Производство хлористого калия
Предназначение вакуум-кристализации при производстве хлористого калия. Отделение сгущения хлоркалиевой пульпы. Определение расходов и концентрации хлористого калия и хлористого натрия. Изучение веществ, применяющихся при производстве хлористого калия.
| Рубрика | Химия |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 13.05.2020 |
| Размер файла | 608,6 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Введение
Общая характеристика производства.
Наименование производства - химический корпус обогатительной фабрики по переработке сильвинитовой руды в хлористый калий. Химкорпус обогатительной фабрики введён в эксплуатацию в 1954 г. В 1987 г. осуществлён переход на выпуск 98% процентного технического хлористого калия.
Мощность производства по проекту составляет 416000 тонн в год минеральных удобрений.
Технологический процесс осуществляется в одну линию.
Метод производства - кристаллизация хлористого калия из растворов, получаемых в результате переработки сильвинита.
Характеристика производимой продукции
Продуктом переработки сильвинитовой руды на галургической фабрике является хлористый калий (KCl). Техническое наименование продукции - калий хлористый технический для электрохимических производств.
Качество хлористого калия, получаемого методом растворения - кристаллизации, регламентировано в таблице 1.
Технические требования, предъявляемые к продукту.
Таблица 1
|
Наименование показателя |
Нормы |
|
|
1.Внешний вид |
Мелкие кристаллы серовато - белого цвета |
|
|
2.Массовая доля хлористого калия,% не менее |
98 |
|
|
3. Массовая доля нерастворимого в воде остатка, %, не более |
1.3 |
|
|
4. Массовая доля аминов, %, не более |
0.02 |
|
|
5.Рассыпчатость, % |
100 |
Основные константы продукции:
1) химическая формула основного вещества, - KCl;
2) молекулярная масса - 74,555010-24 г;
3) температура плавления - 7680С;
4) плотность отдельных кристаллов - (1950 - 2000) кг/м3;
5) насыпная масса в зависимости от времени хранения
(900 - 1400) кг/м3;
6) растворимость хлористого калия составляет при 200С - 34,3 г. на 100 г.H2O при 1000С - 55,5 г. на 100 г.H2O.
Технический хлористый калий применяется в основном в промышленности для производства химических продуктов и поставляется на экспорт.
Вакуум-кристаллизация
Кристаллизацией называют выделение твёрдой фазы в виде кристаллов главным образом из растворов и расплавов.
В химической технологии процессы кристаллизации широко используют для получения в чистом виде различных веществ.
Осуществляемое в промышленном масштабе одновременное получение большого числа кристаллов носит название массовой кристаллизации.
Массовую кристаллизацию обычно проводят из водных растворов, понижая растворимость кристаллизуемого вещества за счёт изменения температуры или удаления части растворителя.
Производство хлористого калия из сильвинита на химической обогатительной фабрике БПКРУ - 1 основано на различных зависимостях растворимости хлористого калия и хлористого натрия от температуры.
Весь процесс получения хлористого калия из сильвинита состоит в основном из выщелачивания горячим растворяющим щелоком, осветления насыщенного раствора от взвешенных частиц соли и глины, охлаждения, полученного концентрированного раствора и кристаллизации хлористого калия.
Охлаждение и кристаллизация насыщенного раствора происходит в вакуум - кристаллизационной установке, состоящей из 14 ступеней в которых поддерживается различный вакуум и температура.
Щелок перетекает из одной ступени в другую, переходя из одного корпуса в другой по наружным переточным трубам, постепенно охлаждаясь соответственно понижению давления, вследствие чего происходит кристаллизация хлористого калия.
Постепенное снижение температуры осветленного концентрированного щелока достигается путем самоиспарения под вакуумом, который создается путем отсоса паро-воздушной смеси при помощи вакуум-насосов, эжекторов, системой поверхностных конденсаторов и конденсаторов смешения.
При этом образуется острый пар за счет испарения самой жидкости, температура которой понижается.
Описание центрифуги 2ФГН - 2201к
Отечественная центрифуга 2ФГН - 2201к отличается от аналогичной наиболее совершенной зарубежной центрифуги фирмы «Краусс - Маффей» Германия, целым рядом конструкционных решений:
Новая система автоматического и гидравлического управления;
Новый, более надежный механизм среза с возвратно - поступательным движением;
Станина цельносварная, меньшей металлоемкости;
Новый, более надежный и простой в эксплуатации узел уплотнения главного вала;
Простой и надежный в эксплуатации узел привода центрифуги с центробежной посадочной муфтой, обеспечивающей плавный пуск и торможение центрифуги.
Сравнительная таблица характеристик центрифуг:
ФГН-2001к и 2ФГН - 2201к
Таблица 2
|
Название |
Тип |
Диаметрбарабана,мм |
Объем ротора, л. |
Частота вращения |
Фактор разделения |
Мощность |
|
|
ФГН-2001к |
Односторон. |
2000 |
1250 |
550 об/мин |
365 |
75 кВт. |
|
|
2ФГН-2201к |
Двусторон. |
2000 |
2750 |
600 об/мин |
445 |
160 кВт. |
1. Технологические расчеты
1.1. Описание технологической схемы
Отделение вакуум - кристаллизации.
Назначение: Отделение вакуум - кристаллизации предназначено для охлаждения горячего концентрированного щелока с целью кристаллизации хлористого калия (KCl).
Для охлаждения осветленного концентрированного щелока от 90 до 18-34 С используется принцип самоиспарения, при котором испарение части растворителя - воды, и охлаждение щелока достигается в результате кипения щелока под вакуумом. При этом растворный пар образуется за счет тепла самого щелока, температура которого понижается.
Получение относительно крупных кристаллов продукта достигается в вакуум - кристаллизационной установке (ВКУ) за счет постепенного охлаждения щелока и повышения вакуум - метрического давления.
Охлаждение осветленного концентрированного горячего щелока производится в 14 ступенчатой вакуум - кристаллизационной установке, состоящей из двух вертикальных и шести горизонтальных корпусов. Горизонтальные корпуса оборудованы лопастными мешалками и вертикальными перегородками с двумя отверстиями для перетока щелока или суспензии.
В результате постепенного охлаждения и испарения воды, соответственно повышению вакуум - метрического давления в ступенях, концентрированный щелок пересыщается и выкристаллизовывается хлористый калий.
Из последней 14 ступени охлажденный щелок вместе с выделившимися кристаллами хлористого калия самотеком поступает в бак, служащим барометрическим затвором.
Конечное охлаждение щелока на ВКУ определяется вакуум - метрическим давлением паро-воздушной смеси в 14 ступени и зависит от температуры и количества воды, поступающей на конденсацию растворного пара. Поэтому конечная температура охлаждения щелока составляет для летних условий (май- -октябрь) от 22 до 34С, для зимних (ноябрь - апрель) - от 18 до 22С. Для средних условий работы вакуум - кристаллизационной установки следует принять распределение температур и вакуум - метрического давления (по ступеням):
Таблица 3
NN ступенейВКУ |
Температура щелока,С |
Вакуум - метрическое давление при среднем барометрическом давлении 745 мм.рт.ст. (99.3 кПа) |
|||
|
мм рт. ст. |
кг/см2 |
КПа |
|||
|
1 |
85 - 89 |
440 - 520 |
0.60 - 0.70 |
58.6 - 69.3 |
|
|
2 |
80 - 84 |
460 - 540 |
0.62 - 0.73 |
61.3 - 72.0 |
|
|
3 |
75 - 80 |
490 - 570 |
0.67 - 0.77 |
65.3 - 76.0 |
|
|
4 |
72 - 77 |
520 - 590 |
0.70 - 0.80 |
69.3 - 78.6 |
|
|
5 |
69 - 74 |
550 - 605 |
0.75 - 0.82 |
73.3 - 80.6 |
|
|
6 |
66 - 71 |
570 - 630 |
0.77 - 0.86 |
76.0 - 84.0 |
|
|
7 |
63 - 68 |
590 - 650 |
0.80 - 0.88 |
78.6 - 86.6 |
|
|
8 |
60 - 65 |
610 - 670 |
0.83 - 0.91 |
81.3 - 89.3 |
|
|
9 |
57 - 62 |
630 - 690 |
0.86 - 0.94 |
84.0 - 92.0 |
|
|
10 |
50 - 55 |
650 - 710 |
0.88 - 0.96 |
86.6 - 94.6 |
|
|
11 |
43 - 48 |
670 - 715 |
0.91 - 0.97 |
89.3 - 95.3 |
|
|
12 |
36 - 42 |
680 - 720 |
0.92 - 0.98 |
90.6 - 96.0 |
|
|
13 |
25 - 37 |
690 - 730 |
0.94 - 0.99 |
92.0 - 97.3 |
|
|
14 |
18 - 24 |
710 - 740 |
0.96 - 1.00 |
94.6 - 98.6 |
Четырнадцать ступеней установки размещаются следующим образом по отдельным корпусам:
Первый вертикальный вакуум - кристаллизатор
поз. 2-1 1 ступень
2. Второй вертикальный вакуум - кристаллизатор
поз. 2-2 2 ступень
Первый горизонтальный вакуум - кристаллизатор
поз. 3 3, 4, 5 ступени
Второй горизонтальный вакуум - кристаллизатор
поз. 4 6, 7, 8 ступени
Третий горизонтальный вакуум - кристаллизатор
поз. 5 9, 10 ступени
Четвертый горизонтальный вакуум - кристаллизатор
поз. 6 11, 12 ступени
Пятый горизонтальный вакуум - кристаллизатор
поз. 7 13 ступень
Шестой горизонтальный вакуум - кристаллизатор
поз. 8 14 ступень.
Постепенное снижение температуры щелоков и повышение вакуум - метрического давления от первой к последней ступени создается за счет конденсации паров в поверхностных конденсаторах, конденсаторах смешения и отсоса паро - воздушной смеси паровыми эжекторами и вакуум - насосами поз. 14. За счет вакуума щелок засасывается из буферного бака поз.1 в первую ступень ВКУ.
Из первой ступени охлаждаемый щелок засасывается во вторую ступень (вертикальный вакуум - кристаллизатор) с помощью вакуума; из второй ступени в третью и т.д.
Вакуум - кристаллизаторы соединены между собой преточными трубами. Перетекание щелока или суспензии в вакуум - кристаллизаторах, имеющих несколько ступеней, происходит через отверстия, выполненные в разделяющей перегородке.
Соковый пар 1 - 9 ступеней конденсируется растворяющим щелоком в поверхностных конденсаторах поз. 9. Щелок подогревается в них от 20 - 34С до 60 - 70 С и поступает в систему теплообменников и подогревателей для последующего нагрева его до 114 - 118 С.
Конденсация сокового пара последних пяти ступеней (с 10 по 14) производится водой в конденсаторах смешения поз. 10.
Конденсат, образующийся при конденсации сокового пара 1 - 9 ступеней ВКУ, поступает в батарею барометрических стаканов поз.19 и далее самотеком в баки отделения растворения. Конденсат 10 - 14 ступеней смешивается с водой.
Не сконденсировавшаяся паро-воздушная смесь из поверхностного конденсатора 9 ступени поз. 9-9 паровым эжектором сжимается до давления 8 ступени и подается на конденсацию в поверхностный конденсатор поз.9-8. Аналогично происходит сжатие и подача паро-воздушной смеси до конденсатора 1 ступени поз. 9. Из него паро-воздушная смесь поступает на конденсацию водой в сводный конденсатор смешения поз.12.
Не сконденсировавшаяся паро-воздушная смесь 14-11 ступеней передается в конденсатор смешения 10 ступени поз.10-1. Конденсация и сжатие паро-воздушной смеси конденсатора поз. 10 - 1 до давления сводного конденсатора поз. 12 производится в системе из 3 дополнительных конденсаторов смешения поз. 11 и трех паровых эжекторов. Из сводного конденсатора смешения поз.12 не сконденсировавшаяся паро-воздушная смесь, не содержащая вредные вещества, через брызгоуловитель поз.13 отсасывается водокольцевыми насосами поз.14 и выбрасывается в атмосферу.
Дополнительные и сводный конденсаторы смешения также, как и конденсаторы смешения, орошаются водой из бака поз.15. В бак вода подается насосами береговой насосной ТЭЦ - 4 из водохранилища на р.Зырянке.
Отработанная после ВКУ вода поступает через гидрозатвор в бак поз. 17-1 и из него после охлаждения на градирнях используется для приготовления раствора хлористого натрия. Часть теплой воды из бака поз. 17-1 расходуется на технологические нужды фабрики (на промывку сеток центрифуг, на промывку труб и корпусов ВКУ, на промывку и удаление солевого отвала из аварийного бака, находящегося в отделении растворения).
Эжекторы, установленные для отсасывания и сжатия паро-воздушной смеси, работают при давлении пара 0.5 - 0.6 МПа (5-6 кгс/см2) и температуре 220-270 С.
При работе ВКУ вакуум - кристаллизаторы, мешалки и переточные трубы зарастают кристаллами соли, что приводит к необходимости периодической их промывки. Промывка производится горячим растворяющим щелоком с температурой от 80 до 100С три раза в сутки продолжительностью 15 минут.
При остановках на промывку ВКУ подача сильвинита прекращается и горячий растворяющий щелок, поступающий на растворение сильвинита, переводится на ВКУ непосредственно в первый вертикальный корпус для промывки вакуум - кристаллизаторов и переточных труб. Одновременно производится промывка паро-воздушных труб и стенок вакуум - кристаллизаторов отработанной водой из бака поз. 17-1 через специально установленные брызгала.
Во время промывки ВКУ горячий концентрированный щелок, поступающий из отделения осветления в бак поз. 1, размещается в баке поз. 17-2. После окончания промывки концентрированный щелок насосами поз. 18 возвращается на ВКУ через бак поз. 1.
При остановках на планово-предупредительные ремонты вакуум - кристаллизаторы вскрываются и тщательно промываются водой из бака поз.17-1, а также проверяется состояние мешалок, паро-воздушных труб и химзащиты, обнаруженные дефекты устраняются. После промывки загрязненная вода направляется в бак маточного щелока, расположенный в отделении центрифуг.
Отделение сгущения хлоркалиевой пульпы
Отделение предназначено для сгущения суспензии, поступающей с ВКУ.
Охлажденный щелок с выпавшими кристаллами хлористого калия стекает из XIV ступени ВКУ в бак поз. 20, служащий барометрическим затвором. Из последнего центробежным насосом поз. 21 суспензия подается для сгущения в пятиконусный сгуститель поз. 22. Проходя по сгустителю с небольшой скоростью, кристаллы хлористого калия оседают под действием силы тяжести в конусах сгустителя, откуда непрерывно спускаются в виде пульпы в горизонтальную мешалку поз. 23.
Для выщелачивания хлористого натрия из кристаллизата в мешалку поз. 23 подается фильтрат после промывки кристаллизата водой на центрифугах. Фильтрат после промывки кристаллизата не насыщен хлористым натрием, поэтому при вымешивании пульпы с фильтратом обеспечивается выщелачивание хлористого натрия из кристаллизата.
Следует отметить, что одним из условий получения высококачественного хлористого калия является практически полное растворение твердого хлористого натрия до центрифугирования.
Пульпа, после вымешивания с фильтратом в мешалке поз. 23 плотностью 1350-1440 кг/м3 (Ж:Т=1,0-1,5) подается насосами поз. 24 - I,II в мешалки поз. 25 и далее на центрифуги.
Щелок, отделенный от кристаллов хлористого калия, стекает из сгустителя поз. 22 в бак поз. 30, откуда насосами поз. 31 подается на подогрев в поверхностные конденсаторы.
Обезвоживание сгущенной хлоркалиевой пульпы.
Отделение предназначено для отделения кристаллов хлористого калия от маточного щелока.
Обезвоживание хлористого калия осуществляется на центрифугах типа 2ФГН-2201К. На данных центрифугах предусмотрен отдельный отвод фильтра, промывной жидкости и жидкости регенерации. Фильтрат поступает в бак поз.30. Промывка осадка хлористого калия осуществляется оборотной водой, подаваемой из напорного трубопровода в количестве 15 м3/ч (150 кг. на 1 тонну продукции). В жаркое время года, в целях исключения растворения промываемого осадка, а также в случаях аварийного отключения системы оборотного водоснабжения, промывка производится свежей водой.
Фильтрат, полученный после промывки осадка водой для выщелачивания хлористого натрия из кристаллизата, поступает в бак поз. 19 и перекачивается в мешалку поз. 23.
Массовая доля воды в хлористом калии после фильтрации не более 7%.
Для получения не слеживающейся продукции кристаллы хлористого калия обрабатываются 1%-ным солянокислым водным раствором аминов. 1% - ный водный раствор аминов закачивается из реагентного отделения фабрики в расходные баки поз. 29 и подается в мешалку поз. 23. Приготовление его производится в реагентном отделении обогатительной фабрики.
После фильтрации влажный хлористый калий направляется в отделение сушки. Часть влажного хлористого калия грузится на машины и отправляется на Березниковский содовый завод.
1.2 Материальный баланс
Состав щелока, поступающего в первую ступень ВКУ.
Таблица 4
|
Состав |
Тонны |
% |
|
|
KCl |
163.2 |
18.92 |
|
|
NaCl |
136.4 |
15.82 |
|
|
H2O |
552.9 |
64.08 |
|
|
Прочие |
9.9 |
1.15 |
|
|
Н2О(Промывка) |
0.36 |
0.03 |
|
|
Итого |
862.76 |
100 |
Температура разбавленного щелока на входе в первую ступень ВКУ.
Сщел. - удельная теплоемкость щелока расчитывается по формуле:
Где 0.056 и 0.147 опытные множители отражающие влияние KCl и NaCl на изменение теплоемкости в зависимости от их процентного содержания в растворе. СН20, СКСl, CNaCl - весовые проценты содержания в щелоке компонентов.
Теплоемкость щелока разбавленного водой
Температура разбавленного щелока:
Расчет первой ступени ВКУ.
Для определения количества воды, испарившейся в первой ступени, используем уравнение теплового баланса.
Gсм* Ссм* tсм + C1*rk=[W1*it+(GсмСсмt1 - W1*r)]*0.995
Gсм - количество разбавленного щелока;
Ссм - удельная теплоемкость смеси;
tсм - температура смеси;
W1 - количество воды, испарившейся в первой ступени, [т/час];
it - теплосодержание острого пара [кДж/кг];
С1 - количество выкристаллизовавшейся соли [т/час];
t1 - температура щелока на выходе из первой ступени [С];
rk - скрытая теплота кристаллизации [Дж/кг];
r - теплота конденсации паров [кДж/кг];
0.995 - коэффициент учитывающий теплопотери в окружающую среду.
Для определения количества испарившейся воды в первой ступени необходимо расчитать количество выкристаллизовавшегося хлористого калия.
Задаемся:
Количество испарившейся воды в первой ступени:
W1=2.09 т/час.
Количество воды в щелоке на выходе из первой ступени:
552.9 + 0.36 - 2.09 = 551.17 т/час.
Определяем концентрацию хлористого калия в щелоке на выходе из первой ступени ВКУ:
При данной концентрации хлористый натрий в растворе при t=85C, по диаграмме совместного растворения NaCl и KCl, концентрация равновесного раствора по KСl составляет
327 г/1000 г.Н2О, а так как у нас 296 г/1000 г Н2О, то кристаллизации в первой ступени ВКУ нет. Тогда количество воды испарившейся в первой ступени:
Материальный баланс первой ступени:
Таблица 5
|
Состав |
Приход |
Расход |
|
|
KCl |
163.2 |
163.2 |
|
|
NaCl |
136.4 |
136.4 |
|
|
H2O(раствор) |
552.9 |
551.17 |
|
|
H2O(На промывку) |
0.36 |
- |
|
|
Прочие |
9.9 |
9.9 |
|
|
Итого |
862.76 т/час |
862.76 т/час |
Аналогичным способом расчитываем расходы и концентрации хлористого калия и хлористого натрия для следующих ступеней ВКУ.
II ступень:
а) Количество воды содержащейся в щелоке на выходе из второй ступени:
551.17 - 1.1 + 0.36 =550.43 [т/час], где
551.17 - количество воды в щелоке, поступающей во вторую ступень ВКУ;
1.1 т/час - количество воды, испарившейся во второй ступени.
0.36 т/час - количество воды для промывки труб ВКУ.
б) Концентрация хлористого калия в щелоке на выходе из второй ступени:
в) Концентрация хлористого натрия в щелоке на выходе из второй ступени
г) По номограмме совместной растворимости при t=83.3C
NaCl - 266.8 г./1000г. Н2О
КСl - 322 г./1000г. Н2О
При данных - кристаллизации нет.
III ступень:
а) Количество воды содержащейся в щелоке на выходе из третьей ступени:
550.43 - 1.8 + 0.36 = 548.99 т/час, где:
550.43 т/час - вода, поступающая в третью ступень;
1.8 т/час - вода, испарившаяся в третьей ступени;
0.36 т/час - вода, идущая на промывку труб.
б) Концентрация хлористого калия и хлористого натрия в щелоке на выходе из третьей ступени:
KCl: (163.2*1000) / 548.99 = 306.27 г./1000 г. Н2О
NaCl: (136.4*1000) / 548.99 = 248.1 г./1000 г. Н2О
в) По номограмме растворимости хлористого калия и хлористого натрия при t=80C, KCl - 320 г./1000г. Н2О. Так как концентрация KCl ниже, то, кристаллизации в третьей ступени нет.
IV ступень:
а) Количество воды на выходе из четвертой ступени:
548.99 - 1.8 + 0.36 = 577.55 т/час, где:
1.8 - испарившаяся вода в четвертой ступени;
548.99 - количество воды поступившей в четвертую ступень;
0.36 - вода идущая на промывку труб.
б) Концентрация KCl и NaCl на выходе из четвертой ступени:
KCl: (163.2*1000) / 547.55 = 307.18 г./1000 г. Н2О
NaCl: (136.4*1000) / 547.55 = 248.1 г./1000г. Н2О
в) По номограмме растворимости при t=77С KCl - 318 г./1000г.
Полученная концентрация ниже насыщенной, поэтому кристаллизации нет.
V ступень:
а) Количество воды на выходе из пятой ступени:
547.55 - 2.2 + 0.36 = 545.61 т/час.
б) Концентрации KCl и NaCl на выходе из пятой ступени:
KCl: (163.2*1000) / 545.61 = 299.11 г./1000г.Н2О
NaCl: (136.4*1000) / 545.61 =249.995 г./1000г.Н2О
в) Растворимость по номограмме КСl и NaCl при t=75C
KCl - 306 г/1000г Н2О, показывает, что кристаллизации нет.
VI ступень:
а) Количество воды содержащейся в щелоке на выходе из шестой ступени:
545.61 - 4.7 + 0.36 =541.27 т/час, где:
4.7 т/час - испарилось воды в шестой ступени;
0.36 т/час - вода на промывку.
б) Концентрация KCl u NaCl в щелоке на выходе из шестой ступени:
KCl: (163.2*1000) / 541.27 = 301.51 г/1000г Н2О
NaCl: (136.4*1000) / 541.27 = 251.99 г/1000г Н2О
в) По номограмме растворимости KCl u NaCl при t=72С
KCl - 284.8 г/1000г Н2О.
г) Определяем состав KCl в щелоке:
(284.8*541.27) / 1000 = 154.15 т/час.
д) Определим количество выкристаллизовавшегося хлористого калия в шестой ступени:
163.2 - 154.15 = 9.05 т/час.
VII - IX ступени:
а) Количество воды в щелоке на выходе девятой ступени:
541.27 - 8.9 +1.08 = 533.45 т/час, где:
8.9 т/час - испарилось воды с VII no IX ступень;
1.08 т/час - вода на промывку труб VII - IX ступеней ВКУ.
б) Концентрация KCl u NaCl в щелоке на выходе из IX ступени:
KCl: (154.15 * 1000) / 533.45 = 288.97 г/1000г Н2О
NaCl: (136.4*1000) / 533.45 = 255.69 г/1000г Н2О
в) Растворимость KCl u NaCl по номограмме при t=63С
KCl - 275 г/1000г Н2О.
г) Состав KCl в щелоке на выходе из IX ступени:
(275 * 533.45) / 1000 = 146.7 т/час.
д) Определяем количество выкристаллизованного хлористого калия в VII, VIII, IX ступенях:
154.15 - 146.7 = 7.45 т/час.
Материальный баланс со II по IX ступень:
Таблица 6
|
Состав |
Приход |
Расход |
|
|
КСl раствор |
163.2 |
146.7 |
|
|
КСl тверд. |
- |
16.5 |
|
|
NaCl раствор |
136.4 |
136.4 |
|
|
NaCl тверд. |
- |
- |
|
|
H2O раствор |
551.17 |
533.45 |
|
|
H2O испарившейся |
- |
20.6 |
|
|
H2O на промывку |
2.88 |
- |
|
|
прочие |
9.9 |
9.9 |
|
|
Итого |
863.55 т/час |
863.55 т/час |
X ступень:
а) В щелоке, уходящем из ступени, содержание воды составляет:
533.45 - 12.5 + 0.36 = 521.31 т/час, где:
12.5 т/час - количество испаренной воды из десятой ступени;
0.36 т/час - вода на промывку труб.
б) Концентрация KCl u NaCl в щелоке на выходе из X ступени:
KCl: (146.7 * 1000) / 521.31 = 281.41 г/1000г Н2О
NaCl: (136.4 * 1000) / 521.31 = 261.65 г/1000г Н2О
в) По номограмме растворимости KCl u NaCl npu t=55C
KCl - 245 г/1000г Н2О, что составляет:
КCl: (245*521.31) / 1000 = 127.72 т/час.
В X ступени кристаллизация KCl составляет:
146.7 - 127.72 = 18.98 т/час.
XI - XIV ступени:
а) Расчет воды в щелоке выходящего из XIV ступени:
521.31 - 35.5 + 1.44 = 487.25 т/час, где:
35.5 т/час - количество воды испарившейся в XI - XIV ступенях;
1.44 т/час - количество воды идущей на промывку труб ВКУ.
б) Концентрация KCl u NaCl в щелоке на выходе из XIV ступени:
KCl: (127.72*1000) / 487.25 = 262.12 г/1000г Н2О
NaCl: (136.4*1000) / 487.25 = 279.94 г/1000г Н2О
в) По номограмме растворимости KCl u NaCl npu t=21.3C концентрация KCl - 154 г/1000г Н2О, что составляет:
(154*487.25) / 1000 = 75.04 т/час.
В XI - XIV ступенях выкристаллизация KCl составила:
127.72 - 75.04 = 52.68 т/час.
Материальный баланс ВКУ:
Таблица 7
|
NN |
Состав |
Приход |
Расход |
|
|
1 |
КСl раствор |
163.2 |
75.04 |
|
|
2 |
KCl твердый |
- |
88.16 |
|
|
3 |
NaCl раствор |
136.4 |
136.4 |
|
|
4 |
NaCl твердый |
- |
- |
|
|
5 |
H2O раствор |
552.9 |
487.25 |
|
|
6 |
H2O испаренной |
- |
70.59 |
|
|
7 |
H2O на промывку |
5.04 |
- |
|
|
8 |
прочие |
9.9 |
9.9 |
|
|
Итого |
867.44 т/час |
867.44 т/час |
1.3 Тепловой баланс ВКУ
Тепло, поступающее на ВКУ:
а) С насыщенным щелоком:
Q1=Gщ* Сщ*tщ = 862.2 * 2.828 * 87 = 212.132 МДж/час
б) С водой на промывку ВКУ:
Q2=Gв* Cв * tв = 5.04 * 4.19 * 100 = 2.112 МДж/час.
в) С водой на барометрические и дополнительные конденсаторы:
Q3=Gв * Св * tв = 691.4 * 4.19 * 15 = 43.454 МДж/час.
г) С паром на эжекторы:
Q4=Gn * Cn * tn = 3.2 * 1.98 * 2.50 = 1.584 МДж/час.
д) С маточным щелоком на поверхностные конденсаторы:
Q5=Gщ * Сщ * tщ = 119.9 * 3.046* 30 = 10.956 МДж/час.
е) Тепло кристаллизации KCl:
QKCl = GKCl * rKCl = 88.16 * 140.784 = 12.412 МДж/час.
Расход тепла из ВКУ:
а) С маточным щелоком из XIV ступени.
Из XIV ступени щелок выходит со следующим составом:
Таблица 8
|
NaCl |
136.2 |
19.26 |
|
|
KCl |
75.04 |
10.59 |
|
|
H2O |
487.25 |
68.95 |
|
|
Прочие |
9.9 |
1.4 |
|
|
Итого |
708.39 т/час |
100% |
Сщел. = 0.724 * 4.19 = 3.033 [кДж/кг*С];
Q7 = Gщ * Сщ * tщ = 708.39 * 3.033 * 21.3 = 45.764 МДж/час.
б) С выкристаллизованной солью:
Q8 = 88.16 * 0.691 * 21.3 = 1.298 МДж/час.
в) С водой барометрических конденсаторов в бак поз. 17 поступает:
вода из барометрических конденсаторов - 691.4 т/час;
конденсат острого пара XI - XIV ступеней - 35.3 т/час;
конденсат эжекторного пара - 0.8 т/час.
Итого: 727.5 т/час.
Q9 = 727,5 * 29.7 * 4.19 = 90.532 МДж/час.
г) С конденсатом острого пара I ступени:
Q10 = 2.09 * 627.2 * 4.19 = 5.492 МДж/час.
д) С конденсатом острого пара II - IX ступеней:
Q11 = 20.6 * 61.9 * 4.19 = 5.343 МДж/час.
е) С конденсатом острого пара X ступени:
Q12 = 12.5 * 617 * 4.19 = 32.315 МДж/час.
ж) С маточным щелоком из поверхностных конденсаторов:
Q13 = 540 * 3.046 * 59.4 = 97.703 МДж/час.
Разницу определяем из сумм прихода и расхода:
Qприход = 212.132 + 2.112 + 43.454 + 1.584 + 10.956 + 12.412 =
= 282.65 МДж/час.
Qрасход = 45.764 + 1.298 + 90.532 + 5.492 + 5.343 + 32.315 +
+ 97.703 = 278.45 МДж/час.
Q = Qприход - Qрасход = 282.65 - 278.45 = 4.2 МДж/час.
Составляем таблицу и заносим в нее температурные данные:
Таблица 9
|
Приход |
МДж/час |
Расход |
МДж/час |
|
|
Q1 |
212.132 |
Q7 |
45.764 |
|
|
Q2 |
2.112 |
Q8 |
1.298 |
|
|
Q3 |
43.454 |
Q9 |
90.532 |
|
|
Q4 |
1.584 |
Q10 |
5.492 |
|
|
Q5 |
10.956 |
Q11 |
5.343 |
|
|
QKCl |
12.412 |
Q12 |
32.315 |
|
|
Q13 |
97.703 |
|||
|
Итого |
282.65 |
278.45 |
Прочностные расчеты
2.1 Расчет на прочность горизонтального вакуум - кристаллизатора трехступенчатого (6-7-8) ступени
Расчет ведём по литературе /7/.
2.1.1 Расчетная схема аппарата
2.1.2 Исходные данные
Диаметр, D=3000 мм;
Объем аппарата, V=61 м3;
Длина цилиндрической обечайки, l=8000 мм;
Наружное давление, Р=0.087 МПа;
Температура среды в аппарате, t = 68 3 С;
Прибавка к расчетной толщине, с=3 мм;
с = с1 + с2 + с3; где
с1 - прибавка на коррозию, с1 = 1 мм;
с2 - прибавка на компенсацию минусового допуска, с2 = 1 мм;
с3 - прибавка на технологию изготовления, с3 = 1 мм.
Расстояние между опорами, LОП=2000 мм;
Материал, ВСт3;
Модуль продольной упругости, Е=2*105 МПа;
Допускаемое напряжение, []=150 МПа;
Плотность осветленного щелока поступающего на ВКУ, =1246 кг/м3.
2.1.3.Обоснование расчетных параметров.
2.1.3.1 Расчетное давление (величина вакуума):
Р = 86.6 кПа, Р = 0.087 Мпа.
2.1.3.2.Расчетная температура среды в аппарате:
t = 68 + 3 = 71С
2.1.3.3.Расчетный изгибающий момент (максимальный):
М = 0.0215 G * LП, где:
G - Сила тяжести аппарата;
LП - Полная длина аппарата.
G=(m +V * ) * g = (20266 + 61 *1246) * 9.81 = 944.43 * 10-3 Мн.
LП= l + 2H = l+0.5D = 8 + 0.5 * 3 = 9.5 м.
М=0.0215 * (944.43 * 10-3) * 9.5 = 192.9 * 10-3 нм.
2.1.3.4.Расчетная сжимающая сила (максимальная):
F= (f * G)/2 + (PD2) / 4, где:
f - 0.4 коэффициент трения в опорах;
F=0.4 * (944.43 * 10-3) / 2 + (0.087 * 3.14 * 32) / 4 = 0.8 Мн.
2.1.3.5.Расчетное поперечное усилие (максимальное) в местах расположения опор:
Q= G/2
Q= 944.43*10-3/2 = 472.2*10-3 Мн.
2.1.3.6.Расчетная длина обечайки:
lp = l + 2H/3 = l + 0.5D/3
lp = 8000 + 2*750 / 3 = 8000 + 500 = 8.5 м.
2.1.4. Расчет корпуса вакуум кристаллизатора на прочность.
2.1.4.1. Толщина стенки обечайки:
S Sp + c;
Sp = max{K2D*10-2; 1.1pD/2[]}
K1 = (ny/2.4)(p/10-6E) = (2.4/2.4)(0.087/10-6*2*105) = 0.44
K2 = 0.4, по номограмме.
К3 = l/D = 8/3 = 2.67
Sp1 = 0.4*3000*10-2 = 12 мм.
Sp2 = (1.1*0.087*3000) = 0.96 мм.
Sp1 > Sp2, из условия расчета толщины стенки выбираем
Sp1 = 12 мм, окончательно принимаем Sp = 17 мм.
S = 17 +3 = 20 мм.
2.1.4.2. Допускаемое наружное давление.
а) Из условия прочности:
[PH]П = 2[]*(S-C) / (D+S - C)
[PH]П = 2*150*(20-3)*10-3 / (3+20-3)*10-3 = 1.69 Мпа;
б) Из условия устойчивости в пределах упругости lp l0:
lp - расчетная длина обечайки;
8.5 < 43.15 м - условие выполняется.
nx = 2.4 коэффициент запаса устойчивости в рабочих условиях.
С учетом обоих условий:
Условие прочности: [P] > P выполняется.
2.1.4.3. Допускаемое осевое сжимающее усилие.
а) Из условия прочности:
[F] = (D+S-C)(S-C)*[]
[F] = 3.14(3+(20-3)*10-3)(20-3)*10-3*150 = 24.49 Мн.
б) Из условия устойчивости в пределах упругости при
lP /D < 10; 8.5/3 < 10.
С учетом обоих условий:
2.1.4.4. Допускаемый изгибающий момент.
а) Из условия прочности:
[М]п = 0.25 [F]*D
[М]п = 0.25*24.49*3 = 18.37 Мн*м
б) Из условия устойчивости:
[М]E = (D/3.5)*[F]E
[М]E = (3/3.5)*53.4 = 45.39 Мн*м
С учетом обоих условий:
2.1.4.5. Допускаемое поперечное усилие.
а) Из условия прочности:
[Q]П = 0.25D(S-C)*[]
[Q]П = 0.25*3.14*3(20-3)*10-3*150 = 6.01 мН.
б) Из условия устойчивости:
С учетом обоих условий:
2.1.4.6. Условие устойчивости обечайки корпуса:
P/[PH] + F/[F] +М/[М] +(Q/[Q])2 < 1
0.087 /0.15 + 0.19 /17.01 + 0.8 /22.26 + (0.47 /5.22)2 < 1
0.635 < 1, условие устойчивости выполняется.
2.1.4.7.Проверим условие устойчивости на последней (14) ступени:
0.715 < 1. Условие устойчивости выполняется.
2.2 Расчет укрепления отверстия
Расчет ведем по литературе /8/.
2.2.1. Расчетная схема.
2.2.2. Исходные данные
2.2.2.1. Диаметр аппарата, D = 3000 мм;
2.2.2.2. Диаметр штуцера, d = 1320 мм;
2.2.2.3. Длина штуцера, l = 1000 мм;
2.2.2.4. Длина аппарата, L = 8500 мм;
2.2.2.5. Материал аппарата и штуцера, ВСт3;
2.2.2.6. Наружное давление, Р = 0.087 МПа;
2.2.2.7. Коэффициент прочности сварных швов, = 1;
2.2.2.8. Допускаемое напряжение, [] = 150 МПа;
2.2.2.9. Исполнительная толщина стенки обечайки, S = 20 мм;
...Подобные документы
Хлористый винил как представитель моногалоидных производных этиленовых углеводородов. Производство хлористого винила по Остросмысленскому, гидрохлорированием ацетилена и пиролизом дихлорэтана. Производство винилиденхлорида, винилацетата и этиленгликоля.
контрольная работа [3,0 M], добавлен 13.03.2011Характеристика калийных руд. Главные особенности флотационного процесса. Гипотеза избирательной адсорбции кислорода воздуха, электростатическая, смачивания или краевого угла. Адсорбционная гипотеза Белоглазова. Основные флотационные машины и реагенты.
реферат [31,6 K], добавлен 24.06.2013Процесс первичной обработки сильвинита и получение калийных удобрений: характеристика сырья, методы обогащения руды. Производство хлористого калия на Старобинском месторождении ПО "Беларуськалий". Расчет размеров барабанной сушилки в программе Mathcad.
курсовая работа [78,0 K], добавлен 21.03.2012Теоретические основы процесса абсорбции, классификация абсорбционных аппаратов. Взаимодействие насыщенного водного раствора хлористого натрия и углекислого газа в присутствии аммиака с образованием бикарбоната натрия и последующей его кальцинацией.
курсовая работа [807,4 K], добавлен 06.12.2012Блок-схема получения хлорида калия методом галургии, основанным на различной растворимости KCl и NaCl в воде при повышенных температурах. Получение хлорида калия из сильвинита, операции выщелачивания, промывки отвала и осветления насыщенного раствора.
контрольная работа [885,1 K], добавлен 19.12.2016Едкий натр или гидроксид натрия. Химические способы получения гидроксида натрия. Понятие об электролизе и электрохимических процессах. Сырье для получения гидроксида натрия. Электролиз растворов хлористого натрия в ваннах со стальным катодом.
реферат [2,4 M], добавлен 13.03.2007Рассмотрение взаимодействия солей меди с сульфидами аммония, натрия, калия, гидроксидами, карбонатами натрия или калия, иодидами, роданидами, кислотами. Изучение методов очистки сточных вод от соединений натрия, ванадия, марганца и их изотопов.
творческая работа [22,9 K], добавлен 13.03.2010Расчет установки для непрерывного выпаривания раствора нитрата калия, для непрерывного концентрирования раствора нитрата аммония в одном корпусе. Определение температур и давлений. Расчет барометрического конденсатора и производительности вакуум насоса.
курсовая работа [529,5 K], добавлен 15.12.2012История добычи и получения соды, ее способность образовывать термически неустойчивые кристаллогидраты различной степени водности. Определение общей щелочности и потерь при высушивании соды. Расчет процентного содержания в соде хлористого натрия.
лабораторная работа [19,7 K], добавлен 09.12.2012Изменение скорости химической реакции при воздействии различных веществ. Изучение зависимости константы скорости автокаталитической реакции окисления щавелевой кислоты перманганатом калия от температуры. Определение энергии активации химической реакции.
курсовая работа [270,9 K], добавлен 28.04.2015Общая характеристика калия как химического элемента, причины и уровень его реактивности. Распространение в природе калия, своеобразность его геохимического цикла, описание и оценка основных месторождений. Поведение в различных геологических процессах.
реферат [30,5 K], добавлен 06.12.2010Общая характеристика, основные физические и химические свойства оксогидроксида марганца (III), триоксалатоманганата (III) калия, диоксалатодиакваманганата (III) калия, порядок их образования и сферы применения. Синтез MnO(OH) и других соединений.
практическая работа [20,0 K], добавлен 23.03.2011Содержание калийсодержащего минерала – ортоклаза в земной коре, его превращение в каолин (разновидность глины), песок и поташ. Участие ионов калия в биохимических процессах растений. Виды калийных удобрений для почвы. Калий в организме человека.
реферат [22,8 K], добавлен 23.01.2010Происхождение радиоактивных отходов, их классификация. Пурекс-процесс переработки отработанного уранового топлива с использованием трибутилфосфата. Написание программы Gulp framework для расчета твердых растворов вольфрамат-антимонатов калия и цезия.
курсовая работа [2,8 M], добавлен 31.10.2014Способы получения винилхлорида из ацетилена. Газофазное, жидкофазное гидрохлорирование ацетилена. Примеры утилизации хлористого водорода. Термодинамические параметры реакций гидрохлорирования в газовой фазе и значения равновесных выходов хлорэтанов.
реферат [44,1 K], добавлен 12.01.2014Технологический, полный тепловой расчет однокорпусной выпарной установки непрерывного действия для выпаривания водного раствора нитрата калия. Чертеж схемы подогревателя начального раствора. Определение температур и давлений в узловых точках аппарата.
курсовая работа [404,1 K], добавлен 29.10.2011Распределение электронов по орбиталям, которые отвечают высшему энергетическому состоянию атомов хлора и кремния. Молекулярно-ионные и сокращенные ионные уравнения реакций между нитратом свинца и хроматом калия, гидроксидом алюминия и гидроксидом калия.
контрольная работа [158,2 K], добавлен 06.11.2011Теоретический анализ, химизм и механизм процесса получения изопропилбензола методом алкилирования бензола пропиленом в присутствии безводного хлористого алюминия. Кинетика и термодинамика процесса, технические и технологические приемы управления ним.
дипломная работа [121,3 K], добавлен 18.05.2019Получение металлического лантана при нагревании хлористого лантана с калием. Физические и химические свойства лантана, его применение для производства стекла, керамических электронагревателей, металлогидридных накопителей водорода и в электронике.
реферат [18,6 K], добавлен 14.12.2011Методы получения целевого продукта. Термодинамический анализ реакции. Восстановление карбоновых кислот. Реакция глицерина с щавелевой кислотой. Гидрирование пропаргилового спирта. Селективное гидрирование акролеина или пропаргилового спирта над палладием.
дипломная работа [790,2 K], добавлен 18.05.2011
