36. Технологическая схема синтеза карбамида по стрипинг-процессу

В последние годы начал широко применяться процесс стрипинга, который заключается в том, что разложение карбамата аммония в плаве после колонны синтеза ведут при давлении, близком к давлению на стадии синтеза, продувкой плава сжатым диоксидом углерода или сжатым газообразным аммиа­ком. В этих условиях карбамат аммония диссоциирует, так как при продувке плава диоксидом углерода резко снижается пар­циальное давление аммиака и нарушается равновесие процесса. Этот процесс отличается использованием тепла образования карбамата и более низкими расходами энергии. Водный рас­твор карбамата аммония и углеаммонийиых солей, газообраз­ные СОг и Ш₃ из конденсатора высокого давления посту­пают под давлением 14—14,5 МПа в нижнюю часть колонны синтеза карбамида, где при 180—185 °С и примерно в течение часа заканчивается образование карбамата и протекает синтез карбамида. Степень конверсии С0₂ в карбамид составляет 57%. Жидкая реакционная смесь (плав) поступает в стриппер и стекает по трубкам вниз. Противотоком плаву подают сжатый в компрессоре до давления 14—14,5 МПа диоксид углерода, к которому для образования пассивирующей пленки и умень­шения коррозии оборудования добавлен воздух в количестве, обеспечивающем в смеси концентрацию 0,5—0,8 объемн.% кис­лорода.

В результате снижения парциального давления аммиака начинается разложение карбамата с одновременным поглоще­нием тепла. Температура в стриппере, равная 160°С, поддержи­вается за счет обогрева межтрубного пространства водяным па­ром (давление 2,5 МПа). Газы, выходящие из верхней части аппарата, вместе со свежим СОг поступают в конденсатор вы­сокого давления. Сюда же поступает жидкий аммиак и рас­твор углеаммонийных солей, подаваемые инжектором, в кон­денсаторе образуется карбамат; выделяемое тепло использу­ется для испарения конденсата, поступающего в межтрубное пространство аппарата, и получения пара давлением 3 МПа. Из верхней части колонны синтеза непрерывно выходят не­прореагировавшие газы, поступающие в скруббер высокого дав­ления 2, в котором большая их часть конденсируется, образуя водный раствор карбамата и углеаммонийных солей. Выделяю­щееся тепло отводят в холодильнике. Полученный в скруббе­ре раствор подают инжектором в аппарат, а затем в ко­лонну синтеза. Газы, несконденсировавшиеся в аппарате 2, дросселируются и поступают на окончательное улавливание в абсорбер низкого давления 5. Водный раствор карбамида, содержащий также 4 масс. % карбамата, после аппарата дросселируется до дав­ления 0,3 МПа; при этом часть карбамата разлагается. Газо­жидкостная смесь поступает на верх ректификационной колон­ны; жидкая фаза стекает по насадке вниз противотоком газопаровой смеси, поднимающейся снизу вверх. Тепло, необхо­димое для полного разложения карбамата, передается раство­ру в подогревателе, обогреваемом водяным паром. В колон­не поддерживается температура 130—140 °С. Из верхней части ее выходят NH₃, С0₂ и водяные пары. В конденсаторе низ­кого давления, охлаждаемом водой, водяные пары сжижают­ся, в них почти полностью растворяются аммиак и диоксид уг­лерода. Полное поглощение аммиака завершается в скруббе­ре, орошаемом аммиачной водой, и в системе кислой абсорб­ции, на схеме не показанной. Полученный раствор углеаммоний­ных солей насосом высокого давления возвращают в скруб­бер 2 для последующей переработки в карбамид. Из нижней части колонны при 130—135°С выходит 70%- ный водный раствор карбамида. После снижения давления до атмосферного раствор насосом подают в выпарные аппара­ты первой и второй ступени, где он упаривается до концентрации 99,8%. Температура на первой ступени выпарки 125—135 °С и давление 33—40 кПа, температура на второй ступени 135—140 °С и давление 3 кПа. Плав карбамида насосом подают в грануляционную баш­ню. Перед распылением к плаву добавляют карбамидоформальдегидную смолу (5 кг/т), что позволяет получить исслежи­вающийся гранулированный карбамид, который можно транс­портировать к потребителю навалом, не упаковывая в мешки. Для охлаждения и кристаллизации гранул карбамида в ниж­нюю часть башни поступает воздух, идущий противотоком час­тицам карбамида. Воздух, уходящий из башни, тщательно про­мывается в верхней ее части от пыли циркулирующим раство­ром карбамида. В целях защиты окружающей среды большое внимание уде­ляется глубокой очистке газов, выбрасываемых в атмосферу, от диоксида углерода и особенно от аммиака в абсорбере низ­кого давления, скруббере и в аппаратуре кислой абсорб­ции, а также очистке воздуха, выходящего из грануляционной башни, от пыли. Предусмотрена также очистка сточных вод до санитарных норм перед их сбросом. Охлажденные гранулы карбамида системой конвейеров по­дают в бункеры-накопители станции отгрузки и загружают на­сыпью в железнодорожные вагоны. При отсутствии железнодо­рожных вагонов карбамид конвейерами направляют на склад. Карбамид, хранящийся на складе, перед отправкой потребите­лю подают на классификаторы для отсева некондиционного карбамида (размером менее 1 мм и более 4 мм), который рас­творяется и в виде 50%-ного раствора возвращается на упари­вание и грануляцию.

37. Хар-ка сырья калийной промышленности. Подготовительные операции в производстве KCl, их назначение и суть. В природе имеется много источников калия. Воды океанов, морей и соленых озер содержат наряду с другими солями хло­рид калия. Калий входит в состав алюмосиликатов, твердых ископаемых солевых отложений. Наиболее распространены сле­дующие калийсодержащие минералы: сильвин, сильвинит, карналлит, шенит, лангбейнит и др. Калийным рудам сопутствуют глинисто-карбонатные породы. Основным сырьем для производства хлоридных калийных удобрений в СССР служит сильвинит — механическая смесь сильвинами галита. Для производства сульфатных калийных удобрений используют каинитовые, лангбейнитовые и смешан­ные лангбейнито-каинитовые породы. Осваивается производство сульфата калия из алунитов. Осуществлена комплексная перера­ботка нефелинового концентрата с получением оксида алюми­ния, цемента, содм и поташа. Из карналлитовых руд извлека­ют магний, а отход магниевого производства — электролит — применяется как калийное удобрение. К основным месторождениям калийных солей относятся Верхнекамское (Средний Урал), Старобинское, Копаткевичско-Петриковское (Бе­лоруссия), Предкарпатское (Западная Украина), Гаурдакское (Туркмения), Жилянское (Казахстан), Тюбеганское (Узбекистан). Круп­нейшее в мире Верхнекамское месторождение сложено из пластов сильвини­та и карналлита. Его запасы исчисляются 24 млрд. т КгО и относятся к разряду калийно-магниевых солей хлоридного типа. Второе по мощности месторождение — Старобинское. В нем преобладают сильвинитовые породы. Разрабатывают Предкарпатское месторождение с главными районами залегания калийных руд — Калушским, Стебниковским, Голыньским и Домб­ровским. Руды этих месторождений имеют сложный минералогический состав Основные калийные минералы — сильвин, карналлит, каинит, лангбейнит, сие­нит и полигалит, т. е. это месторождение калийных солей хлоридно-сульфатного типа. Подготовительные операции. Их основной задачей является максимальное раскрытие минералов т.е. необходимо разрушить сростки между минералом и пустой породой. Дробление. Гранулометрический состав руды колеблется от 150-0,07 мм. Различают: крупное дробление – 300-100 мм; среднее – 100-20 мм; мелкое – 3-5 мм; грубое измельчение – до 1 мм; тонкое измельчение – менее 0,07 мм. При галургических методах ограничиваются мелким дроблением, при флатации применяют грубое или тонкое измельчение. Процесс осуществляется в дробилках. Наиболее распространены молотковые дробилки. Процесс измельчения осуществляется в мельницах. Они бывают: шаровые и стержневые. Для среднего и мелкого дробления используют роторные мельницы, которые совмещены со стадиями классификации. Обесшламливание. В калийных рудах содержится большое количество глинисто-карбонатных шламов, которые снижают эффективность процесса флатации. Процесс осуществляется в несколько стадий: 4 стадии гравитац. обесшламливания; 1 стадия флатац. обесшламливания. Первая стадия осуществляется в гидроциклонах, вторая – в гидросепараторах. Проходя все стадии руда очищается от примесей. Пески 5-й и 1-й стадий объединяются и поступают на флатацию.

38. Характеристика видов калийных удобрений. Сравнение флотационного и галургического методов получения KCl. Калийные удобрения можно разделить на две группы: хлоридные и бесхлоридные. В ассортименте калийных удобрений около 94% занимает хлорид калия, содержащий 92—95% КС1 (53,0—60,6% КгО). На основе хлорида калия готовят смешан­ные соли путем механического смешения концентрированного KCI с сырыми калийными солями (чаще всего с сильвинитом или каинитом). Такие смешанные соли содержат от 30 до 40% КгО. К калийным удобрениям относится так называемый электро­лит—побочный продукт при электролизе карналлита. Он пред­ставляет собой порошок следующего состава: 32% КгО, 8% MgO, 50% CL Электролит целесообразно применять на песча­ных почвах, где помимо калия не хватает и магния. Иногда в ка­честве удобрения используют сырые калийные руды, получае­мые путем размола сильвинита или каинита. Сырые калийные соли, полученные на основе сильвин ютовой руды, содержат 12— 20% КгО, 35—40% Na₂0 и до 10% нерастворимого остатка. В сырых калийных солях из каиниговой руды содержится до 12% KsO и 7—10% MgO. К бесхлоридным калийным удобрениям относятся сульфат калия и калимагнезия. Сульфат калия содержит 46—52% КгО, калимагнезия представляет собой двойную соль сульфатов калия и магния K2S0₄-2MgS0₄. В качестве удобрения использу­ют продукт, содержащий до 22% КгО, 18% MgO и не более 2,5% хлора; можно применять и цементную пыль, осаждающу­юся в электрофильтрах цементных печей. Содержание калия в таком продукте составляет 6—35% КгО. Наряду с простыми калийными удобрениями применяюг сложные комплексные удобрения (фосфат калия, нитрат калия, нитрофоска), а также смешанные и сложно-смешанные удобре­ния, содержащие калий, азот и фосфор. Из сильвинитовых руд хлорид калия получают методом фло­тации. Сущность его состоит в разделении КС1 и NaCI, содер­жащихся в руде, с предварительным выделением глинистого шлама. Флотационное разделение минералов основано на различной способности ад поверхности смачиваться водой. Предварительно измельченную руду взму­чивают в воде (или в водном растворе) и через пульпу пропускают воздух, распределяющийся в ней в виде мелких пузырьков. Гидрофобные минералы прилипают к пузырькам воздуха я выносятся на поверхность пульпы в виде пены, которую затем удаляют и фильтруют для выделения твердых частиц. Гидрофильные минералы оседают на дне флотационной машины и выводятся через сливное отверстие. Производство хлорида калия из сильвинитовой руды галургическим способом—растворением и раздельной кристаллиза­цией основано на различной растворимости в воде КС1 и NaCI. Процесс растворения ведут при 90—100 °С с последующим охлаждением раствора до 20—25 °С. В растворах, насыщенных обеими солями, с повышением температуры от 20—25 до 90— 100 °С содержание КС1 возрастает примерно в 2 раза, а содер­жание NaCI—уменьшается. При охлаждении такого горячего раствора будет кристаллизоваться только KCI, a NaCI останет­ся в растворе. Это свойство системы KCI—NaCI—Н2О исполь­зуется в циклическом 'процессе получения KCI из сильвинита.

39. Флотация, её суть и механизм. Назначение и виды флотореагентов. Из сильвинитовых руд хлорид калия получают методом фло­тации. Сущность его состоит в разделении КС1 и NaCI, содер­жащихся в руде, с предварительным выделением глинистого шлама. Флотационное разделение минералов основано на различной способности ад поверхности смачиваться водой. Предварительно измельченную руду взму­чивают в воде (или в водном растворе) и через пульпу пропускают воздух, распределяющийся в ней в виде мелких пузырьков. Гидрофобные минералы Прилипают к пузырькам воздуха я выносятся на поверхность пульпы в виде Пены, которую затем удаляют и фильтруют для выделения твердых частиц. Гидрофильные минералы оседают на дне флотационной машины и выводятся через сливное отверстие. Однако подавляющее большинство минералов хорошо смачивается водой, Поэтому при обогащении природных руд приходится пользоваться флотационными реагентами. Под воздействием этих реагентов можно направлены изменять смачиваемость поверхности того или иного минерала и таким образом регулировать процесс флотации. В зависимости от назначения различаю следующие группы флотационных реагентов', собиратели, пенообразователи депрессоры, активаторы, регуляторы среды. Собиратели (или коллекторы) — вещества, способные селективно адсорбироваться на поверхности минералов и придавать ей несмачиваемость. Различают анионные к катионные собиратели. К анионным собирателям относятся жирные кислоты и их мыла, алкилсульфаты и др. К катионным собирателям относятся первичные алифатические амины с числом углеродных атомов от 7 до 20., Пенообразователи — вещества, способствующие образованию устойчивых пузырьков воздуха и обильной пены. К ним относятся сосновое масло, крезолы, смесь терпеновых спиртов н др. Депрессоры (или подавители) — вещества, снижающие адсорбцию собирателя на поверхности минералов пустой породы. В качестве депрессоров применяют наряд) с неорганическими продуктами (жидкое стекло, обработанное HCt д< рН=2—3), различные органические вещества — крахмал, карбоксиметилцеллюлозу и Др. Активаторы — вещества, улучшающие адсорбцию собирателей на поверх­ности минералов, нейтрализующие действие депрессоров. Активаторами могут быть соли свинца, алюминия. Регуляторы — вещества, изменяющие состав и pH среды, а которой про­текает флотация. В качестве регуляторов используют соду, щавелевую кис­лоту, тетралин, декалин и др.

40. Основные стадии флотации. Устройство и принцип работы флотомашины. Технологические схемы флотация сильвинитовых руд отли­чаются методом обработки глинистых шламов: обогащение с предварительной флотацией глинистых шламов и обогащение с депрессией глинистых шламов, а также степенью их измельче­ния. Флотационное обогащение сильвинитовых руд включает сле­дующие основные операции: 1)дробление и измельчение руды; 2)предварительное удаление глинистого шлама из руды или его подавление в процессе основной флотации; 3)основная флотация с выделением КСl в пенный продукт и последующей перечисткой полученного концентрата; 4)перечистка глинистого шлама с целью снижения потерь KCl; 5)обезвоживание хвостов, шлама и концентрата с возвратом в цикл оборотного раствора. Основным аппаратом для разделения сильвинитовой пульпы на концентрат и галитовые хвосты является флотационная ма­шина. В СССР на калийных обогатительных фабриках в основном применяют флотомашину ФМР-63. Достоинством ее явля­ется наличие всасывающей камеры, что позволяет применять такие машины для основной и перечистной флотации. К недо­статкам следует отнести высокий удельный расход электроэнер­гии, относительно быстрый износ аэратора. В последние годы на калийных фабриках внедрены машины пенной сепарации ФПС-16 и машины с кипящим слоем. Флотационная машина КС состоит из 6—12 секций (ка­мер). С увеличением объема секций их число можно уменьшить. Каждая секция состоит из корпуса, разде­ленного в верхней части на два отделения перегородкой. Кор­пус секции представляет собой сварную металлоконструкцию. Днище секции футеровано плитками из каменного литья, а бо­ковые стенки — деревянными щитами. В днище камеры имеет­ся отверстие для выпуска пульпы при остановках машины. Во время работы это отверстие закрыто дренажным клапаном. На корпусе секции установлены блоки импеллера. В каждой сек­ции на уровне центра всасывающей или циркуляционной тру­бы установлены решетки кипящего слоя, представляющие собой сварную металлоконструкцию, выполненную из уголков. Между двумя любыми смежными уголками имеется щель, равная 7 мм. Решетку устанавливают на угольники, приварен­ные к корпусу секции. Исходная пульпа самотеком поступает в загрузочный кар­ман, откуда через питающую трубу засасывается импеллером и выбрасывается в головную секцию машины. Начиная со второй секции, пульпа перекачивается импеллером из подпенного слоя через щель в циркуляционный карман, циркуляционную тру­бу, трубу статора и снова поступает на импеллер. Воздух за­сасывается по воздушной трубе из атмосферы. Потоки пульпы выносят частицы минералов из зоны импел­лера на решетку, где при флотации образуется кипящий слой. Решетка делит флотационную секцию на два отделения: ниж­нее— аэрации и диспергации и верхнее — минерализации и флотации. При продвижении вдоль машины в каждой ее сек­ции из пульпы извлекается полезный материал. Достигнув по­следней секции, пульпа переливается, через сливной порог раз­грузочного кармана. Осевшие пески выгружают через песковое отверстие. Машину пенной сепарации ФПС-16 применяют в основном и контрольном процессах флотации крупнозернистого сильвина. Сущность пенной сепарации заключается в подаче обработан­ной реагентами пульпы сверху на пенный слой. Гидрофобные частицы минерала задерживаются пеной, а гидрофильные — увлекаются жидкостью, поступающей с пульпой сверху и с воз­душными пузырьками снизу. Преимущества пенной сепарации перед флотацией из объе­ма заключаются в продолжительном контакте зерен с пузырь­ками, улучшении условий для аэрофлокулярной и групповой флотаций, сокращении времени флотации. Кроме того, отпада­ет необходимость в создании взвешенного слоя твердой фазы. Отличительной особенностью машин пенной сепарации явля­ется аэрация пульпы, а также небольшой расход электроэнер­гии. Машина ФПС-16, выпускаемая серийно, представляет собой пирамидальную камеру с вершиной в нижней части. Пульпа поступает на пенный слой, образуемый в результате подачи сжатого воздуха через трубчатые аэраторы под дав­лением. Аэраторы расположены в два ряда на расстоянии 18— 20 мм друг от друга. Гидрофобные частицы (концентрат КС1) остаются в пенном слое и удаляются через сливной порог, а нефлотированные частицы опускаются вниз камеры и выгру­жаются через шланговый затвор в виде черновых хвостов, ко­торые подвергают дальнейшей обработке. Производительность двухсекционной машины ФПС-16 100 т/ч руды при флотации калийных руд в виде кусков размером до 3 мм. Недостатками конструкции маши­ны являются трудность поддержания постоянного уровня пенного слоя, до­вольно быстрый выход из строя рези­новых аэраторов.

16.Дигидратный, полугидратный и ангидридный режимы получения ЭФК. Технологическая схема производства ЭФК дигидратным методом. В настоящее время в промышленности применяют различные технологические схемы производства экстракционной фосфорной кислоты на основе дигидратного и полугидратного процессов. Ангидритный процесс пока не готов для промышленного внедрения.  Дигидратный способ производства наиболее простой и хорошо аппаратурно отработанный. Однако фосфорная кислота, полученная по этому способу, имеет низкую концентрацию (не более 32% Р2О5), а сам процесс недостаточно интенсивен как на стадии разложения фосфата и кристаллизации фосфогипса, так и на стадии фильтрации пульпы. Поэтому в последние годы большое внимание во всем мире уделяется широкому внедрению полугидратного способа производства.  Полугидратный процесс позволяет получить более концентрированную фосфорную кислоту (36—42% Р205) и одновременно повысить интенсивность и производительность оборудования. Различают полугидратные процессы одностадийный и двухста-дийные с перекристаллизацией сульфата кальция. Последние связаны с дополнительной операцией, что усложняет технологический процесс.  Дигидратный и одностадийный полугидратный процессы могут осуществляться по единой технологической схеме. Серная кислота концентрацией 75 или 92% из сборника подается на смешение с оборотным раствором фосфорной кислоты в смеситель. Смесь кислот через расходомер и фосфат из бункера с помощью ленточного дозатора непрерывно поступают в многосекционный экстрактор. По мере движения пульпы в экстракторе состав ее меняется. Постепенно образуется фосфорная кислота и завершается процесс кристаллизации сульфата кальция. В зависимости от типа фосфатного сырья и режима экстракции пульпа находится в экстракторе от 4—5 до 7—8 ч. Степень разложения фосфата при этом достигает 98,0— 98,5%. За счет тепла реакции температура в экстракторе повышается. Чтобы поддержать ее на уровне 70—75 °С в дигидратном процессе или на уровне 95—102 °С в полугидратном процессе, пульпу из предпоследней секции экстрактора погружным насосом 8 подают в вакуум-испаритель 16, где она охлаждается Ит концентрируется за счет испарения части воды под пониженным давлением (1980 Па). Часть охлажденной пульпы возвращают в первую секцию экстрактора для создания затравки для роста кристаллов сульфата кальция, а другая часть поступает в промежуточную емкость экстрактора, откуда погружным насосом 9 перекачивается на фильтрацию. В некоторых схемах после экстрактора установлен дозреватель, где пульпу дополнительно выдерживают перед фильтрацией. В дозревателе, оборудованном тихоходными мешалками, заканчивается процесс кристаллизации сульфата кальция, что значительно облегчает работу фильтров.  Выделяющиеся из экстрактора газы, содержащие SiF4Ti HF, очищают в абсорберах, орошаемых водой или разбавленной кремнефтористоводородной кислотой. Парогазовая смесь из вакуум-испарителя имеет самостоятельную систему абсорбции фтористых газов 15 и конденсации водяных паров. Очищенные газы выбрасывают в атмосферу. Разбавленные растворы H2SiF6, полученные при абсорбции, используют для промывки фильтрующей ткани или возвращают на разложение фосфата в экстракторы, концентрированные растворы направляют в цех фтористых солей на переработку.