Отделение вакуум-кристаллизации БКПРУ-4 в производстве KCI

Министерство  образования и науки РФ 
Федеральное бюджетное учреждение высшего профессионального образования

ПЕРМСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ  УНИВЕРСИТЕТ

БЕРЕЗНИКОВСКИЙ  ФИЛИАЛ

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

 

по  дисциплине "Основы химического производства"

 

на  тему: «Отделение вакуум-кристаллизации

БКПРУ-4 в производстве KCI»

 

 

 

                                                                                        Работу выполнила

студентка

группы  ЭиУ-09-з-1

Постникова  Е.С.

 

Работу  проверил

Преподаватель

кафедрой ХТиЭ

Норина  Н.В.

 

 

 

 

 

 

 

Березники

2013 год

Содержание

Введение……………………………………………………………………3

1. Кристаллизация хлористого калия.………………………………………6
2. Физико-химические свойства хлористого калия………………………..9
3. Описание основного аппарата…………………………………………...16
4. Материальный баланс отделения………………………………………..17
5. Отходы производства…………………………………………………….20
6. Заключение………………………………………………………………..24
7. Список литературы……………………………………………………….25

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Введение

Проект производства галургического хлористого калия на обогатительной фабрике БКПРУ-4, разработанный в 1984 году «ВНИИ Галургии», предусматривал две параллельно работающие технологические линии («А» и «Б») мощность по   625 тыс.т 100 % К₂О каждая. Общий объем производства должен был составить ~2 млн.т продукта в год в натуре. Технология производства хлористого калия с выбором оборудования для процессов рудоподготовки, выщелачивания хлорида калия из сильвинитовой руды, сгущения солевого шлама, осветления насыщенного раствора, обезвоживания галитового отвала были разработаны ВНИИГом.

Проект установки регулируемой вакуум-кристаллизации (РВКУ) по получению  хлористого калия на БКПРУ-4, разработанный  фирмой Lurgi Umwelt und Chemotechnik CmbH (Германия) в 1981 году, включал две технологические линии РВКУ, которые были смонтированы фирмой Lurgi. Каждая технологическая линия состоит из семи вакуум-кристаллизаторов. Оборудование для обезвоживания кристаллизата хлорида калия, его сушки, обеспыливания, охлаждения, классификации и обработки получаемого продукта реагентами-антислеживателями также были разработаны фирмой Lurgi.

Оборудование сушильного отделения, которое расположено в отдельном корпусе и включает три технологических линии сушки, одна из которых резервная, две технологические линии классификации, охлаждения и обеспыливания продукта было смонтировано полностью.

Однако по всем стадиям технологического процесса была смонтирована только одна технологическая линия  «Б», которая была введена в эксплуатацию в 1992 году на объем производства 1 млн.т «98 %» -ного хлористого калия в год.

В настоящее  время, в связи с ростом спроса и цен на хлористый калий на мировом и внутреннем рынках, обогатительная фабрика БКПРУ-4 работает на нагрузках, превышающих предусмотренные проектом, и ОАО «Уралкалий» рассматривает возможности дальнейшего увеличения объемов производства.

Характеристика  производимой продукции

Производимой  продукцией является хлористый калий, получаемый в результате галургической  переработки сильвинитовой руды методом растворения с последующей регулируемой вакуум - кристаллизацией хлорида калия из насыщенного осветленного раствора.

Основное вещество продукта - хлорид калия KCI - имеет относительную молекулярную массу 74,55, плотность 1,99 г/см³ при 20 ^оС, температуру плавления 776 ^оС, температуру кипения ~1500 ^оС, стандартную молярную теплоемкость (С_р^о), равную 51,29 Дж/(моль.К) при 25 ^оС.

Гигроскопическая  точка хлористого калия при 25 ^оС, в зависимости от содержания примесей в продукте, составляет 72-81 % относительной влажности. Насыпная плотность хлористого калия, получаемого способом регулируемой вакуум-кристаллизации, составляет, по практическим данным, 0,95-1,35 т/м³; угол естественного откоса 25-30 градусов.

В соответствии с проект института Ercosplan должен осуществляться выпуск хлористого калия с массовой долей К₂О не менее 62 %. Нормативной документацией являются Технические условия 2184-072-00209527-2001 «Калий хлористый 98 %». 

Продукт, выпускаемый  в соответствии с ТУ 2184-072-00209527-2001  должен отвечать требованиям и нормам, указанным в таблице 1.

Таблица 1. - Физико-химические показатели хлористого калия, выпускаемого в соответствии с ТУ 2184-072-00209527-2001

 

Наименование показателя	Норма
1 Внешний вид	Обеспыленные кристаллы серовато-белого цвета
2 Массовая доля хлористого калия  в пересчете на К20, %, не менее	62
3 Массовая доля воды,  %, не  более	0,5
4 Гранулометрический состав (массовая  доля фракций):
от 0,10 до 1,25 мм, %, не менее	90
менее 0,10 мм, %, не более	3
5 Рассыпчатость, %	100

 

На БКПРУ-4 обработку  хлористого калия осуществляют  с получением «белого» и окрашенного («розового») продукта. При выпуске «белого» продукта обработку хлористого калия осуществляют смесью, содержащей антислеживатель - железистосинеродистый калий, соду и пылеподавитель. При выпуске «розового» продукта обработку получаемого хлористого калия осуществляют красящей суспензией, содержащей антислеживатель - железистосинеродистый калий, пылеподавитель и пигмент красный железоокисный, окрашивающий продукт в розовый цвет.

Массовая доля железистосинеродистого калия в готовом продукте должна составлять не менее 0,0030 %.

По требованию потребителя допускается выпуск хлористого калия, не обработанного антислеживателем; при этом показатель «Рассыпчатость» не нормируется.

Хлористый калий  должен храниться в складских помещениях, исключающих попадание атмосферных осадков и грунтовых вод.

Хлористый калий  отгружают в упакованном виде или насыпью в крытых железнодорожных вагонах (минераловозах, зерновозах).

Хлористый калий упаковывают в  бумажные, многослойные мешки, в мешки из полимерных материалов или в мягкие специализированные контейнеры, пригодные для транспортировки сыпучих продуктов.

Хлористый калий  выпускают как для реализации на внутреннем рынке, так и для  поставок на экспорт. Отдельные требования к качеству, упаковке и транспортировке хлористого калия, поставляемого на экспорт, могут быть изменены в соответствии с договором (контрактом) на поставку.

 

1. Кристаллизация хлористого калия

 

Кристаллизация  хлористого калия осуществляется на установке регулируемой вакуум-кристаллизации, состоящей из 7 корпусов поз.4.2-2D01-07, расположенных последовательно.

На установке  вакуум-кристаллизации происходит ступенчатое  выпаривании воды из насыщенного раствора под вакуумом с одновременным охлаждением раствора. Вакуум создается за счет конденсации растворного пара и отсоса несконденсировавшегося пара и воздуха системой паровых эжекторов и водокольцевых вакуум-насосов. Кристаллизация хлорида калия осуществляется как за счет снижения температуры раствора, так и за счет уменьшения количества воды в растворе в связи с ее испарением.

На установке  регулируемой вакуум-кристаллизации охлаждение насыщенного раствора происходит от 95-97 ^оС до 30-40 ^оС. Температура, до которой возможно охлаждение насыщенного раствора на вакуум-кристаллизационной установке, определяется температурой охлаждающей воды, подаваемой на конденсацию растворного пара, и поэтому объективно зависит от времени года.

Задачей стадии вакуум-кристаллизации является получение  продукта требуемого качества и гранулометрического состава. Гранулометрический состав получаемого хлористого калия определяется гидродинамическим режимом процесса.

Установка регулируемой вакуум-кристаллизации обеспечивает получение крупнокристаллического обеспыленного продукта путем регулирования числа центров кристаллизации за счет кристаллизации хлористого калия на поверхности уже существующих кристаллов и ограничения образования новых кристаллов путем их растворения или удаления из зоны кристаллизации. Аппараты регулируемой вакуум-кристаллизации представляют собой сочетание вакуум-испарителя, в котором происходит испарение части растворителя с одновременным охлаждением раствора до температуры кипения, соответствующей разрежению (вакууму) в аппарате, и кристаллорастителя, в котором происходит кристаллзация твердой фазы из пересыщенного раствора.

В каждом вакуум-кристаллизаторе  производится многократная перекачка (внутренняя циркуляция) проходящего через вакуум-кристаллизатор раствора, которая осуществляется с помощью осевых пропеллерных мешалок, установленных под циркуляционными трубами. Поступающий на кристаллизацию раствор смешивается с циркулирующим внутри корпуса потоком суспензии кристаллов продукта в маточном растворе и засасывается в циркуляционную трубу; при этом температура внутреннего оборотного раствора возрастает. При выходе из циркуляционной трубы раствор вскипает, часть воды испаряется, температура раствора снижается до температуры, соответствующей давлению в корпусе, раствор становится пересыщенным. Пересыщение снимается при контакте пересыщенного раствора с массой взвешенных в циркулирующем потоке кристаллов, при этом продукт кристаллизуется, главным образом, на поверхности уже имеющихся в суспензии кристаллов, в результате чего их размеры увеличиваются. В процессе циркуляции суспензии происходит гидроклассификация кристаллов: суспензия укрупненных кристаллов в маточном растворе выводится из нижней части корпуса; мелкие кристаллы удаляются с маточным раствором через верхний слив (часть маточного раствора откачивается во внешний циркуляционный контур); кристаллы средних размеров продолжают циркуляцию, в процессе которой происходит их рост.

Требуемая крупность  кристаллов достигается управлением  потоками твердых и жидких фаз, влияющими  на время пребывания растущих кристаллов в аппаратах (время их роста). Время пребывания твердой фазы в вакуум-кристаллизаторах обеспечивается путем поддержания заданного значения плотности суспензии (концентрации твердой фазы) в каждом вакуум-кристаллизаторе. Плотность суспензии кристаллизата в каждом вакуум-кристаллизаторе контролируется и нормируется. Таким образом, прохождение твердой и жидкой фаз через корпуса РВКУ происходит с различной скоростью. Необходимое время пребывания твердой и жидкой фаз в вакуум-кристаллизаторах обеспечивается за счет их рабочего объема. 

Для обеспечения  необходимого объема парового пространства в каждом вакуум-кристаллизаторе уровень раствора над циркуляционной трубой должен составлять 0,5-1,5 м.

Получение обеспыленного  продукта достигается как путем  растворения мелких вновь образующихся кристаллов, что обеспечивается подачей воды во внешние циркуляционные контуры вакуум-кристаллизаторов, так и путем удаления мелких кристаллов из зоны кристаллизации со сливом маточного раствора: скорость восходящего потока в отстойной зоне вакуум-кристаллизатора обеспечивает вынос кристаллов размером менее 0,2 мм.

Осветленный насыщенный раствор (слив отстойников поз.356-4-6) с температурой 95-97 ^оС самотеком поступает в приемный бак РВКУ поз.4.1-2F01.

Осветленный раствор, поступающий на стадию вакуум-кристаллизации, насыщен как по KCI, так и по NaCI. Процесс кристаллизация хлорида калия на стадии вакуум-кристаллизации протекает по линии совместного насыщения хлоридами калия и натрия. Если на растворимость хлорида калия максимальное влияние оказывает температура, то на растворимость хлорида натрия – содержание воды в системе.

На РВКУ при  испарении воды из насыщенного раствора содержание NaCI в растворе будет превышать  концентрацию насыщения при соответствующей  температуре, и хлорид натрия будет кристаллизоваться в твердую фазу наряду с KCI. Для того чтобы предотвратить загрязнение получаемого продукта хлоридом натрия, на стадию вакуум-кристаллизации подают воду, снижая таким образом степень насыщения раствора по NaCI.

 

2. Физико-химические свойства хлористого калия

Вода (конденсат 1 части РВКУ) из бака поз.4.1-2F01 подается как в приемный бак РВКУ поз.4.1-2F01, так и в вакуум-кристаллизаторы. Управление расходом воды осуществляется дистанционно с учетом данных по качеству готового продукта (массовой доле хлорида натрия в готовом продукте). При производстве «98 %»-ного хлористого калия массовая доля NaCI в продукте не должна превышать 1,9 %.

В приемный бак РВКУ поз.4.1-2F01 также  подается раствор циклонной пыли из сушильного отделения.

Из поз.4.1-2F01 раствор насосом поз.4.1-2G01(02) подается в первый вакуум-кристаллизатор поз.4.2-2D01.

Суспензия кристаллизата  откачивается из нижней части корпуса; жидкая фаза откачивается из отстойной зоны вакуум-кристаллизатора через верхний слив, смешивается с суспензией кристаллизата и подается во второй корпус поз.4.2-2D02. Часть маточного раствора поступает во внешний циркуляционный контур, в который осуществляется подача воды с целью снятия насыщения раствора по NaCI и растворения мелких фракций кристаллизата. Описанный процесс повторяется в каждом из вакуум-кристаллизаторов.