СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ПОЛУЧЕНИЯ ХЛОРИСТОГО КАЛИЯ Российский патент 2013 года по МПК C01D3/04 G05D27/00 

Изобретение относится к технике управления процессом получения хлористого калия при формировании раствора вводом воды в осветленный насыщенный раствор, поступающий со стадии растворения сильвинитовых руд и осветления жидкой фазы, на установках вакуум-кристаллизации.

Известен способ управления процессом получения хлористого калия, стабилизирующий содержание хлористого калия в продукте путем изменения расхода слабого раствора солей в глинистый шлам и горячий насыщенный щелок - см. а.с. СССР №463633, кл. C01D 3/04, опубл. в 1973 г. Данный способ управления неприемлем в условиях работы установок вакуум-кристаллизации (ВКУ) с возвратом суспензии мелкодисперсного кристаллизата хлористого калия в охлажденном на ВКУ маточном щелоке в голову процесса кристаллизации, так как при охлаждении жидкой фазы суспензии кристаллизуется смесь хлористого калия и хлористого натрия за счет испарения воды.

Известен способ управления процессом получения хлористого калия путем изменения расходов входных потоков - см. а.с. №948884, кл. C01D 3/04, G05D 27/00, опубл. 07.08.82. Бюл. №20.

Способ предусматривает стабилизацию содержания хлористого калия путем регулирования расхода воды в поступающий на кристаллизацию раствор в зависимости от температуры этого раствора и концентрации в нем хлористого калия. Известный способ также не предусматривает управления расходом воды, которую необходимо дополнительно подавать в условиях возврата в голову процесса суспензии мелкодисперсного хлористого калия, образующегося на стадии выделения целевого продукта после ВКУ.

Известен способ управления процессом получения хлористого калия путем изменения входного потока воды, включающий регулировку расхода воды в поступающий на кристаллизацию раствор в зависимости от расхода и температуры раствора, концентрации в нем хлористого калия, хлористого магния и хлористого натрия, расчет расхода воды в поступающий на кристаллизацию раствор с подачей вычисленных значений в систему управления расходом воды по приведенным в способе зависимостям и расчет концентрации насыщения раствора по хлористому натрию - прототип см. патент РФ 2406695 от 04.12.2008 г., кл. C01D 3/04, G05D 27/00, опубл. 20.12.2010. Бюл. №35.

Предложенный способ также не предусматривает корректировку управления расходом воды в условиях возврата на ВКУ суспензии мелкодисперсного хлористого калия, образующегося при гидроклассификации готовой суспензии хлористого калия из корпусов ВКУ с выделением целевого продукта. Возврат жидкой фазы суспензии на ВКУ путем ее смешения с поступающим на кристаллизацию горячим осветленным раствором приведет к ее нагреву, а при охлаждении на ВКУ из этой жидкой фазы происходит кристаллизация хлористого натрия за счет испарения воды под вакуумом в процессе охлаждения, что может привести к получению некондиционного целевого продукта.

Задачей предлагаемого изобретения является корректировка управления процессом кристаллизации хлористого калия вводом дополнительного количества воды в условиях возврата на ВКУ суспензии мелкодисперсного хлористого калия в охлажденном маточном растворе.

Поставленная задача достигается тем, что в отличие от известного способа, включающего регулировку расхода воды в поступающий на кристаллизацию раствор в зависимости от расхода и температуры раствора, концентрации в нем хлористого калия, хлористого магния и хлористого натрия, расчет расхода воды в поступающий на кристаллизацию раствор с подачей вычисленных значений в систему управления расходом воды и расчет концентрации насыщения раствора по хлористому натрию, по предлагаемому способу дополнительно измеряют расход охлажденного маточного раствора после выделения из него кристаллического хлористого калия в поступающий на кристаллизацию горячий раствор, его температуру и содержание в нем хлористого магния, по полученным параметрам рассчитывают расход воды для предотвращения кристаллизации хлористого натрия при охлаждении маточного раствора по следующей зависимости:

,

где - расход воды для предотвращения кристаллизации хлористого натрия при охлаждении маточного раствора, т;

G_M - расход маточного раствора, т;

t₂ - температура охлажденного маточного раствора, °С;

t₁ - температура маточного раствора, нагретого за счет смешения с горячим раствором, поступающим на кристаллизацию, °С;

φ - эмпирический коэффициент, определяющий количество воды, испаряемой при охлаждении маточного раствора, и составляющий 0,0018 т Н₂О на 1°С из 1 т маточного раствора, 1/°С.

Расход хлористого натрия G_NaCl, т, который будет кристаллизоваться при отсутствии подачи воды с расходом , определяется зависимостью:

где C_NaCl - концентрация насыщения маточного раствора по NaCl, т/1000 т Н₂О, при насыщении раствора по хлористому калию, определяется зависимостью:

,

где - содержание в маточном растворе хлористого магния, т/1000 т H₂O.

Другим отличием способа является то, что при необходимости ввода в кристаллизат хлористого натрия расход воды уменьшают от вычисленного значения, а расход хлористого натрия в целевой продукт увеличится пропорционально его уменьшению от вычисленного значения расхода.

Сущность способа управления процессом получения хлористого калия как технического решения заключается в следующем.

В отличие от известного способа управления процессом получения хлористого калия путем изменения входного потока воды, включающего регулировку расхода воды в поступающий на кристаллизацию раствор в зависимости от расхода и температуры раствора, концентрации в нем хлористого калия, хлористого магния и хлористого натрия, расчет расхода воды в поступающий на кристаллизацию раствор с подачей вычисленных значений в систему управления расходом воды по приведенным в способе зависимостям и расчет концентрации насыщения раствора по хлористому натрию, по предлагаемому способу дополнительно измеряют расход охлажденного маточного раствора после выделения из него кристаллического хлористого калия в поступающий на кристаллизацию горячий раствор, его температуру и содержание в нем хлористого магния, по полученным параметрам рассчитывают расход воды для предотвращения кристаллизации хлористого натрия при охлаждении маточного раствора по следующей зависимости:

,

где - расход воды для предотвращения кристаллизации хлористого натрия при охлаждении маточного раствора, т;

G_M - расход маточного раствора, т;

t₂ - температура охлажденного маточного раствора, °С;

t₁ - температура маточного раствора, нагретого за счет смешения с горячим раствором, поступающим на кристаллизацию, °С;

φ - эмпирический коэффициент, определяющий количество воды, испаряемой при охлаждении маточного раствора, и составляющий 0,0018 т Н₂О на 1°С из 1 т маточного раствора, 1/°С.

Расход хлористого натрия G_NaCl, т, который будет кристаллизоваться при отсутствии подачи воды с расходом , определяется зависимостью:

где C_NaCl - концентрация насыщения маточного раствора по NaCl, т/1000 т H₂O, при насыщении раствора по хлористому калию, определяется зависимостью:

,

где - содержание в маточном растворе хлористого магния, т/1000 т Н₂О.

При необходимости ввода в кристаллизат хлористого натрия расход воды уменьшают от вычисленного значения, а расход хлористого натрия в целевой продукт увеличится пропорционально его уменьшению от вычисленного значения расхода.

Как показывает практика, на действующих галургических обогатительных фабриках в жидкой фазе, образующейся после выделения из нее кристаллизата - хлористого калия, полученной на установках вакуум-кристаллизации (ВКУ) (см., например, Горный журнал №8, 2007 www.rudmet.ru 1SS №0017-2278, с.25-30) остается до 10% от общего расхода твердой фазы - мелкодисперсного целевого продукта. Возврат такой жидкой фазы на стадию растворения сильвинитовой руды приводит к уменьшению емкости растворяющего раствора по KCl и, как следствие, к увеличению объема циркулирующего раствора в цикле: растворение-кристаллизация, а также к повышению энергозатрат на нагрев растворов, их охлаждение и транспортировку. В связи с этим в последнее время на калийных предприятиях вводят в эксплуатацию установки для дополнительного извлечения мелкодисперсного хлористого калия из охлажденного на ВКУ маточного раствора после выделения из него целевого продукта. Для этой цели используют операцию гидроклассификации, например, с применением пластинчатых сгустителей. Слив сгустителей направляют на нагрев, а затем на растворение сильвинитовой руды, а сгущенную суспензию с отношением жидкого к твердому (Ж:Т), равным ~1,0-2,5 - на ВКУ для формирования раствора вводом воды в осветленный насыщенный раствор, поступающий на стадии растворения сильвинитовых руд и осветления жидкой фазы. Однако при этом необходима корректировка управления расходом воды в условиях возврата на ВКУ суспензии мелкодисперсного хлористого калия, так как при охлаждении на ВКУ из этой жидкой фазы, нагретой за счет смешения ее с горячим осветленным раствором без подачи дополнительного количества воды, происходит кристаллизация хлористого натрия за счет испарения воды под вакуумом в процессе охлаждения, что приводит к увеличению содержания в целевом продукте NaCl, снижая его качество. Авторами установлена зависимость между расходом воды, которую необходимо подать для предотвращения кристаллизации хлористого натрия при охлаждении маточного раствора - от перепада температур на входе в первом и в последнем корпусах ВКУ (t₁, t₂), расхода маточного раствора - , содержащего сгущенную твердую фазу обычно с Ж:Т=1,0-2,5, а также определен по фактическим данным для разных типов ВКУ усредненный эмпирический коэффициент φ, определяющий количество воды, испаряемой при охлаждении маточного раствора, и составляющий 0,0018 т Н₂О на 1°С из 1 т маточного раствора. Величина этого коэффициента зависит от температуры и состава жидких фаз, а также потерь тепла в окружающую среду. Однако для практики коэффициент φ можно считать постоянной величиной.

Ж:Т сгущенной суспензии может выходить за указанные пределы и зависеть от эффективности гидроклассификации мелкодисперсного хлористого калия в охлажденном после ВКУ маточном растворе.

Благодаря возврату сгущенной суспензии мелкодисперсного хлористого калия в первый корпус ВКУ объединенный раствор содержит зародыши кристаллизации, а нагрузка на корпусы ВКУ по твердой фазе становится оптимальной, что ведет к увеличению выхода целевых фракций кристаллизата, содержащих минимальное количество пылевых фракций KCl - не менее 100 микрон. Расход хлористого натрия C_NaCl, т, который кристаллизуется при отсутствии подачи воды для предотвращения его кристаллизации при охлаждении маточного раствора G_M, определяется зависимостью

,

где C_NaCl - концентрация насыщения маточного раствора по NaCl, т/1000 т H₂O, при насыщении раствора по хлористому калию определяется зависимостью:

,

где - содержание в маточном растворе хлористого магния, т/1000 т Н₂О.

По предлагаемому способу при необходимости ввода в кристаллизат хлористого натрия, например, для понижения в нем содержания KCl расход воды уменьшают от вычисленного значения, при этом расход хлористого натрия в целевой продукт увеличится пропорционально его уменьшению от вычисленного значения расхода. Такая операция бывает полезной, если по контракту требуется отгружать продукт, например, с содержанием не менее 95% KCl, а по факту образуется продукт 95,5% или выше, а дополнительное содержание основного вещества в нем не оплачивается.

В таблице 1 приведены данные по дополнительному расходу воды, которую необходимо подать для корректировки ее расхода на ВКУ в условиях возврата на ВКУ суспензии мелкодисперсного хлористого калия в охлажденном маточном растворе для предотвращения кристаллизации NaCl.

Таблица 1 № п.п Расход суспензии, т Ж:Т суспензии Расход маточного раствора, т Температура, °С Расход воды на корректировку, т на выходе в ВКУ в последнем корпусе ВКУ 1 100 0,7 41,2 95 30 4,8 2 200 1,0 100,0 93 35 10,4 3 200 2,0 133,3 90 35 13,2 4 200 2,5 142,8 92 38 13,9 5 100 3,0 75,0 89 40 6,6

Из приведенных данных видно, что приведенное в предлагаемом изобретении техническое решение позволяет за счет корректировки регулирования расхода воды предотвратить кристаллизацию хлористого натрия на ВКУ в условиях возврата сгущенной суспензии мелкодисперсного хлористого калия в охлажденном маточном растворе практически для любых режимов кристаллизации целевого продукта.

В таблице 2 приведены расходы хлористого натрия, который будет кристаллизоваться при отсутствии подачи воды для корректировки ее расхода для условий, приведенных в таблице 1.

№ п.п Расход маточного раствора, т Температура, °C Вычисленное значение C_NaCl, т/1000 т H₂O Расход воды на корректировку, т на вход в ВКУ в последнем корпусе ВКУ 1 41,2 95 30 296,0 1,42 2 100,0 93 35 293,0 3,06 3 133,3 90 35 293,0 3,87 4 142,8 92 38 291,4 4,04 5 75,0 89 40 290,4 1,92

Вычисленное значение C_NaCl определено в соответствии с прототипом для , равным 0. Из приведенных данных видно, что расход хлористого натрия, кристаллизующегося в условиях отсутствия корректировки расхода воды, является переменной величиной, зависящей от выбранных параметров, и автоматически их определяя и зная расход кристаллизата целевого продукта за счет управления расходом воды от вычисленного значения путем его снижения, можно регулировать содержание NaCl в хлористом калии, понижая его качество.

Таким образом решается задача предлагаемого изобретения корректировки управления процессом кристаллизации хлористого калия вводом дополнительного количества воды в условиях возврата на ВКУ суспензии мелкодисперсного хлористого калия в охлажденном маточном растворе.

Способ осуществляли следующим образом.

Горячий насыщенный раствор, поступающий со стадии растворения сильвинитовой руды и осветления жидкой фазы, направляли в запиточный стакан вакуум-кристаллизационной установки, замеряли температуру и расход раствора, массовую долю в нем калия, хлористого натрия, содержание MgCl₂, расход раствора циклонной пыли и его состав с подачей полученных значений в систему управления основным расходом воды.

Дополнительно измеряли:

- расход охлажденного маточного раствора после выделения из него кристаллического хлористого калия в поступающий на кристаллизацию на ВКУ горячий раствор с помощью индукционного расходомера типа СОРА ХЕ, откалиброванного на т/ч с учетом содержания в нем твердой фазы;

- температуру раствора на входе в ВКУ, полученную после смешения всех фаз, а также температуру жидкой фазы на выходе из последнего корпуса ВКУ - с помощью термообразователя с унифицированным выходным сигналом, например ТСМУ-055. Сигналы с первичных преобразователей поступали на контроллер, где по полученным параметрам вычисляли концентрацию насыщения раствора по хлористому натрию и рассчитывали расход воды для предотвращения кристаллизации хлористого натрия при охлаждении маточного раствора путем корректировки общего расхода воды, подаваемой на ВКУ, в системе управления расходом воды.

При необходимости ввода в кристаллизат хлористого натрия расход воды уменьшали от вычисленного значения; при этом расход хлористого натрия увеличивался пропорционально его уменьшению от вычисленного значения расхода.

Параметры осуществления способа.

Пример 1

Показания приборов:

- расход маточного раствора, G_M,   (расход суспензии 200 т с Ж:Т=1) 100 т - температура раствора на входе в ВКУ, t₁ 93°С - температура раствора в последнем корпусе ВКУ, t₂ 35°С

Рассчитывали расход воды для предотвращения кристаллизации хлористого натрия при охлаждении маточного раствора - , т, по зависимости:

,

где φ - эмпирический коэффициент, определяющий количество воды, испаряемой при охлаждении маточного раствора, и составляющий 0,0018 т Н₂О на 1°С из 1 т маточного раствора, 1/°С;

Вычисленные контроллером значения подали в систему управления расходом воды для корректировки общего его расхода. Увеличения содержания хлористого натрия в целевом продукте за счет подачи на ВКУ охлажденного маточного раствора не обнаружено.

Пример 2

Показания приборов:

- расход маточного раствора, G_M,   (расход суспензии с Ж:Т=2-200 т) 133,3 т - температура раствора на входе в ВКУ, t₁ 90°С - температура раствора в последнем корпусе ВКУ, t₂ 35°С

Рассчитывали расход воды для предотвращения кристаллизации хлористого натрия при охлаждении маточного раствора - , т.

Рассчитывали концентрацию насыщения маточного раствора C_NaCl, т/10000 т H₂O по зависимости:

При этом содержания MgCl₂ в растворе не обнаружено, т.е. .

Рассчитывали расход хлористого натрия G_NaCl, т, который будет кристаллизоваться при отсутствии подачи воды с расходом :

Для понижения содержания хлористого калия в готовом продукте до требований контракта необходимо ввести в него 2 т хлористого натрия, следовательно, расход воды для корректировки состава

Вычисленные контроллером значения подали в систему управления расходом воды для корректировки общего его расхода. При этом содержание хлористого натрия в готовом продукте повысилось на 2 т, что при расходе целевого продукта 200 т/ч понизило содержание основного вещества в нем ~ на 1%.

Изобретение может быть использовано в неорганической химии. Способ управления процессом получения хлористого калия путем изменения входного потока воды включает регулировку расхода воды в поступающий на кристаллизацию раствор в зависимости от расхода и температуры раствора, концентрации в нем хлористого калия, хлористого магния и хлористого натрия, расчет расхода воды в поступающий на кристаллизацию раствор с подачей вычисленных значений в систему управления расходом воды, расчет концентрации насыщения раствора по хлористому натрию. Дополнительно измеряют расход охлажденного маточного раствора после выделения из него кристаллического хлористого калия в поступающий на кристаллизацию горячий раствор, его температуру и содержание в нем хлористого магния. По полученным параметрам рассчитывают расход воды для предотвращения кристаллизации хлористого натрия при охлаждении маточного раствора. Изобретение позволяет корректировать процесс кристаллизации хлористого калия путем ввода дополнительного количества воды в условиях возврата на установки вакуум-кристаллизации суспензии мелкокристаллического хлорида калия в охлажденном маточном щелоке. 1 з.п. ф-лы, 2 табл., 2 пр.

1. Способ управления процессом получения хлористого калия путем изменения входного потока воды, включающий регулировку расхода воды в поступающий на кристаллизацию раствор в зависимости от расхода и температуры раствора, концентрации в нем хлористого калия, хлористого магния и хлористого натрия, расчет расхода воды в поступающий на кристаллизацию раствор с подачей вычисленных значений в систему управления расходом воды, расчет концентрации насыщения раствора по хлористому натрию, отличающийся тем, что дополнительно измеряют расход охлажденного маточного раствора после выделения из него кристаллического хлористого калия в поступающий на кристаллизацию горячий раствор, его температуру и содержание в нем хлористого магния, по полученным параметрам рассчитывают расход воды для предотвращения кристаллизации хлористого натрия при охлаждении маточного раствора по следующей зависимости:

где - расход воды для предотвращения кристаллизации хлористого натрия при охлаждении маточного раствора, т;
G_м - расход маточного раствора, т;
t₂ - температура охлажденного маточного раствора, °С;
t₁ - температура маточного раствора, нагретого за счет смешения с горячим раствором, поступающим на кристаллизацию, °С;
φ - эмпирический коэффициент, определяющий количество воды, испаряемой при охлаждении маточного раствора, и составляющий 0,0018 т Н₂О на 1°С из 1 т маточного раствора, 1/°С, при этом расход хлористого натрия G_NaCl, т, который будет кристаллизоваться при отсутствии подачи воды с расходом определяется зависимостью:

где C_NaCl - концентрация насыщения маточного раствора по NaCl, т/1000 т Н₂O, при насыщении раствора по хлористому калию, определяется зависимостью:
,
где - содержание в маточном растворе хлористого магния, т/1000 т H₂O.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при необходимости ввода в кристаллизат хлористого натрия расход воды уменьшают от вычисленного значения, а расход хлористого натрия в целевой продукт увеличится пропорционально его уменьшению от вычисленного значения расхода.