· процесс упаривания на «кристалл» проводится непрерывно в выпарном вакуум – кристаллизаторе двухконтурного типа;
· температура упарки раствора и кристаллизации медного купороса поддерживается в интервале 30 – 500С;
· греющая камера установлена в наружном циркуляционном контуре вакуум-кристаллизатора на нагнетательной линии циркуляционного насоса. Через греющую камеру осуществляется циркуляция осветленного маточного раствора, отбираемого из внутренней отстойной камеры кристаллизатора;
· размер кристаллов в циркулирующей суспензии регулируется изменением скорости истечения струй маточного раствора из сопла струйного насоса (до 20,5 м/с) и температуры перегрева осветленного маточного раствора в греющей камере (от 5 до 150С);
· работа установки непрерывная;
· для гарантированного достижения заданной производительности по кристаллическому медному купоросу Генпроектировщику предусмотрена резервная нитка, обеспечивающую работу любой из выпарок I ой - IIIой стадий при остановке ее (нитки) на ремонт или ревизию.
Вакуум-кристаллизационная установка включает в себя следующее оборудование: вакуум-кристаллизатор ВВК; напорный бак Нб; бак-мешалку Бм; поверхностный конденсатор ПК; пароэжекторный блок ПЭБ; циркуляционный насос Нц; вакуумный насос Нв; конденсатный бак К; систему воздуховодов для отвода сокового пара и создания разряжения в корпусе ВВК; автоматизированную систему управления технологическим процессом.
Характеристика оборудования вакуум-кристаллизационной установки представлена в табл. 3.1.
Таблица 3.1. Характеристика оборудования выпарной вакуум-кристаллизационной установки
| N | Наименование | Характеристика | Назначение | |
| 1 | Напорный бак, (Н) | Рабочий обхъем – 8,0м3, теплообменник-змеевик паровой | Накопление исходного раствора | |
| 2 | Выпарной вакуум-кристал-лизатор, (ВВК) | Емкость полная – 50м3рабочая – 20м3 | Выпаривание растворителя с одновременной кристаллизацией медного купороса | |
| 3 | Греющая камера (Гк) | 3‑ходовый горизонтальный кожухотрубный теплообмен-ник с теплопередающими трубками из титана ВТ! – 0 размерами (38х2х4000) мм или (38х2х3000) мм.Поверхность теплообмена (по наружному диаметру теплообменных трубок) 50м2 | Циркуляция и нагрев осветленного маточного раствора, отбираемого из отстойной камеры | |
| 4 | Поверхностный конденсатор (Пк) | Трубчатый теплообменник, площадь теплообмена -136м2 | Поддержание необхо-димого разряжения в сепараторе за счет конденсации вторич-ного (сокового) пара | |
| 5 | Двухступенчатый пароэжекторный блок (ПЭБ) | Эжектор, теплообменник, производительность по отсасываемой парогазовой смеси – 75 кг/ч | Для удаления неконденсирующихся газов из поверхност-ного конденсатора | |
| 6 | Вакуум-насос (Нв) | Тип ВВН‑3Н, производительность по отсасываемой парогазовой смеси 3м3/мин. | Для удаления в атмосферу неконденсирующихся в ПК и ПЭБ газов | |
| 7 | Циркуляционный центробежный насос (Нц) | Тип Х‑280/29 – КСД, подача 200м3/ч, напор -29 м, частота вращения рабочего колеса – 1500 об/мин | Транспортировка рабочего раствора по наружному циркуляционному контуру | |
| 8 | Бак-мешалка (Бм) | Аппарат с перемешивающим устройством, рабочий объем 2м3 | Емкость для отбора суспензии из аппарата | |
| 9 | Центробежный насос | Тип АХ‑65–40–200‑КСД, подача 25м3/ч, напор -50 м,Тип АХ‑50–32–206 КСД, подача 12,5м3/ч, напор -50 мм | Транспортировка суспензии на центрифугу для разделения | |
| 10 | Механический кристаллизатор (Мк) | Аппарат с перемешивающим устройством и водяной рубашкой, поверхность охлаждения 8,3м2, рабочий объем -2,95м3 | ||
| 11 | Бак конденсатный (К) | Рабочий объем -4м3 | Для приема конденсата греющего и вторичного пара с переливной колонкой гидрозатво-ром, бак является общим с ВВКII, III стадии | |
| 12 | Центробежный насос (Нц) | Тип ОХ‑50–125–160 КСД, подача – 25м3/ч, напор – 32 м | Для откачки конденсата греющего и вторичного пара, общий с ВВК II и III стадии | |
Медный купорос является продуктом процесса кристаллизации сернокислой меди из насыщенных сернокислых растворов.
Процесс выпарной вакуум-кристаллизации организован в три стадии. На первых двух стадиях производится медный купорос продукционный, на третьей стадии ведется кристаллизация медного купороса с целью извлечения его из маточных растворов после второй стадии (для возврата в начало процесса вакуум – кристаллизации).
Маточный раствор после третьей кристаллизации, содержащий остаточную медь до 60 г./л и значительное количество никеля, направляется в отделение обезмеживания и в производство никеля сернокислого реактива марки «ч».
Принцип работы вакуум-выпарного кристаллизатора следующий: исходный раствор из напорного бака Нб непрерывно самотеком поступает в нижнюю часть вакуум-кристаллизатора через штуцер (поз. 8) и смешивается с циркулирующей суспензией.
Под действием напора, создаваемого циркуляционным насосом (поз. 11), перегретый маточный раствор, поступающий из греющей камеры (поз 12), вытекая из сопла (поз. 9) струйного насоса с большой скоростью, подсасывает суспензию, циркулирующую в аппарате.
Поступающий исходный раствор и образовавшаяся смесь поднимается по центральной циркуляционной трубе (поз. 3) вверх и на выходе из нее вскипает вследствие наличия разряжения 1,5–1,9 кПа в сепараторе (поз. 2) вакуум – кристаллизатора.
При кипении раствор теряет тепло перегрева и охлаждается до равновесной температуры кипения раствора при данном остаточном давлении. В результате охлаждения, а также за счет испарения при кипении части растворителя, в растворе создается пересыщение и происходит выделение зародышей кристаллической соли медного купороса и рост кристаллов на зародышах, которые поступили ранее из центральной циркуляционной трубы (поз. 3) в зону кипения.
Образовавшиеся кристаллы в виде суспензии частично выводятся из вакуум – кристаллизатора. Основная часть образовавшейся в зоне кипения суспензии движется по кольцевому зазору между стенкой корпуса, цилиндрической отстойной перегородкой (поз. 4) и центральной циркуляционной трубой (поз. 3), опускаясь в нижнюю часть кристаллизатора.
По мере движения вниз, происходит снятие остаточного пересыщения раствора на поверхности готовых кристаллов и сгущение кристаллов, путем отвода части осветленного маточного раствора и мелкодисперсной фракции из отстойной камеры (поз. 15) в наружный циркулярный контур (поз. 7, 11). При этом осветленный маточный раствор с мелочью из отстойной камеры по обратной циркуляционной трубе (поз. 7) засасывается циркуляционным насосом (поз. 11) и нагнетается им в греющую камеру (поз. 12).
Далее нагретый в греющей камере маточный раствор поступает в сопло струйного насоса (поз. 9), где он используется в качестве рабочей жидкости. Струя нагретого раствора, вытекая из сопла с большой скоростью, подсасывает исходный раствор, подаваемый в эту зону сепаратора, и суспензию, движущуюся вниз, и нагнетает образовавшуюся смесь в центральную трубу. Цикл многократно повторяется.
Таким образом, суспензия, непрерывно движущаяся в корпусе кристаллизатора по центральной трубе (поз. 3) вверх и вне центральной трубы вниз, образует внутренний циркуляционный контур, здесь происходит рост и укрупнение кристаллов до определенной величины с последующим выводом готовых кристаллов из аппарата.
Осветленный маточный раствор, непрерывно отбираемый из отстойной камеры (поз 15) и движущийся по обратной циркуляционной трубе (поз 7) во всасывающий патрубок циркуляционного насоса, а затем нагнетаемый через трубки греющей камеры (поз. 12) в сопло (поз. 9), образует наружный циркуляционный контур, здесь происходит перегрев раствора с одновременным растворением зародышей.
С целью достижения определенной интенсивности теплопередачи в греющей камере и исключения солевых отложений на теплопередающих поверхностях греющих трубок, за счет высокой скорости движения раствора по трубкам, греющая камера выполнена 6‑ходовой по раствору.
Отвод продукционной суспензии из вакуум–кристаллизатора может
осуществляться непрерывно тремя способами:
· на I стадии с донной части аппарата – через стакан (поз. 24);
· на II стадии с уровня кипящего раствора – через «фонарь»;
· на III стадии – через пульпоотводящую трубу (поз. 10).
Эти пульпоотводящие узлы выполнены таким образом, что при работе их в вакуум – кристаллизаторе автоматически поддерживается рабочее положение уровня раствора. Основным является отвод продукционной суспензии с донной части аппарата.
На процесс кристаллизации оказывают влияние следующие факторы:
а) Температура
Повышение температуры пересышенного раствора увеличивает скорость образования кристаллических зародышей. С повышением температуры снижается поверхностное натяжение между раствором и образующимся микрозародышем и облегчается работа по образованию мелких кристаллов.
Для создания условий роста кристаллов необходимо регулировать процесс (снижать) образования микрозародышей. На практике это достигается путем поддержания разницы температур на входе и выходе из греющей камеры, для того, чтобы микрозародыши успевали раствориться, проходя по трубкам греющей камеры.