Изучение и анализ производства медного купороса

Описанное выше устройство работает следующим образом.

Медь в виде гранул или порошка загружают через верхний загрузочный люк 16, затем аппарат заполняют сернокислым раствором до рабочего уровня через патрубок 17. В подогреватель - змеевик 8 подается пар для обеспечения заданной температуры процесса растворения. Через патрубки 3, 4 подается сжатый воздух. Запускается циркуляционный насос 18 для создания циркуляции раствора через слой твердого растворяемого вещества. Рабочая жидкость подается в донную часть аппарата 25 циркуляционным насосом 18 через вентили 21, 22, 24 либо, минуя насос, через вентиль 23. Затем поступает в камеру смешения 2 со сжатым воздухом и за счет подъемной силы сжатого воздуха выбрасывается в реакционную зону 6, где идет основная реакция твердофазного взаимодействия - газ - жидкость - твердое. Далее раствор поднимается в расширенную часть колонны - пеногаситель 7, где гасится образующаяся на поверхности раствора пена. Попадая в отстойную зону 9, раствор осветляется от твердых частиц и через сливной патрубок 13 и сливной коллектор 14 поступает в циркуляционную трубу 15.

По истечении определенного времени, готовый раствор анализируют и выдают из системы циркуляции через ловушку 19 и вентиль 20 на дальнейшую переработку.

В нижней части имеется люк для чистки аппарата и осмотра элементов опорной решетки.

Оборудование установки обвязано технологическими трубопроводами, подающими и отводящими раствор, пар, конденсат, сжатый воздух. Установка оснащена запорной регулирующей арматурой, приборами КИП и А.

Предлагаемая конструкция аппарата позволяет использовать для растворения медь как в виде гранул, так и в виде порошка; увеличить скорость процесса по сравнению с прототипом в 6 - 10 раз за счет повышения коэффициента использования воздуха с 30 до 70 %, снизить расход сжатого воздуха в 3 раза, пара - в 2 раза, повысить извлечение меди в готовую продукцию и ее качество [9].

3.2.1 Определение размеров аппарата [10]

Диаметр верхней части колонны совпадает с диаметром оксидизера и равен 2380 мм. Размеры царг определяются размерами листа дорогостоящей стали 20001000. Высота нижней части колонны определяется количеством медных гранул, необходимых для проведения процесса растворения.

, (1)

где V - объем занимаемый медными гранулами, м³;

F - площадь поперечного сечения обечайки, м².

, (2)

где d =1,268 - внутренний диаметр обечайки;

р = 3,14.

, (3)

где m=13330 - масса медных гранул, кг;

=4540 - удельный вес медных гранул, кг/м³

Тогда по формулам (3) и (1):

,

.

Принимаем высоту нижней части аппарата 3 м, с учетом увеличения объема медных гранул при прохождении раствора вверх исходящим потоком.

Далее произведем расчет толщины стенки корпуса.

Корпус аппарата сварной. Верхняя часть колонны состоит из 3 царг цилиндрической формы (наружный диаметр 2380 мм, толшина стенки 6 мм) и одной конической формы.

Нижняя часть колонны состоит из 4 цилиндрических царг, внутренний диаметр которых 1268 мм. В местах крепления опор и решетки, для увеличения жесткости царги с толщиной стенки 8 мм, а остальные с толщиной стенки 6 мм.

Рассчитаем толщину стенки нижней обечайки:

, (4)

где S_p - расчетная толщина стенки, м;

с - прибавка к расчетной величине стенки.

, (5)

где С₁ - прибавка для компенсации коррозии;

С₂ и С₁ - технологическая прибавка.

, (6)

где Р - внутреннее давление, Па;

D = 1268 - внутренний диаметр обечайки, мм;

= 174 - допускаемое напряжение для материала корпуса аппарата

12Х18Н10Т, МПа [10];

= 0,9 - коэффициент прочности сварных швов [10].

Аппарат находится под давлением столба жидкости и медных гранул.

Давление столба жидкости [11]:

, (7)

где Н = 6,75 - высота уровня раствора, м;

с = 1400 - плотность исходного раствора кг/м³;

g = 9,81 - ускорение свободного падения м/с².

Р₁ = 6,75 • 1400 • 9,81 = 92704,5 Па = 92,70 кПа.

Давление на 1 см² от медных гранул:

Н = 5,2 - высота слоя медных гранул, м;

с = 1700 - плотность медных гранул кг/м³.

Р₂ = 5,2 • 1700 • 9,81 = 86720,4 Па = 86,72 кПа.

Суммарное давление на стенки обечайки:

Р = 92704,5 + 86720,4 = 179424,9 Па = 179,42 кПа.

Расчетную толщину стенки найдем по формуле (6):

= 0,3 мм.

Произведем расчет объемов различных частей аппарата колонного типа.

Объем цилиндрической части башни (закачка раствора на высоту 1,8 м от крышки аппарата, что соответствует линии сливной трубы):

V₁ = h • р • d²/4, (8)

где h = 2,8 - 1,8 = 1,0 м = 100 мм,

V₁ = 1,0 • 3,14 • 2,368²/4 = 4,402 м³.

Рассчитаем объем усеченного конуса башни

V₂ =р • h/3 • (r₁² + r₁ • r₂ + r₂²), (9)

V₂ = 3,14 • 0,55/3 • (0,634² + 0,634 • 1,184 + 1,184²) = 1,470 м³.

Определим объем колонны для загрузки гранул

V₃ = h • р • d²/4, (10)

V₃ = 4,8 • 3,14 • 1,268²/4 = 6,058 м³.

По формуле (9) рассчитаем объем усеченного конуса колонны

V₄ = 3,14 • 0,48/3 • (0,15² + 0,15 • 0,634 + 0,634²) = 0,261 м³.

По формуле (10) найдем объем цилиндрической части колонны

V₅ = 0,10 • 3,14 • 0,261²/4 = 0,005 м³.

Рассчитаем объем цилиндрической части сепаратора по формуле (10)

V₆ = 0,048 • 3,14 • 0,261²/4 = 0,002 м³.

Объем усеченного конуса сепаратора найдем, подставив данные в формулу (9)

V₇ = 3,14 • 0,159/3 • (0,13² + 0,13 • 0,625 + 0,625²) = 0,081 м³.

Объем отвода крутоизогнутого рассчитаем, подставив данные в формулу (10)

V₈ = 0,39 • 3,14 • 0,125²/4 = 0,0048 м³.

Аналогично найдем объем патрубка

V₉ = 1,9 • 3,14 • 0,125²/4 = 0,023 м³.

Объем вертикальной части циркуляционной трубы равен

V₁₀ = 6,45 • 3,14 • 0,125²/4 = 0,079 м³.

Объем сливного коллектора равен 0,07 м³, тогда суммарный объем циркуляционной системы равен

V_? = V₆ + V₇ + V₈ • 2 + V₉ + V₁₀ + V₁₁,

V_? = 0,002 + 0,081 + 0,0048 • 2 + 0,023 + 0,079 + 0,07 = 0,2646 м³.

Расширение верхней части вертикального участка циркуляционной трубы учли в виде 5 % от суммарного объема циркуляционной системы, с учетом этого имеем

V_? = 0,2646 • 0,05 + 0,2646 = 0,278 м³.

3.3 Описание и расчет вакуум-выпарного кристаллизатора

Выделение медного купороса из медеэлектролитных растворов предусматривается в три стадии выпарной кристаллизации. Это один из основных процессов производства медного купороса на предприятии ОАО «Уралэлектромедь».

Отработанный электролит завода «Уралэлектромедь» содержит повышенное количество примесей NiSO₄, FeSO₄, As₂O₃, ZnSO₄, CaSO₄ и др. Выведенный из электролитных ванн передаточный электролит направляют на нейтрализацию свободной серной кислоты черновой медью с последующей трехстадийной упаркой раствора и кристаллизацией медного купороса.

На ряде действующих медеэлектролитных заводов этот процесс осуществля-ется в вакуум-выпарных аппаратах с вынесенной греющей камерой, которые работают периодически, так как на теплопередающей поверхности происходит интенсивное образование нерастворимой и механически прочной накипи, состоящей преимущественно из сульфата.

СверНИИхиммашем были проведены исследования вакуум-кристаллизации производственного раствора в опытных циркуляционных кристаллизаторах разных конструкций. На основании полученных результатов была разработана и успешно внедрена в эксплуатацию в цехе медного купороса ОАО «Уралэлектромедь» выпарная вакуум-кристаллизационная установка, а также были приняты следующие технические решения:

· процесс упаривания на «кристалл» проводится непрерывно в выпарном вакуум - кристаллизаторе двухконтурного типа;

· температура упарки раствора и кристаллизации медного купороса поддерживается в интервале 30 - 50⁰С;

· греющая камера установлена в наружном циркуляционном контуре вакуум-кристаллизатора на нагнетательной линии циркуляционного насоса. Через греющую камеру осуществляется циркуляция осветленного маточного раствора, отбираемого из внутренней отстойной камеры кристаллизатора;

· размер кристаллов в циркулирующей суспензии регулируется изменением скорости истечения струй маточного раствора из сопла струйного насоса (до 20,5 м/с) и температуры перегрева осветленного маточного раствора в греющей камере (от 5 до 15⁰С);

· работа установки непрерывная;

· для гарантированного достижения заданной производительности по кристаллическому медному купоросу Генпроектировщику предусмотрена резервная нитка, обеспечивающую работу любой из выпарок I ^ой - III^ой стадий при остановке ее (нитки) на ремонт или ревизию.

Вакуум-кристаллизационная установка включает в себя следующее оборудование: вакуум-кристаллизатор ВВК; напорный бак Нб; бак-мешалку Бм; поверхностный конденсатор ПК; пароэжекторный блок ПЭБ; циркуляционный насос Нц; вакуумный насос Нв; конденсатный бак К; систему воздуховодов для отвода сокового пара и создания разряжения в корпусе ВВК; автоматизированную систему управления технологическим процессом.

Характеристика оборудования вакуум-кристаллизационной установки представлена в табл. 3.1.

Таблица 3.1. Характеристика оборудования выпарной вакуум-кристаллизационной установки

N	Наименование	Характеристика	Назначение
1	Напорный бак, (Н)	Рабочий обхъем - 8,0м3, теплообменник-змеевик паровой	Накопление исходного раствора
2	Выпарной вакуум-кристал-лизатор, (ВВК)	Емкость полная - 50м3 рабочая - 20м3	Выпаривание растворителя с одновременной кристаллизацией медного купороса
3	Греющая камера (Гк)	3_ходовый горизонтальный кожухотрубный теплообменник с теплопередающими трубками из титана ВТ! - 0 размерами (38х2х4000) мм или (38х2х3000) мм. Поверхность теплообмена (по наружному диаметру теплообменных трубок) 50м2	Циркуляция и нагрев осветленного маточного раствора, отбираемого из отстойной камеры
4	Поверхностный конденсатор (Пк)	Трубчатый теплообменник, площадь теплообмена -136м2	Поддержание необходимого разряжения в сепараторе за счет конденсации вторичного (сокового) пара
5	Двухступенчатый пароэжекторный блок (ПЭБ)	Эжектор, теплообменник, производительность по отсасываемой парогазовой смеси - 75 кг/ч	Для удаления неконденсирующихся газов из поверхнос-ного конденсатора
6	Вакуум-насос (Нв)	Тип ВВН_3Н, производительность по отсасываемой парогазовой смеси 3м3/мин.	Для удаления в атмосферу неконденсирующихся в ПК и ПЭБ газов
7	Циркуляционный центробежный насос (Нц)	Тип Х_280/29 - КСД, подача 200м3/ч, напор -29 м, частота вращения рабочего колеса - 1500 об/мин	Транспортировка рабочего раствора по наружному циркуляционному контуру
8	Бак-мешалка (Бм)	Аппарат с перемешивающим устройством, рабочий объем 2м3	Емкость для отбора суспензии из аппарата
9	Центробежный насос	Тип АХ_65-40-200_КСД, подача 25м3/ч, напор -50 м, Тип АХ_50-32-206 КСД, подача 12,5м3/ч, напор -50 мм	Транспортировка суспензии на центрифугу для разделения
10	Механический кристаллизатор (Мк)	Аппарат с перемешивающим устройством и водяной рубашкой, поверхность охлаждения 8,3м2, рабочий объем -2,95м3
11	Бак конденсатный (К)	Рабочий объем -4м3	Для приема конденсата греющего и вторичного пара с переливной колонкой гидрозатво-ром, бак является общим с ВВКII, III стадии
12	Центробежный насос (Нц)	Тип ОХ_50-125-160 КСД, подача - 25м3/ч, напор - 32 м	Для откачки конденсата греющего и вторичного пара, общий с ВВК II и III стадии

Медный купорос является продуктом процесса кристаллизации сернокислой меди из насыщенных сернокислых растворов.

Процесс выпарной вакуум-кристаллизации организован в три стадии. На первых двух стадиях производится медный купорос продукционный, на третьей стадии ведется кристаллизация медного купороса с целью извлечения его из маточных растворов после второй стадии (для возврата в начало процесса вакуум - кристаллизации).

Маточный раствор после третьей кристаллизации, содержащий остаточную медь до 60 г./л и значительное количество никеля, направляется в отделение обезмеживания и в производство никеля сернокислого реактива марки «ч».

Принцип работы вакуум-выпарного кристаллизатора следующий: исходный раствор из напорного бака Нб непрерывно самотеком поступает в нижнюю часть вакуум-кристаллизатора через штуцер (поз. 8) и смешивается с циркулирующей суспензией.

Под действием напора, создаваемого циркуляционным насосом (поз. 11), перегретый маточный раствор, поступающий из греющей камеры (поз 12), вытекая из сопла (поз. 9) струйного насоса с большой скоростью, подсасывает суспензию, циркулирующую в аппарате.

Поступающий исходный раствор и образовавшаяся смесь поднимается по центральной циркуляционной трубе (поз. 3) вверх и на выходе из нее вскипает вследствие наличия разряжения 1,5-1,9 кПа в сепараторе (поз. 2) вакуум - кристаллизатора.

При кипении раствор теряет тепло перегрева и охлаждается до равновесной температуры кипения раствора при данном остаточном давлении. В результате охлаждения, а также за счет испарения при кипении части растворителя, в растворе создается пересыщение и происходит выделение зародышей кристаллической соли медного купороса и рост кристаллов на зародышах, которые поступили ранее из центральной циркуляционной трубы (поз. 3) в зону кипения.

Образовавшиеся кристаллы в виде суспензии частично выводятся из вакуум - кристаллизатора. Основная часть образовавшейся в зоне кипения суспензии движется по кольцевому зазору между стенкой корпуса, цилиндрической отстойной перегородкой (поз. 4) и центральной циркуляционной трубой (поз. 3), опускаясь в нижнюю часть кристаллизатора.

По мере движения вниз, происходит снятие остаточного пересыщения раствора на поверхности готовых кристаллов и сгущение кристаллов, путем отвода части осветленного маточного раствора и мелкодисперсной фракции из отстойной камеры (поз. 15) в наружный циркулярный контур (поз. 7, 11). При этом осветленный маточный раствор с мелочью из отстойной камеры по обратной циркуляционной трубе (поз. 7) засасывается циркуляционным насосом (поз. 11) и нагнетается им в греющую камеру (поз. 12).

Далее нагретый в греющей камере маточный раствор поступает в сопло струйного насоса (поз. 9), где он используется в качестве рабочей жидкости. Струя нагретого раствора, вытекая из сопла с большой скоростью, подсасывает исходный раствор, подаваемый в эту зону сепаратора, и суспензию, движущуюся вниз, и нагнетает образовавшуюся смесь в центральную трубу. Цикл многократно повторяется.

Таким образом, суспензия, непрерывно движущаяся в корпусе кристаллизатора по центральной трубе (поз. 3) вверх и вне центральной трубы вниз, образует внутренний циркуляционный контур, здесь происходит рост и укрупнение кристаллов до определенной величины с последующим выводом готовых кристаллов из аппарата.

Осветленный маточный раствор, непрерывно отбираемый из отстойной камеры (поз 15) и движущийся по обратной циркуляционной трубе (поз 7) во всасывающий патрубок циркуляционного насоса, а затем нагнетаемый через трубки греющей камеры (поз. 12) в сопло (поз. 9), образует наружный циркуляционный контур, здесь происходит перегрев раствора с одновременным растворением зародышей.

С целью достижения определенной интенсивности теплопередачи в греющей камере и исключения солевых отложений на теплопередающих поверхностях греющих трубок, за счет высокой скорости движения раствора по трубкам, греющая камера выполнена 6_ходовой по раствору.

Отвод продукционной суспензии из вакуум-кристаллизатора может

осуществляться непрерывно тремя способами:

· на I стадии с донной части аппарата - через стакан (поз. 24);

· на II стадии с уровня кипящего раствора - через «фонарь»;

· на III стадии - через пульпоотводящую трубу (поз. 10).

Эти пульпоотводящие узлы выполнены таким образом, что при работе их в вакуум - кристаллизаторе автоматически поддерживается рабочее положение уровня раствора. Основным является отвод продукционной суспензии с донной части аппарата.

На процесс кристаллизации оказывают влияние следующие факторы:

а) Температура

Повышение температуры пересышенного раствора увеличивает скорость образования кристаллических зародышей. С повышением температуры снижается поверхностное натяжение между раствором и образующимся микрозародышем и облегчается работа по образованию мелких кристаллов.

Для создания условий роста кристаллов необходимо регулировать процесс (снижать) образования микрозародышей. На практике это достигается путем поддержания разницы температур на входе и выходе из греющей камеры, для того, чтобы микрозародыши успевали раствориться, проходя по трубкам греющей камеры.

б) Растворимые примеси

Примеси, присутствующие в растворе, оказывают различное влияние на скорость образования центров кристаллизации, одни из них резко повышают скорость кристаллизации, другие действуют как поверхностно - активные вещества на поверхности микрозародышей и препятствуют кристаллизации пересыщенных растворов.

Для определения расчетных технологических параметров работы оборудования проведены материально - тепловые расчеты. В расчетах приняты номинальные значения параметров.

Уравнение материального баланса

э_0iс_0i = э_si с_ci + W, (11)

где э₀, э_s - объемный расход исходного раствора и суспензии, м³/ч;

с_0, с_c - плотность исходного раствора и суспензии, кг/м³;

W - массовый расход вторичного пара, кг/ч;

i - индекс, обозначающий стадию кристаллизации.

Расход вторичного пара после преобразования уравнения

W_i = э_0iс_0i - э_si с_ci (12)

Расход вторичного пара на каждую стадию равен:

Первая стадия W₁ = 4,69 х 1155 - 1,85х 1395 = 2836 кг/ч;

Вторая стадия W₂ = 1,49х1200 - 0,75х1400 = 738 кг/ч;

Третья стадия W₃ = 2,44х1255 - 1,63х1380 = 813 кг/ч/

Уравнение теплового баланса кристаллизатора:

S_0i C_0i t_0i + л S_кр.i + ц_гр.i = W_i Я_i + (S_0i - S_{кр. i} - W_i)* C_мi t_i + S_кр.i C_кр t_i + ц_грC_кi t_кi (13)

откуда расход греющего рара с учетом его неполноты конденсации равен

ц_{гр. i} = 1,05 , (14)

где S_0i, S_крi - массовый расход исходного раствора и кристаллического медного купороса, кг/ч.

S₀ = х₀ с₀ (15)

л = - 315,3 кДж/кг - теплота кристаллизации медного купороса;

C_0i, C_мi, C_кр, C_кi - теплоемкость исходного раствора, маточного раствора, кристаллов медного купороса, конденсата греющего пара, кДж/кгС⁰;

t_0i - температура исходного раствора, ⁰С;

t_i = 45⁰С, температура кристаллизации;

t_к = t_гр - 2 = 105 - 2 = 103 ⁰С;

t_ni = t_i - д - температура вторичного пара, ⁰С;

t_ni = 45 - 5 = 40⁰С;

д = 5⁰ С - температурная депрессия упаренного раствора;

ъ= 2574 кДж/кг - теплосодержание вторичного пара при температуре;

ъ_г = 2684,1 кДж/кг - теплосодержание греющего пара;

1,05 - коэффициент, учитывающий неполноту конденсации греющего пара.

По формуле (14) рассчитаем расход греющего пара на каждую стадию кристаллизации.

I стадия выпарки

ц_{гр. 1}= 1,05*= 3048,5 кг/ч;

ц_{гр. 2}= 1,05= 832 кг/ч;

ц_{гр. 3}= 1,05=990 кг/ч.

Определим напор и выберем циркуляционный насос.

Циркуляционный насос, установленный в наружном циркуляционном контуре, должен обеспечить требуемую подачу раствора для преодоления гидростатического давления, возникающего за счет разности плотностейй суспензии внутри аппарата и маточного раствора в наружном контуре.

В днище кристаллизатора установлено сопло, которое вместе с центральной циркуляционной трубой образует струйный насос, обеспечивающий циркуляцию суспкнзии по внутреннему контуру.

Определяющим геометрическим параметром струйного насоса является отношение площади поперечного сечения камеры смешения (центральной циркуляционной трубы) к площади поперечного сечения выходного отверстия сопла. Оптимальное значение отношения этих сечений для струйного насоса без диффузора определяем из уравнения

_, (16)

_{n = ,} (17)

где х_н - удельный объем инжектируемой среды - суспензии на входе в сечение между соплом и нижним торцом циркуляционной трубы, м³/кг.

х_н= 1/с_с, (18)

где х_с - удельный объем смешанного потока на выходе из центральной циркуляционной трубы

х_с = 1/с_с, (19)

х_р - удельный объем рабочей среды, маточного раствора, подаваемого циркуляционным насосом в сопло, м³/кг

Подставляя значения в формулы (18, 19) имеем

х_с/ х_р = с_м/ с_с = 0,786;

х_н/ х_р = с_м/ с_с = 0,786.

ц₂ = 0,975 - коэффициент скорости в центральной циркуляционной трубе (камере смешения)

ц₄ = 0,925 - коэффициент скорости во входном сечении камеры смешения (во входном нижнем поперечном сечении центральной трубы).

Подставляя значения параметров в формулу (16) имеем

=

=1,612 (1+7,27)² - 0,628*1,013 *7,27²= 76,6.

Расход циркулирующей по внутреннему контуру суспензии равен

х_ц = (1 + u) х_н.ц=(1+7,27) 92,5 = 765 м³/ч,

где u - коэффициент инжекции, кг/кг;

х_н.ц - подача насоса, м³/ч.

Расчетное расстояние от выходного сечения сопла до входного сечения камеры смешения определим из следующего уравнения

l _с = = ,

d - опытная константа.

Рассчитаем длину цилиндрической части камеры смешения

l_кц = (6 - 10) d_m = (6 - 10) 350 = 2100 - 3500 мм,

где d_m - диаметр центральной циркуляционной трубы, мм.

Найдем рабочий объем зоны кристаллизации

х_к = х₃ - х_о.к = 11 - 2,5 = 8,5 м³,

где х₃ = 11 м³ - общий объем, заполненный раствором в рабочем режиме;

х_о.к = 2,5 м³ - объем осветленного маточного раствора.

Общий тепловой поток в конденсаторе равен

Q₁= r = 2406,51895,8 кВт;

Q₂ = 2406,5 кВт;

Q₃ = 2406,5 кВт.

Производительность вакуум насоса следующая

х_вн = =м³/с = 0,7м³/мин, зимой;

х_вн = м³/с = 1,3 м³/мин, летом,

где R_в = 288,4 Дж/кг*град - газовая постоянная для воздуха;

Р - давление абсолютное паровоздушной смеси на выходе из эжектора, Па;

Р_H2O - парциальное давление водяных паров при температуре паровоздушной смеси, Па.

При рассмотрении работы вакуум-выпарной установки были замечены следующие зависимости:

- средний размер кристаллов, получаемых в выпарном вакуум - кристаллизаторе с двойным контуром, зависит от гидравлического и температурного режимов в аппарате;

- по химическому составу готовый продукт, как правило, отвечает требованиям соответствующего сорта, отклонения могут возникать из-за повышенного содержания мышьяка в исходном растворе;

- минимальный расход осветленного маточного раствора, при котором обеспечивается устойчивая циркуляция суспензии в корпусе аппарата, зависит от диаметра сопла струйного насоса, концентрации и крупности циркуляционных кристаллов;

- отложений накипи на поверхности теплообмена в греющей камере не обнаружено;

- один раз в смену должна осуществляться промывка стенок сепаратора небольшим количеством воды, подаваемой в разбрызгивающие устройства;

- с целью понижения содержания мышьяка требуется контрольная фильтрация исходного раствора от дисперсных взвесей.

В результате расчетов можно сделать вывод о том, что рассматриваемый аппарат способен обеспечить требуемую мощность и может использоваться для получения медного купороса.

3.4 Автоматизация и контроль производства

Автоматизация производства позволяет увеличить производительность оборудования, снизить расходные коэффициенты исходного сырья и материалов, а также обеспечить безопасность персонала на рабочих местах.

3.4.1 Технические данные, контролируемые СУТП

Нейтрализация меди в сернокислых растворах предназначена для получения насыщенного раствора сернокислой меди (медного купороса). Процесс получения насыщенного раствора сернокислой меди - глубокая нейтрализация свободной серной кислоты, содержащейся в отработанном электролите ЦЭМ и маточных растворов никелевого отделения купоросного цеха.

3.4.2 Система управления

Система управления предназначена для контроля технологических параметров и для управления процессом нейтрализации. Система управления находится в герметичных шкафах. Она включает в себя:

а) Управляющий контроллер;

б) Аппаратура сбора информации: оптомодули ввода, оптомодули вывода, оптодоска ввода для нейтрализатора; оптодоска ввода для баков;

в) Аппаратура сбора данных. Модули сбора данных АДАМ_4017;

г) Интерфейсная аппаратура: модули конвертеры RS 232_RS485 АДАМ_4520, соединительные провода и кабели;

д) Аппаратура контроля технологических параметров: систему датчиков измерения уровня, систему датчиков измерения расхода воздуха и электролита, систему датчиков измерения давления;

е) Блоки питания на 24V и на 5V;

ж) Программу и программное обеспечение приема и обработки информации с датчиков и исполнительных устройств, управления исполнительными устройствами и технологическим процессом.

Принцип работы системы управления

Управляющий сигнал для исполнительных механизмов формируется при помощи логических функций на основании сигналов с датчиков и сигналов управляющих воздействий от оператора или управляющего контроллера. Управляющий сигнал управляет модулем оптической развязки, который коммутирует подачу напряжения на исполнительный механизм.

Функции системы управления

1) Система автоматического контроля и управления обеспечивает:

а) Контроль и управление заданными технологическими параметрами с выводом информации на экран монитора: расход электролита, расход воздуха, температуру в нейтрализаторе, температуру электролита в баке, давление в нейтрализаторе, температура воздуха, расход пара, скорость циркуляции, уровень электролита в нейтрализаторе, уровень электролита в баках, температура в сливной трубе;

б) Визуальную сигнализацию о ходе технологического процесса;

* Автоподогрев электролита в нейтрализаторе;

* Автоуправление расходом воздуха;

* Перевод аппаратуры установки в исходное состояние (переход в состояние СТОП нейтрализатора);

* Перевод аппаратуры баков в исходное состояние (переход в состояние СТОП баков).

2) Задачи контроля и регулирования заданных технологических параметров, индикации состояния системы, приведение системы в исходное состояние.

- Контроль и регулирование технологических параметров;

- Контроль технологических параметров осуществляется с применением стандартных датчиков;

- Система управления обеспечивает управление исполнительными механизмами и регулирование параметров технологического процесса.

Система управления обеспечивает ручной и автоматический режимы управления процессом нейтрализации серной кислоты. «Ручной» - управление задвижками, клапанами, насосами с пульта оператора согласно рабочей инструкции для аппаратчика-гидрометаллурга медного отделения купоросного цеха и используя руководство оператора.

«Автоматический» - управление задвижкой воздуха (для поддержания определенного расхода воздуха в нейтрализаторе, заданного оператором), клапаном пара нейтрализатора (для поддержания определенной температуры в нейтрализа-торе, заданной оператором).

Система управления технологическим процессом, система отображения технологического процесса и аппарат нейтрализации колонного типа предназначены для эксплуатации внутри помещения с температурой окружающей среды от +5 °С до +30 °С и влажностью до 80 % без конденсата влаги.

Для принятия решения по управлению аппаратом нейтрализации колонного типа оператор должен руководствоваться показаниями приборов, показателем концентрации H₂SO₄, рабочей инструкцией для аппаратчика-гидрометаллурга медного отделения купоросного цеха Р.И. 0400-22-98 [12].

3.4.3 Система отображения

Система отображения предназначена для отображения технологических параметров и для управления процессом нейтрализации. Система отображения включает в себя: персональный компьютер тип IBM, промышленный манипулятор, блок бесперебойного питания, программу отображения информации и управления.

3.4.4 Автоматизация вакуум-выпарного кристаллизатора

Нормальный режим работы установки может быть обеспечен автоматическим регулированием и контролем основных технологических параметров.

Для этого при разработке проекта КИП и А необходимо предусмотреть:

1) автоматическое регулирование наиболее ответственных параметров, от соблюдения которых зависит режим работы всей установки в целом;

2) дистанционный и местный контроль параметров, измерение которых необходимо для своевременного регулирования работы установки;

3) необходимую сигнализацию.

Регулирование

Перечень параметров, подлежащих регулированию приведен в табл. 3.1.

Таблица 3.1. Параметры, подлежащие регулированию

Регулируемый параметр	Рамерность	Номинальное значение	Наиболшее возможное отклонение	Регулирующее воздействие
1. Расход исходного раствора	кг/с	1,61	± 0,2	Стабилизация
2. Давление в сепараторе кристаллизаторе	МПа	0,0059	± 0,001	Расход охлаждающей воды на конденсатор КВ3
3. Давление рабочего пара перед греющей камерой перед эжектором Э12 на общей линии 4. перед эжектором Э2	МПа	0,1 0,25 0,25	± 0,02 ± 0,01 ± 0,01	Стабилизация Стабилизация Стабилизация
4. Массовое содержание кристаллов в крислаллизаторе	-	0,4	± 0,1	Расход греющего пара в греющую камеру кристаллизатора при постоянной температуре раствора.

Сигнализация

Аварийная сигнализация (световая на щите, звуковая по месту) должна срабатывать при:

а) прекращение подачи: исходного раствора; охлаждающей воды в конденсаторы КВ3, КВ1, КВ2; воды на торцевые уплотнения насосов; вакуумнасосов, греющего пара на кристаллизатор, эжекторы;

б) остановка насосов: циркуляционного, перекачивающих, вакуум-насоса.

Должны осуществляться сигнализации верхнего и нижнего предельных уровней в емкостях Б1 и Б2.

Должна быть световая сигнализация для всех насосов «работает - не работает».

Характеристика рабочих сред параметры которых измеряются и регулируются представлена в таблице 3.2.

Таблица 3.2

Характеристика рабочих сред

Наименование среды	Температура, 0С	Абсолютное давление МПа	Соотношение Т:Ж, масс / доли	Плотность, кг/м3	Материал, стойкий в данной среде
1. Исходный раствор	80	0,3	-	1400	ВТI - 0
2. Охлажда-ющая вода	28	0,3	-	1000	12х18хН10Т
3. Пульпа	50	-	до 30	1570-1600	ВТI_0
4. Пар ТЭЦ	112	0,25	-	0,88	12х18хН10Т
5. Конденсат в баке Б2	40	-	-	998	12х18хН10Т

Таблица 3.3

Наименование электрооборудования	Тип	Мощность, кВт	Частота тока, питающего источник	Напряжение, В	Частота вращения, об/мин
1. Насос АХ125-100-400б_5_У2	4АММ200 4	45	50	380	1450
2. Насос АХ 8/30_И_2Г	4А100 2	4	50	380	2900
3. Насос К8/18	4А80 2	1,5	50	380/220	2900
4. Вакуум-насос ВВН_3Н	4А132 4У3	1,5	50	380/220	1500
5. Задвижка ЗКЛПЭ - 16 ДУ 200,250 (эл. привод ЭВ -25М)	В80В4У2 или ВАОА_13-4_У2	1,5	50	380/220	1400
6. Задвижка 30 нж 97 бк (эл. привод БО99.098-03 М0	4АХ ОЛ4УЗ	1,3	50	380/220	1400
7. Вентиль РХ26324.01 (электропривод ТЭ0099.058-08М)		0,25	50	380/220	1380

Перечень и характеристика примененного электрооборудования

Контроль

Режим работы установки контролируется путем измерения технологических параметров, перечень которых с указанием вида контроля и максимально возможных отклонений приведен в таблице 3.4.

Таблица 3.4 Технологические параметры установки, подлежащие контролю

Параметр	Точка контроля	Размерность	Расчетное значение	Максимально возможное отклонение	Допустимая потеря давления от уст. приб.	Вид контроля	Место установки вторичных приборов
1. Исходный раствор	Трубопровод подачи исходного раствора	кгс	1,61	± 0,2	0,05	Показание, запись	Щит
2. Охлаждающая вода на конденсатор КВЗ	Трубопровод подачи воды на конденсатор КВЗ	кгс	104	± 25	0,05	Показание, запись	Щит
3. Вода на торцевое уплотнение циркуляци-онного насоса	Трубопровод подачи воды на циркулирующий насос	кгс	1,25	10-2 ± 4•10-3	0,05	Показание	По месту
4. Вода на тор-цевое плотнение насоса Н1	Трубопровод подачи воды на насос Н1	кгс	1,25	10-2 ± 4•10-3	0,05	Показание	По месту
5. Охлаждающая вода на установку	Трубопровод подачи воды на установку	кгс	110	± 25	0,05	Запись показания	Щит
6. Рабочий пар в греющую камеру кмристаллизатора	Трубопровод подачи пара на установку	кгс	1800	± 500	0,025	Показание, запись	Щит
7. Рабочий пар на установку	Трубопровод подачи пара на установку	кгс	1800	± 500	0,025	Показание, запись	Щит
8. Пульпа с установки	Трубопровод подачи пульпы на центрифугирование	кгс	1,16	± 0,5	0,05	Показание, запись	Щит
Давление: 1. Рабочий пар на ристаллизатор	Трубопровод пода чи пара в кристаллизатор	МПа	0,1	± 0,02	-	Покание, запись	Щит по месту
2. Рабочий пар на эжектор Э1	Трубопровод подачи рабочего пара на эжектор Э1	МПа	0,25	± 0,01	-	Показания	По месту
3. Рабочий пар на эжектор Э2	Трубопровод подачи рабочего пара на эжектор Э2	МПа	0,25	± 0,01	-	Показания	По месту
4. Вторичный пар в кристал-лизаторе	Сепаратор кристаллизатора	МПа	0,0059	± 0,001	-	Показания	По месту
Температура 1. Исходный раствор	Трубопровод подачи исходного раствора	0С	80	± 5		Показание, запись	Щит
2. Раствор в аппарате	Сепаратор кристаллизатора	0С	50	± 5		Показание, запись	Щит
3. Вода на входе в установку	Трубопроводподачи воды на установку	0С	28	± 5	-	Показание, запись	Щит
4. Вода на выходе из конденсатора КВ3	Трубопровод выхода воды из конденсатора КВЗ	0С	30,6	± 5	-	Показание, запись	Щит
5. Вода на выходе из конденсатора КВ1	Трубопровод выхода воды из конденсатора КВЗ	0С	35,9	± 5	-	Показание, запись	Щит
6. Вода на выходе из конденсатора КВ2	Трубопровод выхода воды из конденсатора КВ2	0С	41,5	± 5	-	Показание, запись	Щит

4. Материальные расчеты

4.1 Приготовление исходного раствора

Составы растворов рассмотрены в разделе 2.1. Раствор электролита из цеха электролиза после очистки от железа, сурьмы и частично от мышьяка объединяется с промывными водами и кислыми растворами печи «КС».

Берем 85 % масс электролита, 6 % масс промвод и 9 % масс кислого раствора. Данные сведены в табл. 4.1.

Таблица 4.1. Смешение растворов

Приход	Расход
Статья	кг/сут	%	Статья	кг/сут	%
1. Электролит, в том числе H2SO4 CuSO4 Ni As H2O 2. Промводы, в том числе H2SO4 CuSO4 Ni As H2O 3. Кислый раствор, том числе H2SO4 CuSO4 Ni As H2O	153354 26069 14722 461 307 111795 10893 22 567 22 22 10260 16167 970 194 388 53 14562	100,0 17,0 9,6 0,3 0,2 72,9 100,0 0,2 5,2 0,2 0,2 94,2 100,0 6,0 1,2 2,4 0,3 90,1	1. Усредненный раствор, в том числе H2SO4 CuSO4 Ni As H2O	180414 27061 15483 871 382 136617	100,0 15,0 8,6 0,5 0,2 75,7
Итого	180414		Итого	180414

4.2 Стадия нейтрализации серной кислотой [14]

Полученный усредненный раствор направляется на стадию нейтрализации свободной серной кислоты до остаточного содержания 5 - 15 г./л. Нейтрализация осуществляется гранулированной медью с использованием в качестве окислителя кислорода воздуха.

Cu + H₂SO₄ + Ѕ O₂ = CuSO₄ + H₂O (43)

M 64 98 16 160 18

m 17518 26824 4380 43795 4927

где М - молярная масса вещества, г/моль;

m - масса вещества, кг/сут.

По реакции (43) находим массы веществ. Содержание меди в гранулах 98,99 %, отсюда

m_cu = 17697 • 0,9899 =17518 кг,

m _H2SO4 = 17518 • 98/64 = 26824 кг,

m _O2 =17518 • 16/64 = 4380 кг,

m _CuSO4 = 17518 • 160/64 = 43795 кг,

m _H2O = 17518 • 18/64 = 4927 кг.

Степень разложения CuSO₄ 98 %, тогда с учетом этого

m _O2^исп = 4380 • 0,98 = 4292 кг,

m _H2SO4^исп= 26824 • 0,98 = 26287 кг,

m _CuSO4^исп= 43795 • 0,98 = 42919 кг,

m _H2O^исп= 4927 • 0,98 = 4828 кг,

m_cu^исп = 17518 • 0,98 = 17168 кг,

m_возд = 4380/0,231 = 18961 кг,

m_N2 = 18961 - 4380 = 14581 кг,

m _H2O = 4828 + 136617 = 141445 кг,

m_cu = 17518 - 17168 = 350 кг,

m _H2SO4^израсх = 27061 - 26287 = 774 кг,

m _CuSO4^получ = 15483 + 42919 = 58402 кг,

m_{нераств. примесей} = 17697 - 17518 = 179 кг,

m _O2^израсх = 4380 - 4292 = 88 кг.

Полученные данные в ходе нейтрализации представлены в табл. 4.2.

Таблица 4.2. Стадия нейтрализации

Приход	Расход
Статья	кг/сут	%	Статья	кг/сут	%
1. Усредненный раствор, в том числе H2SO4 CuSO4 Ni As H2O 2. Гранулы, в том числе Cu нерастворимые примеси 3. Воздух, в том числе O2 N2	180414 27061 15483 871 382 136617 17697 17518 179 18961 4380 14581	100,0 15,0 8,6 0,5 0,2 75,7 100,0 99,0 1,0 100,0 23,1 76,9	1. Пульпа, в том числе H2SO4 CuSO4 Ni As H2O - Твердый остаток, в том числе Cu нерастворимые примеси 2. Отходящие газы, в том числе O2 N2	201874 774 58402 871 382 141445 529 350 179 14669 88 14581	100,0 0,4 28,8 0,4 0,2 69,9 0,2 0,1 100,0 0,6 99,4
Итого	217072		Итого	217072

4.3 Фильтрация смеси

На стадию фильтрации поступает смесь после глубокой нейтрализации, на выходе имеем нейтральный раствор и медно-мышьяковистый кек, который отгружают и используют в других производствах.

Состав медно - мышьяковистого кека: 20 % Cu, 15 % As, 2 % Ni, 60 % H₂O, 3 % нерастворимый остаток.

Тогда m_кека = 350/0,2 = 1750 кг,

m _As = 1750 • 0,15 = 262 кг,

m _As ^{в р-ре} = 382 - 262 = 120 кг,

m_Ni = 1750 • 0,02 = 35 кг,

m_Ni ^{в р-ре} = 871 - 35 = 836 кг,

m _влаги = 1750 • 0,6 = 1050 кг,

m_{нераств. ост.} = 1750 • 0,03 = 53 кг.

Исходный раствор имеет массу m_общ (CuSO₄ + H₂SO₄ + H₂O) = 200621 кг

щ _CuSO4 = 58402/200621 • 100 = 29,1 %,

щ _H2SO4 = 774/200621 • 100 = 0,4 %,

щ _H2O = 141445/200621 • 100 = 70,5 %.

Отсюда m _CuSO4 = 1050 • 0,291 = 306 кг,

m _H2SO4 = 1050 • 0,004 = 4 кг,

m _H2O = 1050 • 0,705 = 740 кг.

Найдем массу CuSO₄ в нейтральном растворе

m _CuSO4 = 58402 - 306 = 58097 кг,

m _H2SO4 = 774 - 4 = 770 кг,

m _H2O = 141445 - 740 = 140705 кг.

Результат расчетов по стадии фильтрации представлен в табл. 4.3.

Таблица 4.3. Фильтрация смеси

Приход	Расход
Статья	кг/сут	%	Статья	кг/сут	%
1. Смесь, в том числе H2SO4 CuSO4 Ni As H2O Cu нерастворимый остаток	202403 774 58402 871 382 141445 350 179	100,0 0,4 28,8 0,4 0,2 69,9 0,2 0,1	1. Нейтральный раствор, в том числе H2SO4 CuSO4 Ni As H2O 2. Кек, в том числе Cu Ni As нерастворимый остаток H2SO4 CuSO4 H2O	200527 770 58096 836 120 140705 1750 350 35 262 53 4 306 740	100,0 0,4 29,0 0,4 0,1 70,1 100,0 20,0 2,0 15,0 3,0 0,2 17,4 42,4
Итого	202403		Итого	202277

Невязка баланса 0,06 %.

4.4 Смешение

В процессе данной стадии происходит смешение двух растворов, а именно, нейтрального раствора массой 151043 кг и оборотного раствора - растворенный медный купорос третьей стадии кристаллизации, массой 14501 кг.

Берем 8,76 % оборотного раствора и 91,24 % нейтрального раствора.

m_общая = 200527/0,9124 = 219876 кг,

m_{оборотного раствора} = 219876 • 0,0876 = 19253 кг,

m _CuSO4 = 58096 + 4482 = 62578 кг,

m _H2SO4 = 770 + 73 = 843 кг,

m _H2O = 140705 + 14686 = 155391 кг,

m_Ni = 836 + 8 = 844 кг,

m _As = 120 + 4 = 124 кг.

Данные расчетов занесены в табл. 4.4.

Таблица 4.4. Смешение нейтрального и оборотного растворов

Приход	Расход
Статья	кг/сут	%	Статья	кг/сут	%
1. Нейтральный раствор, в том числе H2SO4 CuSO4 Ni As H2O 2. Оборотный раствор, в том числе H2SO4 CuSO4 Ni As H2O	200527 770 58096 836 120 140705 19253 73 4482 8 4 14686	100,0 0,4 29,0 0,4 0,1 70,1 100,0 0,34 23,3 0,04 0,02 76,3	1. Смешанный раствор, в том числе H2SO4 CuSO4 Ni As H2O	219780 843 62578 844 124 155391	100,0 0,4 28,45 0,4 0,05 70,7
Итого	219780		Итого	219780

4.5 Вакуум-выпарная кристаллизация I

На упарку после фильтрации поступает 219780 кг раствора, который содержит CuSO₄ - 62578 кг, H₂SO₄ - 843 кг, Ni - 844 кг, As - 124 кг, H₂O - 155391 кг.

Влажность купороса после отделения его от маточника на центрифуге - 5 %.

Рассчитаем количество образовавшихся кристаллов и маточного раствора.

m_р-ра • С_р-ра = m_кр • С_кр + m_мат • С_мат.,

m_р-ра = m_кр + m_мат.,

где m_р-ра - масса смешанного раствора, кг/сут;

С_р-ра - концентрация CuSO₄;

m_кр - масса кристаллов, кг/сут;

С_кр - отношение молярных масс CuSO₄ и CuSO₄ • 5 H₂O;

С_мат. - концентрация CuSO₄ в маточном растворе на 100 г. H₂O.

С _CuSO4 = 62578/219780 = 0,285,

С_кр = М _CuSO4/М _{CuSO4 • 5 H2O} = 160/250 = 0,64.

Рассчитаем концентрацию CuSO₄ в маточном растворе, исходя из растворимости при 45⁰С, которая равна 8,7 г на 100 г. H₂O.

С _CuSO4 = 8,7/(100+8,7) = 0,08,

219780 • 0,285 = m_кр • 0,64 + m_мат • 0,08,

m_кр = 219780 - m_мат,

219780 • 0,285 = (219780 - m_мат) • 0,64 + m_мат• 0,08

m_мат = 139325 кг,

m_кр = 219780 - 139325 = 80455 кг.

Мы нашли массу влажных кристаллов, а так как нам известен процентный состав кристаллов 95 %, следовательно

m_кр = 80455/0,95 = 84689 кг,

m_мат = 139325 - (84689 - 80455) = 135091 кг,

m _CuSO4^крист = 80455 • 0,64 = 51491 кг,

m _H2O^крист = 80455 - 51491 = 28964 кг,

m _CuSO4^{в мат} = 62578 - 51491 = 11087 кг,

m _H2O^{в мат} = 155391 - 28964 = 126427 кг.

Сведем все массы в табл. 4.5.

Таблица 4.5. Вакуум-выпарная кристаллизация I

Приход	Расход
Статья	кг/сут	%	Статья	кг/сут	%
1. Смешанный раствор, в том числе H2SO4 CuSO4 Ni As H2O	219780 843 62578 844 124 155391	100,00 0,40 28,45 0,40 0,05 70,70	1. Пульпа, в том числе CuSO4 •5 H2O H2SO4 CuSO4 Ni As H2O	219780 80455 843 11087 844 124 126427	100,00 36,60 0,40 5,00 0,40 0,05 57,55
Итого	219780		Итого	219780

4.6 Фильтрация пульпы, полученной после первой стадии кристаллизации

Рассчитаем процентный состав и найдем массы компонентов в маточном растворе.

щ _CuSO4 = 11087/139325 • 100 = 7,96 %,

щ _H2SO4 = 843/139325 • 100 = 0,61 %,

щ _H2O = 126427/139325 • 100 = 90,74 %,

щ _Ni = 844/139325 • 100 = 0,60 %,

щ _As = 124/139325 • 100 = 0,09 %.

Тогда m_кр = 84689 - 80455= 4234 кг,

m _H2SO4 = 4234 • 0,0796 = 337 кг,

m _CuSO4 = 4234 • 0,0061 = 26 кг,

m _H2O = 4234 • 0,9074 = 3842 кг,

m_Ni = 4234 • 0,006 = 25 кг,

m _As = 4234 • 0,0009 = 4 кг.

На стадии фильтрации получаем кристаллы с влажностью 5 % и маточный раствор, который направляют на вторую стадию вакуум-выпарной кристаллизации. Данные представлены в табл. 4.6.

Таблица 4.6. Фильтрация пульпы I

Приход	Расход
Статья	кг/сут	%	Статья	кг/сут	%
1. Пульпа, в том числе CuSO4 •5 H2O H2SO4 CuSO4 Ni As H2O	219780 80455 843 11087 844 124 126427	100,00 36,60 0,40 5,00 0,40 0,05 57,55	1. Кристаллы, в том числе - CuSO4•5 H2O - Маточный раствор H2SO4 CuSO4 Ni As H2O 2. Маточный раст-вор I, в том числе H2SO4 CuSO4 Ni As H2O	84689 80455 4234 337 26 25 4 3842 135091 506 11061 819 120 122585	100,00 95,00 0,40 0,03 0,03 0,005 4,54 100,0 0,40 8,20 0,60 0,10 90,70
Итого	219780		Итого	219780

4.7 Вакуум-выпарная кристаллизация II

На вторую стадию кристаллизации поступает маточный раствор 1, который содержит H₂SO₄ - 506 кг, CuSO₄ - 11061 кг, Ni -819 кг, As -120 кг, H₂O - 122585 кг.

Рассчитаем количество образовавшихся кристаллов и маточного раствора.

m_р-ра • С_р-ра = m_кр • С_кр + m_мат • С_мат,

m_р-ра = m_кр + m_мат,

С _CuSO4 = 11061/135091= 0,08,

С_кр = М _CuSO4/М _{CuSO4•5 H2O} = 160/250 = 0,64,

Рассчитаем концентрацию CuSO₄ в маточном растворе II, исходя из растворимости при 50⁰С, которая равна 3,09 г. на 100 г. H₂O.

С _CuSO4 = 3,09/(100+3,09) = 0,03,

135091 • 0,08= m_кр • 0,64 + m_мат • 0,03,

m_кр = 135091 - m_мат,

135091 • 0,08 = (135091 - m_мат) • 0,64 + m_мат• 0,03,

m_мат = 124018 кг,

m_кр = 135091 - 124018 = 11073 кг.

Мы нашли массу чистых кристаллов, а так как нам известен процентный состав кристаллов 95 %, следовательно

m_кр = 11073/0,95 = 11656 кг,

m_мат = 124018 - (11656 - 11073) = 123435 кг,

m _CuSO4^крист = 11073 • 0,64 = 7087 кг,

m _H2O^крист = 11073 - 7087 = 3986 кг,

m _CuSO4^{в мат} = 11061 - 7087 = 3974 кг,

m _H2O^{в мат} = 122585 - 3986 = 118599 кг.

Полученные после расчетов массы представлены в табл. 4.7.

Таблица 4.7. Вакуум-выпарная кристаллизация II

Приход	Расход
Статья	кг/сут	%	Статья	кг/сут	%
1. Маточный раствор I, в том числе H2SO4 CuSO4 Ni As H2O	135091 506 11061 819 120 122585	100,0 0,40 8,20 0,60 0,10 90,70	1. Пульпа, в том числе CuSO4 •5 H2O H2SO4 CuSO4 Ni As H2O	135091 11073 506 3974 819 120 118599	100,0 8,2 0,4 2,9 0,6 0,1 87,8
Итого	135091		Итого	135091

Рассчитаем процентный состав и найдем массы компонентов в маточном растворе II.

щ _CuSO4 = 3974/124018 • 100 = 3,25 %,

щ _H2SO4 =506/124018 • 100 = 0,4 %,

щ _H2O =118599/124018• 100 = 95,6 %,

щ _Ni = 819/124018 • 100 = 0,66 %,

щ _As = 120/124018• 100 = 0,09 %,

m_кр = 11656 - 11073 = 583 кг.

m _CuSO4 = 583 • 0,0325 = 19 кг

m _H2O =583 • 0,956 = 557 кг

m _H2SO4 = 583 • 0,004 = 2 кг

m_Ni = 583 • 0,0066 = 4 кг

m _As = 583 • 0,0009 = 1 кг

Полученные массы представлены в табл. 4.8.

Таблица 4.8. Фильтрация пульпы II

Приход	Расход
Статья	кг/сут	%	Статья	кг/сут	%
1. Пульпа, в том числе CuSO4 •5 H2O H2SO4 CuSO4 Ni As H2O	135091 11073 506 3974 819 120 118599	100,0 8,2 0,4 2,9 0,6 0,1 87,8	1. Кристаллы, в том числе - CuSO4 • 5 H2O - Маточный раствор H2SO4 CuSO4 Ni As H2O 2. Маточный раствор II, в том числе H2SO4 CuSO4 Ni As H2O	11656 11073 583 2 19 4 1 557 123435 504 3955 815 119 118042	100,00 95,0 0,02 0,15 0,03 0,01 4,79 100,0 0,4 3,2 0,7 0,1 95,6
Итого	135091		Итого	135091

4.9 Сушка кристаллов с получением товарного продукта

На стадию сушки поступает суммарное количество продукта с первой и второй стадий кристаллизации. Сушку проводят горячим воздухом в сушильном барабане. Температура воздуха на входе 130⁰С, на выходе - 60⁰С. Влажность исходного продукта 5 %, готовый продукт выходит с влажностью 2 %.

Сводный баланс веществ, поступающих на сушку представлен в табл. 4.9.

Таблица 4.9. Материальный баланс сушки

Приход	кг/сут	%	Расход	кг/сут	%
1. Кристаллы, в том числе - CuSO4•5 H2O - маточник H2SO4 CuSO4 Ni As H2O	96345 91528 4817 339 45 29 5 4399	100,0 95,0 0,35 0,04 0,03 0,005 4,58	1. Кристаллы, в том числе - CuSO4 •5 H2O - маточник H2SO4 CuSO4 Ni As H2O 2. Испаренная вода	93396 91528 1868 339 45 29 5 1450 2949	100,0 98,0 0,35 0,04 0,03 0,005 1,5
Итого	96345		Итого	96345

m _{CuSO4•5 H2O} = 91528/0,98 = 93396 кг,

m _{маточника} = 93396 - 91528 = 1868 кг,

m _H2O = 1868 - (339 + 45 + 29 + 5) = 1450 кг,

m _H2O^исп = 4399 - 1450 = 2949 кг.

4.10 Третья стадия вакуум-выпарной кристаллизации

На третью стадию кристаллизации поступает маточный раствор II, который содержит H₂SO₄ - 504 кг, CuSO₄ - 3955 кг, Ni - 815 кг, As - 119 кг, H₂O - 118042 кг.