Тут есть жесткость воды

В химических производствах используют три схемы водооборота в зависимости от тех изменений, которые претерпевает вода в процессе производства:

вода только нагревается и должна быть перед возвращением в цикл охлаждена, например, в градирнях (рис. 2.0., схема А);

вода только загрязняется и должна быть перед возвратом очищена в специальных очистных сооружениях (рис.2.0., схема Б);

вода в процессе и нагревается, и загрязняется; в этом случае используют комбинацию водооборотов первого и второго типов.

Водооборотные циклы технологических установок, цехов и химических предприятий в целом являются важнейшим фактором рационального использования водных ресурсов. В этих циклах осуществляется многократное использование воды без выброса загрязненных стоков в водоемы, а потребление свежей воды для ее восполнения ограничено только технологическими превращениями (в качестве компонента сырья) и естественными потерями.

30

2.3.ВОЗДУХ В ХИМИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Воздух – сырьё практически неисчерпаемое. Воздух в химической промышленности применяют в основном как сырье или как реагент в технологических процессах, а также для энергетических целей.

Технологическое применение воздуха обусловлено химическим составом атмосферного воздуха (таблица 2.3).

Таблица 2.3. Состав сухого воздуха

Чаще всего используют кислород воздуха в качестве окислителя. Воздух широко применяют для проведения окислительных реакций в производстве серной, азотной и фосфорной кислот. Неполным окислением углеводородов получают спирты, альдегиды, уксусную кислоту.

Воздух – сырьё для получения кислорода, азота, аргона и других газов. Замена воздуха кислородом позволяет значительно интенсифицировать производственные процессы. Кислород, выделяемый ректификацией жидкого воздуха, в больших количествах расходуют для кислородной плавки металлов, в доменном процессе и т.п. При ректификации получают также азот и инертные газы, в основном аргон. Азот используют в качестве сырья в производстве синтетического аммиака и других азотсодержащих веществ и как инертный газ. Аргон применяют для создания инертной атмосферы в ходе химического промышленного или лабораторного синтеза, если необходимо исключить процессы окисления. Сжиженные газы (азот, кислород, аргон и др.) широко используют в криогенной технике для получения глубокого холода и в процессах криохимической технологии (например, для получения чистых и сверхчистых продуктов).

Воздух, применяемый в качестве реагента, подвергается, в зависимости от характера производства, очистке от пыли, влаги и контактных ядов (веществ, отравляющих катализаторы). Для этого воздух пропускают через промывные башни с различными жидкими поглотителями (вода, щелочи и др.), мокрые и сухие электрофильтры, аппараты с влагопоглотительными сорбентами и пр.

Энергетическое применение воздуха связано, прежде всего, с использованием кислорода как окислителя для получения тепловой энергии при сжигании различных топлив.

Воздух используется также как хладагент при охлаждении газов и жидкостей в воздушных холодильниках или в аппаратах прямого контакта (например, охлаждение воды в градирнях), при грануляции расплавов некоторых соединений (например, карбамида). В других случаях нагретый воздух применяют как теплоноситель для нагрева газов или жидкостей.

В пневматических барботажных смесителях используют сжатый воздух для перемешивания жидкостей и пульпы, в форсунках - для распыления жидкостей в реакторах и топках.

31

Сжатый воздух применяется при пневматическом способе транспортирования сыпучих продуктов. Пневмотранспортирование используют при необходимости подачи сырья, материалов, продукции на большие расстояния, в условиях сложной производственной компоновки.

2.4.ПОДГОТОВКА И ОБОГАЩЕНИЕ СЫРЬЯ

Сырьё, предназначенное для переработки в готовую продукцию, должно удовлетворять определённым требованиям. Это достигается комплексом операций, составляющих процесс подготовки и обогащения сырья. Методы подготовки и обогащения сырья зависят от его агрегатного состояния.

Подготовка твёрдого сырья включает измельчение, классификацию, сушку.

Подготовка жидкого сырья заключается в его очистке от твёрдых и газообразных примесей. В качестве методов очистки от твёрдых примесей применяют отстаивание, фильтрование, центрифугирование. Газообразные примеси могут быть удалены нагревом или интенсивным механическим перемешиванием.

Газообразное сырьё подвергают предварительной очистке от жидких и твёрдых примесей. Для этого применяют методы, аналогичные методам очистки жидкого сырья от твёрдых примесей, а также очистку в электрофильтрах.

Обогащением сырья называется процесс отделения полезной части сырья (полезного компонента) от пустой породы (балласта) с целью повышения концентрации полезного компонента. Обогащение позволяет получать концентрированное сырьё.

Если обогащают твёрдые материалы, то полученный продукт, обогащённый полезной составной частью, называют концентратом, а отходы, содержащие пустую породу, -

хвостами.

Если в сырье содержится несколько полезных компонентов, его делят на составные части (фракции), обогащённые тем или иным компонентом.

Обогащение необходимо также потому, что запасы концентрированного сырья в природе постепенно истощаются, и промышленность вынуждена отделять полезные компоненты бедного сырья от большого количества еще не используемой пустой породы. Обогатительные фабрики обычно строят в местах добычи сырья. При обогащении сырья на месте его добычи сокращаются транспортные расходы на перевозку его к месту переработки.

Обогащение полезных ископаемых осуществляют с помощью ряда последовательных операций, составляющих схему обогащения (рис.2.2.). При обогащении получают две или более фракций. Фракцию, обогащенную полезным компонентом горной породы, называют концентратом. Фракции, состоящие из минералов, не используемых в данном производстве, называют хвостами.

Методы обогащения основаны на различии физических и физико-химических свойств компонентов сырья, таких как размеры частиц, плотность, электропроводность, магнитная проницаемость, свойства поверхности (гидрофильность, гидрофобность), температуры плавления, сжижения и т.д. Методы обогащения разнообразны и принципиально различны для твёрдого, жидкого и газообразного сырья.

Методы обогащения твёрдого сырья подразделяют на механические (физические), физикохимические, химические и термические.

32

Механические методы основаны на различии физических свойств компонентов сырья, таких как размер частиц, плотность, твёрдость, электропроводность, магнитная проницаемость и др. Важнейшими механическими способами обогащения твёрдого сырья являются рассеивание (грохочение), гравитационное разделение, электромагнитная и электростатическая сепарация.

ИСХОДНОЕ СЫРЬЁ

(полезные ископаемые)

ПОДГОТОВКА

(измельчение, промывка, сушка)

ОБОГАЩЕНИЕ

Рис. 2.2. Схема обогащения сырья

К физико-химическим методам относится флотация.

Химические методы обогащения основаны на применении реагентов, которые избирательно (селективно) растворяют одно из веществ, входящих в состав смеси, или на образовании и осаждении новых соединений. К химическим методам обогащения относится выщелачивание. Выщелачивание – это метод извлечения ценных компонентов путём их растворения в воде, растворах кислот, щелочей, солей с окислителями или восстановителями, а также в органических растворителях. Методом выщелачивания извлекают из руд и концентратов цветные металлы, уран, золото, хлорид калия из сильвинита и др.

Методы термического обогащения основаны на различии температуры плавления отдельных составляющих сырья. Эти методы используются в промышленности сравнительно редко. Таким методом осуществляют выплавку серы (температура плавления 113 С) непосредственно из подземных залежей.

Химические и термические методы обогащения имеют ограниченное применение в химической технологии и являются объектом изучения спецкурсов.

Для твёрдого сырья чаще всего применяют механические способы обогащения – рассеивание (грохочение), гравитационное разделение, электромагнитную сепарацию, а также физикохимический метод – флотацию. Исходный материал вначале дробят и измельчают с целью доведения его до размеров, пригодных для осуществления обогатительных процессов. Для дробления применяют дробилки, доводящие материал до крупности частиц 20-30 мм. Тонкое измельчение осуществляют в мельницах. Ниже будут рассмотрены наиболее широко применяемые механические и физико-химические методы обогащения твёрдых материалов.

33

2.4.1. Грохочение

Грохочение – процесс классификации частиц по их геометрическому размеру. Форма частиц и плотность материала, из которого они состоят, могут иметь определённое значение, но в гораздо большей степени разделение зависит от размера частиц.

Рассеивание (грохочение) применяют для разделения твёрдой породы, содержащей минералы различной прочности и образующей при измельчении зёрна разной величины. При последовательном пропускании измельчённого сырья через грохоты - металлические сита с отверстиями разных размеров – происходит разделение на фракции, обогащённые определённым минералом. Рассеиванием обогащают, например, сланец, разделяя его на концентрат и пустую породу (содержащую в основном известняк), фосфатное сырьё и др.

Грохот представляет собой механическое вибрационное сито (рис. 2.3). Свое необычное название он получил из-за характерного звука (грохота), издаваемого в процессе работы. Минералы, входящие в состав сырья, имеют различную прочность. При дроблении менее прочные (хрупкие) материалы дробятся на более мелкие зёрна, чем более прочные. Если после измельчения такое сырьё просеять через сита с различной величиной отверстий, то с отдельных сит можно получить фракции, обогащённые тем или иным минералом.

Грохочение часто производят и для разделения однородного материала на куски или зёрна определённого размера.

Рис. 2.3. Схема грохота

Грохот – один из основных видов технологического оборудования обогатительных фабрик.

Рис. 2.4. Вибрационный грохот с одним и двумя ситами

Грохоты могут быть плоскими и цилиндрическими (барабанными). Плоские грохоты состоят из одного или нескольких сит. Сита имеют небольшой наклон для скольжения крупной фракции и снабжены механизмами для сотрясения, вибрации или качания (на рис. 2.4 и 2.5 вибрационный и дисковый грохоты). Материал, двигаясь по ситу грохота, расслаивается: чем

34

крупнее частицы, тем выше слой, в котором они движутся. Частицы, размер которых в поперечнике меньше размера отверстия сита, достигнув его поверхности, проваливаются через отверстие, т.е. просеиваются (в нижний, подрешётный, продукт). Более крупные частицы скатываются по ситу и образуют верхний, надрешётный, продукт.

Рис. 2.5. Дисковый грохот

Барабанный грохот (рис. 2.6. и 2.7.) представляет собой наклонный вращающийся барабан с отверстиями. Исходный материал поступает внутрь барабана. При движении происходит разделение материала на фракции.

Эффективность грохотов зависит от многих факторов: крупности, формы частиц исходного материала и его нагрузки на грохот; типа грохота; размера и формы отверстий сита, его длины и угла наклона. Максимальная эффективность у барабанных грохотов 60-70%, качающихся 70-80%, вибрационных 90-98%.

2.4.2. Гравитационное обогащение

Гравитационное обогащение (мокрое и сухое) основано на разной скорости падения частиц разной плотности и крупности в потоке жидкости или газа или на действии центробежной силы. Чаще всего проводят мокрое обогащение. Гравитационные способы применяют для обогащения сырья в производствах силикатных материалов, минеральных солей, в металлургии, а также при обогащении углей и сланца.

Принципиальная схема мокрого гравитационного обогащения приведена на рис. 2.8., а внешний вид аппарата – на рис. 2.9. Измельченный материал, перемешанный с водой в

35

смесителе, подается в виде пульпы в отстойник, разделенный вертикальными перегородками на три осадительные камеры. Каждая камера снабжена в нижней части бункером (конусообразным днищем). Самые крупные и тяжелые частицы оседают наиболее быстро в камере I, средние – в камере II, легкие – в камере III. Наиболее мелкие и легкие частицы породы уносятся водой из отстойника.

Рис. 2.8. Принципиальная схема мокрого гравитационного обогащения: I, II, III – осадительные камеры;

1 – выпуск тяжёлой (крупнозернистой) фракции; 2 - выпуск средней фракции; 3 - выпуск лёгкой (мелкозернистой фракции.

Рис. 2.9. Машина для гравитационного обогащения полезных ископаемых

К аппаратам мокрого гравитационного обогащения, основанного на действии центробежной силы, относится гидроциклон. Корпус гидроциклона имеет цилиндрическую и коническую части (рис. 2.10.). Через боковой патрубок по касательной к цилиндрическому корпусу подается под давлением разделяемая пульпа. При вращении пульпы тяжёлые частицы под действием центробежной силы отбрасываются к стенкам, уплотняются, движутся по спиральной траектории вниз и выводятся из нижней части гидроциклона. Взвешенные в жидкости лёгкие частицы, передвигаясь во внутреннем спиральном потоке, поднимаются по шламовому патрубку в камеру слива и удаляются из неё.

Габариты гидроциклонов по сравнению с габаритами осадительных камер меньше, а производительность больше.

36

Сепаратор состоит из цилиндра 1, который заканчивается конусом 2. В цилиндр 1 помещён внутренний цилиндр 3 с конусом 4. Во внутреннем цилиндре имеется тарелка 6 и крыльчатка вентилятора 5, приводимые в движение от электромотора. При вращении тарелки и крыльчатки вентилятора внутри сепаратора образуются воздушные потоки, показанные на схеме голубыми стрелками.

внутренний конус 4.

2.4.3. Флотация

Флотация – широко распространённый и универсальный способ обогащения. Она основана на различии в смачиваемости минералов, входящих в состав руды.

Схема процесса флотации приведена на рис. 2.13.

Рис. 2.13. Схема процесса флотации

Частицы несмачиваемого (гидрофобного) минерала прилипают к пузырькам воздуха и всплывают на поверхность воды. Частицы смачиваемого (гидрофильного) материала

38