Изучение и анализ производства медного купороса (стр. 13 из 16)

б) Растворимые примеси

Примеси, присутствующие в растворе, оказывают различное влияние на скорость образования центров кристаллизации, одни из них резко повышают скорость кристаллизации, другие действуют как поверхностно – активные вещества на поверхности микрозародышей и препятствуют кристаллизации пересыщенных растворов.

Для определения расчетных технологических параметров работы оборудования проведены материально – тепловые расчеты. В расчетах приняты номинальные значения параметров.

Уравнение материального баланса

ύ_0iρ_0i = ύ_siρ_ci + W, (11)

где ύ₀, ύ_s– объемный расход исходного раствора и суспензии, м³/ч;

ρ_0, ρ_c– плотностьисходного раствора и суспензии, кг/м³;

W – массовый расход вторичного пара, кг/ч;

i – индекс, обозначающий стадию кристаллизации.

Расход вторичного пара после преобразования уравнения

W_i = ύ_0iρ_0i– ύ_siρ_ci(12)

Расход вторичного пара на каждую стадию равен:

Первая стадия W₁ = 4,69 х 1155 – 1,85х 1395 = 2836 кг/ч;

Вторая стадия W₂ = 1,49х1200 – 0,75х1400 = 738 кг/ч;

Третья стадия W₃ = 2,44х1255 – 1,63х1380 = 813 кг/ч/

Уравнение теплового баланса кристаллизатора:

S_0i C_0i t_0i + λ S_кр.i + φ_гр.i = W_i ί_i + (S_0i – S_{кр. i} – W_i)* C_мi t_i + S_кр.i C_крt_i + φ_грC_кi t_кi (13)

откуда расход греющего рара с учетом его неполноты конденсации равен

φ_{гр. i} = 1,05

, (14)

где S_0i, S_крi – массовый расход исходного раствора и кристаллического медного купороса, кг/ч.

S₀ = υ₀ ρ₀ (15)

λ = – 315,3 кДж/кг – теплота кристаллизации медного купороса;

C_0i, C_мi, C_кр, C_кi– теплоемкость исходного раствора, маточного раствора, кристаллов медного купороса, конденсата греющего пара, кДж/кгС⁰;

t_0i – температура исходного раствора, ⁰С;

t_i = 45⁰С, температура кристаллизации;

t_к = t_гр – 2 = 105 – 2 = 103 ⁰С;

t_ni = t_i – δ – температура вторичного пара, ⁰С;

t_ni = 45 – 5 = 40⁰С;

δ = 5⁰ С – температурная депрессия упаренного раствора;

ϊ= 2574 кДж/кг – теплосодержание вторичного пара при температуре;

ϊ_г = 2684,1 кДж/кг – теплосодержание греющего пара;

1,05 – коэффициент, учитывающий неполноту конденсации греющего пара.

По формуле (14) рассчитаем расход греющего пара на каждую стадию кристаллизации.

I стадия выпарки

φ_{гр. 1}= 1,05*

= 3048,5 кг/ч;

φ_{гр. 2}= 1,05

= 832 кг/ч;

φ_{гр. 3}= 1,05

=990 кг/ч.

Определим напор и выберем циркуляционный насос.

Циркуляционный насос, установленный в наружном циркуляционном контуре, должен обеспечить требуемую подачу раствора для преодоления гидростатического давления, возникающего за счет разности плотностейй суспензии внутри аппарата и маточного раствора в наружном контуре.

В днище кристаллизатора установлено сопло, которое вместе с центральной циркуляционной трубой образует струйный насос, обеспечивающий циркуляцию суспкнзии по внутреннему контуру.

Определяющим геометрическим параметром струйного насоса является отношение площади поперечного сечения камеры смешения (центральной циркуляционной трубы) к площади поперечного сечения выходного отверстия сопла. Оптимальное значение отношения этих сечений для струйного насоса без диффузора определяем из уравнения

_, (16)

_{n =}

_, (17)

где υ_н – удельный объем инжектируемой среды – суспензии на входе в сечение между соплом и нижним торцом циркуляционной трубы, м³/кг.

υ_н= 1/ρ_с, (18)

где υ_с – удельный объем смешанного потока на выходе из центральной циркуляционной трубы

υ_с = 1/ρ_с, (19)

υ_р – удельный объем рабочей среды, маточного раствора, подаваемого циркуляционным насосом в сопло, м³/кг

Подставляя значения в формулы (18, 19) имеем

υ_с/ υ_р = ρ_м/ ρ_с = 0,786;

υ_н/ υ_р = ρ_м/ ρ_с = 0,786.

φ₂ = 0,975 – коэффициент скорости в центральной циркуляционной трубе (камере смешения)

φ₄ = 0,925 – коэффициент скорости во входном сечении камеры смешения (во входном нижнем поперечном сечении центральной трубы).

Подставляя значения параметров в формулу (16) имеем

=

=1,612 (1+7,27)² – 0,628*1,013 *7,27²= 76,6.

Расход циркулирующей по внутреннему контуру суспензии равен

υ_ц = (1 + u) υ_н.ц=(1+7,27) 92,5 = 765 м³/ч,

где u – коэффициент инжекции, кг/кг;

υ_н.ц – подача насоса, м³/ч.

Расчетное расстояние от выходного сечения сопла до входного сечения камеры смешения определим из следующего уравнения

l _с =

= ,

d – опытная константа.

Рассчитаем длину цилиндрической части камеры смешения

l_кц = (6 – 10) d_m = (6 – 10) 350 = 2100 – 3500 мм,

где d_m – диаметр центральной циркуляционной трубы, мм.

Найдем рабочий объем зоны кристаллизации

υ_к = υ₃ – υ_о.к = 11 – 2,5 = 8,5 м³,

где υ₃ = 11 м³ – общий объем, заполненный раствором в рабочем режиме;

υ_о.к = 2,5 м³ – объем осветленного маточного раствора.

Общий тепловой поток в конденсаторе равен

Q₁= r

= 2406,5 1895,8 кВт;

Q₂ = 2406,5

кВт;

Q₃ = 2406,5

кВт.

Производительность вакуум насоса следующая

υ_вн =

= м³/с = 0,7м³/мин, зимой;

υ_вн =

м³/с = 1,3 м³/мин, летом,

где R_в = 288,4 Дж/кг*град – газовая постоянная для воздуха;

Р – давление абсолютное паровоздушной смеси на выходе из эжектора, Па;

Р_H2O – парциальное давление водяных паров при температуре паровоздушной смеси, Па.

При рассмотрении работы вакуум-выпарной установки были замечены следующие зависимости:

– средний размер кристаллов, получаемых в выпарном вакуум – кристаллизаторе с двойным контуром, зависит от гидравлического и температурного режимов в аппарате;

– по химическому составу готовый продукт, как правило, отвечает требованиям соответствующего сорта, отклонения могут возникать из-за повышенного содержания мышьяка в исходном растворе;

– минимальный расход осветленного маточного раствора, при котором обеспечивается устойчивая циркуляция суспензии в корпусе аппарата, зависит от диаметра сопла струйного насоса, концентрации и крупности циркуляционных кристаллов;

– отложений накипи на поверхности теплообмена в греющей камере не обнаружено;

– один раз в смену должна осуществляться промывка стенок сепаратора небольшим количеством воды, подаваемой в разбрызгивающие устройства;

– с целью понижения содержания мышьяка требуется контрольная фильтрация исходного раствора от дисперсных взвесей.

В результате расчетов можно сделать вывод о том, что рассматриваемый аппарат способен обеспечить требуемую мощность и может использоваться для получения медного купороса.

3.4 Автоматизация и контроль производства

Автоматизация производства позволяет увеличить производительность оборудования, снизить расходные коэффициенты исходного сырья и материалов, а также обеспечить безопасность персонала на рабочих местах.

3.4.1 Технические данные, контролируемые СУТП

Нейтрализация меди в сернокислых растворах предназначена для получения насыщенного раствора сернокислой меди (медного купороса). Процесс получения насыщенного раствора сернокислой меди – глубокая нейтрализация свободной серной кислоты, содержащейся в отработанном электролите ЦЭМ и маточных растворов никелевого отделения купоросного цеха.

3.4.2 Система управления

Система управления предназначена для контроля технологических параметров и для управления процессом нейтрализации. Система управления находится в герметичных шкафах. Она включает в себя:

а) Управляющий контроллер;

б) Аппаратура сбора информации: оптомодули ввода, оптомодули вывода, оптодоска ввода для нейтрализатора; оптодоска ввода для баков;

в) Аппаратура сбора данных. Модули сбора данных АДАМ‑4017;

г) Интерфейсная аппаратура: модули конвертеры RS 232‑RS485 АДАМ‑4520, соединительные провода и кабели;

д) Аппаратура контроля технологических параметров: систему датчиков измерения уровня, систему датчиков измерения расхода воздуха и электролита, систему датчиков измерения давления;