Сушка влажных материалов

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Технологическая часть

1.1 Теоретические основы процесса

Сушка влажных материалов - технологический процесс или, точнее, совокупность процессов переноса тепла и массы, сопровождающихся биохимическими и структурно-механическими изменениями. При сушке материал не только теряет влагу при фазовом её превращении в результате подвода тепла, но и приобретает новые качества. Поэтому вопросы выбора способа, оптимального режима сушки и конструкции аппарата непосредственно связаны со свойствами материала и требованиями к технологии производства того или иного продукта. Интенсификация процесса сушки также непосредственно связана со свойствами материала. Практически в сушильной техники решаются задачи в двух направлениях: разработка рационального способа сушки и соответствующей конструкции аппарата для новых технологических производств и усовершенствование существующих способов сушки и конструкций аппаратов на действующих производствах.

В ходе процесса сушки различают три следующих друг за другом периода: период подогрева материала, первый и второй - период сушки.

В первый период (подогрева материала) сушки влага материала испаряется с поверхности материала, поскольку она подводится из внутренних слоев в таком количестве, что поверхность остается влажной (подвод из крупных пор). Температура материала в течение этого периода остается постоянной и близка к температуре мокрого термометра. Скорость сушки (количество испаренной влаги в расчете на 1 кг абсолютно сухого материала в единицу времени) в этот период тоже постоянна и имеет наибольшее значение.

Во втором периоде сушки, который начинается с момента достижения критического влагосодержания, скорость процесса определяется скоростью перемещения влаги из внутренних слоев к поверхности; скорость сушки непрерывно падает, пока не достигнет равновесного влагосодержания, и тогда процесс прекращается. Температура материала в этот период непрерывно повышается и к моменту достижения равновесного влагосодержания приближается к температуре окружающей среды (температуре воздуха при конвективной сушке, температуре греющей поверхности - при контактной сушке).

Важно отметить, что даже при высоких температурах теплоносителя в первом периоде сушки, температура материала не намного превышает температуру мокрого термометра. Это позволяет, как будет видно из дальнейшего, высушивать термочувствительные материалы при высоких температурах, при условии, что досушка будет производиться теплоносителем со значительно более низкой температурой во избежание подогрева продукта.

сушка влажный коррозия

1.2 Сравнительная характеристика и выбор технологической схемы установки и основного оборудования

Жидкие материалы можно высушивать в токе перегретого пара в распылительных установках, так как последние хорошо герметизированы. При испарении органических растворителей сушку рационально проводить в среде перегретого водяного пара. Это позволяет получить инертную среду при испарении растворителей, пары которых образуют взрывоопасные смеси. Рассмотрим схему такой установки. Раствор, при сушки которого испаряется органический растворитель, поступает в поверхностный теплообменник и далее на центробежный диск (или в форсунку). Сушильная камера представляет собой герметичную башню. В нее сверху подают перегретый водяной пар при температуре 150-500 С, в зависимости от свойств высушиваемого материала. Высушенный продукт при помощи скребков и шнека выводят из сушки. Смесь паров воды и растворителя проходит очистку в циклоне и далее поступает в теплообменники - конденсаторы, охлаждаемые водой. В теплообменнике выделяется столько тепла, сколько нужно для получения необходимого количества пара для сушки. Конденсат пара и растворителя идет на разделение в сосуд. Нагретую воду из теплообменника можно использовать для технологических или санитарных нужд производства. В испарителе - теплообменнике при помощи турбокомпрессора создают такое разрежение над поверхностью воды, при котором можно получить температуру кипения ее ниже температуры точки росы (конденсации) смеси водяных паров и растворителя. Насыщенный пар турбокомпрессора подается в перегреватель и далее в сушилку. Разрежение можно создать и пароструйным эжектором.

Рассмотрим схему сушки растворов с использованием в качестве теплоносителя паров органического растворителя и предварительным подогревом материала перед распылением.

Раствор из ёмкости насосом подают под давлением 30-100 атм. в теплообменник, где он перегревается до температуры, при которой не происходит изменение его свойств, а затем распыливается насадками в сушильную камеру. Камера может работать под вакуумом или при атмосферном давлении. За счёт аккумулированного тепла часть растворителя испаряется. Дополнительное тепло вводится с перегретыми парами растворителя. Продукт оседает на дне камеры и выводится при помощи скребков через систему затворов. Пары растворителя поступают в конденсатор, куда подают хладагент. Инертные газы, которые выделяются из раствора и попадают в установку через неплотности, отсасываются вакуум-насосом. Растворитель насосом подают в испаритель-подогреватель и далее в сушилку. Установка может работать и по схеме с частичным возвратом отработанных паров растворителя непосредственно в перегреватель, но предварительно они проходят систему пылеочистки. В этом случае, однако, возможен занос поверхностей нагрева продуктом, и, как следствие, неустойчивая работа установки.

Рассмотрим схему комбинированной сушилки НИУИФ для сушки перегретым паром сыпучих материалов. Она предназначена для таких процессов, когда при сушке одновременно выделяется ценное вещество. Причём соотношение водяных паров и выделяемого вещества должно иметь определённое значение. Поэтому для сушки используют перегретый пар с максимально допустимыми начальными температурами, а недостающее тепло подводят кондуктивным способом от обогреваемых газом стенок.

Материал подают в камеру с кипящим слоем. Насыщенный пар, пройдя перегреватель, при температуре до 600 С поступает под решётку. Газ сжигается в топке, куда вентилятором нагнетается воздух. Основная часть топочных газов, пройдя пароперегреватель, выбрасывается паром вентилятором в атмосферу. Часть газов с более высокой температурой подают в рубашку установки, где они движутся по спирали снизу вверх и охлажденные выбрасываются в атмосферу. Для увеличения коэффициента теплопередачи от газа к материалу рубашка ошипована. Материал выгружается по центру камеры непосредственно с решётки через затвор-питатель тарельчатого типа. Перегретые пары из сушилки поступают в циклон и далее - в конденсатор. Инертные газы отсасываются газодувкой.

В схеме сушилки с использованием перегретых паров воды или органических растворителей применение теплообменника с промежуточными твёрдым теплоносителем позволяет нагревать пары воды до 1000 С. Топка работает под давлением. При сушке перегретыми парами наиболее рационально использовать герметичные сушильные аппараты (пневмотрубы, установки с кипящим слоем).

К настоящему времени разработано большое количество различных по конструкции сушилок с кипящем слоем. Рассмотрим наиболее перспективные для промышленности установки.

Однокамерные сушилки с ненаправленным движением материала. Сушильная камера имеет круглое сечение. Она может быть цилиндрической ( при сушке крупнозернистых материалов) или расширяющейся ( для уменьшения уноса мелких частиц из камеры ). Максимальное сечение подбирают из расчёта уноса мелких частиц. Такие установки обычно используют для сушки термостойких материалов, например, хлористого калия, доломита, энергетических углей и т.д.

Камеры с сечением в виде прямоугольника с малым отношением l / d и квадратные камеры с ненаправленным движением материала менее предпочтительны, чем круглые, так как в них больше вероятность застойных зон.

Сушилки с направленным движением материала обычно работают большими скоростями потока материала в слое. Для выравнивания времени пребывания частиц устанавливают перегородки, пережимающие поток материала. Угол наклона решетки принимают в зависимости от скорости кипения, длины решетки и изменения свойств частиц в процессе сушки. Сечение камеры в направлении газового потока может быть прямоугольным или трапециевидным - для уменьшения уноса частиц. Такие сушилки работают с перекрестным потоком материала и агента сушки. Их рекомендуется применять при удалении влаги из трудновысыхающих материалов, для которых необходима высокая равномерность сушки.

В многозонной сушилке зоны располагаются одна на другой, т.е. размеры решеток в зонах одинаковы. Подобные сушилки могут работать с направленным и ненаправленным движением материала. В каждой зоне могут создаваться различные гидродинамические и тепловые режимы, т.к. агент сушки поступает в них отсамостоятельных вентиляторов. Эти сушилки применяют для переработки термочувствительных материалов, свойства которых сильно изменяются в процессе сушки. Расположение зон над другой делают установку компактной, однако область сепарации в них ограничена. Кроме того, опыты доказали, что перетоки, в которых материал перемещается под действием силы тяжести, в случае сушки мелкозернистых материалов работают неудовлетворительно. Поэтому для надежности транспортировки материала из зоны в зону над слоем нижней зоны необходимо поддерживать давление на несколько мм. рт. ст. меньше, чем над верхней, что значительно усложняет эксплуатацию сушилки. В связи с этим сушилки такого типа рекомендуются для крупнозернистых материалов с хорошими сыпучими свойствами.

Рассмотрим сушилки с горизонтальным расположением зон. Распределительный газовый короб разделен перегородками на отдельные камеры, в которые подают агент сушки с определенными параметрами. Каждая зона может работать со своими значениями температуры и скорости газов. Над решеткой зоны не разделяются `порогами`, что обеспечивает беспрепятственное движение полидисперсного материала.

Если не требуется переменная начальная температура газа, то различные гидродинамические режимы в зонах создаются при переменных уровнях решетки, т.е. путем изменения высоты слоя. В установках этого типа ширина решетки обычно одинакова во всех зонах, а различное время пребывания материала в зонах обеспечивается разной длиной зоны или высотой слоя (изменением уровня решетки).

Необходимо отметить, что в многозонных сушилках различие температур в зонах всегда связано с увеличением числа тягодутьевых устройств. Для совмещения процессов сушки и обжига или дегидродации применяют многозначные сушилки с многократным использованием теплоносителя. Для надежной работы аппарата иногда верхнюю решетку делают несколько меньше размер, чтобы унос пыли из второй зоны был меньше. В тех случаях, когда в зоне обжига сжигают природный газ, т.е. обходятся без специального топочного устройства, под решетку подают холодный воздух для сжигания топлива в слое материала.

1.3 Аппараты с кипящим слоем

Если сквозь слой зернистого материала снизу вверх пропускать газ, то, как показывает опыт, поведение частиц материала, образующего слой, будет зависеть от скорости газов. При малых скоростях слой, будет неподвижным, и с увеличением скорости газов происходит только повышение гидравлического сопротивления слоя. По достижении определенной скорости, называемой критической, слой расширяется, становится более пористым, и сопротивление его делается практически постоянным, независимым от скорости газа. Газ, разъединяя и обволакивая частицы материала, уменьшает трение между ними. Слой приобретает свойства жидкости - текучесть и подвижность; уровень слоя располагается горизонтально. Это явление носит псевдоожижения слоя сыпучего материала и сохраняется в значительном диапазоне скоростей газа. При дальнейшем увеличении скорости газа и доведении - ее до так называемой скорости выноса начинается унос сначала мелких фракций материала, а затем весь материал слоя увлекается потоком газа, из аппарата уносится весь материал.

В слое псевдоожиженного материала твердые частицы интенсивно перемешиваются, сквозь них проходят пузырьки газа. Внешне явление напоминает кипение, откуда и произошло название кипящий слой. Перемешивание частиц является основной причиной эффективности процессов, происходящих в кипящем слое. Оно способствует обновлению межфазного контакта и создает условия, благоприятствующие тепло и массообмену между газом и твердым веществом.

Текучесть и подвижность, приобретаемые мелкозернистым материалом при его псевдоожижении, позволяют создать аппараты, в которых с зернистыми материалами обращаются, как с жидкостями, подают их по трубам, заставляют переливаться через сливные пороги, регулируют их течение задвижками.

Простота и высокая эффективность аппаратов с кипящим слоем обеспечили их широкое применение для проведения многих гетерогенных процессов: между твердым телом и газом: обжига, каталитических процессов, газификации топлива, сушки и др.

Применение аппаратов с кипящим слоем позволило во многих случаях отказаться от дорогих, сложных и громоздких аппаратов: полочных гребковых печей, вращающихся барабанов, многочисленных аппаратов с неподвижным слоем.

Достоинством аппаратов с кипящим слоем является также их приспособленность к механизации и автоматизации. Этим аппаратом свойственны и некоторые недостатки: значительные расход энергии на перемещение газа: большой унос мелких фракций; большие размеры и высокая стоимость пылеулавливающих устройств; необходимость в некоторых случаях дополнительного измельчения и подготовки кусковых материалов. Надо также учитывать, что частицы в слое, перемещаясь, сильно истирают соприкасающиеся с ними части аппарата и трубопроводов и сами истираются.

Аппараты с подвижным слоем работают по принципу полного смешения, поэтому в них происходит выравнивание по температурному полю, что благоприятно. Выравнивается также и состав твердого вещества в слое. Последнее обстоятельство уже не является положительным, потому что приводит к снижению движущей силы процесса и может вызвать необходимость проводить процесс в двухкамерных или многокамерных аппаратах.

Недостатки аппаратов с кипящим слоем в большинстве случаев окупаются их достоинствами, что позволяет считать эти аппараты весьма прогрессивными.

Применяют аппараты с кипящим слоем с провальной и беспровальной решеткой. Чаще используют провальные решетки, т.к. они обладают существенным достоинством - они автоматически выводят из зернистого материала слишком крупные, спекшиеся или слипшиеся куски, которые проваливаются в бункер под решетку. Эти куски не способны к псевдоожижению при выбранной скорости, могли бы засорить беспровальную решетку. Поэтому во многих аппаратах устанавливают две решетки: в форкамере под разгрузочной течкой помещают небольшую провальную решетку, исполняющую службу сепаратора крупных кусков, а остальной под выполняют в виде беспровальной решетки с грибками. В печах на провальную решетку форкамеры подают увеличенное количество воздуха с таким расчетом, чтобы скорость его, отнесенная к сечению провальной решетки, была в 1,5 - 2 раза больше, чем в сечении беспровальной решетки. Этим удается предотвратить спекание материала при подаче его в печь и улучшить распределение материала по всему поду.

Схема получения хлористого калия из сильвинита.

Галургический метод получения хлористого калия из сильвинита - циклический процесс с непрерывной циркуляцией в системе насыщенного хлористым натрием растворяющего щелока.

Технологическая схема этого метода включает следующие основные стадии:

1) дробление сырой сильвинитовой руды;

2) выщелачивание сильвинита горячим растворяющим щелоком извлечения в растворе КЛ;

3) обработка полученного после выщелачивания сильвинитовой руды отвала для снижения потерь хлористого калия;

4) выделение из горячего щелока, насыщенного NaCl и KCl, твердых взвешенных частиц в виде солевого и глинистого шламов;

5) противоточная промывка глинистого шлама горячей водой для извлечения из него KCl;

6) охлаждение горячего осветленного щелока с целью кристаллизации KCl с одновременным использованием тепла горячего раствора;

7) отделение кристаллов KCl от маточного раствора и обработка их жирными аминами;

8) сушка кристаллов KCl;

9)нагревание маточного раствора и возвращение его на выщелачивание;

10) удаление или утилизация отходов производства.

Поступающая из шахты сильвинитовая руда состоит из кусков размером до 500 мм. Из зерен сильвинита крупнее 5 мм сильвин выщелачивается не полностью, что приводит к потерям калия с отвалом. Поэтому перед выщелачиванием сырую руду подвергают дроблению. При этом необходимо иметь в виду, что наличие в выщелачиваемом сильвините большого количества мелких частиц ( от 0,2 мм и менее ) приводит к нежелательному увеличению в получаемом растворе глинистого и солевого шламов, поскольку при переизмельчении сильвинита происходит более полное раскрытие вкрапленных в руду частичек глины. Во избежание этого сильвинитовую руду измельчают таким образом, чтобы основную массу составили зерна размером 1 - 4 мм.

Дробление руды осуществляют в 3 стадии: крупное, среднее и мелкое. Крупное дробление сильвинита ( до размера кусков менее 200 мм ) проводят в щековых дробилках, среднее ( до 25 мм ) - в молотковых или конусных и мелкое ( 4 мм и менее ) - в Ванковых дробилках.

С целью снижения количества излишне измельчаемого материала перед каждой дробилкой устанавливаются грохоты для предварительного отделения кусков меньших размеров, чем размер пасти дробилки.

В последнее десятилетие в различных отраслях горнорудной промышленности, в том числе калийное, наличие применять новые дробилки, работающие на принципе ударного действия.

Крупные куски руды попадают на вращающийся ротор, захватываются молотками и отбрасываются на спирально подвешенные к корпусу дробилки отбойные плиты. Вследствие ударов кусков руды о молотки и подвешенные плиты измельчение рудообразующих компонентов происходит преимущественно по плоскостям спайности.

Так как различные кристаллы обладают различным сопротивлением к удару, различной плотностью и структурой, то ударное дробление производит селективное раскрытие составляющих измельчаемой руды и в ряде случаев может применяться для предварительного обогащения.

Ударные дробилки обладают высокой производительностью, а по степени измельчения они превосходят щековые, валковые и обычные молотковые. При дроблении калийной руды на ударной дробилке содержание фракции менее 0,3мм составляет лишь 2%, а пыль( частицы менее 0,06мм) практически не образуется. После дробления сильвинитовая руда поступает на выщелачивание.

Дроблёный сильвинит из солемельницы или промежуточного склада поступает на выщелачивание в два шнековых растворителя. Удаление из растворителя твёрдой соли осуществляется наклонным ковшовым элеватором, который смонтирован вместе с корытом. Ввод и вывод щелока производится через два отверстия, расположенных на боковых стенках растворителя.

Хлористый калий из сильвинита выщелачивают горячим растворяющим щелоком, содержащим 110-130 г/л KCl и около 240 г/л NaCl. Щелок таких параметров направляют во второй растворитель, где он движется навстречу руде и перетекает в первый растворитель. В первом растворителе осуществляется принцип прямотока между перемещающимися относительно друг друга раствором и сильвинитом, а во втором растворителе - принцип противотока.

Отвал из второго растворителя передают в третий растворитель, называемый обычно шнековой мешалкой, куда для выщелачивания направляют нагретый до 70С маточный щелок, а так же промывные воды с противоточной промывкой глинистого шлама и фильтром с планфильтра. Назначение шнековой мешалки состоит не только в дополнительном извлечении хлористого калия из отвала, но и в рекуперации его тепла. Несколько подогретый в шнековой мешалке раствор присоединяют к растворяющему щелоку, направляемому во второй растворитель.

Отвал, извлекаемый из шнековой мешалки, содержит 15-17% маточного раствора, поэтому его промывают горячей водой на планфильтре с целью снижения потерь хлористого калия. Промытый отвал с влажностью 5-6% с помощью ножа непрерывно сбрасывается с фильтра на скребковый транспортёр и удаляется из цеха.

Насыщенный горячий раствор, полученный в отделении растворителя, содержит 245-265 г/л КCl ,270 г/л NaCl и взвешенные мелкие частицы руды, глины, кристаллики высолившегося NaCl. При выщелачивании 1000 кг сильвинита с раствором уносится до 180 кг взвешенных частиц, из которых 160 кг солевых и около 20 кг глинистых.

Чтобы избежать загрязнения готовой продукции указанными примесями, они должны быть удалены из насыщенного раствора перед кристаллизацией КСl.

Выделение взвешанных частиц осуществляют путём осаждения их из раствора в аппаратах различного типа. Для ускорения процесса осаждения используют коагулят в виде щелочного раствора крахмала или водного раствора полиакрамида.Частицы глины, подлежащие удалению, столь мелкодисперсны, что их эффективное осаждение без добавки коагумента было бы невозможно.

Осаждение солевых и глинистых частиц осуществляют обычно в шестиконусном отстойнике-сгустителе.

В первых двух конусах сгустителя осуществляются преимущественно солевые частички, а в следующем- глинистые. Образ-ующиеся солевой и особенно глинистый шламы обладают особенностью удерживать большое количество насыщенного раствора, поэтому для снижения потерь хлористого калия со шлаками их подвергают соответствующей обработке.

Солевой шлам непрерывно перекачивают во второй растворитель, а глинистый шлам периодически спускают в мешалку, откуда после переработки горячей водой с отношением Т:Ж, равным 1:4, передают противоточную промывку, состоящую из 2-4 сгустителей Дорра. Промывные воды с противоточной промывки возвращают в шнековую мешалку, а промытый глинистый шлам выбрасываю в отвал.

Использование противоточной промывки снижает потери хлористого калия с глинистым шламом в 4-5 раз.

Горячий насыщенный раствор после осветления передают на последующие операции. Для выделения из раствора кристаллов КСl его подвергают охлаждению от 90 градусов до 17-20 градусов, которое осуществляют путём самоиспарения раствора под вакуумом. Образующийся при кипении соковый пар используют для нагрева маточных щелоков, идущих на растворение сильвинита, чем достигают рекуперацию эпения. При кристаллизации необходимо получить возможно более крупные кристаллы КСl, что улучшает его товарные качества, а также облегчает проведение дальнейших операций отстаивания, фильтрации и сушки.

Для получения крупных кристаллов необходимо постепенно снижать температуру охлаждаемого раствора, поэтому на современных химических фабриках и заводах используют многоступенчатые вакуум-кристаллизационные установки(ВКУ).

Горячий насыщенный раствор засасывается в первый корпус ВКУ и по переточным трубам перетекает вместе с выпадающими кристаллами КСl из одной ступени в другую. Установка состоит из одного вертикального и шести горизонтальных вакуум-кристализаторов; последние разделены перегордками на 13 ступеней. Внутри ВКУ вакуум постепенно повышается от 440 мм рт.ст. до 740 мм рт.ст., а перепад температур в каждой ступени 4-5 градусов. В этих условиях получают кристаллы хлористого калия следующего гамулолетрического состава.

Размер зерен кристаллов менее 0,15 мм для получения хорошо рассеимого хлористого калия является предельным, поэтому содержание зерен этой фракции в готовом продукте должно строго контролироваться.

При охлаждении за счет испарения насыщенного раствора в ВКУ происходит кристаллизация КСl, но частично может происходить и кристаллизация NaCl.Для предотвращения загрязнения хлористого калия кристаллами NaCl к щелоку в первых четырёх ступенях добавляют конденсант.

Из последней ступени охлажденный раствор с вогнавшими кристаллами КСl самотёком по барометрической трубе сливается в бак хлоркалиевой пульпы.

Соковый пар из первых девяти ступеней вакуум-кристаллизационной установки конденсируется в поверхностных конденсаторах. Конденсацию пара осуществляют путём его охлаждения оборотным маточным щелоком, возвращаемом на растворение после кристаллизации. При этом растворяющий щелок нагревается до 70 градусов. Дальнейшее его нагревание до 13-115 градусов Цельсия проводится в трубчатом подогревателем паром с давлением 2-3 атм. С такой температурой растворяющий щелокперекачивают на выщелачивание сильвинита в шнековые растворители.

Соковый пар из последних пяти ступеней вакуум-кисталлизационной установки не используется для нагревания маточного щелока, а конденсируется в пяти конденсаторах смешения, орошаемого водой. Величина вакуума, а следовательно и температуа маточного раствора в XIV ступени ВКУ зависят от температуры воды, подаваемой в последний конденсатор смешения. Зимой, когда вода холоднее, щелок охлаждается до 15-18 градусов,а в летнее время до 25-27. Вакуум в корпусах ВКУ создаётся с помощью системы конденсаторов, паровых эжекторов и вакуум-насосов путем конденсации сокового пара и отсоса выделяющихся из раствора газов.

Система отсоса паровыми эжекторами паровоздушной смеси построена таким образом, что эта смесь нагнетается из каждой последующей ступени в предшествующую, благодаря чему в системе создаётся ступенчатый вакуум.Из последнего вспомогательного конденсатора паровоздушная смесь через брызгаловитель вакуум-насосм выбрасывается в атмосферу.

Конденсат из первых четырёх поверхностных конденсаторов возвращается в I-IV ступени ВКУ на разбавление насыщенного раствора, а из последующих пяти поверхностных конденсаторов по барометрической трубе сливается в пременый бак. Этот конденсат используется для промывки отвала из растворителей и глинистого шлама.

Свежая вода и конденсат, образовавшийся в конденсаторах смешения и вспомогательных конденсаторах,самотёком перетекают из одного конденсатора в другой и через барометрическую трубу выводятся из системы.

Из бака маточный раствор и вогнавшие кристаллы КСl попадают в многоконусный сгуститель. В калийной промышленности обычно применяются шестиконусные сгустители.Осветленный маточный раствор возвращают из конусов растворения, а сгущенную пульпу хлористого калия из конусов сгустителя с соотношением Ж:Т=1:2 перекачивают насосом в бак с мешалкой, откуда она самотеком перетекает для фильтрации в центрифуги.В калийной промышленности работают автоматические центрифуги полунепрерывного действия.В процессе фильтрации и промывки КСl освобождается от маточного раствора, а также от части выкристаллизовавшегося NaCl.В зависимости от режима промывки после сушки можно получить продукт с содержанием до 98,0% КСl.Влажность осадка после центрифуг составляет 5-7%.

Имеет опыт фильтрации хлоркалиевой пульпы на пульсирующих центрифугах непрерывного действия, причем отмечается хорошая их работа по сравнению с центрифугами полунепрерывного действия. Принцип действия пульсирующей центрифуги заключается в том, что непрерывная выгрузка осадка осуществляется при помощи пульсирующего поршня, который вращается вместе с барабаном центрифуги и совершает по 12-16 возвратно-поступательных ходов в минуту.

Для снижения слеживаемости получаемого хлористого калия в сгущенную хлоркалиевую пульпу перед фильтрацией вводят 1%-ный водный раствор первичных жиров аминов с числом ушеродных атомов С16-С20 из расчета 180г добавки амина на 1т готового продукта.

После центрифуги хлористый калий направляют в сушильное отделение.Обычно сушку осуществляют во вращающемся

трубчатом барабане топочными газами, полученными сжиганием угля, мазута или природного газа и подаваемыми внутрь барабана.

Температура топочных газов на входе в сушилку 800-900 градусов, поэтому во избежание сильного перегрева и плавления КСl горячие топочные газы и влажный материал поступают в барабанную сушилку приемотоком. Отходящие газы с температурой 140-160 градусов, пройдя систему послеулавливания, долгососом выбрасываются в атмосферу. Высушенный хлористый калий с влажностью 0,5-1% отправляют на склад готовой продукции.

Сушильный барабан представляет собой стальной цилиндр. Для передвижения и перемешивания материала он вращается со скоростью 4-10 об/мин. Величина удельного власосъёма при конечной влажности КСl 1,0% составляет 35-45 кг/м3 час.

В последние годы для сушки различных материалов широкое распространение получили сушилки с кипящим слоем. Они применяются и для сушки хлористого калия.

1.4 Описание технологической схемы установки

Дымовые газы из топки с температурой 700-750градусов поступают в сушилку. Температура материала в слое 130градусов,а отходящих газов 100-115 градусов. Из сушилки хлористый калий с влажностью 0,5% непрерывно отправляют на склад. В зависимости от гранулометрического состава высушиваемого хлористого калия выносе его из слоя с отходящими газами составляет 5-25% загрузки. Для выделения хлористого калия из отходящих газов их пропускают через послеосадительную камеру и батарею цикионов. Для окончательной очистки газы промывают водой в пенном аппарате и выбрасывают атмосферу.

Расходные коэффициенты на 1 т 95%-ного КСl по галурическому методу составляют: 5 т сильвинита( в расчете на содержание в руде 22% КСl); 0,75 т пара; 25 кВт/ч электроэнергии; 9м3 воды;15 кг условного топлива, 180 первичных аминов; 12г полиакриламида. Общая степень извлечения КСl равна 90-92%. Остальная часть КСl теряется с галитовыми отходами, глинистым шламом, дымовыми газами, а также в виде механических потерь.

Оборудование, применяемое в производстве КСl галурическим методом

В производстве хлористого калия галурическим методом для дробления и выщелачивания сильвинитовой руды, нагревания, охлаждения, отстаивание очистки оборотных щелоков, кристаллизации из них хлористого калия, фильтрации пульп и суспензий, сушки хлористого калия, а также для дозировки и перемещения твердых материалов, растворов и суспензий применяется разнообразное оборудование.

Большая часть оборудования, например дробилки, грохоты, вакуум-фильтры, центрифуги, кожухотрубчатые теплообменники, конденсаторы смешения, отстойники Дорра, центробежные насосы, вакуум-насосы, циклонитинывые; некоторые же аппараты специфичны для этого производства.

Рассмотрим основные аппараты, специфичные для производства КСl галурическим методом.

Аппараты для выщелачивания сильвинита.

Для выщелачивания сильвинита могут быть использованы аппараты различной конструкции. Впервые для этой цели были применены вертикальные цилиндрические выщелачиватели.

Сильвинит загружают в аппарат сверху на наклонную колосинковую решетку. Система истуцеров позволяет пропускать растворяющий щелок сверху и снизу. Выщелоченный галитовый отвал извлекают снизу через разгрузочный люк. Аппарат прост по устройству, по механизации выгрузки отвала из вертикального выщелачивания сопряжена с известными трудностями, поэтому в калийной промышленности ныне повсеместно применяют горизонтальные шнековые растворители.

Этот аппарат представляет стальное корыто, в котором вращается шнековая мешалка. Мешалка служит не только для перемещения сильвинита, но и обеспечивает хороший контакт между выщелачиваемым материалом и растворяющим щелоком. Корыто растворителя состоит из нескольких царг и покрыто сверху крошкой. Внутри корыта имеются не доходящие до дна перегородки, благодаря которым улучшается контакт щелока с рудой. Для подогрева раствора в растворитель через дюзы, укрепленные на стенке корыта, вводят острый пар.

Чтобы устранить вибрации стенок растворителя, применяют бесшумный подогреватель, который снабжен диффузором и соплом. При пропускании через диффузор острого пара в отверстие сопла засасывается раствор, который нагревается, смешиваясь с греющим паром. На некоторых заводах ля подогрева раствора используют трубчатые поверхностные подогреватели, монтированные на боковых стенках корыта растворителя. Зарастание трубок подогревателя слоем соли резко снижает коэффициент теплоотдачи и, следовательно эффективность таких подогревателей.

Мешалка шнекового растворителя состоит из вращающегося вала, на который насажены крестовины. К ним прикреплены отдельные части шнековой спирали. Стальной вал вращается на чугунных подвесках, укрепленных на боковых стенках корыта. Удаление из шнекового растворителя галистого отвала осуществляется наклонным элеватором, который смонтирован на торце корыта. Элеватор состоит из ковшей с сетчатыми сетками. Ковши укреплены на движущихся цепях. Для предотвращения кристаллизации сами ковши элеватора непрерывно промывают горячей водой.

Аппаратура для галитового отвала. После шнековых растворителей галитовые отвалы содержат до 12% маточного раствора. Для снижения потерь КСl отвалы необходимо подвергнуть фильтрации и промывке водой. Галистые отвалы хорошо фильтруются, поэтому для этой цели можно применять фильтры любой конструкции, обладающие достаточно высокой производительностью. Обычно используют горизонтальный вакуум-фильтр непрерывного действия, называемый планфильтром. Аппарат прост по устройству и обладает высокой производительностью. Он состоит из неподвижной станины, на которой вращается горизонтальная планшайба, именующаяся фильтрующей поверхностью. Планшайба разделена на 16 ячеек, каждая из которых резиновым шлангом соединена с распределительной головкой. Планшайба в качестве фильтрующей поверхности снабжена бронзовыми листами, имеющими отверстия. Влажный материал подают на фильтр, и он непрерывно движется к разгрузочному устройству. С помощью неподвижной планки материал равномерно разравнивается на фильтре. Воздух и раствор, отсасываемые за счет разряжения, создаваемого под фильтрующей тканью, через распределительную головку и отсасывающую трубку удаляются в вакуумную систему. Промывка отвала осуществляется водой с помощью специального брызгала. Конечная влажность и отфильтрованного отвала составляет 5-6%. Для удаления с планшайбы отфильтрованного отвала служит нож, которым материал непрерывно сбрасывается на транспортер.

Скорость вращения планшайбы- 1об/мин. Разряжение под фильтрующей тканью- 100-150 мм рт.ст. Диаметр планшайбы- 5000 мм. Удельная производительность планфильтра при фильтрации галистовых отвалов- 12-14т/м2 *час.( пи конечной влажности материала 6%).

Аппаратура для осветления(отстаивания) насыщенного раствора. Для выделения из насыщенного раствора солевого и глинистого шлама применяют отстойники(сгустители) различных конструкций: типа Брандес, многокорпусные, механические типа Дорра. Для сгущения хлоркалиевой пульпы также используют многокорпусные отстойники(сгустители).

Отстойник Брандеса, применяемый для осаждения солевого шлама- это цилиндрический аппарат с коническим днищем. Оставляемый раствор поступает в отстойник по центральной трубе 7. Слив отводят сверху из кольцевого желоба 2 через штуцер 3. Сгущенный солевой шлам периодически скачивают из конусообразной части отстойника через штуцер 4. Чтобы устранить налипание солевого шлама на стенки аппарата и придать пульпе подвижность, аппарат снабжен мешалкой 6.

Отстойники Брандеса бывают разных размеров: диаметр от 3600 до 6000 мм, площадь осаждения- от 10 до 28 мм2. Высота цилиндрической части 2500 мм.

Чаще применяют многокорпусные отстойники. Верх многокорпусного отстойника представляет собой прямоугольный ящик, а низ заканчивается обычно шестью конусами, каждый из которых снабжен вертикальной рамной мешалкой. Скорость вращения мешалки 1 об/мин. Корпус отстойника стальной, футированный внутри керамической плиткой на диабазовой замазкеТ. Обычно применяют шестиконусные отстойники 24 м длины и 4 м ширины.

Аппаратура для охлаждения раствора и кристаллизации хлористого калия. На большинстве калийных предприятий охлаждение насыщенного раствора и кристаллизацию хлористого калия осуществляют в многоступенчатой ВКУ. ВКУ состоит из следующих основных аппаратов: ваккум-корпусов, поверхностных конденсаторов, конденсаторов смешения, пароструйных эжекторов.

В качестве вакуум-кристализаторов используют аппараты горизонтального и вертикального типов.

Вертикальный вакуум-кристаллизатор представляет собой полый стальной цилиндрический барабан, гулсмированный шестовой резиной. Насыщенный раствор поступает на зеркало испарения через штуцер 3, а соковый пар через ловушку-каплеотделитель 5 направляется в поверхностные конденсаторы.

Горизонтальный вакуум-кристаллизатор- это стальной цилиндрический барабан, снабженный мешалкой. Горизонтальные вакуум-кристаллизаторы бывают одно-;двух- и трехступенчатые. В последних случаях барабан перегораживают вертикальными перегородками, снабженными отверстиями. Соковый пар и воздух отводят в поверхностный конденсатор через паровой штуцер. Чтобы смыть соль, кристаллизирующееся на поверхности стенок аппарата, в него подают горячую воду по трубопроводу.

Мешалка приводится в движение электродвигателем через редуктор. Скорость ее вращения-16 об/мин. Для герметизации корпуса вал мешалки снабжен сальниками с водяным затвором. Наличие мешалки снижает налипание выпадающих кристаллов солей на стенках аппарата, способствует самоочищению хлористого калия от совместно выпавших кристаллов хлорида натрия, а также получению более крупных кристаллов соли. Кроме того, они обладают меньшим гидростатическим эффектом и большим зеркалом испарения. Однако в горизонтальном аппарате вследствие небольшой величины парового пространства капли раствора увлекаются с паровоздушной смесью, что приводит к кристаллизации солей в трубопроводе. По этому поводу по ходу раствора первыми ставят вертикальные вакуум-кристаллизаторы, а затем-горизонтальные.

1.5 Защита оборудования от коррозии

Растворы солей и пульпы, подвергаемые переработке при галурических и фиотационных методах получения хлористого калия, разрушают аппаратуру за счет коррозии и эрозии. Горячие растворы(90-100 градусов) в несколько раз агрессивнее холодных(25 градусов).

Производственный опыт показывает, что срок службы дисков насосов из серого чугуна, перекачивающих горячие растворы с солевыми и глинистыми шламами не превышает двух недель, а перекачивающих холодные пульпы составляет два-три месяца.

Для предохранения от коррозии аппараты и трубопроводы изготовляют из специальных сталей и пластмасс, а также применяют различные покрытия. Так, насос делают из нержавеющей стали, содержащей 17% хрома. Днище растворителя покрывают стальными листами, корпуса сгустителей и сборников, заполняемых горячими растворами, футируют плитками из диабоза, антешиста. Вакууум-корпуса гумлируют листовой резиной. Трубки в подогревателях и поверхностных конденсаторах изготовляют из алюминиевой бронзы. Стальные трубы гумлируют, покрывают асбовинилом, снабжают фарфоровыми вставками, либо выполняют из фаолита, асбоцемента.

Слеживаемость хлористого калия

При хранении некоторых порошкообразных продуктов, состоящих из частиц разных размеров, происходит уплотнение и склеивание частиц с превращением сыпучего материала в плотную монолитную глыбу. Этот процесс называется слеживанием.

2. Расчетная часть

2.1 Расчет сушилки с псевдоожиженым слоем

Производительность сушилки Gк=7 кг/с; содержание фракций частиц в материале;

диаметром от 0,15 до 0,3 мм-25%;

диаметром от 3,0 до 5,0 мм-75%;

влажность материала

начальная м=13%

конечная м_к=0,65%

температура влажного материала и₁=18^оС;

параметры свежего воздуха:

температура t₀=18^оС

относительная влажность ц₀=72%;

давление в сушилке - атмосферное;

удельные потери тепла в окружающую среду на 1 кг испарений влаги q_n=22,6 кДж/кг (что соответствует примерно 1% тепла, затрачиваемого на испарение 1 кг воды).

1.1 Определение расхода воздуха, скорости газов и диаметра сушилки.

Расход влаги, удаляемой из высушиваемого материала определяем по уравнению:

W=Gk

Где G_k - производительность сушилки, кг/с;

м_н и м_к - начальная и конечная влажность материала, соответственно, %

W=7?=0,9937 кг/с

Определим параметры отработанного воздуха.

Для этого примем температуру его t₂=60^оС, что позволит достаточно полно использовать тепло сушильного агента. Обычно температуру материала в псевдоожиженном слое принимают на 1-2 градуса ниже температуры отработанного воздуха. Тогда температура материала в слое равна 58^оС. Принимая модель полного перемешивания материала в псевдоожиженном слое, можно считать температуру высушенного материала равной температуре материала в слое, т.е. и₂=58^оС.

Рассчитаем внутренний тепловой баланс сушилки по уравнению:

Д=сQ₁+q доп - (qm+qм+qn)

Где Д - разность между удельным приходом и расходом тепла непосредственно в сушильной камере; кДж/кг

С - теплоемкость влаги во влажном материале при температуре и₁,кДж/кгК;

qдоп - удельный дополнительный подвод тепла в сушилку, кДж/кг влаги, при работе сушилки по нормальному сушильному варианту qдоп=0;

qm - удельный расход тепла в сушилке, при учете транспортных средств, кДж/кг влаги; в данном случае qm=0

qм - удельный расход тепла с высушиваемым материалом, кДж/кг влаги, qм=G_к?С_м(и₂- и₁)/W

С_м - теплоемкость высушенного материала, равная 1,14 кДж/кгК (1, стр. 444)

и₂ - температура высушенного материала на выходе из сушилки, ^оС

qn - удельные потери тепла в окружающую среду, кДж/кг влаги

Д=4,06?18-=-208,7 кДж/кг влаги

На диаграмме J-x (2, стр. 169, рис. Х-5) по известным параметрам t=18^оС и ц=50% находим влагосодержание Х₀ и J₀ свежего воздуха: Х₀ =0,011/кг сухого воздуха;

J₀=58 кДж/кг сухого воздуха.

При нагревании воздуха до t₁=227^оС его энтальпия увеличивается до J₁=235 кДж/кг сухого воздуха; так как нагрев сушильного агента осуществляется через стенку, влагосодержание остается постоянным: Х₀=Х₁. Для определенных параметров отработанного воздуха, необходимо на диаграмме J-x построить рабочую линию сушки. Зададим произвольное значение влагосодержания воздуха Х=0,06 кг влаги/кг сухого воздуха. Соответствующее ему значение энтальпии находим по уравнению:

Д=(I-I₁)/(Х-Х₁) или I=I₁+Д(Х-Х₁)

I=235+208,7(0,06-0,011)=245 кДж/кг сухого воздуха.

Далее проводим линию сушки на диаграмме J-x через две точки с координатами Х₁=Х₀=0,011 кг/кг, J₁=235 кДж/кг и Х=0,06 кг/кг, J=245 кДж/кг до пересечения с заданным параметром отработанного воздуха t₂=60^оC. В точке пересечения линии сушки и изотермы 60^оС находим конечное влагосодержание отработанного воздуха Х₂=0,026 кг/кг.

Расход воздуха L на сушку рассчитываем по уравнению:

L=W/(Х₂-Х₀)

Где W - расход влаги, удаляемой из высушиваемого материала, кг/с;

Х₂ - влагосодержание отработанного воздуха, кг влаги/кг сухого воздуха; Х₀ - влагосодержание свежего воздуха, кг влаги/кг сухого воздуха. L=0,9937/(0,026-0,011)=6,6 кг/с. Средняя температура t_ср воздуха в сушилке:

t_ср=(t₁+t₂)/2

Где t₁ - температура в сушильном аппарате, ^оС;

t₂ - температура отработанного воздуха, ^оС;

t_ср=(227+60)/2=143,5 ^оС

Среднее влагосодержание воздуха в сушилке

Х_ср=(Х₀+Х₂)/2

Где Х₀ - влагосодержание свежего воздуха, кг/кг

Х₂ - влагосодержание отработанного воздуха, кг/кг

Х_ср=(0,011+0,026)/2=0,0185 кг/кг

Среднюю плотность воздуха с_ср и водяных паров находим по следующим уравнениям:

с_ср=

с_ср=

где Мсв и Мв - момерный вес свежего воздуха и водяных паров, соответственно, г/моль

х_о - момерный объем, равный 22,4 л/моль

t_ср - средняя температура воздуха в сушилке, ^оС

с_ср==0,85 кг/м³

с_ср==0,53 кг/м³

Средняя объемная производительность по воздуху V:

V=L/ с_ср+Х_срL/с_в

Где L - расход воздуха на сушку, кг/с;

с_ср, с_в - средняя плотность воздуха и водяных паров, соответственно, кг/м³;

Х_ср - среднее влагосодержание воздуха в сушилке, кг влаги/кг сухого воздуха.

V=6,6/0,85+0,0185?6,6/0,53=7,9 м³/с

Далее рассчитывают фиктивную (на полное сечение аппарата) скорость начала псевдоожижжения щ_ж:

щ_ж=Reм_ср/с_срd_э

где Re= - критерий Рейнольдса;

Ar=d³_эс_срqс_r/м²_ср - критерий Архимеда;

м_ср - вязкость воздуха при средней температуре, равна 3,1?10^-5 (3, стр. 823, прим. XIII);

d_э=1/ - эквивалентный диаметр полидисперсных частиц;

n - число фракций

mi - содержание i-й фракций, масс. Доли;

di - средний ситовый размер i-й фракций, м.

Рассчитаем d_э:

d_э==0,8?10^-3 м

Критерий Архимеда:

Ar==9,69?10⁴

Критерий Рейнольдса:

Re==34,6

Скорость начала псевдоожижения

м_нс==0,577 м/с

Верхний предел допустимой скорости воздуха в псевдоожиженном слое определяется скоростью свободного витания (уноса) наиболее мелких частиц. Эта скорость определяется по уравнению:

щ_св=

где м_ср и с_ср - вязкость и плотность сушильного агента при средней темературе;

d - наименьший диаметр частиц материала, м;

Ar - критерий Архимеда;

с_r - плотность частиц высушиваемого материала, кг/м³

Критерий Архимеда для частиц хлорида калия диаметром 0,15 мм, равен Ar==0,95?10⁴

Скорость свободного витания (уноса):

щ_св==1,24 м/с

Рабочая скорость щ сушильного агента выбирается в пределах от щ_св до щ_ж. Эта скорость зависит от предельного числа псевдожижения

К_пр=щ_св/щ_ж

Если К_пр превышает 40-50, то рабочее число псевдожижения К_щ рекомендуется выбирать в интервале от 3 до 7; если К_пр меньше 20-30, то значение К_щ=щ/щ_ж можно выбирать в интервале от 1,5 до 3.

В данном случае К_пр=1,24/0,577=2,15

Примем К_щ=2,3. Тогда рабочая скорость сушильного агента равна: щ=К_щ?щ_ж

щ=2,3?0,577=1,3 м/с

Диаметр сушилки d определяют из уравнения расхода:

щ=V/0,785 d²

d=

где V - средняя объемная производительность по воздуху, м³/с;

щ - рабочая скорость сушильного агента, м/с

d==2,5 м.

2.2 Определение высоты кипящего слоя

Высота кипящего слоя высушиваемого материала может быть определена на основании экспериментальных данных по кинетике как массо-, так и теплообмена. Приведем расчет высоты кипящего слоя, необходимой для удаления свободной влаги, двумя указанными методами.

Приравнивая уравнения материального баланса и массоотдачи, получим:

dM=щс_срSdX=в_y(Х*-Х)dF

где М - производительность сушилки по испарившейся влаги, кг/с; S - поперечное сечение сушилки, кг/с; S - поперечное сечение сушилки, м³; Х,Х* - рабочее и равновесное влагосодержание воздуха, кг влаги/кг сухого воздуха; F - поверхность высушиваемого материала, м²; с_св - плотность сухого воздуха при средней температуре в сушилке, кг/м³.

При условии шарообразности частиц заменим поверхность высушиваемого материала df на df=[6(1-е₀)/d_э] Sdn, где n - высота псевдоожиженного слоя, м. Разделяя переменные и интегрируя полученное выражение, при условии постоянства температур частиц по высоте слоя находим:

==0,543

Порозность псевдоожиженного слоя е при известном значении рабочей скорости может быть вычислена по формуле:

е=

Критерий Рейнольдса:

Re=

Где х - рабочая скорость сушильного агента, м/с; d_э - эквивалентный диаметр полидисперсных частиц материала; м;

С_ср - плотность сухого воздуха при средней температуре в сушилке, кг/м³;

м_ср - вязкость сухого воздуха при средней температуре в сушилке, мс/м²

Re==35

Критерий Архимеда равен 9,69?10⁴. Тогда:

Е==0,388 м³/м³

Коэффициент массоотдачи в_у определяют на основании эмперических зависимостей; при испарении поверхностной влаги он может быть рассчитан с помощью уравнения:

N_uy=2+0,51Re^0,52?P_ry^0,33

Где N_uy=в_уd_э/D - диффузионный критерий Нуселота;

P_ry=м/сD - диффузионный критерий Прандтия.

Коэффициент диффузии водяных паров в воздухе средней температуре в сушилке D(м²/с) равен:

D=D₂₀

Где D₂₀ - коэффициент диффузии водяных паров в воздухе при 20^оС D₂₀=21,9?10^-6 м²/с;

T_ср - средняя температура воздуха в сушилке

D=21,9?10^-6=4,1?10^-5 м²/с

P_ry=м/сD

Где м - вязкость воздуха при средней температуре

с - плотность воздуха при средней температуре, кг/м³

D - коэффициент диффузии водяных паров в воздухе при средней температуре в сушилке, м²/с

P_ry==0,91

Коэффициент массоотдачи из уравнения (20) равен:

В_у=(2+0,51Re^0,52?P_ry^0,33)

Где D - коэффициент диффузии водяных паров в воздухе при средней температуре в сушилке, м²/с;

d_э - эквивалентный диаметр полидисперсных частиц материала, м;

Re - критерий Рейнольдса;

P_ry - диффузионный критерий Прандтия

В_у=(2+0,51?35^0,52?0,91^0,33)=0,263 м/с

Подставляя вычисленные значения в уравнение:

=exp[-]

Определим высоту псевдоожиженного слоя высушенного материала h:

0,543=exp(-)

Откуда h=4?10^-3 м.

Проверим правильность определения величины h по опытным данным для теплоотдачи в псевдоожиженнох слоях. Приравниваем уравнение теплового баланса и уравнение теплоотдачи:

dQ=щс_срсSdt=d(t-t_м)df

где с - теплоемкость воздуха при средней температуре, равная 1010 Дт/кгК, h - коэффициент теплоотдачи, Вт/м²К; с=1010 Дт/кгК; t - температура газа;

t_м - температура материала, ^оС.

Разделяя переменный и интегрируя полученное выражение, получим:

=exp[-]

Сначала определим высоту псевдоожиженного слоя, необходимую для испарения поверхностной влаги материала. Высота псевдоожиженного слоя h является той же самой величиной, что и рассчитанная по уравнению(24).

Принимая модель полного перемешивания материала в псевдоожиженном слое, можно считать температуру материала мокрого термометра. Последнюю находим по параметрам сушильного агента с помощью J-X диаграммы. Она равна t_м=38^оС.

...