Технология производства карбида кальция

     Таким образом, при заданных [СаС₂] и r определенной мощности будет отвечать и определенное значение G, а, следовательно, и положение электрода. Если в заданных условиях электрод расположен слишком высоко, то следует либо изменить электрические параметры (увеличить ток, снизить напряжение), либо снизить литраж, либо уменьшить размер кусков кокса. Если ни одно из этих мероприятий не достаточно, следует снижать мощность печи.

     На  практике обычно при высоком положении  электрода на колошник подают корректирующую известь. При достижении реакционной зоны эта известь снизит [СаС₂], что приведет к уменьшению G и снижению положения электродов.

     На  некоторых заводах постоянно  подают корректирующую известь, количество которой изменяют в зависимости от положения электродов. Шихта при этом содержит избыток кокса. Такая система усложняет работу шихтовщика и может быть оправдана только при очень неоднородном сырье.

При рассмотрении механизма карбидообразования было установлено, что необходимое условие появления карбида — наличие расплава. Поэтому сливать карбид кальция полностью не следует. Диаграмма плавкости системы СаО—СаС₃ показывает, что минимум температуры плавления соответствует —50 вес. % СаС₂. В то же время высокое значение [СаС₂] в расплаве термодинамически возможно при относительно невысоких температурах. Если образовавшийся высокопроцентный расплав не обладает достаточной текучестью, так как печь «холодная», то необходима корректировка известью с целью снижения [СаС₂] в расплаве и его «разжижения».

     Корректировка известью необходима также в том  случае, если печь зауглерожена, т. е. положение электродов высокое, а литраж низкий. Подобная ситуация объясняется тем, что реакционная область слишком велика и объемная мощность в ней недостаточна для создания необходимой температуры. В результате реакция идет медленно (величина р.— мала), литраж низкий, а карбида кальция образуется мало. Корректировка извести в этом случае приведет к снижению положения электродов, температура поднимется, а литраж и количество карбида кальция — увеличатся. В том случае, если литраж карбида низкий, но сходит он хорошо, для улучшения его качества следует увеличить дозировку кокса.

     Слив  образовавшегося карбида кальция  следует проводить регулярно в соответствии с установленным графиком. Время между сливами зависит от потребляемой мощности, поскольку должно накопиться достаточное количество карбида кальция. Задержки в сливе приводят к повышению уровня расплава и подъему углеродистой зоны. При этом энергия, выделяющаяся в расплаве, не расходуется на целевую реакцию, так как в нем нет необходимого для реакции углерода, в результате чего расплав перегревается и происходит разложение карбида по следующим механизмам:

СаС₂+2СаО=ЗСа(г.) + 2СО;    СаС₂= Са + 2С

     Образовавшиеся  газообразные продукты влекут за собой  вскипание расплава и выброс его из печи. Последнее приводит к прожиганию деталей электродержателя, газовых воронок и создает условия аварийной остановки печи.

     В современных карбидных печах  карбид кальция сливают в охлаждаемый водой вращающийся барабан, в котором происходит кристаллизация и дробление продукта. Ввиду высокой реакционной способности карбида кальция при 2000—2200 °С происходит его окисление:

СаС₂+21/₂

= СаО+2СO₂;    СаС_а + ЗСO₂ = CaO + 5CO

     В диапазоне 1200—1000°С возможна реакция  СаС₂ с азотом. В результате указанных взаимодействий содержание СаС₂ снижается. По практическим данным замечено, что при сливе карбида кальция с литражом 280—300 л/кг снижение последнего достигает 30 л/кг, а для 250—260 л/кг — 5—10 л/кг. Таким образом, установка грануляционных барабанов делает экономически нерациональным выработку высоколитражного карбида кальция. Другой недостаток барабанного метода охлаждения — высокий выход мелочи, который достигает 30—50%.

     При сливе в изложницы карбид застывает  в виде блоков весом 600—1000 кг. Их извлекают  из изложниц при 800—600 °С, но на воздухе  также возможно окисление СаС₂ в поверхностных зонах. После охлаждения карбидные блоки дробят до требуемого размера. Потери литража при таком способе охлаждения составляют 2—3 л/кг.

     Предложена  совмещенная схема охлаждения и  дробления карбида кальция. Слив ведут в цепь изложниц, в которых  расплав охлаждается и кристаллизуется при 1200—1000 °С. Затем блоки выгружают в барабан, в котором их охлаждают. Подобная схема позволяет избежать потерь литража, так как в барабане при температуре ниже 1000—120Q °С реакции разложения СаС₂ развиты незначительно.

     Печной  газ содержит: СО, С0₂, N₂, Н₂, С₂Н₂, СН₄, соединения серы, пыль. Последняя — результат возгонки из горячих зон СаО, MgO и других соединений. В печах малой мощности реакционные газы сгорают на колошнике; в печах же большой мощности количество образующихся газов настолько велико, что их сгорание на колошнике делает невозможным обслуживание печи. Поэтому газы отсасывают газовыми воронками, установленными между электродами. В закрытых печах реакционный газ отбирается полностью. Количество отбираемого газа зависит от мощности печи. Если отбор газа слишком велик, неизбежен подсос воздуха в печь и выгорание кокса из шихты. При недостаточном отборе газа осложняется обслуживание колошника.

     Электроды предназначены для подвода электротока в реакционную зону печи; изготовляют их обычно из углерода. На карбидных печах устанавливают, как правило, непрерывные самообжигающиеся электроды. Такой электрод состоит из сварного стального кожуха толщиной 1,2—2 мм, который заполнен электродной массой. Масса в верхней части электрода размягчается и равномерно распространяется по всему объему кожуха, а затем, достигая нижних зон, разогревается и начинает коксоваться. По выходе из зоны контактных плит масса должна быть скоксованной, так как только в этом случае она имеет достаточную прочность и электропроводность. Летучие, образующиеся при коксовании, через пористую скоксованную часть поступают в печь и покидают ее с реакционными газами.

     Скорость  расхода электрода должна соответствовать  скорости обжига массы, иначе граница  скоксованной части либо снизится ниже уровня плит, либо повысится выше его. В первом случае возможен обрыв электрода, поскольку прочность его будет недостаточна, а кожух, особенно в условиях высоких температур, не выдержит тяжести нижней части электрода. Во втором случае контактные плиты при перепуске придется прижимать к скоксованной, неде-формируемой массе, а это не создает условий для хорошего электрического контакта. Кроме того, в точках контакта будут образовываться дуги, прожигающие плиты. Нормальным считается такое положение, когда граница коксования расположена выше нижнего среза плиты на ¹/₃, а ²/₃ плиты прижато к сырой массе.

     Положение зоны коксования регулируется правильным режимом перепуска, температурным режимом электрода и составом массы. Режим перепуска устанавливается для каждой печи. Предпочтительны частые перепуски на небольшие расстояния. Температура электродной массы выше контактных плит имеет большое значение. Для ее регулировки в промежуток между электродом и мантелем подают воздух.

 

     2. Экономическое обоснование оптимальной схемы 

     Как уже было сказано, карбид кальция  применяют для получения ацетилена, цианамида кальция (сырье для производства удобрений, цианистых соединений), карбидно-карбамидного регулятора роста растений; в производстве ацетиленовой сажи и продуктов органического синтеза (синтетического каучука, винилхлорида, акрилонитрила, этилена, хлорпроизводных ацетилена, ацетона, стирола, уксусной кислоты, искусственных смол); восстановления щелочных металлов; при проведении газовой сварки ацетиленом. Поэтому основными потребителями карбида кальция являются предприятия, занимающиеся производством вышеназванных продуктов.

     Важнейшими  затратными статьями являются потребление  материалов и электроэнергии Сырье карбидной промышленности обычно содержит примеси — окислы кремния, магния, железа, алюминия, серу, фосфор. Эти примеси в карбидной печи либо образуют соединения, загрязняющие карбид (сульфиды и фосфиды кальция) и усложняющие технологический процесс (ферросилиций), либо вызывают дополнительные затраты кокса и электроэнергии (CaC0₃, MgO. Si0₂). По этим причинам содержание примесей в сырье строго регламентировано.

     При получении извести известняк  никогда не обжигается до конца и  некоторое количество его остается. Разложение карбоната кальция в карбидной печи требует дополнительного расхода электроэнергии и кокса. Поэтому содержание карбонатов в извести не должно превышать 1 вес. % (в пересчете на С0₂). Присутствие кремнезема приводит к образованию ферросилиция. Восстановление его в печи и удаление из нее сопряжено с определенными трудностями и требует дополнительного расхода кокса и электроэнергии. Кроме того, Si0₂, связывая СаО (с образованием Ca₂Si0₃), уменьшает долю СаО, взаимодействующей с углеродом, а это приводит к снижению выхода СаС₂. Поэтому содержание Si0₂ в извести ограничивают 1 вес. %.

     Окись железа восстанавливается до железа, которое впоследствии образует ферросилиций. Окись алюминия связывает СаО в алюминаты и тем самым разбавляет карбид шлаками. Кроме того, содержание алюминатов кальция увеличивает вязкость карбида, затрудняя операцию слива. Предельное содержание суммы А1₂0₃ + Fe₂0₃ в извести — 1 вес. %.

     Окись магния восстанавливается до парообразного  магния, вызывая дополнительный расход кокса и электроэнергии. Содержание MgO в извести не должно превышать 1 вес. %.

     Указанные требования по содержанию С0₂, Si0₂, А₂0₃ + Fe₂0₃, MgO определяются технико-экономическими показателями процесса. Невыполнение этих требований приводит к ухудшению показателей производства и может быть оправдано только в том случае, если стоимость сырья соответственно снижается.

     При оценке качества углеродистых материалов регламентируют содержание в них золы, летучих, серы и фосфора. Допустимое содержание золы (в коксе — 10, в антраците — 8 вес. %) связано с вредным действием зольных компонентов (Si0₂, Fe₂0₃, MgO, А1₂0₃). Количества летучих в коксе не должны превышать 0,5, а в антраците — 8%.  

 

     3. Расчёт материального баланса и динамики трудозатрат 

3.1 Расчёт  материального баланса и определение коэффициента расхода сырья. 
 

     Исходные  данные:

     СаО+3С = СаС₂ + СО

m (СаС₂) = 1т

M (СаО) = 0,8

w (СаО) = 3%

M (С) = 0,9

w (С) = 5%

Пооперационные  потери 15%. 

1. Найдём  массу СаО:

 

m= 56\64=0,875 

0,875\0,8=1,0938

1,0938-0,875=0,2188 (примеси) 

1,0938\0,97=1,1276

1,1276-1,0938=0,0338 (влага) 

1,1276\0,85=1,3266

ПП=1,3266-1,1276=0,199 

2. Найдем  массу С:

 

m=36\64= 0,5625 

0,5625\0,9= 0,625

0,625-0,5625= 0,0625 (примеси) 

0,625\0,95= 0,6579

0,6579-0,625= 0,0329 (влага) 

0,3579\0,85= 0,774

ПП= 0,774-0,6579= 0,1161 

3. Найдём массу СО:

 

m= (28*0,875)\56= 0,4375 
 
 

Материальный  баланс производства карбида кальция