СПОСОБ КВАЗИНЕПРЕРЫВНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТЕПЕНИ НАСЫЩЕНИЯ СИЛЬВИНОМ ГОРЯЧИХ РАСТВОРОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1998 года по МПК C05D1/04 C01D3/08 

Описание патента на изобретение RU2114804C1

Изобретение относится к способу непрерывного определения степени насыщения сильвином горячих растворов и к устройству для его осуществления.

Способ горячего выделения растворением является распространенным способом в калийной промышленности для получения хлористого калия. При этом используют различные свойства растворения галита, сильвина и, главное, кизерита.

Выделение растворением хлористого калия из соли-сырца осуществляют с помощью так называемой горячей щелочи растворителя, которая содержит хлористый калий, хлористый магний и сульфат магния. При этом свойства растворимости примерно представлены с помощью пятеричной системы: Na+, K+, Mg2+, Cl- и SO2-4

, H2O (Ullmann's Encyclopedia of Jndustrial Chemistry, V.A 22, Sth ed. Weinheim; Chemie, 1993, p.53).

Содержащееся при этом в циркуляционном контуре количество щелочи-растворителя поддерживается примерно постоянным и соль-сырец добавляют в зависимости от содержания нужного вещества. Из получающегося при этом горячего необработанного раствора можно получить KCl с помощью фракционированного способа кристаллизации. Решающей величиной для выхода хлористого калия является степень насыщения сильвином (S. G.) необработанного раствора. Под S. G. в данном случае нужно понимать соотношение между концентрацией необработанного раствора, насыщенного исключительно галитом, и раствора сравнения, дополнительного насыщенного сильвином. В случае слишком высокого значения S. G. хлористый калий выделяется из соли-сырца не полностью. Это приводит к потерям ценного вещества через осадок.

В случае слишком малой S.G. хлористый калий выделяется растворением из соли-сырца как раз, насколько это возможно, полностью, однако на единицу щелочи-растворителя получается меньше ценного вещества. Кроме того, это приводит к нежелательно высокому растворению каменной соли.

При современном уровне техники способ горячего разделения растворением контролируется с помощью физических методов определения (температура, плотность по ареометру, радиометрическое определение калия) и на основе химического анализа. Для оптимизации или управления этим процессом требуется проводить эти определения через, по возможности, наиболее короткие интервалы времени. Для определения плотности и химического анализа раствора всегда нужны растворы, не содержащие твердых веществ. На основе проведенных определений и известных соотношений растворимостей указанной выше системы можно рассчитать S.G. раствора соли-сырца относительно KCl. Если бы даже эти определения можно было бы полностью автоматизировать, что в настоящий момент в мировой калийной промышленности еще не существует, результаты едва ли были бы удовлетворительными. Ошибки всех нужных здесь определений, а также ошибки соответствующих значений равновесия приводят, согласно закону распространения ошибок, к высокой неточности расчетных значений степени насыщения.

В журнале Z. angew Phys. 27 (1969), N 4, c. 273 О.Кратки, Х.Леопольд и Х.Штабингер описывают использование высокочувствительных сенсоров, пригодных для определения концентраций или плотности газов и жидкостей. Эти измерения основываются на том, что определенный объем измеряемого вещества принимает участие в незатухающих колебаниях вибратора с изогнутыми элементами, собственная частота которого благодаря этому изменяется.

Цель изобретения - производить определение S.G. раствора соли-сырца в процессе горячего выделения растворением, во-первых, автоматически, а во-вторых, с такой точностью, чтобы была возможной оптимизация или управление процессом.

Желательно непосредственное определение S.G. необработанного раствора, так как эта величина играет ключевую роль для всего процесса.

В описываемом здесь способе используется высокая чувствительность сенсоров колебаний для определения плотности. Разумеется, одно определение плотности, даже проведенное с высокой точностью, не позволяет однозначно характеризовать необработанный раствор относительно S. G. хлористого калия (KCl), так как остальные компоненты также являются изменяемыми.

Для преодоления этих трудностей в этом способе использовали дифференцированный порядок измерений.

Период колебаний исследуемого раствора в качестве величины измерения определяли при повышенной по сравнению с температурой необработанного раствора температуре Tм. После контактирования этого раствора с твердым KCl при температуре дополнительного насыщения TNS, которая ниже Tм, и (приблизительно) установки равновесия раствора снова проводится измерение при температуре Tм. Если значение второго выше, то раствора воспринял KCl. Это значит, что исследуемый раствор при температуре TNS является ненасыщенным относительно KCl.

Если второе значение ниже, то раствор отдал KCl. Это значит, что исследуемый раствор при температуре TNS пересыщен относительно KCl. В том случае, если исследуемый раствор при температуре TNS насыщен, то не наблюдается никаких изменений. Отсюда следует, что при таком порядке измерений с помощью изменения TNS можно измерить температуру TS, при которой раствор насыщен относительно KCl. Разница между TS и температурой T необработанного раствора (перегрев или переохлаждение исследуемого раствора) находится в тесной взаимосвязи с S. G. раствора. При определении S.G. таким путем, а именно с помощью T и TS, достигается значительно более высокая точность, чем прежде.

В соответствии с этой возможностью разработали устройство для контроля горячего разделения растворением при получении хлорида калия.

На фиг. 1 представлена схема указанного устройства. Это устройство состоит из трех систем: фильтрационного устройства A, измерительного устройства B и устройства оценки результатов C.

Технологическая схема фильтрационного устройства показана на фиг. 2.

Из разделительного аппарата с помощью насоса 2 отбирается частичный поток 1 и через клапан 3 направляется к фильтру 5. С помощью клапана 6 устанавливается соответствующее давление, которое приводит к тому, что через клапан 7 протекает фильтрат.

С помощью установки давления и посредством клапана 7 устанавливается желаемый поток фильтрата, который замеряется с помощью устройства 8 для измерения потока.

Фильтрат 9 непосредственно после выхода из фильтра 5 с помощью источника 10 тепла нагревается на несколько градусов выше температуры, которая замеряется термометром 4. Это происходит в процессе прохождения фильтрата через трубопровод с двойными стенками, который нагревается с помощью соответствующего теплоносителя, например глицерина.

В качестве фильтрующего средства можно выбрать, в зависимости от температуры и величины распределения зерен находящегося в необработанном растворе твердого вещества, соответствующие фильтровальные полотна или мембраны.

На фиг. 3 показана поточная схема измерительного устройства.

Нагретый фильтрат 9 попадает в первую измерительную ячейку 11, которая, как и вторая измерительная ячейка 12, поддерживается при температуре (замеренной у п. 13) выше температуры термометра 4. В измерительной ячейке 11 исследуется фильтрат с помощью применяемых сенсоров и получается значение измерения 14. Затем фильтрат проходит через колонну 15 насыщения, которая наполнена KCl в виде осадка 16.

Эта колонна поддерживается при температуре 17, которая близка к ожидаемой температуре насыщения. Здесь фильтрат, в зависимости от S.G., принимает осадок, отдает или оставляет колонну 15 насыщения без изменения.

Во второй измерительной ячейке 12 раствор снова замеряется с такой же точностью, как и раньше, и получается значение замера 18. Затем фильтрат выходит из измерительного устройства и может возвращаться в разделительный аппарат.

Устройство для оценки результатов состоит из компьютера, который по значениям замеров обеих ячеек и температуре TNS определяет температуру насыщения TS. По разнице температуры T сырого раствора и температуры насыщения TS определяют S. G. раствора необработанной соли относительно KCl через секундные интервалы.

Пример. Колебание S. G. горячего раствора при обработке калийной соли представлено на фиг. 4 для времени обработки 6 ч. Показанное там значение для момента времени 2 ч и 15 мин определяют следующим образом.

Необработанный раствор имел к этому моменту времени температуру T = 91,20oC и в начале прошел фильтрацию. После нагревания определение температуры показало TM = 92,88oC. При этой температуре время для 500 колебаний на первом сенсоре 11 было 1,6989679 с. После охлаждения до TNS = 88,43oC раствор был приведен в контакт с твердым KCl в колонне дополнительного насыщения.

Второй сенсор 12 показал затем значение 1,6988850 с для 500 колебаний, изменение составило, таким образом, Δ = 0,0000829 с, показатель того, что раствор отдал хлористый калий. На основе тарирования применяемых сенсоров с исследуемым раствором можно рассчитать температуру насыщения следующим образом:
TS = TNS + 4306, 076 • (t2 - t1)),
причем
t2 - t1 представляет разность температур обоих сенсоров. В этом случае определяется температура TS = 88,27oC.

Разность температур TS - T как мера насыщения составляет 88,27-91,20 = -2,93K. С помощью множительного коэффициента
0,27 моль/KCl/2/ кмоль (H2O) • K
на основе корреляции с соответствующими химическими анализами можно рассчитать разность концентраций по отношению к раствору сравнения, насыщенному, наряду с галитом, а также сильвином.

Похожие патенты RU2114804C1

название год авторы номер документа
Способ получения калийной соли для удобрений 1977
  • Херманн Эрвин Шрот
  • Ульрих Найтцель
  • Гюнтер Фрике
SU856375A3
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УДОБРЕНИЙ В ВИДЕ ПРЕССОВАННЫХ ГРАНУЛЯТОВ 2000
  • Кляйне-Клеффманн Ульрих
  • Вальдманн Лудгер
  • Вольф Франк
RU2181112C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НАПЫЛЯЮЩЕГО ГРАНУЛИРОВАННОГО КАЛИЙНОГО УДОБРЕНИЯ 1990
  • Арно Зингевальд[De]
  • Райнер Вочке[De]
  • Фритйоф Вердельманн[De]
RU2026850C1
Способ обогащения природного карналлита 1980
  • Ульрих Найтцель
  • Гюнтер Фрике
SU1153822A3
Способ электростатической обработки сырой калийной соли 1985
  • Гюнтер Фрике
SU1433406A3
СПОСОБ БЕЗЫМПЕЛЛЕРНОЙ ФЛОТАЦИИ ВЕЩЕСТВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 1995
  • Йост Гетте[De]
  • Харальд Шнец[De]
  • Арно Зингевальд[De]
RU2103073C1
Способ получения гранулированного магний-калийсодержащего удобрения 1973
  • Ульрих Найтцел
  • Александер Еффмерш
SU1181531A3
Способ выделения хлорида калия из карналлитовой руды 1985
  • Фритц Хагедорн
  • Герд Пойшель
  • Арно Зингевальд
SU1669401A3
Способ получения сульфата калия 1977
  • Ульрих Нойтцель
SU824890A3
Способ электростатического обогащения сырых калийных солей и устройство для его осуществления 1977
  • Арно Зингевальд
  • Иринг Гайзлер
  • Гюнтер Фрике
  • Рудольф Кнаппе
SU1055321A3

Иллюстрации к изобретению RU 2 114 804 C1

Реферат патента 1998 года СПОСОБ КВАЗИНЕПРЕРЫВНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТЕПЕНИ НАСЫЩЕНИЯ СИЛЬВИНОМ ГОРЯЧИХ РАСТВОРОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Степень насыщения сильвином получавшегося при выделении растворением калийной сырой соли горячего раствора определяют с высокой точностью при использовании датчиков с использованием поперечного пьезоэлектрического эффекта или датчиков скорости звука и управляют автоматически процессом разделения и кристаллизации. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Формула изобретения RU 2 114 804 C1

1. Способ квазинепрерывного определения степени насыщения сильвином горячих растворов для контроля и управления процессом горячего разделения растворением необработанной калийной соли, заключающийся в том, что из потока необработанного раствора при сохранении температуры T разделения непрерывно получают не содержащий твердых частиц фильтрат, причем этот раствор фильтрата нагревают до более высокой по сравнению с температурой T температуры Tм и проверяют общую концентрацию растворенных веществ посредством определения плотности раствора, при этом температуру Tм устанавливают настолько выше температуры T раствора соли, чтобы раствор однозначно находился в ненасыщенной KCl области, затем раствор охлаждают до температуры TNS, которая ниже температуры T необработанного раствора, при этой температуре приводят в контакт с твердым хлористым калием, причем температуру дополнительного насыщения TNS устанавливают на ожидаемую температуру TS насыщения, после повышения температуры до значения Tм первого замера снова так же определяют общую концентрацию, после чего определяют температуру TS насыщения необработанного раствора относительно хлористого калия, которую получают из суммы температуры дополнительного насыщения TNS и разности значений первого и второго замеров, умноженной на постоянную тарирования применяемого измерительного прибора, причем разность полученной таким образом температуры TS и первоначальной температуры T необработанного раствора служит мерой степени насыщения сильвином. 2. Устройство для квазинепрерывного определения степени насыщения сильвином горячих растворов для контроля и управления процессом горячего разделения растворением необработанной калийной соли, содержащее фильтрационную установку для получения измеряемой пробы из необработанного раствора и подсоединяемое измерительное устройство для определения температуры насыщения TS и соединенное с ним устройство для оценки результатов и управления, причем измерительное устройство содержит две ячейки для измерения плотности, соединенные последовательно, а также подключенную между ними колонну дополнительного насыщения, заполненную твердым KCl, с возможностью установки температуры Tм для измерительных ячеек и TNS для колонны дополнительного насыщения путем термостатирования. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что измерительные ячейки представляют собой датчики с использованием поперечного пьезоэлектрического эффекта. 4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что измерительные ячейки представляют собой датчики скорости распространения звука.

RU 2 114 804 C1

Авторы

Иван Бакардиев

Карл Райнер Вамбах-Зоммерхоф

Маркус Кислик

Хельмут Центграф

Йост Гетте

Штефан Дрессель

Даты

1998-07-10Публикация

1995-03-07Подача