1. Введение
Открытое акционерное общество «Бератон», одно из крупнейших предприятий химической промышленности, ведет свою историю с 18 августа 1939 года, когда на базе огромных богатств Западного Урала был основан химический завод. «Бератон» является единственным в Уральском регионе производителем целого ряда химических продуктов. Продукция предприятия широко используется в ключевых отраслях промышленности: химической, текстильной, фармацевтической, металлургической, горнорудной, нефтедобывающей, в машиностроении, при производстве шин и резинотехнических изделий.
ОАО «Бератон» уже свыше 40 лет занимается производством органических синтетических красителей, выпуская сегодня класс сернистых красителей для крашения хлопчатобумажного, штапельно-вискозного волокон и изделий из них.
Уже несколько десятков лет завод занимается выпуском широкого ассортимента химикатов – добавок для полимерных материалов: ускорителей вулканизации резиновых смесей на основе натурального и синтетического каучуков; структурирующих агентов, стабилизаторов синтетических каучуков.
Одним из основных продуктов, выпускаемых ОАО «Бератон», является магнезия жженая, широко применяемая в резинотехнической, шинной, электротехнической, химической и других отраслях промышленности.
Производство введено в эксплуатацию в 1942 г.
Проект выполнен специальным конструкторским отделом Ленгипрохим в 1937 г. Печи Гоникмана, предназначавшиеся по проекту для прокалки гидроокиси бария, были реконструированы для прокалки карбоната магния.
В 1959 г. по проекту ПКО БХЗ станция фильтрования углекислого магния была переведена на непрерывный метод фильтрования на барабанных вакуум-фильтрах вместо нутч-фильтров. В основу проекта положена работа ЦХЛ и ПКО БХЗ.
В 1975 г. работа печного отделения переведена на природный газ. Проект выполнен ПКО БХЗ.
Производство состоит из одного технолгического потока. Расчетная мощность производства по состоянию на 1.01.2006 г.-1372т/г. [1]
Получение магнезии жженой основано на проведении обменной реакции между хлоридом магния и содой кальцинированной с последующим гидролизом (диссоциацией) карбоната магния в прокалочных печах типа Гоникмана.
2. Анализ известных технологий
Магнезиями называют оксид, гидроксид и основной карбонат магния.
Основной карбонат магния – 3МgCO3*Мg(OH)2*3H2O – плохо растворим в воде, при нагревании до 4000С и выше разлагается с образованием оксида магния.
Основная соль карбоната магния – наиболее легкая и рыхлая магнезия (магнезия альба)- применяется как наполнитель и усилитель в резиновых смесях, для изготовления высококачественных теплоизоляционных материалов и в медицине.
Оксид магния (жженая магнезия или магнезия уста) – МgО – легкий белый порошок, поглощающий на воздухе пары воды и углекислый газ с образованием гидроксида и карбоната магния. Оксид магния плохо растворим в воде, но легко растворяется в кислотах и растворах солей аммония. Легкие сорта жженой магнезии применяются в резинотехнической и шинной промышленности в качестве наполнителей в резиновых смесях и усилителей свойств резины, в металлургической промышленности в качестве термостойкого защитного покрытия электротехнических сталей, в нефтяной промышленности для отбеливания нефтепродуктов, в химической и других отраслях промышленности. Менее легкие сорта жженой магнезии (каустический магнезит) применяют для изготовления цементов, строительных материалов. Тяжелые сорта жженой магнезии (металлургический порошок) идут на изготовление различных огнеупорных материалов. Жженая магнезия является также исходным сырьем в производстве магния термическим способом, по которому МgО подвергают прямому восстановлению углеродом, кремнием или карбидом кальция при высоких температурах. [2]
Сырье для получения магнезии. Сырьем для получения магнезии служат различные магнийсодержащие минералы. В свободном виде магний в природе не встречается и находится только в виде различных соединений, чаще всего в виде силикатов, карбонатов, хлоридов и сульфатов. К силикатам относятся, например, оливин (Мg,Fe)2SiO2, серпентин 3МgO*2SiO2*2H2O, тальк 3МgO*4SiO2*H2O; к карбонатам – магнезит МgCO3 и доломит МgCO3*CаСО3; к хлоридам – бишофит МgCl2*6H2O, карналлит КСl*MgCl2*6H2O; к сульфатам – кизерит МgSO4*H2O, каинит MgSO4*KCl*3H2O, лангбейнит 2MgSO4*K2SO4 и др. В природе встречается также гидроксид магния Mg(OH)2 в виде минерала брусита.
Большинство из перечисленных соединений магния является породообразующими минералами. Меньшая часть их, главным образом хлориды и сульфаты, содержится в морской воде и в воде соляных озер. В морской воде находится около 3,7% общего количества магния, содержащегося в земной коре. К основным видам промышленного сырья для производства магнезий относятся магнезит, доломит, а также природные растворы, содержащие хлорид магния: морская и озерная вода.
Получение различных форм магнезии. Тяжелые формы магнезии получаются при обжиге магнезита и доломита. При этом в зависимости от температурного режима обжига получают каустический магнезит, идущий на изготовление цементов и строительных материалов, и металлургический порошок, используемый в огнеупорной промышленности. Тяжелые формы магнезии могут быть получены в результате термического разложения сульфата магния, или путем окисления и гидролиза хлорида магния.
Обжиг магнезита. При высокотемпературной обработке магнезит декарбонизуется и превращается в MgO:
MgCO3 = MgO + CO2
Реакция разложения карбоната магния является обратимой. Чтобы она шла в нужном направлении и с достачной скоростью, один из продуктов реакции (СО2) удаляют путем естественной или искусственной тяги и повышают температуру обжига выше теоретически необходимой.
Обжиг доломита. Процесс разложения доломита протекает в две стадии. На первой стадии в интервале температур от 720 до 7800С образуется МgO и карбонат кальция:
CaMg(CO3)2 = CaCO3 + MgO + CO2
на второй при температуре выше 8950С происходит разложение CaCO3:
CaCO3 = CaO + CO2.
Обжиг магнезита и доломита при температуре 1500-18000С дает неактивную форму оксида магния – металлургический порошок.
Термическое разложение сульфата магния. В результате восстановления MgSO4 углеродом протекает реакция с образованием оксида магния:
2MgSO4 + C = 2MgO + 2SO2 + CO2
Получаемая в таких условиях магнезия пригодна для изготовления огнеупоров. Образующийся сернистый газ может быть использован в производстве серной кислоты.
Магнезии с различной степенью активности могут быть получены путем осаждения из растворов гидроксида магния, карбоната магния и основных карбонатов магния и их последующей термической обработкой.
Известковый способ заключается в обработке морской воды или растворов, содержащих хлорид магния, известковым молоком. В результате такой обработки образуется плохорастворимый гидроксид магния:
MgCl2 + Ca(OH)2 = CaCl2 + Mg(OH)2
По другому варианту морская вода или хлормагниевый раствор могут быть обработаны обожженным доломитом:
MgCl2 + CaO*MgO +2H2O = 2Mg(OH)2 + CaCl2
По этой схеме конечный продукт получается не только из морской воды, но и из доломита, примерно в соотношении 1:1.
Полученный в результате обработки морской воды (или раствора, содержащего хлорид магния) известковым молоком или известью (CaO) осадок гидроксида магния может быть переработан на различные сорта магнезии несколькими способами. При высушивании отфильтрованного осадка Mg(OH)2 в распылительной сушилке получают легкую магнезию – гидроксид магния, а при прокаливании – жженую магнезию, т.е. оксид магния, образующийся согласно уравнению реакции:
Mg(OH)2 = MgO + H2O
Бикарбонатный способ. По этому способу легкие сорта магнезии могут быть получены из магнезита или тяжелых форм магнезий. Для этого продукт обжига магнезита – оксид магния гасят водой:
MgO + H2O = Mg(OH)2
образующуюся суспензию гидроксида магния подвергают карбонизации при повышенном давлении, в результате чего образуется раствор гидрокарбоната магния:
Mg(OH)2 + 2CO2 = Mg(HCO3)2,
который после отделения от твердых примесей при дальнейшем кипячении гидролитически разлагается:
2Mg(HCO3)2 = MgCO3 + Mg(OH)2 + 3CO2 + H2O
Образующийся осадок основного карбоната магния отделяют и после сушки получают в виде тончайшего порошка – магнезии альба. [3]
Содовый способ получения магнезии основан на проведении обменной реакции между хлористым магнием и содой кальцинированной:
МgCl2 + Na2CO3 = MgCO3 + 2NaCl
4MgCl2 + 4Na2CO3 + 4H2O = 3MgCO3*Mg(OH)2*3H2O + 8NaCl + CO2
Готовую суспензию кипятят в течение 30 минут при температуре 90-95 0С для разрушения хорошо растворимых гидрокарбонатов, образующихся вследствие протекания побочной реакции:
MgCl2 + 2NaHCO3 = Mg(HCO3)2 + 2NaCl
Mg(HCO3)2 = MgCO3 + H2O + CO2
Подсушку полученной пасты углекислого магния с последующей ее прокалкой (диссоциацией) осуществляют в печах:
MgCO3 = MgO + CO2
3MgCO3*Mg(OH)2*3H2O = 4MgO + 3CO2 + 4H2O
В данном дипломном проекте рассмотрен содовый способ получения магнезии жженой. Основными стадиями данного производства являются:
1) приготовление раствора соды кальцинированной;
2) разбавление раствора хлористого магния;
3) получение углекислого магния;
4) фильтрование, промывка и отжим пасты углекислого магния;
5) подсушка и прокалка углекислого магния в прокалочных печах;
6) просев и расфасовка готового продукта;
Для получения хорошо фильтруемого и хорошо промываемого осадка температуру реакционной смеси поддерживают не ниже 90 0С. Образованию крупных кристаллов способствует также медленное приливание раствора кальцинированной соды на горячий раствор хлористого магния.
При выборе фильтра необходимо учитывать следующие факторы: 1) цель процесса фильтрования – получение только ценного осадка или только фильтрата, или одновременное получение осадка и фильтрата для дальнейшего использования; 2) свойства суспензии и осадка; 3) прочие условия процесса – масштабы производства, простоту обслуживания, стоимость аппарата, эксплуатационные расходы и др. [3]
Фильтры непрерывного действия работают при коротких циклах фильтрования с автоматической промывкой и разгрузкой осадка. Вследствие быстрой и непрерывной смены отдельных операций скорость фильтрования в таких фильтрах значительно больше, чем в фильтрах периодического действия. Вместе с тем преимущества фильтров непрерывного действия могут быть использованы в полной мере только при постоянном составе разделяемой суспензии и сравнительно крупном масштабе производства.
Фильтры периодического действия работают при длинных циклах фильтрования, так как частое повторение вспомогательных операций резко снижает их производительность. Однако периодически действующие фильтры сохраняют свое значение для небольших производств, особенно при разнообразном ассортименте продукции, когда требуется частое изменение режима фильтрования, а также для отделения труднофильтруемых и требуемых тщательной промывки осадков.
Таким образом, в условиях производства наиболее эффективны фильтры непрерывного действия, несмотря на их большую сложность и стоимость. Весьма важное значение имеет легкость обслуживания этих фильтров.
Из фильтров непрерывного действия наиболее универсальными являются барабанные вакуум-фильтры. К числу достоинств такого фильтра относятся:
1) универсальность, т. е. пригодность для обработки разнообразных суспензий; 2) возможность изготовления из материалов, стойких в химически активных средах; 3) легкость обслуживания; В то же время фильтр обладает следующими недостатками: 1) небольшая фильтрующая поверхность и сравнительно высокая стоимость; 2) затруднительность тщательной промывки и сушки осадка; 3) отдаленность распределительной головки от фильтрующей поверхности, что приводит к задержке фильтрата и промывных вод внутри барабана и усложняет их раздельный отвод, т. е. получение неразбавленного фильтрата.
Дисковые вакуум-фильтры непрерывного действия служат для фильтрования концентрированных суспензий, когда необходима большая фильтрующая поверхность. Достоинства дисковых фильтров: 1) возможность удобной замены отдельных дисков и ткани на них и соответственно меньший расход ткани; 2) сравнительно небольшой расход энергии; Возможность смешения промывной воды с суспензией в корыте фильтра – главный недостаток этих фильтров, в связи с этим дисковые фильтры работают, как правило, без промывки осадка.
Ленточные непрерывнодействующие фильтры обладают следующими достоинствами: 1) совпадение направлений фильтрования и осаждения; 2) простота конструкции, в частности отсутствие распределительной головки; 3) хорошее разделение фильтрата и промывных вод; 4) достаточные промывка и обезвоживание осадка; 5) возможность обработки труднофильтруемых материалов благодаря совершенному способу съема осадка и регенерации ткани. Износ ленты и непригодность для обработки веществ, разрушающе действующих на резиновую ленту, а также плохо смачивающих резину и металл - недостатки ленточных фильтров.
В данном дипломном проекте предлагается реконструкция отделения обезвоживания путем замены двух барабанных вакуум-фильтров на ленточный вакуум-фильтр. Ожидаемый экономический эффект достигается за счет снижения расходных коэффициентов по воде и пару.
|
