощью гамма-реле.
Из шихтовых бункеров шихта через четыре комплекта загрузочных устройств поступает в трехфазную электрическую печь.
Запыленный воздух от бункеров поступает на очистку в пылеуловитель.
4.3. Получение карбида кальция
4.3.1. Описание процесса получения
Процесс образования карбида кальция осуществляется в трехфазной электродуговой печи с рядовым расположением электродов.
В плане ванна печи имеет вид прямоугольника с закругленными краями. Кожух ванны печи футерованы шамотным кирпичом.
Подина выложена следующим образом: на днище ванны в качестве выравнивающего слоя в 200 мм насыпан сухой песок, затем выложены семь рядов шамотного кирпича и сверху три ряда угольных блоков. В качестве склеивающего материала при укладке угольных блоков применяется специальная углеграфитная паста.
Образование карбида кальция происходит по реакции:
СаО + 3С → СаС2
+ СО↑ -111380 кал/моль
Из уравнения видно, что процесс идет с большими затратами тепла. Температура карбидообразования 1800÷23000
С.
Тепло, необходимое для образования карбида кальция, получается частично за счет возникновения электрической дуги «электрод - расплав» и частично за счет прохождения электрического тока сквозь слой шихты в ванне печи.
Во избежание спекания шихты на колошнике и возможных ее обвалов с выбросом раскаленной шихты, реакционных газов или карбида кальция, осуществляется постоянный визуальный контроль за сходом шихты колошнике, производится регулярное ее рыхление и подгребание к электроду. При проскоке влажного углеродистого материала или шихты мелкой грануляции нагрузка на печи снижается до 20 – 22МВт и дополнительно к рыхлению шихты на колошнике производится операция по подъему и опусканию электродов для разрушения зависающих слоев шихты не реже 1 раза час.
Для ввода тока в ванну служат три самоспекающихся электрода.
Электрический ток от трансформатора к электродам передается по медным водоохлаждаемым трубам короткой сети, гибким пакетам, трубошинам и контактным плитам. Для создания контакта между плитами и электродом в стяжной балке имеются прижимные устройства.
Для контроля температуры дымовых газов в районе короткой сети по периметру зонта печи установлены термоэлектрические преобразователи, регистрация температуры осуществляется электронным потенциометром.
Уровень электродной массы в кожухе электрода должен быть выше уровня нажимных балок на 4÷6 м. Газовыделения из кожухов электродов не должны быть бурными. Тушение горящей электродной массы в кожухе электрода допускается только добавлением свежей массы.
Кожух каждого электрода охлаждается вентиляторами. Количество воздуха, подаваемого на обдув электродов, регулируется вручную шиберами на воздуховках.
Одной из основных частей карбидной печи является электродержатель, который состоит из: тормоз, кожух электродержателя, гидроподъемник, контактные плиты, стяжные балки.
Газы и пыль из-под зонта карбидной печи и от сливного лотка отсасываются шестью дымососами, от бункеров дымососом и направляются на установку очистки дымовых газов. Температура дымовых газов регистрируется электронным потенциометром.
Слив полученного карбида кальция из печи осуществляется периодически. При нагрузке на печь выше 28 МВт проводится не менее трех сливов в час с интервалом между сливами не более 10 мин. Слив производится через сливное отверстие, расположенное на уровне подины печи, по сливному лотку в охлаждающий барабан. Сливное отверстие (лётка) открывается путем прожига аппаратом прожига и шуровки металлическим прутком при помощи шуровочной машины или в ручную. Лётка должна прожигаться на уровне пода печи.
Завышение уровня прожига лётки недопустимо, так как при этом будет происходить накопление ферросилиция на подине, что может привести к прежде временному выходу из строя пода печи. Накопление ферросилиция на подине опасно также тем, что при последующих низких прожигах лётки сходит сразу большое количество ферросилиция, что создает опасность выхода из строя деталей сливного лотка и головки охлаждающего барабана.
После окончания слива карбида кальция лётка забивается глиняной пробкой вручную. Все основные детали карбидной печи водоохлаждаемые. Охлаждение осуществляется из 10 распределительных коллекторов оборотной водой. Сливаемая из коллекторов вода также поступает на охлаждение барабана.
4.3.2. Работа карбидной печи как химического реактора.
В карбидной печи одновременно протекают различные процессы, связанные с химическими и фазовыми превращениями в неоднородном температурном поле. Целесообразно разделить всю ванну печи на зоны и рассматривать каждую зону отдельно и во взаимодействии с другими зонами.
Верхняя зона Ι – зона твердофазных процессов. Здесь происходит постепенный нагрев шихты и начинается реакция карбидообразования в твердой фазе на поверхности кусочков извести за счет диффузии молекул углерода в кристаллическую решетку молекул извести:
СаОтв
+ 3С → СаС2тв
+ СО↑
Образование карбида кальция в первой зоне происходит и за счет взаимодействия углерода с возгоняющимися из низких зон парами кальция:
Сапар
+ 2С тв
→ СаС2тв
Одновременно с основными реакциями образования карбида кальция в зоне Ι протекают также реакции дегидратации, термической деструкции и декарбонизации, если они не были завершены на стадии подготовки сырья:
2Н2
О → 2Н2
+ О2
↑
СаСО3
→ СаО + СО2
↑
По мере образования смеси СаО + СаС2
её теплопроводность и электропроводность увеличивается и образуется зона плавления ΙΙ:
СаС2тв
+ СаОтв
→ СаС2ж
+ СаОж
Образовавшийся расплав обладает достаточной подвижностью и стекает ниже зоны печи. Этой подвижностью не обладает углеродсодержащий материал. Его плотность меньше плотности расплава и поэтому он всплывает, т.е. вытесняется в верхнюю зону расплава.
В эту зону с шихтой непрерывно поступают новые порции углеродсодержащего материала. В результате образуется зона, богатая углеродом – зона ΙΙΙ.
Из всех зон печи углеродистая обладает максимальной электрической проводимостью, что обусловлено как содержанием кокса, так и наличием проводящего расплава, создающего контакт между частицами кокса.
В зоне ΙΙΙ происходят основные химические реакции и превращение электричества в теплоту:
(СаС2
+ СаО)ж
+3Ств
→2 СаС2ж
+ СО ↑
Так как углеродистая зона обеспечивает контакт между электродом и подом печи, торцы электродов должны находиться на уровне начала углеродистой зоны ΙΙΙ. Если они расположены выше уровня зоны, электрический контакт нарушается. Опускание их ниже уровня зоны приведет к падению электросопротивления и росту тока. Величина же последнего лимитируется мощностью трансформатора.
Зона ΙV – зона чистого расплава и зона V – зона ферросилиция являются отстойными, в них основной процесс, т.е. восстановление уже не идет. Но в этих зонах возможны различные побочные процессы, а частности, разложение продуктов реакции. Усиление этих процессов вызывается перегревом ΙV – й зоны и задержкой сливов карбида кальция из печи. Разложение карбида кальция происходит по следующим механизмам:
СаС2
+ 2СаО → 3Сапар
+ 2СО ↑
СаС2
→ Сапар
+ 2С
Поднимаюсь в более холодные зоны, продукты разложения снова вступают в реакцию с образованием СаС2.
При задержках сливов зона ΙV может иметь значительные размеры, а образовавшиеся в результате разложения газообразные продукты могут повлечь за собой вскипание расплава и выброс его из печи.
4.3.3. Влияние примесей в сырьё на процесс карбидообразования.
Примеси, содержащиеся в извести и коксе, отрицательно влияют на процесс получения карбида кальция. Основные примеси, содержащиеся в шихте: СаСО3
, MgO, SiO2
, Н2
О, Р, S, Fe2
O3
, Al2
O3.
Наиболее нежелательная побочная реакция – восстановление окислов железа и кремния по уравнению:
Fe2
O3
+ 2SiO2
+ 7С → 2FeSi + 7СО ↑
Вследствие большой разности удельных весов расплавленного карбида и ферросилиция, ферросилиций осаждается на подине печи. Большое количество ферросилиция при сливе карбида кальция приводят к разрушению деталей сливного лотка и охлаждающего барабана.
Окись магния при температуре 18000
С восстанавливается по реакции:
MgO + С → Mgпар
+ СО↑
Парообразный магний, возгоняясь в верхние зоны, реагирует с окисью углерода с образованием окиси магния:
Mgпар
↑ + СО ↑ → MgO + С
С точки зрения дополнительного расхода электроэнергии и кокса нежелательны также примеси СаСО3
, Н2
О, Al2
O3
СаСО3
+ С → СаО + СО2
↑
Н2
О + С → Н2
↑ + СО↑
2Al2
O3
+ 9С → Al4
С3
+ 6СО↑
Фосфор и сера переходят в карбид кальция в виде фосфидов и сульфидов, которые при получении ацетилена из карбида гидролизуются с образованием сероводорода и фосфористого водорода. Указанные примеси в ацетилене ухудшают его состав.
4.4. Охлаждение, кристаллизация, сортировка и упаковка карбида кальция
4.4.1. Особенности проведения процесса кристаллизации карбида кальция
Из карбидной печи карбид кальция сливается с температурой 1800÷23000
С. Исследования показали, что, начиная с 4000
С, карбид кальция активно взаимодействует с кислородом воздуха, образуя СаО и СО2
; выше 6000
С – с СО2
, СО, Н2
; выше 8000
С происходит активное азотирование карбида кальция с образованием цианамида кальция; а выше 11000
С – взаимодействие со всеми техническими газами. С парами воды карбид кальция взаимодействует при любой температуре. Все перечисленные взаимодействия неизменно ведут к ухудшению качества карбида кальция, снижению его литража.
Основными технологическими приемами для снижения потерь литража карбида кальция в процессе его охлаждения и дробления являются:
- снижение поверхности контакта расплавленного карбида кальция с атмосферой;
- быстрое охлаждение карбида кальция до температур, которые лежат ниже температур его взаимодействия с окружающей средой;
- уменьшение поверхности закристаллизовавшегося карбида кальция.
Снижение поверхности контакта горячего карбида с кислородом воздуха достигается путем создания инертной атмосферы в охлаждающем барабане, а также во всем закрытом оборудовании корпусов 154 «Д,Е». Инертный газ содержит в своем составе углекислый газ, способствующий образованию на поверхности кусков карбида кальция корки карбоната кальция, что в значительной мере уменьшает потери литража при транспортировке и хранении.
4.4.2. Описание процесса сортировки, транспортировки и упаковки карбида кальция.
Раздробленный и охлажденный карбид кальция через выгрузное устройство в конце барабана, имеющее решетку с размерами 100*100 мм по течке, снабженной решеткой для улавливания кусков штаиг и секторными затворами, поступает в один из элеваторов. На элеваторах установлены взрывные асбестовые мембраны.
Элеватором карбид загружается в промежуточный бункер ,установленный над весовым бункером. Из этого бункера карбид кальция подается в весовой бункер. Оба бункера продуваются ингазом. Величина взвешиваемой порции – (2000±50)кг.
Из весового бункера карбид кальция по системе точек с перекидными клапанами направляется в бункера хранения. Сортировка карбида кальция по литражу производится путем изменения положения перекидных клапанов перед бункерами.
Из бункеров хранения карбид кальция через загрузочные устройства подается на ленточный транспортёр, который передает карбид в корпус 154 «Е». С ленточного транспортера карбид кальция через пересыпной бункер по системе течек подаётся в элеватор, из которого по течке поступает в барабанный грохот, где разделяется по грануляции на две фракции 0÷25 мм и 25÷80 мм и собирается в бункерах.
Карбид кальция грануляции 0÷25 мм из бункера по течке поступает на наклонный ленточный транспортёр корпуса 401, где используется для получения ацетилена в генераторах.
Карбид кальция грануляции 25÷80 мм из бункера поступает по упаковочной течке в стальные барабаны. Полное заполнение барабана ведется при помощи вибратора, установленного под одной из секций рольганга. Заполненный барабан направляется на движущуюся часть рольганга пневмоцилиндром.
Далее на рольганге барабан закрывается крышкой, которая герметично закрывается специальным закаточным устройством, и направляется на склад. На складе с помощью электропогрузчика барабаны развозятся и формируются партиями.
4.5.Очистка реакционного газа
Реакционный газ образуется в ванне карбидной печи в результате реакции карбидообразования и состоит из суммы газов СО, Н2
,СО2 ,
О2 ,
N2
, NО2
Для отбора реакционного газа из ванны карбидной печи, его охлаждения и очистки смонтирована установка очистки реакционного газа, работающая по принципу мокрой очистки. Из ванны печи газ поступает в газоулавливающие воронки соединенные со специальными водоохлаждаемыми газоящиками. Из газоящиков газ поступает в прямоточные скрубберы. Через форсунки производится орошение скрубберов водой с целью охлаждения газа и предварительной очистки его от пыли.
Из прямоточного скруббера газ по соединительному газоходу поступает в противоточные скрубберы, также орошаемые водой через форсунки. Противоточные скрубберы каждой пары соединены общим коллектором сырого газа, по которому газ направляется в скрубберы - пылеотделитель. Из скруббера – пылеотделителя газ по газопроводу поступает в аппарат. Внутрь газопровода через форсунки подаётся вода. Слив воды с газопровода перед аппаратом производится через гидродозатор – утку в кессон сточных вод. Из аппарата реакционный газ через гидродозатор поступает в дезинтегратор. На ротор дезинтегратора через специальные форсунки подаётся оборотная вода. Дезинтегратор выполняет двойную роль: создаёт в системе необходимый вакуум и производит тонкую очистку газа «СО».
Очищенный в дезинтеграторе газ через каплеотбойник, где происходит его очистка от брызг воды, направляется в гидродозатор. Гидродозатор имеет три секции, две из которых связаны с соответствующими каплеотбойниками, а третья имеет выход реакционного газа во влагоотделитель, заполненный насадкой из керамических колец. И далее через расширительную камеру и огнепреградитель реакционный газ может идти по двум направлениям: в ствол факела или на утилизацию в топку парового котла корпуса 154 «В» для получения пара.
4.6. Очистка сточных вод
Загрязненная вода после очистки реакционного газа сливается из аппаратов системы очистки газа в кессон. Туда же сбрасывается шлам от ацетиленовых генераторов, промывные и продувочные воды с паровых котлов установки получения пара.
Для улучшения процесса коагулирования и отделения взвешенных частиц может использоваться известковое молоко из расчета 5-7 дм3
на 1 м3
сточных вод. Образовавшаяся в кессоне суспензия насосом подаётся в отстойник ,где происходит коагуляция частиц и их осаждение.
Осветленная вода из отстойника по переливной линии поступает в сборник осветлённой воды, откуда насосом поступает на систему очистки реакционного газа.
В процессе работы установки очистки реакционного газа внутри оборудования и в трубопроводах при подаче осветлённой воды постепенно осаждается шлам, что приводит к уменьшению эффективности системы очистки.
Для очистки установки от шлама во время плановых остановок система промывается раствором ингибированной соляной кислоты, которая сливается по трубопроводу в кессон, откуда насосом подается для промывки на систему очистки реакционного газа.
4.7. Очистка дымовых газов
Дымовые газы, образующиеся на колошнике под зонтом печи и при сливе карбида кальция из лётки печи, отсасываются дымососами, направляются на установку очистки дымовых газов в пылеуловитель ПУ – 2200.
Дымовые и леточные газы с температурой до 2000
С дымососами по газоходам подаются в пылеконцентраторы. Очищенный поток направляется в сепарационную часть пылеуловителя. В сепарационной камере вторичный и частично очищенный первичный потоки движутся навстречу друг другу, закрученные в том же направлении. В сепарационной части осуществляется тонкая очистка газа от взвешенных частиц.
Третий концентратор предназначен для отделения неуловленных частиц в сепарационной зоне с последующим их удалением. Очищенные газы через выходной патрубок выбрасывается в дымовую трубу. Для исключения обратных потоков в пылеуловителе предусмотрена отбойная шайба.
Выгрузку пыли в автоцементовозы можно осуществлять непосредственно из каждого бункера пылеуловителя через отдельный патрубок, снабженный тканевым рукавом.
Для обеспечения часового аварийного запаса воздуха КИП установлена буферная ёмкость, снабженная манометром и предохранительным клапаном.
5. Альтернативные аппараты, использование которых возможно в рамках данной технологической схемы.
Анализируя данный технологический процесс производства карбида кальция, я пришла к мнению, что некоторые установки на данном производстве можно заменить на альтернативные аппараты, имеющие более высокую производительность.
В данном технологическом процессе для очистки реакционного газа используют скрубберы, работающие по принципу мокрой очистки. Газ приводится в тесный контакт с жидкостью, которую разбрызгивают и распределяют в виде стекающей тонкой пленки. Аппараты для мокрой очистки работают по принципу использования действия инерционных сил; при ударе газового потока о стенки, смоченные жидкостью, последняя поглощает взвешенные в нем частицы. Я предлагаю заменить этот метод очистки на более усовершенствованный метод мокрой очистки-пенная очистка. В пенных аппаратах жидкость, взаимодействующая с газом, приводится в состояние подвижной пены, что обеспечивает большую поверхность контакта между жидкостью и газом и высокую степень очистки газа от пыли, дыма и тумана.
Пенный однополочный аппарат, применяемый в качестве газопромывателя (рис. 2), представляет собой полую камеру 1 круглого или прямоугольного сечения, внутри которой находится одна или несколько горизонтальных решеток 2. Вода или другая жидкость, которой промывают газ, поступает через штуцер и входную коробку на решетку, а газ, подвергающейся очистке, подается под решетку. Проходя через отверстия решетки, газ вспенивает жидкость на решетке, так что по решетке движется слой пены, в котором и происходит очистка газа от взвешенных в нем частиц. Наиболее мелкие частицы дисперсной фазы проходят вместе с газом через отверстия в решетке, ударяются о пленки жидкости, протекающей по решетке, отделяются и вместе с жидкостью удаляются через сливной штуцер. Более крупные частицы дисперсной фазы улавливаются жидкостью, протекающей через отверстия в решетке в подрешеточном пространстве; образующаяся при этом суспензия собирается в нижней части аппарата и удаляется из него через спускной штуцер.
А для очистки сточных вод используются отстойники, которые целесообразно заменить на фильтры. Процесс фильтрации основан на задержании твердых взвешенных частиц пористыми перегородками, способными пропускать только жидкость и задерживать частицы твердой фазы. Фильтрация - универсальный метод разделения суспензий.
Наиболее распространенными аппаратами с зернистой фильтрующей перегородкой является песочные фильтры, служащие преимущественно для очистки воды.
Он представляет собой резервуары с несколькими слоями гравия и кварцевого песка. Песочный фильтр закрытого типа (рис. 3) представляет собой вертикальный резервуар 1, заполненный песком. В резервуаре установлен коллектор 2, от которого в две стороны ответвляются бронзовые трубки с отверстиями. Специальное приспособление 3, в нижней части конического днища резервуара служит для промывки песка. Песок из нижней части аппарата увлекается струей воды по трубе 4 кверху и при этом промывается. Промывная вода удаляется по трубопроводу 5. Вода, поступающая на фильтрацию, подается под некоторым давлением по трубопроводу 6, проходит через слой песка и собирается через трубки в коллекторе 2, из которого удаляется по трубопроводу 7.
Сушилку, используемую в данном процессе можно заменить на трубчатую сушилку, которая работает по принципу подвода тепла (всего или части) в самой сушильной камере.
Паровая трубчатая сушилка (рис.3) состоит из наклоненного вращающегося барабана 1 с трубами диаметром 100 мм. Высушиваемый материал равномерно распределяется по трубам при помощи специального питателя и передвигается по ним к выходному отверстию. Пар вводится через переднюю цапфу 2 и, проходя в отверстия центральной трубы 3, поступает в межтрубное пространство барабана. Конденсат отводится по U-образным трубкам 4, соединенным со второй цапфой 5. Для повышения интенсивности испарения влаги центральную трубу сушилки снабжают внутренними винтовыми или лопастными вставками. Они эффективны для сушки материала, который имеют начальную высокую влажность.
Выводы по проделанной работе.
В результате прохождения производственной практики на ОАО «Химпром» и написания данного отчета с использованием технической литературы на тему: «Производство карбида кальция», а также при рассмотрении технологического регламента цеха №40 завода ОАО «Химпром» я изучила процесс приготовления сырья и производства карбида кальция.
Также мной была рассмотрена общая характеристика производства сырья и характеристика производимой продукции. Я рассмотрела физико-химические свойства производимой продукции, требования, которым эта продукция должна соответствовать и удовлетворять, а также область применения.
Я считаю, что главной частью данной работы является раздел описания технологического процесса, его анализ и предложение альтернативного аппарата для данного производства, которые, по моему мнению, позволят улучшить производство карбида кальция, причинив меньший вред окружающей среде.