Курсовой проект на тему Проверил

a	b*10^3
c*10^-5
Mg	0	32,55	22,3	10,64	-0,42
Cl2	0	222,98	37,03	0,67	-2,85
MgCl2	-644,8	89,54	79,08	5,94	-8,62
Σ	-644,8	-165,99	19,75	-5,37	-5,35

Величина М₀, М_n для вычисления термодинамических функций по методу Темкина-Шварцмана находится по следующим формулам:


(2)
, (3)
где n=0, 1, 2, -2.

Подставляя значения в уравнение (3) находим энергию Гиббса.

Таблица 2 - Результаты расчета для реакции

T	m0	m1	m2	m-2	∆G	lnKp	Kp
600	0,196	0,076	0,030	0,142	97422,43992	-19,4689129	3,50557E-09
610	0,205	0,080	0,032	0,147	98989,25971	-19,4577308	3,54499E-09
620	0,213	0,084	0,034	0,152	100553,9408	-19,4464959	3,58504E-09
630	0,221	0,087	0,036	0,156	102116,5294	-19,4352193	3,6257E-09
640	0,230	0,091	0,038	0,160	103677,0711	-19,4239117	3,66693E-09
650	0,238	0,095	0,040	0,165	105235,6103	-19,4125826	3,70871E-09
660	0,246	0,099	0,042	0,169	106792,1905	-19,4012409	3,75101E-09
670	0,255	0,103	0,044	0,173	108346,8543	-19,3898948	3,79381E-09
680	0,263	0,107	0,046	0,177	109899,6437	-19,3785519	3,83709E-09

Рисунок 6 - Зависимость энергии Гиббса от температуры



Рисунок 7 - Зависимость константы равновесия от температуры
Рассчитав модель химического процесса и построив графики зависимости энергии Гиббса и константы равновесия от температуры, получили, что для реакции энергия Гиббса больше нуля, что говорит о том, что реакция идет несамопроизвольно. Это объясняется тем, что заданная модель реакции – экзотермическая и идет с выделением тепла. Так же мы заметили, что с повышением температуры возрастает и константа равновесия.

5. Описание технологической схемы

Технология получения магния-сырца включает следующие операции:
-пуск и включения электролизера в серию;
-питание электролизера сырьем и добавками;
-удаление отработанного электролита;
-извлечение магния-сырца;
-отсос хлора;
-замена анодов;
-остановка электролизера.
Производство магния-сырца имеет ряд особенностей ввиду непрерывности процесса электролиза, протекающего при высоких температурах; сложности агрегатов и оборудования, предназначенных для работы с расплавами и жидким металлом, газом; обеспечение герметичности оборудования и коммуникаций, охраны окружающей среды, использование постоянного и переменного тока, применение технологического транспорта и грузоподъемных механизмов.
В качестве материалов способствующих эффективному протеканию процесса, применяют шпат плавиковый (CaF₂) и поваренную соль (NaCl). Их загружают в электролизер вручную или с помощью приспособлений.
Расплавы хлорида магния в донных ковшах, установленных на электрокарах, тележках или автоприцепах, транспортируют к электролизерам и сливают через специальную (сливную) трубу в сборную (технологическую) ячейку.
В процессе электролиза образуются магний-сырец и анодный хлоргаз. Магний-сырец извлекают из электролизера с помощью вакуум-ковша и в нем же транспортируют в цех№35 для восстановления четыреххлористого титана в титановую губку.
Анодный хлоргаз по коллекторам анодного отсоса электролизера отсасывают через систему магистральных хлоропроводов, где он частично охлаждается и очищается от возгона.
Шламоэлектролитную смесь откачивают шламовым ваккум-ковшом в стальные короба.
Твердый шлам с подины электролизера выбирают дырчатой ложкой в коробушки. Шлам вывозят автотранспортом на полигон производственных и бытовых отходов.

Описание устройства и принцип действия электролизера

Электролизер размещен в прямоугольном металлическом кожухе снабженным ребрами жесткости, обеспечивающими необходимую прочность и увеличивающими теплоотдачу в окружающую среду.

Футеровка выполнена из огнеупорного шамотного кирпича с теплоизоляционным слоем из диатомита.
Перекрытие выполняется из жаростойкого бетона.
Электролизер состоит из рабочего отделения и сборной (технологической) ячейки, размещенной вдоль одной из продольных стен. Между рабочим отделением и технологической ячейкой установлена разделительная перегородка, которая опирается на две арки и имеет циркуляционные окна напротив межанодных промежутков.
Магний, выделяющийся в процессе электролиза на катодах циркулирует с электролитом и выносится через окна в сборную ячейку.
Перекрытие рабочего отделения выполнено в виде рамы из стального профиля с ребрами жесткости в межанодных промежутках. Со стороны технологической ячейки вдоль перекрытия над разделительной перегородкой устанавливается коллектор санитарно-технического отсоса (СТО). Промежуток между коллектором, перегородкой и перекрытием заполняется бетоном.
В рабочем отделении располагаются поочередно 18 анодов и 17 катодов.
Катоды выполнены из углеродистой стали.
Аноды собраны из графитового бруса с помощью токоподводящих медных шин в блоки, в верхней части имеют между брусьями пазы, для повышения теплоотдачи.
Аноды уплотняются в перекрытии асбестовым шнуром и заливкой при монтаже.
Газообразный хлор собирается под перекрытием и отсасывается через 4 патрубка в магистральный хлоропровод.
Через технологическую ячейку заливают MgCl₂, загружают CaF₂ и NaCl, из нее удаляют Mg, ШЭС, вручную осуществляют подшуровывание твердого шлама из рабочих отделений и удаление не извлекаемой вакуум-ковшом его части.

6. 
   Расчет материального баланса
   

Кроме MgCl₂ (в составе технического безводного хлористого магния или безводного карналлита), в электролизер периодически загружают фтористый кальций и иногда хлористый натрий (для корректировки состава электролита): из электролизера периодически удаляют магний, отработанный электролит и шлам, а непрерывно – хлор. В среднем за определенное время (например, за сутки) в электролизер поступает столько килограммов различных веществ, сколько удаляется из него.
Сводка прихода различных веществ и расхода за определенное время называется материальным балансом электролизера.
Отношение молекулярных весов:


М^к – магний, содержащийся в расплаве карналлита или хлористого магния, загружаемом в ванну;
М^м – магний в металле-сырце;
М^ш – магний в шламе;
М^в – магний в возгоне;
М^о – магний в отработанном электролите;
N^к – хлориды натрия, калия, кальция, бария, содержащиеся в загружаемом расплаве;
N^м, N^ш, N^в, N^о – хлориды в металле-сырце, шламе, возгоне и отработанном электролите;
Тогда:


Таблица 3 – Состав веществ

Соль	Состав %
	Загружаемый расплав			ШЭС	Шлам	Возгон	Магний-сырец
	MgCl2	Б.К	ГОК
MgCl2 MgO KCl NaCl (CаF2) Mg	92,0 51,4 52,4 0,3 0,8 0,3 4,3 40,0 40,0 3,1 7,2 7,3 0,3 - - -			9,0 2,0 52,0 35,0 2,0 -	10,0 20,0 38,0 29,5 1,5 1,0	40,0 10,0 35,0 14,7 0,3 -	- - 1,5 98,5

где а^к, а^о, а^ш и а^в – содержание MgCl₂ в исходном расплаве; отработанном электролите, шламе и возгоне, %;
b^к, b^о, b^ш, b^в – содержание окиси магния в исходном расплаве, отработанном электролите, шламе и возгоне, %;
с^ш и с^м – содержание магния в шламе и магнии-сырце,%;
d^к, d^о, d^ш, d^в, d^м – содержание хлоридов (в сумме) в исходном расплаве, в отработанном электролите, шламе, возгоне и магнии – сырце, %:
 = 0,1-0,15кг/кг;  = 0,05-0,1кг/кг
где  - удельное количество шлама на 1кг магния-сырца
 - удельное количество возгона на 1кг магния-сырца
Вычислив значения М и N, зная  и , находим g^м и g^о и определяем G_м и G_о. Зная выход по току, составляем материальный баланс ванны за один час.
g^м – выход магния из 100-кг загружаемого сырья;
g^ш, g^в, g^о – выход шлама, возгона и отработанного электролита из 100-кг сырья.
⁽⁴⁾
(5)
Удельный расход исходного расплава хлористого магния на 1кг магния-сырца
(6)
Выход отработанного электролита на 1 кг магния-сырца
(7)
Расход:
Определим количество магния-сырца в час
(8)
где I – сила тока;
 - выход по току;
G_с – количество магния-сырца в час.
Зная значения G_C,G_М и G_O, а также  и , составляем приближенный материальный баланс.
2) Отработанный электролит (ШЭС)
(9)
3) Шлам
(10)
4) Возгон
(11) 5) Хлор
(12)
Общее количество получаемого чистого магния (Р_ч.Mg) (с учетом попадающего в шлам) составляет:
(13)
Потери растворенного магния не учитывают ввиду небольшого количества отработанного электролита и малой растворимости в нем магния.
Приход:
1) Количество загружаемого расплава
(14)
2) Количество фтористых солей
(15)
Таблица 4 - Материальный баланс за один час