海绵钛厂还原蒸馏车间设计(Reduction distillation shop of titanium sponge plant design)

以精四氯化钛为原料，用精镁还原，经真空蒸馏和破碎，制成商品海绵钛的海绵钛厂车间设计。

工艺流程选择 还原蒸馏工艺有非联合法和联合法。前者工序繁杂，劳动生产率低，污染环境，单位产品的物耗、能耗、成本及基建投资高。后者生产工艺流程简单，生产率高，劳动条件和产品质量好，单位产品的物耗、能耗、成本和基建投资低。此外。还有半联合法，其优缺点介于以上二者之间。还原蒸馏联合法的工艺流程见图。

在还原蒸馏联合法流程作业中，首先将还原蒸馏器清洗、干燥，放入还原蒸馏联合炉内加热后，加入液态镁和精四氯化钛，在氩气保护下进行还原反应。反应过程中，排出反应副产物—氯化镁，送镁电解车间回收镁和氯气。还原结束后，在热态下直接转入真空蒸馏。蒸馏冷凝物—镁和氯化镁在封闭状态下，直接返回还原过程。蒸馏结束冷却到室温后，从还原蒸馏器中取出海绵钛，经破碎、包装，制得符合标准的成品海绵钛。设计采用的主要工艺参数是：还原反应温度为800～920℃；还原反应压力控制在23000～2600Pa；还原剂一镁的过量系数控制在45％～50％；氯化镁排出率为93％～96％；单位面积精四氯化钛加入速度为90～160kg／(h•m²)。真空蒸馏的最高温度与设备材质有关。选用锅炉钢板时，最高温度控制在980℃以下；采用耐热合金钢板时，最高温度为1000～1100℃。蒸馏真空度为5．3～0.06Pa。在还原蒸馏器出炉冷却过程中，采用氩气保护，压力控制在6600～26000Pa。海绵钛成品粒度为0．8～12．7mm。

还原蒸馏车间生产工艺流程示意图

1-还原蒸馏器；2-喷枪；3-起重机；4-机械真空泵；5-镁抬包；6-四氯化钛高位槽；7-氯化镁抬包；

8-还原蒸馏炉；9-风机；10-过滤嚣；11-真空阀；12-油压剪切机；13-起重机；14-机械真空泵；

15-油扩散泵；16-颚式破碎机；17-起重机；18-油碎机；19-筛分机；20-成品桶；2l-包装机

设备选择 主要设备有还原蒸馏设备，精四氯化钛及液态镁加料设备，破碎、包装设备和起重运输设备。还原蒸馏设备，按结构型式，有非联合式、半联合式和联合式。非联合式还原设备又分为上排氯化镁和下排氯化镁两种。蒸馏设备分为上冷式和下冷式。联合式分为I形和倒U形。还原蒸馏联合设备技术经济指标先进。设备规格和数量按工厂生产规模并通过物料平衡和热平衡计算确定。

还原蒸馏联合炉台数计算公式如下：

n₁=Q(t₁+t₂)/8760Q₁ε₁ε₂

还原蒸馏器台数计算公式如下：

n₂=Q(t₁+t₂+t₃+t₄+t₅+t₆)/8760Q₁ε₁ε₂

式中n₁为还原蒸馏炉台数，台；n₂为还原蒸馏器台数，台；t₁为还原蒸馏占炉时间，h；t₂为辅助工作占炉时间，h；Q为年产量，t／a；Q₁为炉产量，t／炉；ε₁为产品合格率，％；ε₂为设备利用率，％；t₃为准备时间，h；t₄为炉外冷却时间，h；t₅为拆卸、取出时间，h；t₆为安装、预抽真空检漏时间，h。

联合炉既可在还原期正压下工作，能够排出还原反应余热，又能在蒸馏期负压下工作。还原蒸馏器既可在还原期高温、正压下工作，又可在蒸馏期高温、负压下工作，满足还原与蒸馏期的完全互换，合理的气流导向，便于判断和处理事故。对于材质的要求是：高温下不与钛、四氯化钛和镁起化学作用；在高温下强度高，膨胀系数小，通常采用锅炉钢和镍铬钛不锈钢制作。还原蒸馏的真空系统，通过计算确定。通常由机械真空泵(滑阀式或旋片式)，机械增压泵或油增压泵、油扩散泵、真空阀门和管道组成。液态镁加料采用电热真空抬包，对其结构要求是：可真空吸镁、正压排镁，能加热、保温，运输方便。还原蒸馏工段的起重运输设备要求双钩电动桥式、重型、双抱闸。海绵钛破碎系统按产品粒度及产量选择。采用平板式油压机粗碎，产能小，劳动强度大，产品块度大，质量低。采用油压剪切机粗碎，生产率高，产品质量好，破碎比大。采用颚式破碎机中碎，异型齿辊破碎机细碎。

车间配置与要求 以还原蒸馏工段为中心，相邻配置设备准备、产品破碎包装工段，要求邻近镁电解和镁精炼。设备准备工段地坪和墙面要求耐酸，并备有干燥用的压缩空气。还原蒸馏工段的真空系统要集中，并设有消音设施和真空泵油再生处理设施。仪表控制室设有防震和空调设施。炉用电缆架空或地沟敷设要避开高温区。配变电装置设在用电负荷中心。主要设备为一级供电，供水要可靠。真空设备的冷却水水温要求为10～15℃。破碎、包装工段设有消音、防火和灭火设施，墙壁、地面要求防尘，与海绵钛接触部分铺设不锈钢板，并设有包装桶的抽真空和充氩气设施。

技术经济指标 联合法每吨海绵钛的消耗为：

四氯化钛                                   4．2～4．30t ；

精镁                                              0．02～0．075t  ；

氩气                                               15～19m³；

炉前交流电                                   2500～6500KW•h；

综合电耗                                         5000～9000kW•h；

产品合格率为                                  93％～98％；

金属回收率为                                   97％～99％；