ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЙ (2). Методические указания к выполнению практических работ по по предмету металлургия редких металлов по направлениям бакалавриата
 Скачать 0.55 Mb.
|
|
Материальный баланс выщелачивания шеелитового концентрата
Определив количество и состав раствора, получающегося при выщелачивании, за вычетом раствора, переходящего во влажный кек, составляем материальный баланс выщелачивания (табл.1). Извлечение WO3 в раствор без отмывки кека 53,95/56 · 100 = 96,3 %. Извлечение WO3 в раствор с учетом полного доизвлечения водорастворимого из кека 55,44/56 · 100 = 99 %. Задание: рассчитать процесс разложения шеелитового концентрата в автоклаве с помощью содового раствора. Таблица 2.
Практическая работа №2. РАСЧЕТ АВТОКЛАВА ДЛЯ РАЗЛОЖЕНИЯ ШЕЕЛИТОВОГО КОНЦЕНТРАТА В СОДОВОМ РАСТВОРЕ Цель работы: Ознакомление студента оборудованием пирометаллургического процесса и условиями проведения, действие внешних факторов на процесс. Характеристика технологического процесса При автоклавно-содовом выщелачивании вольфрамовых концентратов достигается достаточно полное переведение вольфрама в раствор. Эта операция осуществляется в вертикальных или горизонтальных автоклавах. Процесс, как правило, проходит в одну стадию. На некоторых предприятиях с целью снижения расхода соды применяют двустадийное выщелачивание. Оптимальные условия для выщелачивания шеелитовых концентратов, содержащих 45-55 % WO3: содовый эквивалент 2,5-3; т:ж составляет от 1,0:3,5 до 1,0:4,0; температура 2250С; время выщелачивания 4ч; извлечение вольфрама в раствор 96-99 %. Наиболее распространены в практике автоклавно-содового выщелачивания вольфрамовых концентратов вертикальные автоклавы емкостью 5 м3, имеющие высоту 6,7 м и внутренний диаметр 1 м. Расчет процесса выщелачивания и автоклава предусматривает: определение расхода соды, количества и состава вольфрамсодержащего раствора и кека; механический расчет автоклава; определение количества автоклавов для обеспечения заданной производительности; проверку принятого расхода пара составлением теплового баланса автоклава. Расчетные формулы Механические расчеты автоклава. Расчетную толщину, м, цилиндрической стенки (обечайки), подверженной внутреннему давлению, находим из выражения   (2.1) (2.2)где, Dв – внутренний диаметр автоклава, м; p – внутреннее давление, Па; σД – допускаемое напряжение для материала автоклава, Па; φ – коэффициент прочности цилиндрической стенки (сварных швов) в продольном направлении; С – прибавка на коррозию, м; σв – временное сопротивление разрыву материала автоклава, Па; nв – запас прочности; η – поправочный коэффициент. При σД/ p·φ≥50 величиной p в знаменателе выражения (2.1) пренебрегаем. Расчетная толщина, м, стенки днища (рис.1), подверженного внутреннему давлению выражается формулой  (2.3)Здесь hв – высота выпуклой части днища, м; К – безразмерный коэффициент; φш – коэффициент прочности реального сварного шва.  Рис. 2.1. Днище автоклава  Рис. 2.2. Люк автоклава с крышкой При  величиной р в знаменателе формулы (2.3) пренебрегаем.Расчетная толщина, м, крышки люка (рис.3) в месте уплотнения устанавливается по формулам:  (2.4) (2.5) (2.6) (2.7) (2.8) (2.9) (2.10) (2.11) -DП) (2.12)где, рш – расчетное растягивающее усилие в шпильках, Н; z’ и z – расчетное и принятое число шпилек; DП и Dш – диаметры осей прокладки и расположения шпилек, м; σиз – допускаемое напряжение при изгибе, Па; К1 – коэффициент, зависящий от типа крышки и диаметра прокладки; р – внутреннее давление в автоклаве, Па; q – удельная нагрузка на площадь прокладки, Па/м2; К2 – коэффициент, зависящий от диаметра шпильки; Fш – площадь поперечного сечения выбранной шпильки по внутреннему диаметру резьбы, м2; σТ – предел текучести материала шпильки, Па; η – поправочный коэффициент; DВ и Dн – внутренний и наружный диаметры люка, м; b – ширина прокладки, м; S – толщина стенки люка, м. Зная диаметр шпильки dш, по справочникам находим площадь ее поперечного сечения Fш. Расчетную толщину крышки люка в средней части определяем из соотношений:  +С (2.13) (2.14)Здесь φ1 – коэффициент ослабления крышки отверстиями; С – прибавка на коррозию, м; К – коэффициент, зависящий от конструкции крышки. Для определения необходимого количества автоклавов используем формулу:  , (2.15)где, V – объем пульпы, поступающей на выщелачивание, м3/сут; Vпр – объем принимаемого к установке автоклава, м3; ηv – коэффициент заполнения автоклава; Z – количество циклов выщелачивания, осуществляемых в одном автоклаве за 1 сут.  (2.16)Здесь ∑τi – продолжительность цикла (суммарная продолжительность операций, входящих в цикл), ч. Расход острого пара, кг, находим из выражения:  (2.17)где, QП – количество тепла, необходимое для нагрева пульпы и компенсации потерь тепла через стенку автоклава, кДж; I1 и I2 – энтальпии уходящего из автоклава и поступающего в автоклав пара, кДж. Выбор и механический расчет автоклава К установке принимаем широко распространенный в практике вертикальный стальной (сталь марки Ст3) автоклав объемом 5 м3, внутренним диаметром 1000 мм и высотой 6700 мм. Автоклав имеет наружный теплоизоляционный слой из мастичного асбозурита толщиной 100 мм. Автоклав – аппарат высокого давления. Рабочее давление в нем достигает 2,5 МПа, что обусловливает необходимость определять толщину его стенки (обечайки), толщину днища, а также размеров крышки люка и диаметра стягивающих шпилек. Данные для расчета толщины стенки (обечайки) автоклава следующие: Внутренний диаметр обечайки, м, DB……………………………..1 Рабочее давление в автоклаве, МПа, p ……………………………2,5 Коэффициент прочности сварного стыкового двустороннего шва для цилиндрических обечаек,  C…………………..0,95Прибавка на коррозию для стойких материалов в заданной среде при отсутствии данных о проницаемости, мм, ……..1 Временное сопротивление разрыву Ст3, МПа,  ……………… 380Запас прочности для проката из углеродистой стали, nB…………2,6 Поправочный коэффициент для деталей, изолированных от прямого контакта с источником обогрева,  ………………………… 1Толщину стенки автоклава S определяем по формулам (2.4), (2.5). Находим допустимое напряжение:  МПа. Величина σД/р·φ=146/2,45·0,95=56,6>50.Величиной р в знаменателе формулы (2.4) пренебрегаем, тогда S=1·2,24/(2·146·0,95)+1·10-3=9·10-3 м ≈ 10мм. Принятая толщина стенки 12 мм удовлетворит условиям прочности. Данные для расчета толщины днища автоклава следующие: Внутренний диаметр днища, м……………………………………..1 Высота выпуклой части днища, м, hB……………………………...0,23 Рабочее давление в автоклаве, МПа……………………………… 2,5 Коэффициент прочности радиального сварного шва, Ш……… 0,95При отсутствии неукрепленных отверстий в днище К=1. при S’ – С ≤ 10 мм прибавка на коррозию, определенная при расчете обечайки, увеличивается на 1 мм. Величина σв/р·Кφ=146/2,45·1·0,95=56,5>30. Следовательно, величиной р пренебрегаем в знаменателе формулы (2.6). Толщину днища автоклава находим по формуле (2.6): S’ = [1 · 2,45 / (3,8 · 146 · 1 · 0,95)] · [1 / (2 · 0,23)] + С = 9,4 · 10-3 +С и окончательно S’ – С = 9,4 · 10-3м = 9,4 мм. Так как S’ – С < 10 мм, то С = 2 мм. Тогда S’ = 9,4 · 10-3 + 2 · 10-3 = 11,4 · 10-3 м = 11,4 мм. Принимаем толщину днища равной 12 мм. Данные для расчета размеров крышки люка и диаметра стягивающих шпилек (материал прокладки – паронит; материал шпилек и крышки – сталь Ст3; крышка не имеет отверстий) следующие: Внутренний диаметр люка, м…………………………………..0,4 Внутреннее давление, МПа…………………………………….2,5 Ширина прокладки, м, b………………………………………..0,012 Допускаемое напряжение на изгиб для стали марки Ст3, МПа,  ИЗ……………………………………………250Коэффициент ослабления при отсутствии отверстий в крышке, КТ…………………………………………………1 Прибавка на коррозию (по справочным данным), м……………0,002 Коэффициент, зависящий от типа крышки, К1………………….1 Удельная нагрузка на площадь прокладки для паронита, Па/м2, q…………………………………………….30 Предел текучести для стали марки Ст3, МПа, T………………240Поправочный коэффициент (по справочным данным), ………1Толщина стенки люка, м, S………………………………………..0,01 Размеры крышки люка и диаметра стягивающих шпилек определяем по формулам (2.7) – (2.10): DП =0,4+0,012=0,412 м; рс=0,96 ·1 · 0,4122 ·2,45= = 0,4 МПа; рн = 3·0,412 · 12 · 10-3 · 30 = 0,445 МПа; рб = (0,4 + 0,445) = 0,845 МПа. Расчетный диаметр шпильки  - 0,412) = 0,012 м.Принимаем шпильку М12 диаметром 12 мм. По справочным данным, шпилька М12 имеет площадь поперечного сечения Fш=74,7·10-6 м2. расчетное количество шпилек  . Принимаем число шпилек равным 150. далее Dн = 0,4 + 2 · 0,01 = 0,42 м. Dш = 0,42 + 2,2 · 0,012 + 0,01 = 0,456 м.Высота крышки в месте уплотнения  м.Принимаем h = 17 мм. Величина  Тогда высота средней части крышки  + 0,02 = 0,03 м.Принимаем h1 = 30 мм. Определение количества автоклавов для обеспечения заданной производительности Устанавливаем суточный материальный поток на операции выщелачивания шеелитового концентрата. Коэффициент пересчета материального баланса на 100 кг концентрата к суточной производительности 20 т/сут составит: 20000/100=200 кг (или 0,2 т). В этом случае суточный материальный поток на операции будет:
Масса пульпы (без конденсата), поступающей на выщелачивание за 1 сут: 20+15,5+64,1=99,6 т. По данным практики, плотность пульпы, поступающей на выщелачивание, 1,5 т/м3. тогда объем пульпы, поступающей на выщелачивание за 1 сут: 99,6 / 1,5 = 66,4 м3. К установке принимаем широко распространенный в практике вертикальный автоклав с обогревом и перемешиванием острым паром емкостью 5 м3. коэффициент заполнения автоклава 0,6. цикл автоклавного выщелачивания складывается из следующих операций: загрузка 0,5ч.; разогрев 1ч.; выдержка при температуре выщелачивания 2ч.; разгрузка 0,5ч.; всего 4ч. Таким образом, в соответствии с формулой (2) в одном автоклаве за 1 сут можно осуществить циклов Z = 24 / 4 = 6. Объем пульпы, который может переработать за 1 сут один автоклав, с учетом коэффициента заполнения и продолжительности выщелачивания будет: 5 ∙ 0,6 ∙ 6 = 18 м3. Необходимое количество автоклавов для обеспечения заданной производительности (1): n = 66,4 / (5 ∙ 0,6 ∙ 6) = 3,7. К установке принимаем четыре автоклава. Технические показатели процесса и автоклава следующие: Объем, м3…………………………………………………….5 Высота, мм…………………………………………………..6700 Внутренний диаметр, мм……………………………………1000 Содовый эквивалент…………………………………………2,5 Температура выщелачивания, 0С……………………………225 Извлечение вольфрама в раствор, %.....................................96,2 Выход кека (влажного), %......................................................66 Содержание WO3 в кеке, %....................................................3 Задание: Расчет автоклава для разложения шеелитового концентрата в содовом растворе. Таблица 3.
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||