Производство AlF3

Барабанный вакуум-фильтр (рис. 4) состоит из полого барабана, распределительной головки, приводного механизма, корыта фильтра, ножа для съема осадка с поверхности

Производство AlF3

Курсовой проект

Химия

Другие курсовые по предмету

Химия

Сдать работу со 100% гаранией
юминия в виде А1FSO2 и (AlF2) 2SO4.

В результате взаимодействия фтороводородной кислоты с гидроксидом алюминия образуются относительно стабильные пересыщенные растворы трифторида алюминия, хотя растворимость кристаллического А1F3 при 25°С составляет 0,5% мас.

Стойкость этих растворов объясняется значительной гидратацией молекул А1F3 в водных растворах и уменьшается с повышением концентрации и температуры исходных растворов.

На скорость кристаллизации влияет интенсивность перемешивания, концентрация раствора, присутствие затравочных кристаллов.

Из растворов трифторида алюминия при температуре от 85 до 90°С в твердую фазу выделяется устойчивая модификация AlF3·3H2O. На физико-химические свойства осадка AlF3·3H2O влияют, присутствие гидроксида алюминия и величина кислотности пересыщенного раствора AlF3. Для получения более крупных кристаллов необходимо поддерживать общую остаточную кислотность в растворе трифторида алюминия от 0,1 до 0,4% мас. HF, время загрузки алюминийсодержащего материала должно быть минимально.

Варка и кристаллизация трифторида алюминия осуществляется в реакторах периодического действия и подразделяется на три этапа:

1 этап: Производится набор фтороводородной кислоты в реактор и промешивается (от 15 до 20 мин.) с целью растворение оставшегося от предыдущей варки трифторида алюминия для улучшения последующего кристаллообразования.

2 этап: Из репульпаторов по кольцевому трубопроводу производится подача пульпы гидроксида алюминия (от 15 до 20 мин.) в реакторы, в результате чего происходит бурная реакция нейтрализации фтороводородной кислоты до образования пересыщенного раствора трифторида алюминия с остаточной кислотностью от 3 до 6 г/л.

Процесс образования трифторида алюминия происходит с выделением тепла, при этом температура реакционной массы повышается от 85 до 95°С, что способствует успешному окончанию реакции.

Во избежание сильного вспенивания и выбросов реакционной массы необходимо вести равномерную загрузку пульпы гидроксида алюминия при работающей системе газоочистки.

3 этап: Кристаллизация трифторида алюминия происходит из пересыщенного раствора в течении 2,0-2,5 часов при непрерывном перемешивании с образованием кристаллов AlF3·3H2O. Процесс кристаллизации трифторида алюминия сопровождается выделением тепла, за счет которого в реакторе поддерживается температура .

Процесс сушки заключается в удалении влаги из материала с целью улучшения качества продукта, предохранения его от порчи и слеживаемости, снижения веса, придания транспортабельности.

На сушку поступает паста кристаллогидрата трифторида алюминия, содержащая как свободную, так и связанную в кристаллической решетку воду. Процесс сушки гидратированного трифторида алюминия проводится конвективно-кондуктивным способом, при этом, на начальной стадии, в зоне конвективной сушки (перенос теплоты, обусловленный движением среды) процесс дегидратации AlF3·3H2O следует вести при температуре не более 300°С с образованием полугидрата, т.е. AlF3·0,5H2O по реакции:

 

2 AlF3·3H2O = AlF3·0,5H2O + 2,5H2O (3.10)

 

Для полного обезвоживания трифторида алюминия его необходимо прокаливать при 400-550°С в аппарате с кондуктивным способом подвода тепла, т.е. в тепловом агрегате, где теплообмен между продуктом и теплоносителем происходит через разделяющую их металлическую стенку.

В ходе одностадийной сушки трифторида алюминия проходит побочная реакция, что не позволяет получить продукт с высоким содержанием основного вещества:

 

2 AlF3·0,5H2O +2H2O = Al2O3 + 6HF (3.11)

 

Увеличение парциального давления паров HF над продуктом достигается за счет специальной конструкции теплового агрегата (2-я стадия сушки), в котором процесс дегидратации полугидрата происходит непрерывно в замкнутом пространстве и при повышенной температуре, с получением качественного продукта по реакции:

 

AlF3·0,5H2O = AlF3 + 0,5H2O (3.12)

 

В указанных условиях обеспечивается получение мелкокристаллического трифторида алюминия.

Производство тонкоизмельченного порошка приводит к его значительным потерям (до 15-25% мас. по различным источникам) в производстве металлического алюминия. Устранение этого недостатка затруднено плохой брикетируемостью безводного AlF3·хH2O, получаемого традиционными методами.

 

3.3 Описание технологической схемы производства

 

Технологическая схема производства представлена на рис. 1. Технологический процесс производства трифторида алюминия состоит из следующих стадий:

) подготовка исходного сырья;

) варка и кристаллизация трифторида алюминия;

) фильтрование трифторида алюминия;

) сушка трифторида алюминия;

) очистка отходящих газов;

) упаковка и транспортирование трифторида алюминия.

 

3.3.1 Подготовка исходного сырья

Фтороводородная кислота, очищенная от примеси - кремнефтороводородной кислоты в отделении очистки, поступает из сгустителей по кольцевому трубопроводу в реакторы трифторида алюминия 2.

Пульпу гидроксида алюминия готовят периодическим способом согласно аппаратурно-технологической схеме (рис. 2).

Для чего в репульпатор 1, снабженный цепной мешалкой для перемешивания, подают воду 1-го оборотного цикла и подогревают ее «острым» паром до 40-60°С. Гидроксид алюминия из склада грейферным краном 4 подаётся в расходный бункер 3, откуда с помощью пластинчатого питателя 2 загружается в репульпатор гидроксида алюминия до достижения удельного веса пульпы в пределах 1,45-1,46 г./см3.

Приготовленная пульпа гидроксида алюминия центробежными насосами 5, 6 по трубопроводу транспортируется в репульпаторы 1 загрузочного отделения.

По окончании перекачки пульпы, во избежание забивки, трубопроводы пропариваются.

 

.3.2 Варка и кристаллизация трифторида алюминия

Варка и кристаллизация AlF3 осуществляется в реакторах периодического действия 2. Сначала в реакторы подается фтороводородная кислота, затем через 15-20 минут производится подача гидроксида алюминия также в течение 15-20 минут. Процесс протекает при постоянном перемешивании до остаточной кислотности от 3 до 6 г/л с повышением температуры реакционной среды до 85-95°С.

После окончания процесса кристаллизации, последующей проверки пробы пульпы на остаточную кислотность, скорость осаждения осадка и прозрачность раствора, пульпа трифторида алюминия при температуре от 90 до 95°С по сливному желобу или спускным трубам подаётся в буферную ёмкость 3, откуда центробежными насосами перекачивается на барабанные вакуум-фильтры.

 

3.3.3 Фильтрование трифторида алюминия

Фильтрование пульпы трифторида алюминия осуществляется на барабанных вакуум-фильтрах 4, принцип работы которых основан на создании перепада давлений между фильтруемой средой и внутренней камерой аппарата, разделенных фильтрационной перегородкой. В качестве фильтровального полотна используется техническое сукно или лавсан.

Образующийся на полотне слой пасты трифторида алюминия с поверхностной (свободной) влажностью не более 22% мас. срезается при вращении барабана фильтра ножом, поступает в тарельчатый дозатор 6 и подаётся шнеком 7 в барабанную сушильную печь.

Полученный при фильтровании маточный раствор трифторида алюминия, проходя через вакуум-котёл 13, поступает в сборник маточных растворов 15 и центробежным насосом направляется на периодическую варку криолита. Пары и газы из верхней части вакуум-котла отводятся в барометрический конденсатор-ловушку 14, откуда образующийся конденсат сливается в сборник 20, а оставшаяся парогазовая смесь отсасывается вакуум-насосом 16 и выбрасывается в атмосферу.

 

3.3.4 Описание аппаратурной схемы двухстадийной сушки

1-я стадия сушки

При сушке на двухстадийной установке процессы обезвоживания продукта разделены аппаратурно: удаление свободной и части связанной воды производится в барабанной сушильной печи 8. В барабане, за счёт угла наклона его и вращения, продукт перемещается к разгрузочному концу. Горячие топочные газы, образующиеся при сжигании природного газа в топке печи, движутся навстречу пасте, при этом продукт высушивается: удаляется свободная и, частично, кристаллизационная вода. Высушенный таким образом продукт при работе:

2-й сушильной печи транспортируется на 2-ю стадию сушки скребковым конвейером;

1-й сушильной печи транспортируется на 2-ю стадию сушки шнеком 9.

2-я стадия сушки

Трифторид алюминия в виде сыпучего продукта поступает в шнек 9 теплового агрегата 10. Шнек, являющийся питателем теплового агрегата, продвигает продукт в профильные каналы на входе в тепловой агрегат, при прохождении которых продукт распределяется по зигзагообразным каналам вставки пересыпных секций.

Распределение продукта по каналам и продвижение его к разгрузочному концу происходит за счёт вращения кольцевой вставки и угла наклона её оси.

Теплоносителем на второй стадии сушки являются топочные газы, образующиеся при сжигании природного газа в топке теплового агрегата. Поток топочных газов входит в неподвижный кожух теплового агрегата по принципу противотока. Входящие газы движутся под разрежением, создаваемым вентилятором 22, и обтекают вращающуюся кольцевую вставку теплового агрегата как снаружи, так и изнутри.

Дымовые газы, выходящие из теплового агрегата, поступают по газоходу в топочную камеру барабанной печи первой стадии сушки 8.

Топочные газы первой и дымовые газы второй стадий сушки, содержащие пары воды, примеси фторида водорода и пыли трифторида алюминия, смешанные в барабанной сушильной

Похожие работы

<< < 1 2 3 4 >