Получение Хлорида калия из сильвинита

Содержание
Введение
1 Характеристика химического продукта
2 Методы получения хлорида калия. Обоснование выбора метода
3 Основной метод получения
3.1 Характеристика основного и вспомогательного сырья
3.2 Физико-химические характеристики основных стадий процесса
3.3 Описание технологической схемы процесса
3.4 Характеристика используемых химических реакторов
3.5 Характеристика отходов, проблемы обезвреживания и полезного использования
3.6 Перспективы совершенствования процесса получения химического продукта.
3.7 Технологические расчёты
3.7.1 Расчёт материального баланса производства
3.7.2 Расчёт теплового баланса одной из стадии процесса
3.7.3 Расчёт теоретических и практических расходных коэффициентов на основе расчёта материального и теплового балансов
Заключение
Список использованной литературы

При этом в роли минерального вещества выступает структурообразующая соль, выбранная из сульфата, карбоната, дигидроортофосфата, метасиликата,ортофосфатанатрия или калия. Соль подается перед сушкой во влажный концентрат на стадии структурной агломерации, причем структурная агломерация проводится при влажности около 3,0-5,0% в турболопастномсмесителе-грануляторе путем пластической деформации влажного концентрата в смеси с сухим горячим хлоридом калия.Структурообразующая соль подается в количестве около 0,5-5,0 кг на одну тонну готового продукта в сухом виде, либо в виде водного раствора. Для пластической деформации сухой горячий хлорид калия подается в количестве 10-20% от веса сухого агломерированного хлористого калия. Предложенный способ является универсальным, позволяющим получать мелкий и гранулированный прессованием хлорид калия, способный без дополнительной обработки антислеживателем-амином, сохранять грансостав и сыпучесть при хранении и транспортировке во влажной среде.[12]3.7 Технологические расчётыВ заключение проведем технологические расчеты по рассмотренной в работе схеме получение хлорида калия из сильвинита. Расчёт проводим на 1кг готового продукта. Исходным веществом является сильвинит следующего состава: KCl – 23%; NaCl-68%; MgCl2- 1%; CaSO4 – 2 %; H2O – 1%; нерастворимый остаток - 5%.Также из литературных данных известно, что 1 тонну готового хлористого калия расходуется 0,5 мгкал пара, 30 кВт.чэлектроэнергии и 14 м3 воды. Выход готового продукта составляет 92%. [2, c.159]В рассматриваемом технологическом процессе химических превращений не происходит. Все протекающие в системе процессы имеют физическую природу. 3.7.1 Расчёт материального баланса производстваРассчитаем постадийный и суммарный материальный баланс производства по следующим стадиям одного цикла технологического процесса, а именно стадиям: измельчения сильвинитовой руды, выщелачивания хлорида калия из сильвинита горячим оборотным раствором, отделения горячего щелока от твердой фазы, охлаждения раствора и последующей кристаллизации хлорида калия, высушивания хлорида калия.Так как при протекании основного процесса не происходит химических реакций, то, при теоретическом выходе, равном 100%, для получения 1 кг необходима KCl необходима руда массой:кг,где m(KCl) – масса продукта, равная 1 кг;ω(KCl) – содержание хлорида калия в руде.Рассчитаем массы остальных компонентов в руде:кг;(2)кг;(3)кг;(4)кг;(5)кг;(6)Таблица 5Материальный баланс процесса измельчения сильвинитовой рудыПриходРасходСтатья приходаКоличество, кгСтатья расходаКоличество, кгKCl1Измельченный KCl1NaCl2,9565ИзмельченныйNaCl2,9565MgCl20,0435ИзмельченныйMgCl20,0435CaSO40,0870ИзмельченныйCaSO40,0870H2O0,0435H2O0,0435Н.ос.0,2174ИзмельченныйН.ос.0,2174Итого:4,3478Итого:4,3478Так как на производство1 тонныKCl расходуется 14 м3 воды, то на производство 1 кг KClзатрачивается 14 литров воды = 14 кг воды.Таблица 6Материальный баланс процесса выщелачивания хлорида калия из сильвинитаПриходРасходСтатья приходаКоличество, кгСтатья расходаКоличество, кгИзмельченный KCl1KCl(раствор)1ИзмельченныйNaCl2,9565NaCl(раствор)2,9565ИзмельченныйMgCl20,0435MgCl2(раствор)0,0435ИзмельченныйCaSO40,0870CaSO4(раствор)0,0870Связанная вода (H2O)0,0435Вода14,0435Измельченный н.ос.0,2174Измельченный н.ос0,2174Оборотная вода14Итого:18,3478Итого:18,3478Таблица 7Материальный баланс процесса отделения горячего щелока от твердой фазыПриходРасходСтатья приходаКоличество, кгСтатья расходаКоличество, кгKCl(раствор)1KCl в растворе1NaCl(раствор)2,9565NaCl (осадок)2,9565MgCl2(раствор)0,0435MgCl2(осадок)0,0435CaSO4(раствор)0,0870CaSO4(осадок)0,0870Вода14,0435Вода14,0435Измельченный н.ос.0,2174Измельченный н.ос.0,2174Итого:18,3478Итого:18,3478Таблица 8Материальный баланс процесса охлаждения раствора и кристаллизации хлорида калияПриходРасходСтатья приходаКоличество, кгСтатья расходаКоличество, кгKCl (раствор)1KCl(кристаллический)1Вода14,0435Вода 14,0435Итого:15,0435Итого:15,0435Таблица 9Материальный баланс процесса высушивания хлорида калияПриходРасходСтатья приходаКоличество, кгСтатья расходаКоличество, кгKCl(кристаллический)1KCl (крист.)1Вода14,0435Вода (удаление)14,0435Итого:15,0435Итого:15,0435Таблица 10Сводный материальный баланс процесса получения хлорида калияПриходРасходСтатья приходаКоличество, кгСтатья расходаКоличество, кгKCl (сильвинит)1KCl (крист. продукт)1NaCl (сильвинит)2,9565NaCl (отвал)2,9565MgCl2(сильвинит)0,0435MgCl2(отвал)0,0435CaSO4(сильвинит)0,0870CaSO4(отвал)0,0870Нерастворимый осадок(сильвинит)0,2174Нерастворимый осадок (отвал)0,0435H2O(сильвинит)0,0435Вода14,0435Оборотная вода14Итого:18,3478Итого:18,3478Отметим, что тепловой баланс составлен для идеальной системы, в которой отсутствуют потери вещества и энергии. Потери будут учтены в дальнейшем при расчете расходных коэффициентов.3.7.2 Расчёт теплового балансаодной из стадии процессаРассчитаем количество энергии, необходимое для растворения соответствующих масс KCl, NaCl, MgCl2, и CaSO4. Рассчитаем количество вещества в заданных массах солей.моль;(7)моль;(8)моль;(9)моль;(10)моль;(11)Из рассчитанного соотношения примем, что вода и хлорид магния образуют кристаллогидрат составом MgCl2.6H2O:n(MgCl2) :n(H2O) = 0,0004 : 0,00242 ≈ 1:6 Тепловые эффекты растворения солей равны: [13, c.565]ΔHр(KCl) = 17,56 кДж/моль, ΔHр(NaCl) = 4,94 кДж/моль, ΔHр(MgCl2.6H2O) = -12,36 кДж/моль, ΔHр(CaSO4) = -66 кДж/моль.Для растворения рассчитанных количеств солей нужно затратить:(12)(13)(14)(15)Таблица 11Тепловой баланс процесса получения хлорида калияПриходРасходСтатья приходаТеплота растворения, кДжСтатья расходаТеплота растворения, кДжKCl (сильвинит)0,24584KCl (раствор)-NaCl (сильвинит)0,24947NaCl (раствор)-MgCl2.6H2O(сильвинит)-0,005MgCl2(раствор)-CaSO4(сильвинит)-0,4224CaSO4(раствор)-Теплота из системы0,06791Итого:0,06791 (тепло поглощается)Итого:0,06791(тепло поглощается)3.7.3 Расчёт теоретических и практических расходных коэффициентов на основе расчёта материального и теплового балансовРасчет теоретических расходных коэффициентов сырья.[14,c.11]Считаем, из соотношения, что химических превращений в системе не происходит, и каждый моль KClв руде переходит всостяние индивидуального вещества (чистого KCl). Тогда, зная, что в 1 кг сильвинитовой руды содержится 0,23 кг хлорида калия, найдем теоретический расходный коэффициент:кг.(16)где ηтеор – теоретический расходный коэффициент сильвинитовой рудыТеоретический коэффициент рассчитан для 100% (без потерь) извлечения хлорида калия из руды.Определим практический расходный коэффициент сырья, зная, что суммарныйвыходпродуктана всех этапах производствасоставляет 92%.кг.(17)где ηпракт – практический расходный коэффициент сильвинитовой руды;х – суммарный коэффициент выхода хлорида калия, равный 92%.Определим практический расходный коэффициент воды, зная, что что в систему возвращается около 92% оборотной воды. [2, c.159]кг.(18)где ηтеор – теоретический расходный коэффициент воды, по условию равный 14 кг на 1 кг готового продукта;х1 – суммарный коэффициент возврата воды в систему, равный 92%. (19)Определим практический расходный коэффициент тепла, зная, что из руды выщелачиваются 99% содержащихся в ней минеральных веществ.[2, c.159].ЗаключениеСформулируем ключевые положения представленной курсовой работы.Хлорид калия и образуемые им минералы являются одним из важнейших химических соединаний, применяемых в сельском хозяйстве.Хлорид калия по своей химической природе представляет собой калиевую соль соляной кислоты, является кристаллическим веществом, по строению кристаллической решетки относящимся к структурному типу NaCl. Хлорид калия в природе встречается в виде минералов карналлита, сильвина а также входит в состав сильвинита. Качество производимого в России хлористого калия регламентируется в соответствии с ГОСТ 4568-95.Переработка сильвинитовых, хартзальцевых и карналлитовых руд до хлористого калия осуществляется четырьмя основными способами: методом растворения и раздельной кристаллизации (галлургический), обогащением породы посредством флотации, комбинацией флотационного обогащения «с растворением и кристаллизацией мелких фракций руды», подземным выщелачиванием руды с последующей переработкой рассола выпаркой и кристаллизацией. В данной работе рассматривается галлургический метод получения хлорида калия.Основным сырьем для производства хлористого калия является сильвинитоваяруда состоящая из 10—60% сильвина (KCl) и 25—70% галита (NaCl) с примесями ангидрита, карбоната магния и глинистых веществ. Галургический способ получения хлорида калия из сильвинита основывается на различии температурных коэффициентов растворимости хлоридов калия и натрия при их совместном присутствии растворе, а именно в системе «КС1—NaCl—H2O». В насыщенных обеими солями растворах, повышение температуры от 20—25оС до 90—100оСприводит примерно к двукратному увеличению содержания хлорида калия и некоторому уменьшению содержания хлорида натрия в системе. Принципиальная технологическая схема процесса галургического извлечения хлорида калияиз сильвинита включает шесть основных стадий: измельчение сильвинитовой руды, выщелачивание хлорида калия из сильвинита горячим оборотным раствором (щелоком), отделение горячего щелока от твердой фазы (пустой породы ихлорида натрия) и его осветление, охлаждение раствора и последующая кристаллизация хлорида калия, высушивание хлорида калия.нагрев оборотного раствора щелока и возвращение его на стадию выщелачивания.На современных калийных предприятиях кристаллизация производятся в многоступенчатых вакуум-кристаллизационных установках с сопутствующей рекуперацией тепла растворного пара. Современные кристаллизаторы хлорида осуществляют ступенчатую кристаллизацию, так как в таком случае значительно снижаются перепад температур и скорость охлаждения, что способствует увеличению размеров кристаллов.Основными отходами, возникающими в процессе производства хлорида калия, являются солевые, глинистые,галитовые шламы, сточные воды и минерализованные рассолы со шламохранилищ, а также отходящие газы со стадии сушки. Так, при производстве каждой тонны хлорида калия образуется порядка 2,5 — 3 тонн галитовых отходов, основным компонентом которых является хлорид натрия. Газовые выбросы, выдеяющиеся на стадии высушивания гранул КС1, содержат СО2, СО, SО2, окислы азота, а также НСl и пыль. Вопрос утилизации и переработки отходов производства хлорида калия до сих пор остается открытым.Производство хлорида калия из сильвинита галургическим способом имеет широкий простор для модернизации, что подтверждается множеством запатентованных способов рационализации производства.Также в данной работе нами был рассчитан постадийный и сводный материальный баланс, а также тепловой баланс производственного процесса получения одного килограмма хлорида калия из сильвинита. Для данной технологии получили практические расходные коэффициенты: ηпракт(сильвинита) = 4,7259 кг, ηпракт(воды) = 15,2174 кг, ηпракт(тепла) = 0,0672 кДж.Список использованной литературыПчелкин В.У. Почвенный калий и калийные удобрения. М.:Колос,1966. -335с.Позин М.Е. Технология минеральных солей. Т.1. Л.: Химия, 1971.- 695с.Рабинович В.А., Хавин З.Я. "Краткий химический справочник" Л.: Химия, 1977. - 392с.ГОСТ 4568–95. Калий хлористый. Технические условия: введ. 1997-07-01. –М.: Издательство стандартов, 1996. – 16 с.Титков С.Н., Соловьев Е.И., Мамедов А. И. Обогащение калийных руд. -М.: Недра, 1982.- 216 с.Александрович Х.М. Основы применения реагентов при флотации калийных руд. // "Наука и техника", Минск, 1973, C. 22 – 23.Обзор рынка хлористого калия в СНГ. Издание 2-ое, доп. и перераб. М.: Инфомайн, 2012. – 116 с.Соколов Р.С. Химическая технология. Том 1. Химическая технология: Учеб.пособие для студ. высш. учеб, заведений: В 2 т. — М.: Гуманит. изд. центр ВЛАДОС, 2000.Описание минерала: карналлит // Справочно-информационный порталГорная энциклопедияURL: http://www.mining-enc.ru/k/karnallit/ (дата обращения: 20.06.2012). Семенова И.В. Промышленная экология. Учебное пособие для студентов ВУЗов. М.: Издательский центр Академия , 2009. - 528 с.Способ получения гранулированного удобрения //Реестр российских патентов URL: http://bd.patent.su/2357000-2357999/pat/servl/servlet6e93.html (дата обращения: 20.06.2012).Способ получения влагостойкого хлористого калия с улучшенными реологическими свойствами // Реестр российских патентов URL: http://bd.patent.su/2359000-2359999/pat/servl/servlet6894.html (20.06.2012).Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Под ред. П. Г. Романкова. - 10-е изд., перераб. и дополненное - Ленинград: Химия, 1987 год. - 572 с.Грошева Л.П. Основы материального баланса. Методическое пособие. - Великий Новгород, НГУ, 2006. - 14 с.