Курсовая Отстойник Брандеса. Отстойники. Пояснительная записка к курсовому проекту по курсу Процессы и аппараты химической технологии на тему Расчёт и проектирование аппаратов для осветления насыщенного галургического раствора в условиях бкпру4
 Скачать 64.62 Kb.
|
|
Министерство науки и высшего образования РФ Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Пермский национальный исследовательский политехнический университет» Березниковский филиал Кафедра химической технологии и экологии ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА к курсовому проекту по курсу: «Процессы и аппараты химической технологии» на тему: «Расчёт и проектирование аппаратов для осветления насыщенного галургического раствора в условиях БКПРУ-4» Выполнил: студентка гр. ТНВ-18 д Кочева К.А Проверил: д-р. техн. наук, профессор кафедры ХТиЭ Лановецкий С.В. Березники, 2021 Задание на проектирование: Рассчитать отстойники «Брандес» и «Дорр». Исходные данные: Нагрузка по руде G=430,51 т/ч Содержание н.о в руде  =3,8%Содержание KCl в руде  =29,0%Плотность твердой фазы ρтв=1,99т/м3 Плотность жидкой фазы ρж=1,236т/м3 Выдано_________д-р. техн. наук, профессор кафедры ХТиЭ Лановецкий С.В. Задание получил_________студент гр. ТНВ-18д Кочева К.А. ОглавлениеВведение 4 1.Описание технологической схемы 5 2. Описание устройства и принцип действия проектируемого аппарата 6 3. Материальный баланс 8 4. Тепловой баланс 10 5. Технологический и конструктивный расчет 13 6. Гидравлический расчет 17 7. Механический расчет 19 Заключение 21 Список используемой литературы 22 ВведениеПроизводство минеральных солей удобрений составляют одну из важнейших задач химической промышленности. Самым крупным потребителем солей и минеральных удобрений является сельское хозяйство. Минеральными удобрениями называют соли, содержащие в своем составе элементы, необходимые для питания, развития и роста растений. В качестве калийных удобрений применяют сырые природные вещества (чаще всего сильвинит) и продукты их переработки (хлорид и сульфат калия), а также золу растений. Основным сырьем для получения калийных удобрений является сильвинит, представляющий собой агрегат кристаллов сильвина, галита, карналлита и других галогенных и сульфатных минералов. Метод растворения и раздельной кристаллизации называют также галургическим или химическим. Процесс основан на различной температуре растворения минералов, входящих в состав исходной руды. Сущность метода состоит в том, что хлористый калий выщелачивают из сильвинита горячим оборотным щёлоком, а оставшийся невыщелаченным галит направляют в отвал. Полученный горячий крепкий щёлок проходит очистку от солевого и глинистого шламов путём отстаивания. Из осветлённого горячего щёлока производят кристаллизацию хлористого калия. Полученные кристаллы хлористого калия отделяют от маточного щёлока, сушат и выпускают в качестве продукции, а маточный щёлок после подогрева возвращают в процесс на выщелачивание новых порций хлористого калия. Проект производства галургического хлористого калия на обогатительной фабрике БКПРУ-4 был разработан в 1984 году. 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 [1]. Описание технологической схемыСлив сгустителей «Брандес» через общий коллектор поступает в пульподелитель, из которого распределяется по отстойникам, где осуществляется осаждение глинисто-солевого шлама. Для интенсификации процесса осветления насыщенного раствора от глинистого-шлама в каждый из отстойников подается раствор флокулянта. Сгущенная суспензия из сгустителей через зумпф направляется во второй растворитель. Осветленный насыщенный раствор переливается в кольцевой желоб, стекает в общий коллектор отстойников и далее самотеком поступает в приемный бак установки, регулируемой вакуум-кристаллизации. В приемный бак так же возможна подача осветленного насыщенного раствора из отстойника. Температура осветленного насыщенного раствора должна составлять 95-97 Сº, концентрация KCl в растворе не менее 19,3%, плотность осветленного насыщенного раствора 1,244-1,250 г/см3. Сгущенная суспензия глинисто-солевого шлама разгружается из отстойников с помощью эксцентрико-шнековых насосов и потупает в зумпфры, в которые так же подается холодный шахтный раствор, что необходимо для охлаждения и разбавления горячей суспензии глинисто-солевого шлама. Подача шахтного рассола осуществляется из кольцевых емкостей с помощью насосв. Разбавленная суспензия с плотностью не более 1,33 г/см3 и температурой не более 40 Сº откачивается насосом из зумпфа в камеры большого сечения рудника [2]. 2. Описание устройства и принцип действия проектируемого аппаратаДля осветления горячего насыщенного щелока используются отстойники типа «Брандес» и Дорр». В процессе осветления выделяются солевые и глинистые частицы, оставшиеся в щелоке после проведения процесса растворения. Для осаждения солевого шлама из насыщенного раствора на БКПРУ-4 применяют отстойники типа Брандес. Под процессом осветления понимают удаление из раствора крупных частиц соли, которые далее направляются на вакуум-фильтры и после фильтрации удаляются в отвалы. Отстойник-сгуститель Брандеса – это цилиндрический аппарат с коническим днищем. Осветляемый раствор поступает в отстойник – осветлитель по центральной трубе. Слив отводят сверху из кольцевого желоба через штуцер. Сгущенный солевой шлам периодически скачивают из конусообразной части отстойника через штуцер. Чтобы устранить налипание солевого шлама на стенки аппарата и придать пульпе подвижность, аппарат снабжен мешалкой. Мешалка приводится во вращение электродвигателем через редуктор. Частота вращения мешалки равна 7 об/ мин. Отстойник непрерывного действия с гребковой мешалкой типа «Дорр» представляет собой невысокий цилиндрический резервуар с плоским слегка коническим днищем и внутренним кольцевым желобом, расположенного вдоль верхнего края аппарата. В резервуаре установлена мешалка с наклонными лопастями, на которых имеются гребки для непрерывного перемешивания, осаждающегося глинистого шлама к разгрузочному отверстию. Одновременно гребки слегка взбалтывают осадок, способствуя этим более эффективному его обезвоживанию. Мешалка делает от 0,015 до 0,5 об/мин., т.е. вращается настолько медленно, что не нарушает процесса осаждения. Насыщенный щелок непрерывно подается через трубу в середину резервуара. Осветленный щелок переливается в кольцевой желоб и удаляется через штуцер. Глинистый шлам удаляется из резервуара при помощи центробежного насоса. Вал мешалки приводится во вращение от электродвигателя через редуктор. Вместе с удаляемым осадком теряется значительное количество хлористого калия, поэтому для уменьшения его потерь и выделения хлорида калия из суспензии глинистого шлама, осадок из отстойников «Дорр» направляют в отстойник сточных вод [3]. 3. Материальный балансИсходные данные: нагрузка по руде Q=430,51 т/ч, степень выщелачивания 98%. Состав руды: KCl – 35,2%, NaCl –59,33%, H2O – 0,97%, н.о. – 4,5% Состав растворяющего щелока: KCl – 13,03%, NaCl –18,78%, H2O – 67,35%, н.о. – 0,84% Состав насыщенного щелока: KCl – 20,34%, NaCl –17,28%, H2O – 61,6%, н.о. – 0,81% Состав растворяющего щелока из процентов, пересчитываем на 1000 кг воды. Составим пропорцию H2O = 67,35 кг – 1000 кг/ч KCl = 13,03 кг – х кг/ч  H2O = 67,35 кг – 1000 кг/ч NaCl = 18,78 кг – х кг/ч  H2O = 67,35 кг – 1000 кг/ч н.о. = 0,84 кг – х кг/ч  Состав насыщенного щелока из процентов, пересчитываем на 1000 кг воды. Составим пропорцию H2O = 61,6 кг – 1000 кг/ч KCl = 20,34 кг – у кг/ч  H2O = 67,35 кг – 1000 кг/ч NaCl = 17,28 кг – у кг/ч  H2O = 67,35 кг – 1000 кг/ч н.о. = 0,81 кг – у кг/ч  В пересчёте на 1  растворяющий щёлок составил:  где 1238 – плотность растворяющего щёлока при температуре 900 °С. Все остальные компоненты рассчитываются аналогично. В пересчёте на 1 насыщенный щёлок составит:  Результаты расчетов материального баланса сгустителя «Брандеса» представлены в таблице 1 Таблица 1 - Сводная таблица материального баланса
Дисбаланс по массовому расходу определяем по формуле 1  . (1)4. Тепловой балансЦелью данного расчета является определение количества пара, которое необходимо подавать на дюзы, для поддержания температуры растворения в пределах 100°С. Уравнение теплового баланса  , (2)Таблица 2 - Удельные теплоемкости простых веществ
Приход 1) Q1 - тепло, поступающее с сильвинитом Таблица 3 - Состав руды, поступающей на переработку
Тепло, поступающее с сильвином  , (3)2) Q2 - тепло, поступающее с растворяющим щелоком Таблица 4 - Состав растворяющего щелока
Тепло, поступающее с растворяющим щелоком  Расход 1) Q3 - тепло, уходящее с насыщенным щелоком Таблица 5 - Состав насыщенного щелока
Тепло, уходящее с насыщенным щелоком (жидкой фазой)  Тепло, уходящее с насыщенным щелоком (твердой фазой)  2) Q4 - тепло, уходящее с отвалом. Таблица 6 - Состав отвала
Тепло, уходящее с отвалом (жидкой фазой)  Тепло, уходящее с отвалом (твердой фазой)  3) Q5 - тепло, затраченное на растворение сильвинита.  где q - количество руды, поступающей на растворение, 430,51 т/ч r - теплота растворения KCl; x - содержание KCl в сильвините (из материального баланса) n - степень извлечения KCl из руды (0,97). 4) Q6 - потери тепла в окружающую среду, кДж/ч; принимаем 2,5% от суммы статей прихода тепла.  Таблица 7 - Сводная таблица теплового баланса
5. Технологический и конструктивный расчетДля определения тепловой изоляции найдем суммарный коэффициент теплоотдачи в окружающую среду по уравнению 4 [3]  , (4)Удельный тепловой поток, уравнение 5 [3]  , (5)Толщина слоя изоляции определим из уравнения [3]  , (6)Принимаем толщину стенки изоляции 35 мм Значение Рейнольдса рассчитываем по формулам, зависящим от режима осаждения, что определяется с помощью критерия Архимеда [3].  , (7)где dт – диаметр частицы, м;  – плотность чистой жидкости, кг/м3; g – ускорение свободного падения;  – плотность твердых частиц, кг/м3; μж – вязкость воды при температуре 100 °С, Па×с.Поскольку Ar<36, рассчитываем Re по формуле [4]  , (8)Скорость свободного осаждения составит [3]  , (9)Сгуститель «Брандес» Определим количество жидкой фазы в начальной суспензии [5]  , (10)Производительность отстойника по твердой фазе  Производительность отстойника по сгущенной суспензии [5]  , (11)Определим массовую концентрацию твердых частиц в кг на 1 кг жидкой фазы В поступающей суспензии [5]  , (12)В сгущенной суспензии [5]  , (13)Находим соотношение содержания сухого вещества в суспензии и в осадке [5]  , (14)Определяем поверхность отстойника [5]  , (15)Тогда диаметр отстойника определяется по формуле 16 [5]  , (16)Принимаем диаметр сгустителя 10100 мм Определим высоту отстойника. Высоту зоны свободного осаждения принимаем h1=0,6 Количество твердой фазы, осаждающейся на единице свободной поверхности за единицу времени определяется по формуле 17 [5]  , (17)Высота зоны сгущения определяется по формуле 18 [5]  , (18)Высота зоны расположения лопастей мешалки определяют из условия, что наклон лопастей равен 0,146 м на 1 м длины, по уравнению 19 [5]  , (19)Общая высота аппарата определяется по формуле 20 [5]  , (20)Принимаем высоту аппарата 2500 мм. Сгуститель «Дорр» Определим количество жидкой фазы в начальной суспензии  Производительность отстойника по твердой фазе  Производительность отстойника по сгущенной суспензии  Определим массовую концентрацию твердых частиц в тонне на 1 т жидкой фазы В поступающей суспензии  В сгущенной суспензии  Находим соотношение содержания сухого вещества в суспензии и в осадке  Определяем поверхность отстойника  Тогда диаметр отстойника определяется по формуле  Принимаем диаметр сгустителя 2500мм Определим высоту отстойника. Высоту зоны свободного осаждения принимаем h1=0,6 Количество твердой фазы, осаждающейся на единице свободной поверхности за единицу времени определяется по формуле 17 [5]  Высота зоны сгущения определяется по формуле 18 [5]  Высота зоны расположения лопастей мешалки определяют из условия, что наклон лопастей равен 0,146 м на 1 м длины, по уравнению 19 [5]  Общая высота аппарата определяется по формуле 20 [5]  Принимаем высоту аппарата 3000 мм. 6. Гидравлический расчетСгуститель «Брандес» Рассчитаем гидродинамическое сопротивление жидкости по основному уравнению гидростатики 21 [6]  , (21)где  – давление на поверхности жидкости, Па;  – плотность суспензии, т/м3; g – ускорение свободного падения, м/с; h =3,6 м, глубина слоя жидкости.Определим объем сгустителя  , (22)где h – высота аппарата, м;  – скорость осаждения частиц, м/с.Принимаем объем аппарата 230 м3. Определим высоту слоя жидкости из уравнения  , (23)Плотность суспензии рассчитывается по уравнению 24 [6]  , (24)где х – массовая доля твердой фазы в суспензии. После преобразования получим выражение  Сгуститель «Дорр» Рассчитаем гидродинамическое сопротивление жидкости по основному уравнению гидростатики  Определим объем сгустителя  Принимаем объем аппарата 1760 м3. Определим высоту слоя жидкости из уравнения  Плотность суспензии После преобразования получим выражение  7. Механический расчет Сгуститель «Брандес» Расчет толщины обечайки Материал обечайки и днищ выберем сталь ВСт3 (ГОСТ 5520-79) [7] Исполнительную толщину тонкостенной гладкой обечайки, рассчитываем по уравнению 25 [7].  , (25)где ррасч – гидростатическое давление жидкости, МПа; D – диаметр аппарата, м;  – допускаемое напряжение, МПа; φ = 0,9 – коэффициент прочности сварных швов; С – прибавка на коррозию, 1 мм; С1 – дополнительная прибавка по технологическим соображениям.Принимаем толщину обечайки – 11 мм. Допускаемое напряжение рассчитывает по следующей формуле 26 [7]. σ = η × σ* = 0,9 × 140 × 103 = 126 МПа, (26) где η = 0,9 - коэффициент для взрывоопасных и пожароопасных сред; σ* = 140 МПа – допускаемое напряжение при 20°С (согласно ГОСТ 14249-89 «Напряжения марок сталей»). Расчет крышки Расчет толщины крышки выполняется аналогично расчету толщины обечайки по уравнению 27 [7]  . (27)Принимаем толщину крышки – 8 мм. Расчет толщины конического днища Расчет конического днища выполняется по уравнению 28 [7]  (28)Принимаем толщину днища – 21 мм. Сгуститель «Дорр» Расчет толщины обечайки Толщина обечайки  Принимаем толщину обечайки – 25 мм. Допускаемое напряжение σ = η × σ* = 0,9 × 140 × 103 = 126 МПа Расчет крышки  Принимаем толщину крышки – 22 мм. Расчет толщины конического днища  Принимаем толщину днища – 50 мм. ЗаключениеВ курсовом проекте рассчитаны и спроектированы отстойники «Брандес» и «Дорр» в условиях БКПРУ-4 ПАО «Уралкалий». Произведен расчет материального и теплового балансов. Принимаем к установке отстойник «Брандес», общий объем составляет 230 м3. Высота аппарата 2,5 м. Гидравлическое сопротивление аппарата p составит 136877 Па. Толщина стенки обечайки – 11 мм Толщину крышки – 8 мм Толщину днища – 21 мм Принимаем к установке отстойник «Дорр», общий объем составляет 1760 м3. Высота аппарата 3 м. Гидравлическое сопротивление аппарата p составит 136100 Па. Толщина стенки обечайки – 25 мм Толщину крышки – 22 мм Толщину днища – 50 мм Список используемой литературыПостоянный технологический регламент № 38 производства хлористого калия флотационным способом /БКПРУ-3 ПАО «Уралкалий»/. Технология флотационного обогащения калийных руд / Н.Н. Тетерина [и др.]. – Пермь: ОГУП «Соликамская типография», 2002. – 484 с. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры изадачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии: Учебное пособие для вузов. Под ред. Чл.-корр. АН России П.Г. Романкова. – 11-е изд., стереотипное. – М.: ООО «РусМедиаКонслат», 2004. – 567с. Курсовое проектирование по предмету «Процессы и аппараты химической промышленности»: Учеб. пособие для учащихся техникумов. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. школа, 1980. – 223 с., ил. Курсовое проетирование оборудования химических производств по курсу «Типовое и специальное технологическое оборудование»: метод.пособие для студентов специальности 240801 «Машины и аппараты химических производств» / сост. Е.А. Шестаков, Ю.А. Садырева. – БФ Перм. гос. техн. ун-та. – Березники, 2009 – 163 с. Зайнуллина А.Ш. Теоретический анализ получения хлорида калия из сильвинита флотационным способом: учеб. пособие – Пермь: Изд-во ПГТУ, 2005. – 34 с. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
