Лекция 5.

Аппаратурное оформление основных стадий ЭФК.

Рис. 5.1. Функциональная схема производства.

Стадия химических превращений.

Она осуществляется в экстракторе – емкостное оборудование, гуммированное (т.е. с внутренним антикоррозионным покрытием стенок и дна), с перемешивающими устройствами.

рис.5.2. Схема двухкаскадного экстрактора:

1-корпус; 2-внутреннее покрытие с антикоррозионным покрытием; 3-турбинная мешалка;

4,5-электромеханический привод (электродвигатель и редуктор); 6-соединительный трубопровод.

Штуцера: 7-ввода апатитового концентрата; 8- ввода серной кислоты;

9- возврата циркуляционной пульпы из вакуум-испарителя; 10-вывод циркуляционной пульпы на испаритель; 11-подача пульпы на фильтр; 12-ввод раствора разбавления.

Стадия разделения пульпы.

На этой стадии используется вакуум-фильтр с фильтрующей поверхностью от 8 до 307 м².

Табл. 5.1. Основные типоразмеры карусельного вакуум-фильтра («Берд Прайон»).

Тип вакуум-фильтра	Общая поверхность, м2	Рабочая поверхность, м2	Диаметр, м
12В	20,6	15,5	7,7
18В	46,6	38,7	11,5
24В	68,2	60,4	14,6
30С	157,9	139,4	20,4

рис.5.3. Принципиальная схема карусельного вакуум-фильтра:

Карусельный вакуум-фильтр 1 состоит из ряда фильтрэлементов 2, расположенных в одной горизонтальной плоскости и соединенных между собой таким оьразом, что при вращении стола 3 фильтрэлементы перемещаются по кругу (осуществляют круговое движение). Устройство вращения 4 позволяет создать ω=1/мин.

На рисунке 5.3 б) показано местоположение фильтраэлемента.

Преимущество карусельного вакуум-фильтра – значительная экономия площадей.

Рис. 5.4. Расчетная схема процесса фильтрования.

Пульпа после экстрактора (рис 4.1, поз. 4) поступает на основную фильтрацию (рис 5.4) с относительной влажностью ФГ 48%. Допущение: основной фильтрат не содержит ФГ и собирается в емкости 8 (рис. 4.1).

На вторую стадию фильтрации поступает ФГ с влажностью 43%, а затем поступает на третью стадию. Далее ФГ поступает на дальнейшую переработку.

Для лучшей отмывки фосфорной кислоты от ФГ на каждой стадии (основной, второй, третьей) осадок промывают промывным раствором (слабый раствор фосфорной кислоты). Это позволяет сократить потери, отмыть кислоту. Образующиеся промывные растворы используют в технологическом цикле как компонент разбавления.

Карусельный фильтр имеет корпус, внутри которого поддерживается определенное разряжение для удаления паров фтора из зоны фильтрации.

Лекция 6.

Переработка отходов (ФГ).

Табл. 6.1. Химический состав ФГ.

Фосфатное сырье	Содержание, % на сухое вещество (ангидрит)
	CaO	SO3	P2O5 общий	P2O5 водн	R2O3 (редкозем)	F	Нерастворенный осадок
Хибинсткий апатитовый концентрат	3,9-4,0	56-57	1,0-1,2	0,5-0,6	0,5-0,6	0,3-0,4	0,7-0,8

ФГ – это многотоннажный отход, пригодный для переработки.

Из табл. 6.1. следует, что ФГ содержит:

• значительное количество соединений Ca и SO₃ – это возможность использования отхода в производстве строительных вяжущих;

• фтор – микроэлемент – фармацевтика;

• R₂O₃ – лантаноиды – электронная техника.

Т.е. с технико-экономической точки зрения есть полная целесообразность переработки ФГ с получением (выделением) индивидуального продукта.

Рассмотрим процесс переработки ФГ с получением строительных вяжущих.

Целесообразность переработки обусловлена не только основной задачей – получение строительных вяжущих (прибыль π₁), но и сокращением затрат на транспортирование ФГ, его складирование и плату за отчуждение земли (дополнительное землепользование).

Сокращение этих затрат создает дополнительную прибыль - ∆π₂. Окончательно решение о создании производства переработки твердого отхода принимается в результате:

1. оценки технико-экономической эффективности, где в общем случае доход равен

∑π = (D – P) > 0, (6.1)

где ∑π – суммарная прибыль,

D – расход,

P – доход.

2. Оценки срока окупаемости вложенных затрат:

T_окуп = [T_{окуп. допуск}]

T_окуп - вложенные затраты (возврат займа, прибыль по годам, рентабельность). Проходной уровень рентабельности для крупного бизнеса – 5-10%, срок окупаемости – 2,5-3 года.

Переработка ФГ – это ХТП, отражается:

• Структурная схема;

• Функциональная схема;

• Химическая схема;

• Технологическая схема.

Структурная схема – рис 1.1.б)

Рис. 6.1. Функциональная схема.

Химическая схема:

CaSO₄·2H₂O →^T° CaSO₄·0,5H₂O +1,5 H₂O (6.2)

CaSO₄·2H₂O →^T° CaSO₄ + 2 H₂O (6.3)

Эти реакции можно записать в виде:

aA → rR +c₁C (6.4)

aA → pP + c₂C (6.5)

Процесс превращения сульфита кальция (А) отражается сложной параллельной химической реакцией.

Для оценки эффективности (технологической) используют критерий степень превращения:

(6.6)

Пример 6.1.

В автоклав поступает 32 кмоль вещества А (n_A,0), на выходе в реакционной смеси n_A,f = 8 кмоль. На входе в автоклав продукты отсутствуют. Определить степень превращения ФГ (х_А) и количество образовавшегося полугидрата n_r,f -?

ССС:

Целевая реакция: ∆n_A^’ = ∆n_R (6.7)

n_A,0 – n_A^’ = - (n_R,0 – n_R,f) (6.8)

Побочная реакция: ∆n_A^” = ∆n_R (6.9)

n_A,0 – n_A^” = - (n_R,0 – n_R,f) (6.10)

∆n_A = n_R,f + n_P,f

∆n_A = n_A,0 – n_P,f = 32-8= 24 кмоль

n_R,f = ∆n_A - n_P,f = 24-12= 12 кмоль

x_A =

φ =

Проверка:

Лекция 7

рис.7.1. Схема автоклава: (Л1,стр.235 р.4.15)

Пульпа ФГ карусельного фильтра 7 (р.4.1) разбавляется технологической водой и транспортируется в виде шлама на стадии переработки. Здесь шлам подготавливают и подают в блок химических превращений, в который входит реактор автоклав. В нём осуществляются химические реакции (6.2) и (6.3). Под влиянием разности плотностей и размеров кристаллов дигидрата СК (CuSO4*2H2O) и полугидрата СК (СаSO4*½H2O).

При перемешивании пульпы (скорость несколько оборотов в минуту) создаются условия, при которых кристаллы ФГ (CaSO4*2H2O) перемещаются из верхних слоёв пульпы в нижние слои за время, достаточное для достижения степени превращения 0.8 (Х2). Полугидрат СК (СаSO4*½H2O)-ЦП выводят из нижней части автоклава по трубе 4 методом вытеснения за счёт избыточного давления в аппарате.

1-корпус аппарата (металлический);

2-тепловая рубашка.

В тепловой рубашке конденсируется пар, ∆i =2400 кДж/кг.

Перемешивающее устройство - тихоходная мешалка (лопастная).

Производительность реактора.

Пр = nr,f , (кмоль/с) (7.1)

τ

Yr = Пр, (кмоль/м³*с) (7.2)

V

Интенсивность более информативный параметр с точки зрения технико-экономических соображений, чем производительность, т.к. интенсивность включает в себя не только расходные параметры, но и коэффициенты удельной материалоёмкости.

Расчёт (пример 6.2).

Из примера 6.1 использовать исходные данные для определения интенсивности и производительности.

Sпрям.оакс=S под кривой, т.е. сделаны допущения, что все частицы пребывают 0.3 часа.

V=20 м³ (габариты реакционной зоны)

Пр=12/0.3=40 кмоль/с

Y=40/20=2 кмоль/м³*с

Пути управления процесса.

↑ Пр, ↑ Yr, τ=V/v

е сли τ ↑→v ↓→Ха

ССА

↑ Ха = ∆h/na0 = nr,f/na0 ↑

если побочной реакцией пренебречь

↓Пр=↑Сr*v

для непрерывных процессов

при τ ↑ => Пр ↓

РИС

τ = ∆Са =Cr,f ↑

ω ωr,a↑

Основной путь увеличения Пр-это увеличение wr.