Выбор и расчет основного и вспомогательного оборудования для процесса разложения германиевого концентрата

3.2 Выбор и расчет основного и вспомогательного оборудования

Расчет ведем на суточную производительность.

Передел разложения

Разложение сырья проводится в реакторах разложения. Внутренняя поверхность реактора и вал мешалки гуммируются. По слою гуммировки поверхность футеруется кислотостойкой плиткой. Рабочее давление в аппарате 0,07 мПа, число оборотов мешалки n = 180 об/мин.

Необходимое число реакторов рассчитаем по формуле:

N = ((Q · T) / (24 · n)) / V₁,                         (3.21)

где    Q – производительность по пульпе, м³/сут

Q = (1178,88) / 1,3 = 0,994 дм³/сут

где     1,3 – плотность пульпы, кг/дм³;

          T – продолжительность выщелачивания, час.

  T = t_загр + t_выщел + t_выгр                  (3.22)

T = 1 + 70 + 1 = 72 часа.

          n – коэффициент заполнения реактора (n = 0,75);

          V₁ – объём одного реактора, м³.

Необходимое количество реакторов будет равно:

N = ((0,994 · 72) / (24 · 0,75)) / 2 = 3 шт.

Передел тонкой очистки технического тетрахлорида германия

Дистилляция. Дистилляцию проводят в дистилляционных колоннах. Выбираем колонну диаметром 700 мм и высотой 5200 мм. Тип колонны  - насадочный, 7 слоев насадки. Высота слоя насадки равна 320 мм. Производительность одной колонны 10 л/ч. Время работы колонны в сутки = 20 ч.

Суточная производительность колонны будет равна:

10 · 20 = 200 л/сут.

Необходимо переработать 39,82 / 1,85 = 21,52 л GeCl₄ в сутки, где 1,85 – плотность GeCl₄, кг/дм³.

Необходимое число колонн составит:

21,52 / 200 = 1 шт.

Ввиду высокой агрессивности продукта и хрупкости материала число колонн в установке принимаем равное двум.

Экстракция. Экстракция осуществляется в установках непрерывного действия. Установка состоит из трех аэролифтных аппаратов – смесителей HCl и H₂O₂. Аэролифтные аппараты работают последовательно с применением противотока. Аэролифтный экстрактор состоит из двух частей – нижней смесительной камеры и верхней разделительной. Диаметр нижней камеры колонны составляет 70 мм, высота 900 мм. Диаметр верхней камеры колонны - 100 мм, высота - 700 мм.

Ректификация. Ректификационная колонна – это установка периодического действия с отбором низко- и высококипящих фракций. Колонна состоит из двух кварцевых труб с тарелками провально-щелевого типа.

Принимаем колонну диаметром равным 100 мм, высотой 30000 мм.

Число тарелок в нижней части составляет 14, в верхней - 20. Суточная производительность колонны 100 л.

Необходимо переработать 39,216 / 1,85 = 21,2 л GeCl₄ в сутки, где 1,85 – плотность GeCl₄, кг/м³.

Вычисляем необходимое количество колонн (N):

N = 21,2 / 100 = 1 шт.

Принимаем N = 2 ввиду высокой агрессивности тетрахлорида германия и хрупкости кварца.

Передел гидролиза

Гидролиз осуществляется в установках непрерывного действия, состоящих из двух фторопластовых емкостей – гидролизеров, в водоохлаждаемых рубашках, с мешалками.

Величина загрузки составляет 5 л/час GeCl₄.

По  расчету  на  гидролиз  поступает  39,012 кг GeCl₄ или

39,012 / 1,85 = 21,09 л/сут ( 0,87 л/час).

Количество гидролизёров (N) будет равно:

N = 0,87 / 5 = 1 шт.

Передел получения металлического германия

На восстановление поступает 12,48 кг GeO₂ в сутки. Так как в одну лодочку загружается 1,80 кг GeO₂, то лодочек потребуется:

12,48 / 1,80 = 6,93 шт., принимаем количество лодочек = 7.

Так как загрузка печи осуществляется 1 раз в 4 часа, то в час в одну трубу поступает 0,25 лодочек, тогда для восстановления GeCl₄ в 7 лодочках потребуется:

7 / 0,25 = 28 часов.

Тогда общее количество труб будет равно:

28 / 24 = 2 шт, так как печь 4-х трубная, то количество печей будет = 1.

Восстановление двуокиси германия осуществляется в печах восстановления. Печь восстановления представляет собой стол для монтажа на нем двух теплоизоляционных зон, холодильников кристаллизации, толкателей лодочек приводом.

Зона восстановления. Длина зоны 2025 мм. Поперек зоны в горизонтальном положении установлены нагреватели – селитовые электроды. По центру расположены нержавеющие стальные трубы диаметром 130 мм и длиной 2450 мм,, в которые установлены кварцевые трубы-реактора диаметром 95 ¸100 мм и длиной 4000 ¸ 4300мм. Число труб 4, т.к. это максимальное число труб, при котором в печи сравнительно несложный процесс теплообмена. Скорость движения лодочек составляет 2¸2,5 мм/мин.

Зона плавления – длина 800 мм. Выполнена аналогично зоне восстановления, но без защитных металлических труб.

Зона кристаллизации представляет холодильник кристаллизации, выполненный из нержавеющих стальных цилиндров, в межкольцевое пространство которых подается хладагент – оборотная вода. Длина холодильника 500 мм.

Для контроля температурного режима установлено 8 термопар. В зоне восстановления: три сверху и три снизу и в зоне плавления: одна сверху и одна снизу.