Анализ производства никеля сернокислого

- 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;

- предусмотрена резервная нитка, обеспечивающую работу любой из выпарок при остановке ее (нитки) на ремонт или ревизию.

3.2.1 Описание вакуум-выпарной установки

Никель сернокислый является продуктом процесса кристаллизации сернокислого никеля из насыщенных сернокислых растворов.

Кристаллизатор (рисунок 3.1) содержит: корпус 1, представляющий цилиндрический сосуд переменного сечения с эллиптическим днищем; сепаратор 2 с эллиптической крышкой, предназначенный для отделения вторичного пара от капель кипящего раствора; центральную циркуляционную трубу 3; нижняя часть которой с соплом 9, установленным в днище аппарата, образует струйный насос; цилиндрическую вставку 4, разделяющую корпус на кристаллизационную и отстойную зоны; наружный циркуляционный контур, состоящий из труб 7 и центробежного насоса 11, греющую камеру 12, представляющую собой четырёхходовой горизонтальный кожухотрубчатый теплообменник с теплопередающими трубками из титана BTI-0 размерами 38x2x3000 мм.

Кристаллизатор имеет штуцеры входа исходного раствора 8 и греющего пара 5, отвода вторичного пара, суспензии, конденсата 13, паровоздушной смеси 14, подачи промжидкости, а также штуцеры для отбора проб и приборов КИП и А.

Принцип работы вакуум-выпарного кристаллизатора следующий [13]:

Питающий раствор через штуцер 10 (рисунок 3.1), расположенный в нижней части корпуса, подаётся в аппарат и смешивается с циркулирующей суспензией. Циркуляция суспензии в корпусе осуществляется за счёт работы струйного насоса, сопло 9 которого выполнено сменным на случай замены в ходе пуско-наладочных работ, а также по мере износа в рабочем режиме установки.

Осветлённый маточный раствор отбирается из отстойной камеры 15 и по обратной циркуляционной трубе 7 поступает в центробежный насос 11, прокачивается через греющую камеру 12 и подаётся в сопло струйного насоса. Выходя из сопла с большой скоростью, подогретый маточный раствор подсасывает суспензию, смешиваясь с ней в центральной трубе 3. При выходе из трубы смесь вскипает, теряя при этом тепло перегрева и охлаждаясь до температуры кипения, вследствие наличия разряжения 0,090-0,098 МПа. В результате охлаждения, а также за счёт самоиспарения некоторой части растворителя, в растворе создаётся пересыщение и происходит выделение твёрдой фазы. При этом образуются новые центры кристаллизации - зародышевые кристаллы и укрупняются ранее образовавшиеся кристаллы.

Высокая степень смешения горячего питающего раствора с маточным, наличие в зоне кипения большой массы растущих кристаллов обеспечивают низкий уровень пересыщения и длительную работу кристаллизаторов без существенного образования инкрустаций на внутренних поверхностях корпуса, позволяет получать крупнокристаллический продукт.

Кристаллический продукт в виде суспензии непрерывно отводится из кристаллизатора самотёком по пульпоотводящей трубе 10 в бак-мешалку, служащую гидрозатвором.

Для визуального наблюдения за работой кристаллизатора имеются смотровые окна 20, расположенные в крышке сепаратора, и на боковой стенке корпуса в зоне кипения и осветления раствора. Смотровые окна периодически могут промываться конденсатом.

Для визуального контроля уровня конденсата в межтрубном пространстве греющей камеры предусмотрено водомерное стекло.

Вторичный пар, образующийся при кипении раствора, отводится из аппарата через штуцер 6. Для очистки вторичного пара от капель раствора. В верхней части кристаллизатора предусмотрен жалюзийный отбойник 15, который в случае необходимости может промываться конденсатом.

На процесс кристаллизации оказывают влияние следующие факторы:

а) Температура

Повышение температуры пересыщенного 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.

Вакуум - выпарная установка

Рисунок 3.1

3.2.2 Расчёт вакуум - выпарной установки

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

Уравнение материального баланса

?_0i?_0i = ?_si ?_ci + W (3.1)

где ?₀ , ?_s - объемный расход исходного раствора и суспензии, м³/ч;

?_0, ?_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 = ?_0i?_0i - ?_si ?_ci (3.2)

Расход вторичного пара на каждую стадию равен

Первая стадия (черновой цикл)

W₁ = 0,77 * 1417,4 - 0,72 * 1469,2 = 33,6 кг/ч;

Вторая стадия (чистовой цикл)

W₂ = 0,69 * 1354,6 - 0,63 * 1411,4 = 45,5 кг/ч;

Уравнение теплового баланса кристаллизатора

S_0i C_0i t_0i + ? S_кр.i + ?_гр.i = W_i ?_i + (S_0i - S_{кр. i} - W_i)* C_мi t_i + S_кр.i C_кр t_i + ?_грC_кi t_кi (3.3)

откуда расход греющего пара с учетом его неполноты конденсации равен

?_{гр. i} = 1,05 (3.4)

где S_0i, S_крi - массовый расход исходного раствора и кристаллического никеля сернокислого, кг/ч.

S₀ = ?₀ ?₀ (3.5)

? = - 10,60 кДж/кг - теплота кристаллизации никеля сернокислого 7 - водного;

C_0i, C_мi, C_кр, C_кi - теплоемкость исходного раствора, маточного раствора, кристаллов никеля сернокислого, 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 - ? - температура вторичного пара, ⁰С;

t_ni = 45 - 5 = 40⁰С;

? = 5 ⁰ С - температурная депрессия упаренного раствора;

? = 2574 кДж/кг - теплосодержание вторичного пара;

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

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

По формуле (3.5) рассчитаем расход греющего пара на каждую стадию кристаллизации.

?_{гр. 1} = 1,05*[33,6*(2574 - 2,65*45) - 1098*(2,65*48 - 2,67*45)

- 165,4*(-10,60 -1,30*45)]/(2684,1 - 4,19*103) = 401,7 кг/ч;

?_{гр. 2} = 1,05*[45,5*(2574 - 2,99*45) - 941*(2,90*48 - 2,99*45)

- 177,5*(-10,60 -1,30*45)]/(2684,1 - 4,19*103) = 554,1 кг/ч;

3.2.2.1 Определение параметров греющей камеры

Тепловые нагрузки:

Q = D*(? - C*T) (3.6)

Q₁ = 401,7 * (2684,1 - 4,19*103) =0,90*10⁶ кДж/ч = 251,3 кВт

Q₂ = 554,1* (2684,1 - 4,19*103) = 1,25*10⁶ Дж/ч = 346,7 кВт.

Коэффициент теплопередачи греющей камеры, с учётом вязкости сернокислых растворов, равен 1кВт/(м²*⁰С).

Требуемая поверхность теплообмена:

F = Q/(K*?t) (3.7)

F₁ = 251,3/(1*13) = 19,3 м²,

F₂ = 346,7/(1*13) = 26,7 м².

Принимаем следующие параметры греющей камеры кристаллизатора:

поверхность теплообмена - F = 32 м²;

греющие трубки - O 38х2, L = 4000 мм, n = 72 шт.;

число ходов по трубному пространству: Z = 4.

3.2.2.2 Подбор циркуляционного насоса

Циркуляционный насос, установленный в наружном циркуляционном контуре, должен обеспечить требуемую подачу раствора для преодоления гидростатического давления, возникающего за счет разности плотностей 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 суспензии по внутреннему контуру.

Скорость движения раствора в греющих трубках равна 1,7 м/с. Исходя скорости и сечения одного хода трубчатки, определим необходимую производительность циркуляционного насоса:

Q = 3600 * f'_тр * w = 3600 * 1,45 * 10^-2 *1,7 = 90 м³/ч,

где f'_тр = 1,45*10^-2 м² - площадь сечения одного хода трубного пространства греющей камеры.

Для обеспечения циркуляции маточного раствора никеля сернокислого, содержащего свободную серную кислоту, по наружному контуру ВВК выбираем химический кислотостойкий насос марки АХ 125-100-400б. Рабочие колесо и проточная часть корпуса насоса выполнена из нержавеющей стали марок типа 06ХН28МДТ.

Характеристика насоса:

производительность - 62-133 м³/ч;

напор - 32 м.ст. жидкости;

число оборотов - 1450 об/мин;

требуемая мощность электродвигателя - N = 25 кВт.

3.2.2.3 Расчёт корпуса кристаллизатора и отстойной камеры

Скорость движения вторичного пара в сепараторе рекомендуется принимать не более 5м/с. Приминаем скорость движения пара в сепараторе ?₀ = 3,5 м/с.

Тогда диаметр сепаратора равен:

D =[4*W*?/(?* ?₀)]^1/2 = [4 * 45,5 * 1,043 / (3,14 * 3,5)] ^1/2 = 1,3 м.

Принятый диаметр сепаратора D = 1,8 м.

Для увеличения степени очистки вторичного пара в верхней части сепаратора дополнительно установлен жалюзийный каплеуловитель.

Расчёт отстойной камеры:

Диаметр корпуса кристаллизатора конструктивно принят равным диаметру сепаратора, т.е. d_к = 1800мм.

Площадь кольцевого сечения отстойной камеры F_о.к. определяется из условия обеспечения определенной линейной скорости восходящего потока раствора в сечении отстойной камеры. Линейная скорость в отстойной камере не должна превышать скорости отстаивания (осаждения) кристаллов заданного размера.

?_ок..р. = d²*(? - ?_c)*g / (18* ?_c) = 0,2² * (1949-1489)*9,81 / (18*10⁶*0,8*10^-3) = 0,0125 м/с

где d = 0,2*10^-3 м - заданный диаметр кристаллов;

? = 1949 кг/м³ - плотность кристаллов;

?_c = 1489 кг/м³ - плотность маточного раствора;

?_c = 0,8*10^-3 Па*с - динамический коэффициент вязкости маточного раствора.

Скорость движения восходящего потока в отстойной камере

? _о..к. = Q/(3600*0,785*(d_к² - d_п²)) = 90 / (3600 * 0,785 * (1,8²-0,7²)) = 0,0116 м/с

где d_п = 0,7 м - диаметр перегородки отстойной камеры.

То есть ?_о.к. < ?_ок..р

F_о.к. = 2,15 м²

Рабочий объём зоны кристаллизации

v_к = v_з - v_o.к. = 11 - 2,5 = 8,5м³

v_з = 11 м³ - общий объём, заполненный раствором в рабочем режиме.

3.2.2.4 Расчёт диаметра циркуляционных труб

Диаметр циркуляционных труб рассчитываются из условия равенства скоростей раствора в них и в греющих трубках.

Это условие соблюдается, когда

F_цирк = f'_тр или ? * d²_цирк / 4 = f'_тр

d²_цирк = 4* f'_тр /3,14

d_цирк = (4*0,785*0,032²*18/3,14)^1/2 = 0,133 м

3.4.2.5 Выбор конденсатора

Для конденсации вторичного пара после кристаллизаторов приняты кожухотрубчатые горизонтальные конденсаторы. Конденсация пара в межтрубном пространстве происходит за счёт отдачи тепла хладагенту - оборотной воде, проходящей по трубкам. Принят конденсатор вакуумный 800КВК-V-М10-Ш/25-4-6/ТУ 26-02-990-84

Характеристика конденсатора:

теплообменные трубки: диаметр*толщина стенки*длина-25*2*3000мм;

общее количество трубок - 358 штук;

количество ходов по трубному пучку - 6 штук;

площадь поперечного сечения - 0,022 м²;

диаметр корпуса - 800 мм;

поверхность теплообмена (по наружному диаметру теплообменных трубок) - 112,5 м²;

основной конструкционный материал - сталь 10Х18Н10Т;

теплопроводность стали 10Х18Н10Т - 15,5 Вт/(м*⁰С).

3.2.2.6 Расчёт струйного насоса

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

Определение коэффициента инжекции:

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 насосов без диффузора определяем из уравнения:

(f_m/f_c)_опт = [2v_к / v_p *(1+u)² - (2?₂ - 1/?²₄)* v_н / v_p * nu²]/?₂ (3.8)

где v_н - удельный объём инжектируемой среды - суспензии на входе в сечение между соплом и нижним торцом циркуляционной трубы, м³/кг;

v_н = 1/?_с;

v_р - удельный объём рабочей среды, маточного раствора, подаваемого циркуляционным насосом в сопло, м³/кг;

v_р = 1/?_м;

v_н / v_p = ?_м / ?_с = 0,786;

?₂ = 0,975 - коэффициент скорости в центральной циркуляционной трубе (камера смешения);

?₄ = 0,925 - коэффициент скорости во входном сечении камеры смешения (во входном нижнем поперечном сечении центральной трубы);

(f_m/f_c)_опт = 76,6;

u = 7,27 кг/кг- коэффициент инжекции;

w_с = 20,5м/с - скорость истечения маточного раствора из сопла;

w_ц = 2,21 м/с - скорость суспензии в центральной циркуляционной трубе.

Размеры струйного насоса:

l_c1 = (0,37 + u)/(4,4*0,16)*d_c = (0,37+7,27)/(4,4*0,16)*40 = 435 мм

l_c1 - расстояние от выходного сечения сопла до входного сечения камеры смешения

d_c1 = 1,55* d_c*(1+u) = 1,55*40*(1+7,27) = 512 мм

d_c1 - диаметр свободной струи на расстоянии от выходного сечения сопла

Длина цилиндрической части камеры смешения - 2100-3500 мм

Диаметр выходного сечения диффузора - 740 мм

Выводы к подразделу 3.2

При рассмотрении работы вакуум-выпарной установки было установлено:

- по химическому составу готовый продукт, отвечает требованиям соответствующего сорта;

- отложений накипи на поверхности теплообмена в греющей камере нет;

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

3.3 Автоматизация оборудования

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

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

а) управляющий контроллер;

б) аппаратура сбора информации: оптомодули ввода, оптомодули вывода;

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 растворов, систему датчиков измерения давления и температуры;

е) блоки питания;

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

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.

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

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

а) прекращение подачи: исходного раствора; охлаждающей воды в конденсаторы; воды на торцевые уплотнения насосов; вакуум-насосов, греющего пара на кристаллизатор, эжекторы;

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

Осуществляться сигнализации верхнего и нижнего предельных уровней в емкостях. Световая сигнализация для всех насосов “работает - не работает”.

Режим работы контролируется путем измерения технологических параметров, перечень которых с указанием вида контроля и максимально возможных отклонений, приведен в таблице 3.2.

Таблица 3.2 - Основные технологические параметры производства никеля сернокислого

Наименование стадии процесса	Контролируе-мый параметр	Ед. изм.	Норма технологического режима	Точность измерений	Характеристика СИ, МВИ, МКХА
					первичные	вторичные
Обезмеживание растворов III стадии кристаллизации медного отделения	Температура раствора	°С	50-60	±2,0	Термопреобразователь диапазон измерений -50- +150	Контрол-лер
	Токовая нагрузка	кА	1,0-5,0	±0,15	Килоамперметр М 381 диапазон измерений 0 - 7,5
Выпарная вакуум кристаллизация	Плотность раствора в ВВК - черновой цикл - чистовой цикл	кг/ м3	1580, не более 1480, не более	± 15	Ареометр АОН-3 диапазон измерения - 1300-1800
	Температура раствора до ГК, после ГК: - черновой цикл - чистовой цикл	°С	42-55 48-63 50-60	±2,0	Термопреобразователь диапазон измерения -50 - +150	Прибор регистрирующий многоканальный диапазон измерения 0-100
	Расход пара на ГК	т/ч	0,4-1,4	±0,15	Преобразователь измерительныйразности давления перепад давления 16 кПа	Прибор регистрирующий диапазон измерения 0-2 т/ч
	Объемный расход исходного раствора	м3/ч	0,5-1,5	±0,3	Преобразователь расходаизмерительный электромагнитный	Прибо Регистрирующий диапазон измерения0-16
Очистка никелевых растворов от примесей	Температура агитации	°С	70-90	±2,0	Термопреобразователь диапазон измерения-50- +150	Прибор регистри-рующий многока-нальный диапазон измерения0-100
Наименование стадии процесса	Контролируе-мый параметр	Ед. изм.	Норма технологичес-кого режима	Точность измере-ний	Характеристика СИ, МВИ, МКХА
					первичные	вторичные
Очистка никелевых растворов от примесей	Расход сжатого воздуха	м3/ч	150-450	± 30	Преобразо-ватель измерительный разности давлений, перепад давления0,25 кПа	Регистрирующий прибор диапазон измерения0-800
Сушка никеля сернокислого	Температура воздуха	°С	60 - 130	±2,0	Термопреоб-разователь диапазон измерений -50- +150	Технограф диапазон измерений шкала 0-150

4 МАТЕРИАЛЬНЫЕ РАСЧЁТЫ ПРОИЗВОДСТВА НИКЕЛЯ СЕРНОКИСЛОГО 7 - ВОДНОГО

Никель сернокислый производится из маточного раствора III стадии вакуум-выпарной кристаллизации медного купороса.

Таблица 4.1 - Химический состав маточного раствора III стадии медного отделения

Наименование элементов	Содержание элементов, г/дм3	Наименование компонентов	Содержание компонентов, г/дм3
Ni	120,00	NiSO4	315,25
Cu	50,00	CuSO4	125,00
As	12,50	As2(SO4)3	36,50
Sb	2,50	Sb2(SO4)3	5,45
Fe	1,00	FeSO4	2,71
Zn	3,45	ZnSO4	8,55
Ca	0,81	CaSO4	2,75
Mg	2,00	MgSO4	10,00
Na	30,00	Na2SO4	92,61
K	2,00	K2SO4	4,46
N	5,00	(NH4)2SO4	22,14
H2SO4	50,00	H2SO4	50,00

4.1 Стадия фильтрации маточного раствора III стадии медного отделения

На стадию фильтрации каждые сутки поступает 15 м³ маточного раствора III стадии медного отделения, плотностью 1410 кг/м³. После фильтрации получаем влажный осадок и фильтрат, который направляют на стадию обезмеживания.

m _{раствора} = V*? = 15*1410 = 21150 кг/сут (4.1)

Массовая доля компонентов в растворе, рассчитывается по формуле:

w_i = С_i / ? * 100% (4.2)

где С_i - концентрация компонентов г/дм³, ? - плотность раствора, кг/м³.

Масса компонента в растворе - это произведение массовой доли вещества и массы раствора:

m_{i компонента} = w_i * m _{раствора} / 100% (4.3)

Химический и массовый состав исходного раствора, представлен в таблице 4.2.

Зашламлённость раствора до фильтрации составляет 2,7 г/дм³, остаточная зашламленность - 0,11 г/дм³. Найдём количества нерастворимого остатка в фильтрате:

m _{нерастворимый остаток в растворе после фильтрации} = 40,50 * 0,11 / 2,7 = 1,65 кг/сут,

где 40,50 кг/сут - масса нерастворимого остатка в растворе до фильтрации.

m _{нерастворимого остатка в осадке} = 40,50 - 1,65 = 38,85 кг/сут.

Раствор фильтруют на фильтр-прессе, где влажность осадка составляет, 15 - 25%.

m _{влажного осадка} = 38,85 / 0,8 = 48,56 кг/сут,

m _{раствора в осадке} = 48,56 *0,2 = 9,69 кг/сут.

Так как известны массовые доли компонентов в растворе, найдём массовый состав влажного осадка (таблица 4.2).

Таблица 4.2 - Химический и массовый состав исходного раствора и влажного осадка.

Наименование компонентов	Сi, г/дм3	wi, %	mi компонента, кг/сут	mi компонента во влажном осадке, кг/сут
NiSO4	315,25	22,36	4728,81	2,17
CuSO4	125,00	8,87	1875,00	0,86
As2(SO4)3	36,50	2,59	547,50	0,25
Sb2(SO4)3	5,45	0,39	81,76	0,04
FeSO4	2,71	0,19	40,71	0,02
ZnSO4	8,55	0,61	128,18	0,06
CaSO4	2,75	0,20	41,31	0,02
MgSO4	10,00	0,71	150,00	0,07
Na2SO4	92,61	6,57	1389,13	0,64
K2SO4	4,46	0,32	66,92	0,03
(NH4)2SO4	22,14	1,57	332,14	0,15
H2SO4	50,00	3,55	750,00	0,34
H2O	754,02	51,91	10978,02	5,04
нерастворимый остаток	2,70	0,19	40,50	38,85

Количество сульфата меди в фильтрате составляет:

m _CuSO4 = 1875,00 - 0,86 = 1874,14 кг/сут, где

1875,00 кг/сут - масса сульфата меди в исходном растворе, 0,86 кг/сут во влажном осадке.

Аналогично рассчитывают массы других компонентов в фильтрате.

Таблица 4.3 - Материальный баланс фильтрации маточного раствора III стадии медного отделения

Приход	Расход
Статьи прихода	Количество, кг/сут	Статьи расхода	Количество, кг/сут
	Поток	Компонент		Поток	Компонент
1. Маточный раствор III стадии медного отделения, в том числе NiSO4 CuSO4 As2(SO4)3 Sb2(SO4)3 FeSO4 ZnSO4	21150,00	4728,81 1875,00 547,50 81,76 40,71 128,18	1. Фильтрат, в том числе NiSO4 CuSO4 As2(SO4)3 Sb2(SO4)3 FeSO4 ZnSO4 CaSO4 MgSO4 Na2SO4	21101,46	4 726,64 1874,14 547,25 81,72 40,70 128,12 41,29 149,93 1388,49
CaSO4 MgSO4 Na2SO4 K2SO4 (NH4)2SO4 H2SO4 H2O нерастворимый остато		41,31 150,00 1389,13 66,92 332,14 750,00 10978,02 40,50	K2SO4 (NH4)2SO4 H2SO4 H2O нерастворимый остаток 2. Влажный осадок, в том числе нерастворимый остаток жидкая фаза: NiSO4 CuSO4 As2(SO4)3 Sb2(SO4)3 FeSO4 ZnSO4 CaSO4 MgSO4 Na2SO4 K2SO4 (NH4)2SO4 H2SO4 H2O	48,56	66,89 331,99 749,66 10972,98 1,65 38,85 9,69 2,17 0,86 0,25 0,04 0,02 0,06 0,02 0,07 0,64 0,03 0,15 0,34 5,04
Всего	21150,00	21150,00	Всего	21150,00	21150,00

4.2 Стадия обезмеживания фильтрата

Процесс обезмеживания электроосаждением с малорастворимыми анодами проводят для удаления меди из маточного раствора III стадии медного отделения после фильтрации.

Процесс обезмеживания осуществляют в две стадии из-за опасности выделения газа арсина при обезмеживании раствора до содержания меди в растворе 6-8 г/дм³.

После достижения заданного значения содержания меди на I стадии, раствор перекачивают на II стадию. Обезмеженный раствор II стадии смешивают с раствором, поступающего со стадии подготовки растворив, фильтруют и направляют на вакуум - выпарную кристаллизацию чернового цикла.

Таблица 4.4 - Режимные параметры обезмеживания растворов

Наименование	Ед.изм.	Норма
		I стадия	II стадия
Содержание меди в исходном растворе	г/дм3	55	10?12
Содержание меди в обезмеженном растворе	г/дм3	10?12	1,2 не более
Токовая нагрузка	кА	1,0?5,0	1,0?5,0

Сущность электроосаждения с малорастворимыми анодами заключается в том, что при пропускании тока через цепь, на границах раздела электрод-электролит протекают процессы восстановления ионов на катоде и окисления на аноде [5]. На катоде выделяется медь, и образуется серная кислота, на аноде выделяется кислород. Эти процессы выражаются суммарной реакцией:

CuSO₄ + H₂O = Cu + H₂SO₄ + 1/2 O₂ (4.1)

Молекулярная масса (г/моль) 160 18 64 98 16

Согласно закону Фарадея, найдём количество прореагировавшего сульфата меди в одной ванне [5], кг/сек

m _CuSO4 = М * I * Bт / (z * F) = 0,16*3000*0,9 / (2*96500) = 2,238 г/сек = 8,058 кг/ч,

где М = 0,16 кг/моль - молекулярная масса,

I = 3000 А - токовая нагрузка

Вт = 0,9 - выход по току,

z = 2 - количество электронов, участвующих в реакции,

F = 96500 - постоянная Фарадея, Кл/моль.

Известно, что концентрация сульфата меди в отфильтрованном растворе равна 125,00 г/дм³, при этом его масса составляет 1874,14 кг/сут. В обезмеженном растворе (раствор после очистки от меди) содержание меди не должно превышать 1,0 г/дм³, т.е. 2,50 г/дм³ CuSO₄. Тогда можно найти максимальное количество сульфата меди в обезмеженном растворе:

m _{CuSO4 в обезм. растворе} = 1874,14 * 2,50 / 125,00 = 37,48 кг/сут.

Массы прореагировавших CuSO₄ и воды, равны:

m _{CuSO4 прореагиров.} = 1874,14 - 37,48 = 1836,66 кг/сут,

m _{H2O прореагиров.} = 1874,14 * 18/160 = 226,82 кг/сут

По реакции (4.1) найдём массы образовавшихся меди, серной кислоты и кислорода:

m _{Cu образов.} = 1874,14 * 64/160 = 734,66 кг/сут,

m _{H2SO4 образов.} = 1874,14 * 98/160 = 1124,95 кг/сут,

m _{O2 образов.} = 1874,14 * 16/160 = 183,67 кг/сут,

Время, необходимое для образования 734,66 кг/сут меди в одной ванне, равно

t = 1836,66 /8,058 = 227,93 ч

Время протекания обезмеживания значительно меньше, так как процесс идёт в 20 ваннах (I стадия - 2 серии по 6 ванн, II стадия - 8 ванн).

t _{фактич.} = 227,93 /20 = 11,40 ч

Так как мышьяк и сурьма имеют близкий к меди потенциал, то они тоже будут осаждаться на катоде [5].

Таким образом, при электролизе с малорастворимыми анодами, электрический ток будет, разлагает, не только сульфат меди, но и сульфаты мышьяка (III) и сурьмы (III).

As₂(SO₄)₃ + 3H₂O = 2As + 3H₂SO₄ + 3/2 O₂ (4.2)

Молекулярная масса (г/моль) 438 54 150 294 48

Sb₂(SO₄)₃ + 3H₂O = 2Sb + 3H₂SO₄ + 3/2 O₂ (4.3)

Молекулярная масса (г/моль) 532 54 244 294 48

Аналогично найдём количество прореагировавшего сульфата мышьяка и сульфата сурьмы (III) в одной ванне, кг/сек

m _As2(SO4)3 = М * I * Bт / (z * F) = 0,438*3000*0,03 / (6*96500) = 0,07 г/сек = 0,245 кг/ч,

где М = 0,438 кг/моль - молекулярная масса,

I = 3000 А - токовая нагрузка

Вт = 0,03 - выход по току,

z = 6 - количество электронов, участвующих в реакции,

F = 96500 - постоянная Фарадея, Кл/моль.

m _Sb2(SO4)3 = М * I * Bт / (z * F) = 0,532*3000*0,01/ (6*96500) = 0,027 г/сек = 0,099 кг/ч,

где М = 0,532 кг/моль - молекулярная масса,

I = 3000 А - токовая нагрузка

Вт = 0,1 - выход по току,

z = 6 - количество электронов, участвующих в реакции,

F = 96500 - постоянная Фарадея, Кл/моль.

Так как известна продолжительность процесса обезмеживания и количество ванн, можно найти количество сульфата мышьяка (III), прореагировавшего по реакции (4.2) в 20 ваннах:

m _{As2(SO4)3 прореаг}. = 0,245 * 11,40 * 20 = 55,86 кг/сут

По реакции (4.2) найдём массы мышьяка, серной кислоты, кислорода и воды:

m _{As образов.} = 55,86 * 150/438 = 19,13 кг/сут,

m _{H2SO4 образов.} = 55,86 * 294/438 = 37,50 кг/сут,

m _{O2 образов.} = 55,86 * 48/438 = 6,12 кг/сут,

m _{H2O прореагиров.} = 55,86 * 54/438 = 6,89 кг/сут

Аналогично раасчитаем количество сульфата сурьмы (III), прореагировавшего по реакции (4.3) в 20 ваннах:

m _{Sb2(SO4)3 прореаг}. = 0,099 * 11,40 * 20 = 22,62 кг/сут

По реакции (4.3) найдём массы сурьмы, серной кислоты, кислорода и воды:

m _{Sb образов.} = 22,62 * 244/532 = 10,37 кг/сут,

m _{H2SO4 образов.} = 22,62 * 294/532 = 12,50 кг/сут,

m _{O2 образов.} = 22,62 * 48/532 = 2,04 кг/сут,

m _{H2O прореагиров.} = 22,62 * 54/532 = 2,30 кг/сут.

В ходе обезмеживания вода испаряется с поверхности зеркала электролита.

m _Н2O = 0,00127 * К * (р _э - р _H2О) / р,

где 0,00127 и К=0,56 - эмпирические коэффициенты для конвективного уноса паров воды с зеркала электролита

р_э = 81,594 мм.рт.ст. - парциальное давление паров воды при температуре электролита [14,17],

р _H2О = 20,909 мм.рт.ст. - парциальное давление паров воды при температуре внешней среды [14,17],

р = 760 мм.рт.ст.

m _Н2O = 0,00127*0,56*(81,594-20,909) / 760 = 5,68*10^-5 кг/с

m _{Н2O испарив.} = 5,68*10^-5 * 3600 * 11,40 *20 = 46,60 кг/сут

В состав отходящих газов со стадии обезмеживания растворов, помимо воды и кислорода, входят:

H₂SO₄ = 8,21 кг/сут;

CuSO₄ = 0,48 кг/сут;

NiSO₄ = 0,73 кг /сут;

H₃As = 0,26 кг/сут.

Арсин (мышьяковистый водород) образуется, по реакции (4.4):

2As + 3Cu + 3H₂SO₄ = 2H₃As + 3CuSO₄ (4.4)

Молекулярная масса (г/моль): 150 192 294 156 480

По реакции (4.4) определим количества мышьяка, меди, серной кислоты, сульфата меди:

m _As = 0,26 * 150/156 = 0,25 кг/сут,

m _Cu = 0,26 * 192/156 = 0,32 кг/сут,

m _H2SO4 = 0,26 * 294/156 = 0,49 кг/сут,

m _CuSO4 = 0,26 * 480/156 = 0,80 кг/сут.

Обезмеженный раствор, содержит нерастворимый остаток, в количестве 0,64 г/дм³, что составляет 9,60 кг.

Состав нерастворимого остатка: нерастворимый остаток фильтрата = 1,65 кг/сут

Cu = (9,60 - 1,65)* 734,34 / 763,60 = 7,65 кг/сут,

As = 12,3 * 18,88 / 763,60 = 0,20 кг/сут,

Sb = 12,3 * 10,37 / 763,60 = 0,11 кг/сут,

где 734,34, 18,88, 10,37 - общие массы меди, мышьяка, сурьмы образовавшиеся в ходе обезмеживания раствора, за вычетом израсходованного количества меди и мышьяка по реакции (4.4), 763,60 - общая масса образовавшихся меди, мышьяка, сурьмы.

Исходя из выше сказанного, масса сухого медьсодержащего отхода будет равна:

m _{отход сухого} = (734,34 - 7,65) + (18,88 - 0,20) + (10,37 - 0,11) = 755,65 кг/сут

Медьсодержащие отходы содержат 15 % раствора.

m _{медьсодер. отходы} = 755,65/0,85 = 889,00 кг/сут

m _{раствора в медьсодер. отходе} = 889,00 * 0,15 = 133,35 кг/сут.

m _CuSO4 = m _{CuSO4 в фильтрате} - m _{CuSO4 прореагиров} - m _{CuSO4 в отход. газах} + m _{CuSO4 образов.} = 1874,14 - 1836,66 - 0,48 + 0,80 = 37,81 кг/сут,

w _CuSO4 = 37,81/20088,10*100 = 0,19 %,

m _{CuSO4 в медьсод. отходе} = 0,19*133,35/100 = 0,25 кг/сут,

m _{CuSO4 в обезм. растворе} = 37,81 - 0,25 = 37,55 кг/сут.

m _As2(SO4)3 = m _{As2(SO4)3 в фильтрате} - m _{As2(SO4)3 прореагиров} = 547,25 - 55,86 = 491,38 кг/сут,

w _As2(SO4)3 = 491,38 /20088,10*100 =2,45 %,

m _{As2(SO4)3 в медьсод. отходе} = 2,45*133,35/100 = 3,26 кг/сут,

m _{As2(SO4)3 в обезм. растворе} = 491,38 - 3,26 = 488,12 кг/сут.

m _Sb2(SO4)3 = m _{Sb2(SO4)3 в фильтрате} - m _{Sb2(SO4)3 прореагиров} = 81,12 - 22,62 = 59,11 кг/сут,

w _Sb2(SO4)3 = 59,11 /20088,10*100 =0,29 %,

m _{Sb2(SO4)3 в медьсод. отходе} = 0,29*133,35/100 = 0,39 кг/сут,

m _{Sb2(SO4)3 в обезм. растворе} = 59,11 - 0,39 = 58,71 кг/сут.

m _Н2SO4 = m _{Н2SO4 в фильтрате} - m _{Н2SO4 прореагиров} - m _{Н2SO4 в отход. газах} + m _{Н2SO4 образов.} = 749,66 - 0,49 - 8,21 + (1124,95 + 37,50 + 12,50) = 1915,91 кг/сут,

w _Н2SO4 = 1915,91/20088,10*100 = 9,54 %,

m _{Н2SO4 в медьсод. отходе} = 9,54*133,35/100 = 12,72 кг/сут,

m _{Н2SO4 в обезм. растворе} = 1915,91 - 12,72 = 1903,19 кг/сут.

m _Н2O = m _{Н2O в фильтрате} - m _{Н2O прореагиров} - m _{Н2O в отход. газах} =

= 10972,98 - (206,62 - 6,89 - 2,30) - 46,60 = 10710,58 кг/сут,

w _Н2O = 10710,58/20088,10*100 = 53,32 %,

m _{Н2O в медьсод. отходе} = 53,32*133,35/100 = 71,10 кг/сут,

m _{Н2O в обезм. растворе} = 10710,58 - 71,10 = 10639,48 кг/сут.

Аналогично рассчитывают массы других компонентов

? m_O2 = 183,67 + 6,12 + 2,04 = 191,83 кг/сут

Таблица 4.5 - Материальный баланс I и II стадий обезмеживания раствора

Приход	Расход
Статьи прихода	Количество, кг/сут	Статьи расхода	Количество, кг/сут
	Поток	Компонент		Поток	Компонент
1. Фильтрат, в том числе NiSO4 CuSO4 As2(SO4)3 Sb2(SO4)3 FeSO4 ZnSO4 CaSO4 MgSO4 Na2SO4 K2SO4 (NH4)2SO4 H2SO4 H2O нерастворимый остаток	21101,46	4726,64 1874,14 547,25 81,72 40,70 128,12 41,29 149,93 1388,49 66,89 331,99 749,66 10972,98 1,65	1. Раствор обезмеженный, в том числе жидкая фаза: NiSO4 CuSO4 As2(SO4)3 Sb2(SO4)3 FeSO4 ZnSO4 CaSO4 MgSO4 Na2SO4 K2SO4 (NH4)2SO4 H2SO4 H2O твёрдая фаза: Cu As Sb нерастворимый остаток 2. Медьсодержащие отходы, в том числе твёрдая фаза Cu As Sb жидкая фаза NiSO4 CuSO4 As2(SO4)3 Sb2(SO4)3 FeSO4 ZnSO4 CaSO4 MgSO4 Na2SO4 K2SO4 (NH4)2SO4 H2SO4 H2O	19964,35 889,00	19954,75 4694,54 37,55 488,12 58,71 40,43 127,27 41,02 148,94 1379,28 66,45 329,28 1903,19 10639,48 9,60 7,65 0,20 0,11 1,65 755,65 726,70 18,69 10,27 133,35 31,37 0,25 3,26 0,39 0,27 0,85 0,27 1,00 9,22 0,44 2,20 12,72 71,10
			3. Отходящие газы, в том числе H2SO4 CuSO4 NiSO4 Н3As O2 H2O	248,10	8,21 0,48 0,73 0,26 191,83 46,60
Всего	21102,88	21102,88	Всего	21102,88	21102,88

4.3 Стадия смешения обезмеженного раствора и раствора никеля сернокислого со стадии подготовки растворов

Обезмеженный раствор со II стадии обезмеживания смешивают с раствором никеля сернокислого, поступающего из ванн подготовки растворов, для усреднения плотности и уменьшения кислотности. После смешения усреднённый раствор фильтруют, и фильтрат направляют на вакуум - выпарную кристаллизацию (черновой цикл), где режимными параметрами исходного раствора являются плотность - не более 1420 кг/м³ и содержание серной кислоты - не более 110 г/дм³.

Обезмеженный раствор, объём которого равен 14,02 м³, имеет плотность - 1423,81кг/м³, содержание серной кислоты - 135,75 г/дм³, а раствор никеля сернокислого со стадии подготовки растворов поступает объёмом 4,57 м³, с плотностью - 1396,72 кг/м³ и кислотностью - 6,80 г/дм³.

Таблица 4.6 - Массы компонентов в растворах никеля сернокислого со стадии подготовки растворов, обезмеженного и усреднённого

Наименование компонентов	Массы компонентов, кг/сут
	Раствор никеля сернокислого	Обезмеженный раствор	Усреднённый раствор
NiSO4	1670,40	4694,54	6364,94
CuSO4	12,16	37,55	49,71
As2(SO4)3	44,80	488,12	532,92
Sb2(SO4)3	19,20	58,71	77,91
FeSO4	12,80	40,43	53,23
ZnSO4	62,72	127,27	189,99
CaSO4	34,56	41,02	75,58
MgSO4	64,54	148,94	213,58
Na2SO4	441,60	1379,28	1820,88
K2SO4	44,80	66,45	111,25
(NH4)2SO4	230,40	329,28	560,19
H2SO4	102,40	1903,19	2005,59
H2O	3659,46	10639,48	14298,93
нерастворимый остаток	0,06	9,60	9,66
Всего	6400,00	19964,35	26364,35

Содержание серной кислоты в усреднённом растворе расчитывают,

2005,59/ (4,57 +14,02) = 107,86 г/дм³

Плотность смеси жидкостей [14] найдём по формуле (4.4):

1/? _{усредн. раствора} = ? х_i/?_i (4.4)

Таблица 4.7 - Расчёт плотности усреднённого раствора

Наименование компонентов	Массовые доли компонентов в усреднённом растворе (хi),%	Плотности компонентов (?i), кг/м3	хi/?i
NiSO4*7H2O	0,00	1 949,00	0,00
NiSO4	24,15	3 640,00	0,0663
CuSO4	0,19	3 600,00	0,0005
As2(SO4)3	2,02	3 200,00	0,0063
Sb2(SO4)3	0,30	3 620,00	0,0008
FeSO4	0,20	3 140,00	0,0006
ZnSO4	0,72	1 970,00	0,0037
CaSO4	0,29	2 960,00	0,0010
MgSO4	0,81	2 660,00	0,0030
Na2SO4	6,91	2 700,00	0,0256
K2SO4	0,42	2 660,00	0,0016
(NH4)2SO4	2,13	1 770,00	0,0120
H2SO4	7,61	1 835,00	0,0415
H2O	54,26	1 000,00	0,5426

? _{усредн. раствора} = 1/ (? х_i/?_i) *100 = 1417,35 кг/м³

Усреднённый раствор находится в области режимных параметров вакуум - выпарной кристаллизации (чернового цикла), плотность не более 1420 кг/м³ и содержание серной кислоты - не более 110 г/дм³.

Таблица 4.8 - Материальный баланс смешения обезмеженного раствора и раствора никеля сернокислого со стадии подготовки растворов

Приход	Расход
Статьи прихода	Количество, кг/сут	Статьи расхода	Количество, кг/сут
	Поток	Компонент		Поток	Компонент
1. Раствор обезмеженный, в том числе NiSO4 CuSO4 As2(SO4)3 Sb2(SO4)3 FeSO4 ZnSO4 CaSO4 MgSO4 Na2SO4 K2SO4	19964,35	4694,54 37,55 488,12 58,71 40,43 127,27 41,02 148,94 1379,28 66,45	1.Усреднённый раствор, в том числе NiSO4 CuSO4 As2(SO4)3 Sb2(SO4)3 FeSO4 ZnSO4 CaSO4 MgSO4 Na2SO4 K2SO4	26364,35	6364,94 49,71 532,92 77,91 53,23 189,99 75,58 213,58 1820,88 111,25
(NH4)2SO4 H2SO4 H2O нерастворимый остаток 2. Раствор никеля сернокислого со стадии подготовки растворов 50%, в том числе NiSO4 CuSO4 As2(SO4)3 Sb2(SO4)3 FeSO4 ZnSO4 CaSO4 MgSO4 Na2SO4 K2SO4 (NH4)2SO4 H2SO4 H2O нерастворимый остаток	6400,00	329,28 1903,19 10639,48 9,60 1670,40 12,16 44,80 19,20 12,80 62,72 34,56 64,64 441,60 44,80 230,40 102,40 3659,46 0,06	(NH4)2SO4 H2SO4 H2O нерастворимый остаток		560,19 2005,59 14298,93 9,66
Всего	26364,35	26364,35	Всего	26364,35	26364,35

4.4 Стадия фильтрации усреднённого раствора

На стадию фильтрации поступает 18,59 м³ усреднённого раствора, с плотностью 1417,35 кг/м³. После фильтрации получаем влажный осадок (медьсодержащий кек) и фильтрат, который направляют на стадию вакуум - выпарной кристаллизации (чернового цикла).

Зашламлённость раствора до фильтрации составляет 0,51 г/дм³, остаточная зашламленность - 0,008 г/дм³ [16]. Найдём количества нерастворимого остатка в фильтрате:

m _{нерастворимый остаток в растворе после фильтрации} = 9,66 * 0,008 / 0,51 = 0,08 кг/сут,

где 9,66 кг/сут - масса нерастворимого остатка в растворе до фильтрации.

m _{нерастворимого остатка в осадке} = 9,66 - 0,08 = 9,59 кг/сут.

Раствор фильтруют на фильтр-прессе, где влажность осадка составляет, 15-25 %.

m _{влажного осадка} = 9,59 / 0,8 = 11,98 кг/сут,

m _{раствора в осадке} = 11,98 *0,2 = 2,39 кг/сут.

Так как известны массовые доли компонентов в растворе (таблица 4.7), найдём массовый состав влажного осадка (медьсодержащего кека) и фильтрата усреднённого раствора по формуле (4.3).

m_{i компонента} = w_i * m _{раствора в осадка} / 100% (4.3)

m _NiSO4 = 24,15 * 2,39 / 100% = 0,58 кг/сут,

Количество сульфата никеля в фильтрате составляет:

m _NiSO4 = 6364,94 - 0,58 = 6364,36 кг/сут,

где 6364,94 кг/сут - масса сульфата никеля в усреднённом растворе.

Аналогично рассчитывают массы других компонентов.

Таблица 4.9 - Материальный баланс фильтрации усреднённого раствора

Приход	Расход
Статьи прихода	Количество, кг/сут	Статьи расхода	Количество, кг/сут
	Поток	Компонент		Поток	Компонент
1. Усреднённый раствор, в том числе NiSO4 CuSO4 As2(SO4)3 Sb2(SO4)3 FeSO4 ZnSO4 CaSO4 MgSO4 Na2SO4 K2SO4 (NH4)2SO4 H2SO4 H2O нерастворимый остаток	26364,35	6323,30 47,52 570,98 79,27 54,75 191,44 69,67 209,99 1718,81 93,24 511,08 2032,77 14280,85 9,66	1. Фильтрат усреднённого раствора, в том числе NiSO4 CuSO4 As2(SO4)3 Sb2(SO4)3 FeSO4 ZnSO4 CaSO4 MgSO4 Na2SO4 K2SO4 (NH4)2SO4 H2SO4 H2O нерастворимый остаток 2. Медьсодержащий кек, в том числе нерастворимый остаток жидкая фаза: NiSO4 CuSO4 As2(SO4)3 Sb2(SO4)3 FeSO4 ZnSO4 CaSO4 MgSO4 Na2SO4	26352,37 11,98	6364,36 49,71 532,87 77,91 53,22 189,97 75,57 213,56 1820,71 111,24 560,14 2005,41 14297,63 0,08 9,59 2,39 0,58 0,00 0,05 0,01 0,01 0,02 0,01 0,02 0,17
			K2SO4 (NH4)2SO4 H2SO4 H2O		0,01 0,05 0,18 1,30
Всего	26364,35	26364,35	Всего	26364,35	26364,35

4.5 Стадия вакуум-выпарной кристаллизации (черновой цикл)

На вакуум-выпарную кристаллизацию поступает усреднённый раствор с плотностью 1417,35 кг/м³ и содержанием серной кислоты - 107,86 г/дм³.

Рассчитаем количество образовавшихся кристаллов, маточного раствора и испарившейсяй воды.

m_р-ра • С_р-ра = m_кр • С_кр + m_мат • С_мат. (4.5)

m_р-ра = m_кр + m_мат. + m_пар. (4.6)

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

С_р-ра - концентрация NiSO₄ в усреднённом растворе;

m_кр - масса кристаллов, кг/сут;

С_кр - отношение молярных масс NiSO₄ и NiSO₄• 7 H₂O;

С_мат. - концентрация NiSO₄ в маточном растворе.

С _NiSO4 = m _NiSO4 / m общая = 6364,36 / 26352,37 = 0,242

С_кр = М _NiSO4/М _{NiSO4 • 7 H2O} = 155/(155+7*18) = 0,55

Таблица 4.10 - Режимные параметры процесса выпарной вакуум кристаллизации никеля сернокислого

Наименование параметра	Ед. изм.	Норма режима
		черновой цикл	чистовой цикл
Объемный расход исходного раствора	м3/ч	0,5-1,5	1,0-1,5
Содержание серной кислоты в исходном растворе	г/дм3	110, не более	2-5
Плотность исходного раствора	кг/м3	1420, не более	1300-1380
Температура в нижней части ВВК до греющей камеры	оС	42-55	42-50
Соотношение Т Ж в продукционной суспензии	%	15-27	15-25
Плотность раствора в аппарате	кг/м3	1580, не более	1480, не более
Содержание серной кислоты в растворе (в ВВК)	г/дм3	350, не более	4-12

Рассчитаем концентрацию NiSO₄ в маточном растворе, исходя из растворимости при 45⁰С, которая равна 24,22 г на 100 г растворителя [15].

С _NiSO4 = 24,22/(100+24,22) = 0,195,

261352,37 • 0,242 = m_кр • 0,55 + m_мат • 0,195,

Известно, что соотношение Т:Ж в продукционной суспензии равно 0,185 (таблица 4.10)

m_кр = 0,185*m_мат,

26182,37 • 0,242 = 0,185 • m_мат • 0,55 + m_мат• 0,195

m_мат = 21405,60 кг/сут,

m_кр = 0,185*21405,60 = 3970,74 кг/сут,

m_пар = 26352,37 - 21405,60 - 3970,74 = 976,03 кг/сут,

m _{NiSO4 в кристаллах} = 3970,74 • 0,55 = 2183,91 кг/сут,

m _{H2O в кристаллах} = 3970,74 *0,45 = 1786,83 кг/сут,

m _{NiSO4 в маточнике} = 21405,60 * 0,195 = 4174,09 кг/сут.

Плотность раствора в ВВК рассчитаем аналогично, как в подразделе 4.3 и составляет 1469,20 кг/м³

Объём раствора в аппарате равен:

V = (m_кр + m_мат) / ? _{раствора} = (21405,60 + 3970,74) / 1469,20 = 17,27 м³

Содержание серной кислоты в растворе рассчитаем: 2005,41 / 17,27 = 116,11 г/дм³

Суспензия (чернового цикла) находится в области режимных параметров вакуум - выпарной кристаллизации (черновой цикл), плотность не более 1580 кг/м³ и содержание серной кислоты - не более 350 г/дм³.

никель сернокислый переработка маточный раствор

Таблица 4.11 - Материальный баланс вакуум-выпарная кристаллизация (черновой цикл)

Приход	Расход
Статьи прихода	Количество, кг/сут	Статьи расхода	Количество, кг/сут
	Поток	Компонент		Поток	Компонент
1. Фильтрат усреднённого раствора, в том числе NiSO4 CuSO4 As2(SO4)3 Sb2(SO4)3 FeSO4 ZnSO4 CaSO4 MgSO4 Na2SO4 K2SO4 (NH4)2SO4 H2SO4 H2O нерастворимый остаток

Подобные документы

• Химия никеля

  История происхождения никеля. Степень распространенности элемента в природе, содержание его в месторождениях руд. Получение, химические и физические свойства металла. Виды никелевых сплавов. Использование соединений и чистого никеля в современной технике.
  
  реферат [44,0 K], добавлен 24.10.2011
  

• Никель и его соединения

  История открытия и технология получения никеля, места его нахождения в природе. Основные физические, химические и механические свойства никеля. Характеристика органических и неорганических соединений никеля, сферы его применения и биологическое действие.
  
  курсовая работа [1,2 M], добавлен 16.01.2012
  

• Получение электролита для суперконденсатора

  Краткая характеристика суперконденсаторов. Принцип действия ионисторов различного типа, суперконденсаторов на основе гидроксида никеля. Физико-химические свойства гидроокиси никеля, способы синтеза. Получение химическим способом в лабораторных условиях.
  
  дипломная работа [864,4 K], добавлен 13.10.2015
  

• Синтез и идентификация сернокислого железа (III)

  Строение и химические свойства сульфата железа (II), азотной и серной кислоты. Кристаллогидраты, двойные соли. Плотность и температура кипения азотной кислоты. Получение сернокислого железа (III) окислением сернокислого железа (II) азотной кислотой.
  
  курсовая работа [92,2 K], добавлен 07.11.2014
  

• Никель и его карбонил

  Химические и физические свойства никеля и методы его применения в промышленности и технике. Свойства тетракарбонила никеля, методы синтеза этого вещества в лаборатории. Технологические процессы, которые базируются на использовании карбонила никеля.
  
  курсовая работа [57,1 K], добавлен 27.11.2010
  

• Соединения кобальта (+2) и никеля (+2)

  Общая сравнительная характеристика металлов. Кобальт и никель: получение, химические свойства. Сравнение оксидов и гидроксидов кобальта и никеля, хлориды, сульфид. Нахождение количества вещества сульфата кобальта, массы раствора по уравнению реакции.
  
  курсовая работа [27,3 K], добавлен 14.11.2011
  

• Структурно-фазовые состояния поверхностных слоев никеля при ионной имплантации

  Влияния ионов титана, алюминия и углерода на микроструктуру, элементно-фазовый состав и физико-механические свойства поверхностного ионно-легированного слоя никеля. Изучение физико-химических процессов формирования ультрадисперсных интерметаллидов.
  
  дипломная работа [1,9 M], добавлен 03.12.2012
  

• Изучение и анализ производства медного купороса

  Физические и химические основы производства медного купороса, этапы и особенности данного процесса, необходимое сырье и материалы. Технологическая схема производства медного купороса, характеристика и требования к сырью. Вакуум-выпарная кристаллизация.
  
  дипломная работа [171,3 K], добавлен 14.03.2011
  

• Димеризация, олигомеризация и полимеризация этилена под действием комплексов никеля, содержащих хелатные лиганды

  Комплексы никеля - самые распространенные катализаторы олигомеризации олефинов. Линейные производные этилена. Распределение продуктов олигомеризации этилена. Группы никелевых катализаторов. Процесс полимеризации этилена с образованием линейного продукта.
  
  статья [860,6 K], добавлен 03.03.2010
  

• Элементы VIIB и VIIIB группы. Соединения марганца. Применение перманганата калия в фармакологическом анализе. Соединения кобальта и никеля

  Переходные металлы - элементы побочных подгрупп периодической системы химических элементов. Элементы VIIB и VIIIB группы: химические и физические свойства. Соединения марганца. Применение перманганата калия. Соединения кобальта и никеля и их свойства.
  
  презентация [73,6 K], добавлен 02.05.2013
  

• главная
• рубрики
• по алфавиту
• вернуться в начало страницы
• вернуться к началу текста
• вернуться к подобным работам