МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ Автоклавно-содовое разложение шеелитовых Федеральное государственное бюджетное образовательное

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
Федеральное государственное бюджетное образовательное
Учреждение высшего профессионального образования
«СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ГОРНО-МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ
ИНСТИТУТ
(ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)»
Кафедра «Металлургия цветных металлов»
АВТОКЛАВНО-СОДОВОЕ РАЗЛОЖЕНИЕ
ШЕЕЛИТОВЫХ КОНЦЕНТРАТОВ И ПРОМПРОДУКТОВ
ОБОГАЩЕНИЯ
Методические указания к практическим расчетам
Для студентов, обучающихся по направлению
подготовки 150400.68 «Металлургия»
профиль «Металлургия цветных металлов»
Составитель:
АЛКАЦЕВА В.М.
ВЛАДИКАВКАЗ – 2011
А л к а ц е в а В.М. Автоклавно-содовое разложение шеелитовых
концентратов и промпродуктов обогащения.
Приведены расчеты материальных балансов операций технологической схемы переработки шеелитовых концентратов автоклавносодовым способом, а также теплотехнические расчеты автоклавов,
сепараторов и подогревателей сырой пульпы для каждой стадии
выщелачивания.
Методическое пособие предназначено для магистров специальности 150400 – «Металлургия цветных металлов», выполняющих
расчеты по курсу «Автоклавные технологии в металлургии». Ил. 1.
Табл. 7. Библиогр. список: 7 назв.
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………..4
1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ…………………………………………..6
2. РАСЧЕТ РАЦИОНАЛЬНОГО СОСТАВА КОНЦЕНТРАТА….7
3. РАСЧЕТ МАТЕРИАЛЬНОГО БАЛАНСА
ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ КОНЦЕНТРАТА………………………...8
3.1. Реакции, протекающие при автоклавно-содовом
выщелачивании………………………………………………….8
3.2. Расход соды и состав продуктов на первой стадии
выщелачивания………………………………………………….8
3.3. Расход соды и состав продуктов на второй стадии
выщелачивания………………………………………………...12
3.4. Количество и состав жидкой фазы в сырой пульпе 1-ой
стадии выщелачивания………………………………………..15
3.5. Количество и состав жидкой фазы в сырой пульпе 2-ой
стадии выщелачивания………………………………………..15
3.6. Количество конденсата греющего пара………………………16
3.7. Количество сепараторного пара………………………………16
3.8. Состав крепкого раствора……………………………………..20
4. ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ АВТОКЛАВНОЙ
ОПЕРАЦИИ……………………………………………………..21
4.1. Теплотехнический расчет автоклава первой стадии
выщелачивания………………………………………………..21
4.2. Теплотехнический расчет первой стадии сепарации
после первого выщелачивания……………………………….27
4.3. Теплотехнический расчет второй стадии сепарации
после первого выщелачивания……………………………….28
4.4. Теплотехнический расчет батареи автоклавов………………29
4.5. Расчет подогревателя типа «труба в трубе»…………………34
4.6. Теплотехнический расчет первой стадии сепарации
после второго выщелачивания……………………………….36
4.7. Теплотехнический расчет второй стадии сепарации
после второго выщелачивания……………………………….37
4.8. Расчет подогрева пульпы первой стадии выщелачивания….38
ЛИТЕРАТУРА……………………………………………………..41
3
Автоклавное выщелачивание вольфрамового сырья растворами
соды обладает целым рядом преимуществ перед спеканием с содой:
исключается печной передел, снижается извлечение примесей в раствор (особенно фосфора и мышьяка), способ применим не только к
стандартным концентратам, но и к промпродуктам и даже к хвостам
обогащения.
Выщелачивание проводят при температуре 220-225 оС в автоклавах при расходах соды, зависящих от содержания WO3 в сырье.
Так, для стандартных шеелитовых концентратов расход соды составляет 250-300 % от стехиометрически необходимого количества
(СНК), для вольфрамитовых концентратов – 350-400 % от СНК, а
для хвостов обогащения – 400-450 % от СНК.
С целью снижения расхода соды выщелачивание проводят в две
стадии. При этом концентрат на первой стадии выщелачивают оборотным раствором, полученным на второй стадии. Кек с первой стадии выщелачивания содержит 15-20 % WO3 от исходного в концентрате и поступает на вторую стадию выщелачивания, проводимую
свежим содовым раствором, в результате получается отвальный кек,
который после репульпации водой откачивается на шламовое поле.
Для выщелачивания применяют автоклавы двух типов: горизонтальные вращающиеся периодического действия и вертикальные
автоклавы непрерывного действия, обычно объединяемые в батареи.
Первый тип автоклавов обычно применяют на первой стадии
выщелачивания некоторых шеелитовых концентратов, в частности
тырныаузских, поскольку при их выщелачивании в батарее вертикальных автоклавов переточные трубы зарастают феррианальцимом.
Вторая стадия выщелачивания проводится в батареях автоклавов.
Функционально-технологическая схема переработки вольфрамовых концентратов автоклавно-содовым способом приводится на
рис.1.
2
4
Концентрат
Сода
Вода
1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
Приготовление пульпы
1.1. Состав концентрата марки КМШП-1 на сухую массу, %:
42,7 WO3; 4,0 Moобщ; 31,9 CaO; 1,4 S; 1,1 Fe; 4,5 SiO2; 0,6 P; 13,8
CaF2; 0,5 флотореагенты. Влажность 12 %.
Пар
Первое разложение
Сепарация
Пульпа
1.2. Извлечение металлов, %:
Стадия
I
II
W
85,0
95,0
Moокисл
92,0
96,0
Пар
Фильтрация
Кек
Крепкий раствор
Общее извлечение металлов в раствор:
W
85,0 + (100 – 85,0)95,0/100 = 99,25 %,
Moокисл 92,0 + (100 – 92,0)96,0/100 = 99,68 %.
Промывка
Промводы
Кек
Сода
Пар
1.3. Расход соды:
I стадия - 200 % от стехиометрически необходимого количества (СНК) на вольфрам и молибден,
II стадия - 600 % от СНК на вольфрам и молибден.
Пар
1.4. Отношение Ж:Т в пульпе:
I стадия - 4:1,
II стадия - 3,5:1.
Приготовление
пульпы
Второе разложение
Сепарация
Пульпа
Фильтрация
Вода
Кек
1.5. При выщелачивании все сульфидные минералы, кальцит и
апатит полностью переходят в кек, а кремнезем и флюорит разлагаются на 30 %.
Фильтрат
Промывка
Промводы
Кек
отвальный
1.6. Отвальные кеки с Ж:Т = 5:1 транспортируются по пульпопроводу в хвостохранилище.
Вода
Репульпация
Пульпа отвальная
Рис.1. Функционально-технологическая схема переработки
вольфрамовых концентратов автоклавно-содовым
способом.
5
3
6
CaO = 56,08/40,087,08 = 9,91 кг.
2. РАСЧЕТ РАЦИОНАЛЬНОГО СОСТАВА КОНЦЕНТРАТА
2.7. Кальцит CaCO3
Остаток оксида кальция связан в кальцит:
CaO = 31,9 – 10,33 – 1,63 – 2,22 – 9,91 = 7,81 кг.
CO2 = 44,01/56,087,81 = 6,13 кг,
CaCO3 = 7,81 + 6,13 = 13,94 кг.
По данным минералогического исследования, в состав концентрата входят следующие минералы: шеелит, повеллит, молибденит,
пирит, кварц, апатит, флюорит, кальцит.
Выполняем расчет на 100 кг концентрата.
2.1. Шеелит CaWO4
CaO = 56,08/231,8542,7 = 10,33 кг,
CaWO4 = 42,7 + 10,33 = 53,03 кг.
Рациональный состав концентрата на 100 кг сухой массы приводится в табл.2.1. Плотности минералов взяты из [1].
Влага концентрата:
100/(100 – 12)12 = 13,64 кг.
2.2. Апатит Ca3(PO4)2
CaO = 356,08/(230,97)0,6 = 1,63 кг,
P2O5 = 141,94/(230,97)0,6 = 1,37 кг,
Ca3(PO4)2 = 1,63 + 1,37 = 3,00 кг.
3. РАСЧЕТ МАТЕРИАЛЬНОГО БАЛАНСА
ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ КОНЦЕНТРАТА
2.3. Пирит FeS2
S = 232,06/55,851,1 = 1,26 кг,
FeS2 = 1,1 + 1,26 = 2,36 кг.
3.1. Реакции, протекающие при автоклавно-содовом
выщелачивании
CaWO4 + Na2CO3  Na2WO4 + CaCO3;
CaMoO4 + Na2CO3  Na2MoO4 + CaCO3;
SiO2 + Na2CO3  Na2SiO3 + CO2;
CaF2 + Na2CO3  2NaF + CaCO3.
2.4. Молибденит MoS2
Остаток серы связан в молибденит:
S = 1,4 – 1,26 = 0,14 кг.
Mos = 95,94/(232,06)0,14 = 0,21 кг,
MoS2 = 0,14 + 0,21 = 0,35 кг.
3.2. Расход соды и состав продуктов на первой стадии
выщелачивания
2.5. Повеллит CaMoO4
Остаток молибдена связан в повеллит:
Moокисл = 4,0 – 0,21 = 3,79 кг.
CaO = 56,08/95,943,79 = 2,22 кг,
O(MoO3) = 316/95,943,79 = 1,90 кг,
CaMoO4 = 3,79 + 2,22 + 1,90 = 7,91 кг.
3.2.1. Теоретический расход соды по реакциям (3.1) и (3.2)
 WO 3 Mo ок

 231,85 95,94
105,99 

 42,7
3,79 
 = 105,99 
 =

 231,85 95,94 

= 23,71 кг
2.6. Флюорит CaF2
Ca = 40,08/78,0813,8 = 7,08 кг,
что в пересчете на CaO составит:
7
(3.1)
(3.2)
(3.3)
(3.4)
3.2.2. Практический расход соды
23,712 = 47,42 кг.
4
8
3.2.3. Разложение шеелита по реакции (3.1)
Количество реагирующего шеелита:
CaWO4 = 53,030,85 = 45,08 кг,
в том числе WO3 = 42,70,85 = 36,30 кг.
Количество не разложившегося шеелита:
CaWO4(н.р.) = 53,03 – 45,08 = 7,95 кг,
в том числе WO3(н.р.) = 42,7 – 36,30 = 6,40 кг.
Реагирует:
Na2CO3 =
105,99
36,30 = 16,59 кг.
231,85
Образуется:
293,83
36,30 = 46,00 кг,
231,85
100,09
CaCO3 =
36,30 = 15,67 кг.
231,85
Na2WO4 =
3.2.4. Разложение повеллита по реакции (3.2)
Количество реагирующего повеллита:
CaMoO4 = 7,910,92 = 7,28 кг,
в том числе Moок = 3,790,92 = 3,49 кг.
Количество не разложившегося повеллита:
CaMoO4(н.р.) = 7,91 – 7,28 = 0,63 кг,
в том числе Moок(н.р.) = 3,79 – 3,49 = 0,30 кг.
Реагирует:
Na2CO3 =
105,99
3,49 = 3,85 кг.
95,94
Образуется:
205,94
3,49 = 7,49 кг,
95,94
100,09
CaCO3 =
·3,49 = 3,64 кг.
95,94
Na2MoO4 =
9
5
10
3.2.5. Разложение кремнезема по реакции (3.3)
Примем, что минералы примесей разлагаются на первой стадии
выщелачивания.
Количество не разлагающегося SiO2:
SiO2(н.р.) = 4,5·(1 – 0,30) = 3,15 кг.
Реагирует:
SiO2 = 4,5 – 3,15 = 1,35 кг,
Na2CO3 =
3.2.9. Состав и количество остатка первой стадии
выщелачивания
В кек переходят не разложившиеся минералы и твердые продукты реакций. Состав остатка от первого выщелачивания приводится в таблице 3.1.
Таблица 3.1
Состав остатка от первого выщелачивания
105,99
·1,35 = 2,38 кг.
60,08
№
пп
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Образуется:
122,06
Na2SiO3 =
·1,35 = 2,74 кг,
60,08
44,01
CO2 =
·1,35 = 0,99 кг.
60,08
3.2.6. Разложение флюорита по реакции (3.4)
Количество не разложившегося флюорита:
CaF2(н.р.) = 13,8·(1 – 0,30) = 9,66 кг.
Реагирует:
CaF2 = 13,8 – 9,66 = 4,14 кг,
Na2CO3 =
105,99
 4,14 ·= 5,62 кг.
78,08
CaWO4
CaMoO4
CaCO3
MoS2
Ca3(PO4)2
SiO2
FeS2
CaF2
Прочие
Итого
Масса,
кг
7,95
0,63
38,56
0,35
3,00
3,15
2,36
9,66
0,61
66,27
Плотность,
кг/дм3
6,06
4,40
2,71
4,80
3,14
2,65
4,87
3,18
(2,65)
3,061
Объем,
дм3
1,31
0,14
14,23
0,07
0,96
1,19
0,48
3,04
0,23
21,65
3.3. Расход соды и состав продуктов на второй стадии
выщелачивания
Образуется:
241,99
 4,14 = 4,45 кг,
78,08
100,09
CaCO3 =
 4,14 = 5,31 кг.
78,08
3.3.1. Теоретический расход соды по реакциям (3.1) и (3.2)
NaF =
 WO 3(н.р.) Mo ок (н.р.) 
=

 231,85

95
,
94


 6, 40
0,30 
 = 3,26 кг

= 105,99  
 231,85 95,94 
105,99  
3.2.7. Фактический расход соды на первой стадии
выщелачивания
Na2CO3 = 16,59 + 3,85 + 2,38 + 5,62 = 28,44 кг
3.3.2. Практический расход соды
3,26·6 = 19,56 кг
3.2.8. Избыток соды в растворе
47,42 – 28,44 = 18,98 кг
11
Компоненты
6
12
3.3.3. Разложение шеелита
Количество не разложившегося шеелита:
CaWO4(н.р.) = 7,95·(1 – 0,95) = 0,40 кг,
в том числе WO3(н.р.) = 6,40·(1 – 0,95) = 0,32 кг.
Реагирует:
CaWO4 = 7,95 – 0,40 = 7,55 кг,
в том числе WO3 = 6,40 – 0,32 = 6,08 кг,
Na2CO3 =
3.3.6. Избыток соды в растворе от второго выщелачивания
19,56 – 3,10 = 16,46 кг
3.3.7. Состав и количество остатка второй стадии
выщелачивания
Состав остатка выщелачивания приводится в табл.3.2, где в состав «прочих» включены MoS2, Ca3(PO4)2, SiO2, FeS2, CaF2 и прочие
из табл.3.1.
Таблица 3.2
Состав остатка от второго выщелачивания
105,99
 6,08 = 2,78 кг.
231,85
Образуется:
293,83
 6,08 = 7,71 кг,
231,85
100,09
CaCO3 =
 6,08 = 2,62 кг.
231,85
№
пп
1
2
3
4
Na2WO4 =
3.3.4. Разложение повеллита
Количество не разложившегося повеллита:
CaMoO4(н.р.) = 0,63·(1 – 0,96) = 0,03 кг,
в том числе Moок(н.р.) = 0,30·(1 – 0,96) = 0,01 кг.
Реагирует:
CaMoO4 = 0,63 – 0,03 = 0,60 кг,
в том числе Moок = 0,30 – 0,01 = 0,29 кг,
5
6
CaWO4
CaMoO4
CaCO3
Прочие
Итого
Na2WO4
Na2CO3
Всего
Масса,
кг
0,40
0,03
41,48
19,13
61,04
0,08
0,17
61,29
Плотность,
кг/дм3
6,06
4,40
2,71
2,858
4,179
2,533
2,857
Объем,
дм3
0,07
0,01
15,31
5,97
21,36
0,02
0,07
21,45
Допустимое содержание водорастворимого WO3 в кеке после
промывки принимаем 0,1 %, что в пересчете на Na2WO4 составит:
105,99
Na2CO3 =
 0,29 = 0,32 кг.
95,94
0,1 
Образуется:
293,83
= 0,127 %.
231,85
Тогда масса недоотмытого Na2WO4 в кеке второй стадии выщелачивания составит:
205,92
 0,29 = 0,62 кг,
95,94
100,09
CaCO3 =
 0,29 = 0,30 кг.
95,94
Na2MoO4 =
61,04
 0,127 = 0,08 кг,
100  0,127
231,85
в том числе WO3(в.р.) =
 0,08 = 0,06 кг.
293,83
Na2WO4 =
3.3.5. Фактический расход соды на второй стадии
выщелачивания
Na2CO3 = 2,78 + 0,32 = 3,10 кг
13
Компоненты
Масса недоотмытой соды в кеке 2-ой стадии пропорциональна
массе недоотмытого Na2WO4:
7
14
Na2CO3 = 16, 46 
Необходимо воды на приготовление пульпы 2-го разложения в
виде промывных вод:
H2O = 212,39 – 28,40 = 183,99 кг (дм3).
0,08
= 0,17 кг,
7,71
где 16,46 и 7,71 – массы избыточной соды и Na2WO4 в жидкой фазе
вареной пульпы 2-ой стадии, кг.
3.6. Количество конденсата греющего пара
Определяется тепловым расчетом автоклава (см. п.4.1.2, 4.4.2).
3.4. Количество и состав жидкой фазы в сырой пульпе
1-ой стадии выщелачивания
3.7. Количество сепараторного пара
Определяется тепловым расчетом сепаратора (см. п.4.2, 4.3, 4.6,
3.4.1. Масса жидкой фазы в сырой пульпе
100·(Ж:Т) = 100·4 = 400 кг
4.7).
Материальный баланс автоклавно-содового выщелачивания
концентрата приводится в табл.3.3.
3.4.2. Состав жидкой фазы сырой пульпы
Na2CO3 = 47,42 кг (из п. 3.2.2),
Na2WO4 = 7,71 – 0,08 = 7,63 кг (см. п.3.3.3 и п.3.3.7),
Na2MoO4 = 0,62 кг (из п.3.3.4),
H2O = 400 – 47,42 – 7,63 – 0,62 = 344,33 кг,
в том числе 13,63 кг – влага концентрата.
3.5. Количество и состав жидкой фазы в сырой пульпе
2-ой стадии выщелачивания
3.5.1. Масса жидкой фазы в сырой пульпе
66,27·(Ж:Т) = 66,27·3,5 = 231,95 кг,
где 66,27 – масса остатка от 1-го выщелачивания, кг.
3.5.2. Состав жидкой фазы сырой пульпы
Na2CO3 = 19,56 кг (из п.3.3.2),
H2O = 231,95 – 19,56 = 212,39 кг.
С промытым кеком 1-го выщелачивания при влажности его
30 % поступает воды:
H2O =
66,27
100  30
 30 = 28,40 кг (дм3).
В промытом остатке 2-го выщелачивания содержится воды:
H2O =
61,29
 30 = 26,27 кг (дм3).
100  30
15
8
16
17
9
18
3.8. Состав крепкого раствора
В состав крепкого раствора входят фильтрат и промводы. Объем раствора – 423,20 дм3 получен при условии, что содержание WO3
в крепком растворе составляет 100 г/дм3.
Состав крепкого раствора приводится в табл.3.4.
Таблица 3.4
Состав крепкого раствора
Компоненты
Na2CO3
Na2WO4
Na2MoO4
NaF
Na2SiO3
NaHCO3
Органические
вещества
Вода
Итого
Масса,
кг
18,98 – 2,38* = 16,60
46,0 + 7,71 – 0,08 = 53,63
7,49 + 0,62 = 8,11
4,45
2,74
3,78**
0,50
399,73
489,54
Концентрация,
г/дм3
39,22
WO3 = 100,0
Mo = 8,93
F = 4,76
SiO2 = 3,19
8,93
-
* Расход соды на образование бикарбоната натрия по реакции
CO2 + Na2CO3 + H2O = 2NaHCO3
105,99
 0,99 = 2,38 кг.
44,01
284,01
** NaHCO3 =
 0,99 = 3,78 кг.
44,01
Na2CO3 =
19
10
20
4. ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ АВТОКЛАВНОЙ
ОПЕРАЦИИ
4.1.1. Расчет рабочего давления в автоклаве
Рабочее давление в автоклаве, кгс/см2:
Pраб = Pг + Pt + Pp,
4.1. Теплотехнический расчет автоклава первой стадии
выщелачивания
где Pг – гидростатическое давление пульпы;
Pt – упругость водяного пара над вольфраматно-содовым раствором;
Pp – запас давления в сети греющего пара.
Гидростатическое давление пульпы определяется по ее плотности и среднему уровню пульпы в автоклаве (принимается равным
внутреннему диаметру автоклава, т.е. 1,5 м):
Pг = 0,1·ρп·h = 0,1·1,285·1,5 = 0,19 кгс/см2.
Для определения упругости водяного пара над вольфраматносодовым раствором математической обработкой справочных табличных данных были получены модели зависимости температуры
кипения раствора от его концентрации и давления [4]:
- для интервала давлений, соответствующего автоклавносодовому выщелачиванию вольфрамового концентрата (15-30
кгс/см2)
t = 286,58 + 0,1964·10-2(Na2WO4) + 1,3593·10-2(Na2CO3) +
+ 8,4979 P + 0,9328·10-5(Na2WO4)2 + 0,7105·10-5(Na2CO3)2 –
- 8,4834·10-2P2 + 0,1414·10-3(Na2WO4)P + 0,2226·10-3(Na2CO3)P - X;
(4.2)
- для интервала давлений, соответствующего режиму сепарации
(1-2,5 кгс/см2)
t = 139,15 + 0,1430·10-2(Na2WO4) + 0,8297·10-2(Na2CO3) +
+ 0,5502·10-5(Na2WO4)2 + 0,4857·10-5(Na2CO3)2 +
+ 0,9185·10-3(Na2WO4)P + 1,3942·10-3(Na2CO3)P + 68,4841P –
- 9,1522P2 – X,
(4.3)
Первую стадию выщелачивания тырныаузских концентратов
проводят в горизонтальных вращающихся автоклавах периодического действия, объемом 10000 дм3, внутренним диаметром 1,5 м.
Наружная поверхность автоклава 29,3 м2. Теплоизоляция – асбестовый картон толщиной 0,075 м. Коэффициент заполнения автоклава
0,6-0,67. Продолжительность 1-ой стадии 1,5-2 часа (примем 2 ч).
Пульпа поступает в автоклав после предварительного нагрева в
подогревателе до 85-90 оС (примем 90 оС). Автоклавное разложение
проводится при 220-225 оС (примем 225 оС). Нагрев пульпы в автоклаве до рабочей температуры осуществляется греющим паром с
ТЭЦ.
Расчет средней теплоемкости и плотности сырой пульпы 1-ой
стадии выщелачивания по ее составу приводится в табл.4.1. Удельные теплоемкости компонентов жидкой фазы пульпы взяты из [2, 3],
а средняя удельная теплоемкость концентрата, а в последующем и
кека первой стадии выщелачивания, рассчитаны через теплоемкости
составляющих.
Таблица 4.1
Теплоемкость и плотность сырой пульпы первой стадии
выщелачивания
№ Компоненты
пп
1 Концентрат,
в том числе:
твердое
влага
2 Сода
3 Na2WO4
4 Na2MoO4
5 Вода
Итого
Масса, Теплоемк.,
m·C,
Плотн., Объем,
кг
кДж/(кг·град) кДж/град кг/дм3
дм3
(m)
(C)
(ρ)
(V)
113,64
100,0
13,64
47,42
7,63
0,62
330,69
500,00
0,59
4,19
1,05
0,50
0,71
4,19
3,112
21
59,0
57,15
49,79
3,82
0,44
1385,59
1555,79
3,022
37,61
4,172
1,0
2,533
4,179
3,28
1,0
1,285
23,97
13,64
18,72
1,83
0,19
330,69
389,04
(4.1)
где Na2WO4 – суммарная концентрация Na2WO4 и Na2MoO4 в растворе, г/дм3;
X – температура насыщения водяного пара, оС.
Зависимость температуры насыщения водяного пара от давления [4]:
- для 7,146≤ P ≤31,239 кгс/см2
X = 104,435196·(P – 0,2)
11
0, 23614106
22
,
(4.4)
а зависимость дана в виде t = f(P), то будем искать давление итерационным методом.
Примем в первом приближении Pt = 25 кгс/см2 и по модели
(4.2) определим температуру кипения раствора усредненного состава.
X1 = 222,91 oC;
t1 = 225,23 oC.
Поскольку полученное в первой итерации значение раствора
выше заданного (225 оС), то понизим давление, приняв во второй
итерации P2 = 24 кгс/см2, и для этого значения найдем по модели
(4.2) соответствующую температуру кипения:
X2 = 220,76 oC;
t2 = 223,01 oC.
Так как заданная рабочая температура находится между значениями температуры в 1-ой и 2-ой итерациях, то интерполяцией
найдем давление, соответствующее рабочей температуре:
- для 0,8619≤ P ≤3,192 кгс/см2
X = 54,12 + 69,7756 P – 34,3306 P2 + 11,42364 P3 – 2,06448 P4 +
+ 0,153107 P5.
(4.5)
Поскольку в процессе выщелачивания состав раствора меняется, для определения упругости водяного пара над вольфраматносодовым раствором воспользуемся усредненным составом раствора
в процессе разложения.
Состав исходного раствора:
Na2WO4 =
(7,63 0,62)1000
8,251000
8,251000



389,04  23,97
365,07
Vрисх
= 22,60 г/дм3,
Na2CO3 =
47,421000 47,421000

 129,89 г/дм3.
исх
365
,
07
Vр
t, oC
t1
Чтобы рассчитать конечный объем раствора (до сепарации),
примем в первом приближении, что объем конденсата пара составляет 30 % от объема исходной пульпы. Тогда
tзад
кон
исх
исх
исх
Vр
 Vп
 Vконд.пара  Vост.I  Vп
 Vп  0,30 
t2
- Vост.I  389,04 + 389,04·0,3 – 21,65 = 389,04 + 116,71 – 21,65 =
= 484,10 дм3.
Состав конечного раствора (до сепарации):
Na2WO4 =
P2 Pt
(8,25  46,00  7,49)1000 61,741000


484,10
484,10
P, кгс/см2
P P
Pt = 1 2  ( t зад  t 2 )  P2 .
t t
(4.6)
1
2
25  24
Pt =
 ( 225  223,01)  24  24,90 кгс/см2.
225,23 223,01
= 127,54 г/дм ,
3
Na2CO3 =
P1
( 47,42  28,44)1000 18,981000

 39,21 г/дм3.
484,10
484,10
Произведем проверку полученного значения Pt подстановкой
его в модель (4.2):
X = 222,70 oC;
t = 225,01 oC, что совпадает с заданной температурой (в общем
случае можно считать удовлетворительным совпадение, если рас-
Усредненный состав раствора в процессе выщелачивания:
Na2WO4 = (22,60 + 127,54)/2 = 75,07 г/дм3,
Na2CO3 = (129,89 + 39,21)/2 = 84,55 г/дм3.
Поскольку требуется найти упругость водяного пара при заданной температуре кипения вольфраматно-содового раствора (225 оС),
23
12
24
хождение между расчетным и заданным значениями температуры не
превышает 0,1 oC). Таким образом Pt = 24,90 кгс/см2.
Необходимый запас давления в сети греющего пара примем
равным 2 кгс/см2.
Итак, рабочее давление в автоклаве:
Pраб = 0,19 + 24,90 + 2 = 27,09 ≈ 27 кгс/см2.
определим температуру наружной поверхности стенки автоклава:

 ( t вн  t нар )  F = (9,3 + 0,058·tнар)·3,6·(tнар – tвозд)·F.

0,519
 ( 225  t нар )  (9,3 + 0,058·tнар)·3,6·(tнар – 20).
0,075
Решая квадратное уравнение, получим:
tнар = 48,1 оС.
4.1.2. Расчет расхода греющего пара в автоклаве
Количество тепла, необходимое для нагрева пульпы в автоклаве
от 90 до 225 оС:
QА = Сп·mп·(tкон – tнач) = Сп·Vп·ρп·(tкон – tнач),
(4.7)
Тогда Qт =
а потери тепла за 2 ч:
Qт·  = 35867,54·2 = 71735,08 кДж.
Полный расход тепла:
Q = QА + Qт·  = 3239125,20 + 71735,08 = 3310860,28 кДж.
Необходимое количество греющего пара давлением 27 кгс/см2
находим по формуле:
QА = 3,112·(10000·0,6)·1,285·(225 – 90) = 3239125,20 кДж,
где 10000 – объем автоклава, дм3;
0,6
- коэффициент заполнения автоклава сырой пульпой.
Потери тепла через стенки автоклава теплопроводностью за 1 ч,
кДж/ч:

Qт =  ( t вн  t нар )  F,

где
DА 
(4.8)
Q
,
i п i к
(4.10)
где iп – энтальпия пара, кДж/кг; рассчитывается в зависимости от
температуры насыщения водяного пара по модели [4]
iп = 2502,8 + 1,7147·t + 2,067·10-3t2 – 1,6896·10-5t3,
(4.11)
а температура насыщения предварительно находится по модели (4.4)
или (4.5) в зависимости от давления пара;
iк - энтальпия конденсата пара, кДж/кг; рассчитывается в зависимости от температуры, при которой происходит конденсация (в
данном случае это рабочая температура 225 оС) по модели [4]
iк = 1,7 + 4,1934 t – 7,03·10-4t2 + 5,1·10-6t3.
(4.12)

- коэффициент теплопроводности теплоизоляции автоклава;
для асбестового картона  = 0,124 ккал/(м·ч·град) = 0,519
кДж/(м·ч·град);
толщина
теплоизоляции,  = 0,075 м;

tвн и tнар – температуры внутренней и наружной поверхности
стенки автоклава, оС;
F – наружная поверхность автоклава, м2.
Потери тепла конвекцией и лучеиспусканием за 1 ч, кДж/ч:
Qк =   ( t нар  t возд )  F,
(4.9)
Так, для рабочего давления в автоклаве 27 кгс/см2 температура
насыщения пара по модели (4.4) 227,03 оС. Энтальпия пара при этом
по модели (4.11) iп = 2800,9 кДж/кг. Энтальпия конденсата пара при
температуре конденсации 225 оС по модели (4.12) iк = 967,7 кДж/кг.
Тогда необходимое количество греющего пара:
где  - коэффициент теплоотдачи конвекцией и лучеиспусканием;
 = 9,3 + 0,058·tнар, Вт/(м2·град) [5, с.311];
tвозд – температура окружающего воздуха, примем ее равной 20
о
С.
Исходя из равенства потоков в установившихся условиях
Qт = Qк,
25
0,519
 ( 225  48,1)  29,3  35867,54 кДж/ч,
0,075
DА =
13
3310860,28
 1806,06 кг.
2800,9  967,7
26
Фактическое разбавление пульпы в автоклаве конденсатом греющего пара:
= (3,112·6000·1,285 + 1806,06·4,19)·(225 – 120,85) =
= 3287068,92 кДж.
Количество пара, отделяющегося в сепараторе 1-ой ступени:
1806,06
 100  30,10 % по объему.
6000
Dc.I =
Расход греющего пара в пересчете на 100 кг безводного концентрата составит:
i п i к

3287068,92
 1493,24 кг,
2708,5  507,2
где Iп берется для давления 2 кгс/см2, а Iк – для температуры 120,85
о
С.
Количество отделяющегося пара в пересчете на 100 кг сухого
концентрата:
389,04
'
D А = 1806,06 
 117,10 кг.
6000
Уточненный конечный объем жидкой фазы пульпы (перед сепарацией):
389,04
'
D c.I  1493,24 
 96,82 кг.
6000
кон
исх
'
Vр
 Vп
 D А  Vост.I 
Объем жидкой фазы в пульпе, поступающей на 2-ую стадию сепарации:
Vр = 484,49 – 96,82 = 387,67 дм3.
Объем пульпы, поступающей на 2-ую стадию сепарации:
Vп = Vр + Vост.I =387,67 + 21,65 = 409,32 дм3.
Концентрации Na2WO4 и Na2CO3 в жидкой фазе пульпы, поступающей на 2-ую стадию сепарации:
= 389,04 + 117,10 – 21,65 = 484,49 дм3.
Уточненный состав конечного раствора:
61,741000
 127,43 г/дм3,
484,49
18,981000
Na2CO3 =
 39,18 г/дм3.
484,49
Na2WO4 =
61,741000
 159,26 г/дм3,
387,67
18,981000
Na2CO3 =
 48,96 г/дм3.
387,67
Усредненный состав раствора (уточненный):
Na2WO4 = (22,60 + 127,43)/2 = 75,02 г/дм3,
Na2CO3 = (129,89 + 39,18)/2 = 84,54 г/дм3.
Поскольку разница между первоначальными и уточненными
значениями средних концентраций Na2WO4 и Na2CO3 не превышает
5 г/дм3, то расчет рабочего давления не повторяем, а в дальнейших
расчетах используем уточненные объемы и концентрации.
Na2WO4 =
4.3. Теплотехнический расчет второй стадии сепарации
после первого выщелачивания
Вторая стадия сепарации проводится в открытом баке-сборнике,
где давление снижается до атмосферного (1 ат = 1 кгс/см2 = 735 мм
рт. ст.; для нашего региона среднегодовое атмосферное давление
700 мм рт. ст., т.е. 700/735 = 0,952 кгс/см2).
Для значения давления 0,952 кгс/см2 и найденного выше состава
жидкой фазы пульпы определим температуру кипения по модели
(4.3): t = 99,33 oC.
Количество тепла, выделяющееся в сепараторе 2-ой ступени
(баке-сборнике вареной пульпы):
4.2. Теплотехнический расчет первой стадии сепарации
после первого выщелачивания
После выщелачивания пульпа поступает в сепаратор 1-ой ступени, где давление снижается до 1,5-2,5 кгс/см2 (примем 2,0 кгс/см2).
Температура кипения жидкой фазы в сепараторе по модели (4.3)
для уточненного состава конечного раствора: t = 120,85 оС.
Количество тепла, выделяющегося в сепараторе 1-ой ступени:
Qс.I = (Cп·6000·ρп + DА·С H O )·(225 – 120,85) =
2
27
Q c.I
14
28
кгс/см2), а оттуда сливается в приемный сборник. Из приемного
сборника пульпа перекачивается на фильтрацию.
Расчет средней теплоемкости и плотности сырой пульпы 2-ой
стадии выщелачивания приводится в табл.4.2.
Qc.II = (Cп·6000·ρп + DА·С H O - Dc.I ·С H O )·(120,85 – 99,33) =
2
2
= (3,112·6000·1,285 + 1806,06·4,19 – 1493,24·4,19)· (120,85 – 99,33) =
= 544547,15 кДж.
Количество пара, отделяющегося в сепараторе 2-ой ступени:
Dc.II =
Q c.II
i п i к

Таблица 4.2
Теплоемкость и плотность сырой пульпы второй стадии
выщелачивания
544547,15
 241,16 кг,
2674,3 416,3
где Iп берется для давления 0,952 кгс/см2, а iк – для температуры
99,33 оС.
Количество отделяющегося пара в пересчете на 100 кг сухого
концентрата:
'
D c.II  241,16 
№ Компоненты Масса, Теплоемк.,
m·C,
Плотн., Объем,
пп
кг
кДж/(кг·град) кДж/град кг/дм3
дм3
(m)
(C)
(ρ)
(V)
1
2
3
389,04
 15,64 кг.
6000
Объем пульпы после 2-ой стадии сепарации:
Vп = 409,32 – 15,64 = 393,68 дм3,
в том числе раствора:
Vр = 387,67 – 15,64 = 372,03 дм3.
Суммарная масса выпаренной воды за 2 стадии сепарации (на
100 кг сухого концентрата):
'
'
66,27
19,56
212,39
298,22
0,74
1,05
4,19
3,217
49,04
20,54
889,91
959,49
3,061
2,533
1,0
1,234
21,65
7,72
212,39
241,76
4.4.1. Расчет рабочего давления в батарее автоклавов
Pраб = Pг + Pt + Pp + Pп,
'
D c  Dc.I  Dc.II  96,82  15,64  112,46 кг.
(4.13)
где Pп – запас давления в пульпопроводе.
По данным практики Pp + Pп = 3 кгс/см2.
Pг = 0,1·ρп·h = 0,1·1,234·10 = 1,23 кгс/см2.
Для нахождения упругости водяного пара над вольфраматносодовым раствором воспользуемся усредненным составом раствора
в процессе выщелачивания.
Состав исходного раствора после греющего автоклава:
Na2WO4 = 0 г/дм3,
4.4. Теплотехнический расчет батареи автоклавов
Вторую стадию выщелачивания проводят в батарее из 10-ти
вертикальных (колонных) автоклавов. Колонный автоклав имеет
наружный диаметр 399 мм, внутреннюю высоту 10000 мм, теплоизолирован асбозуритом толщиной 100 мм. Производительность батареи автоклавов по сырой пульпе составляет по данным практики
4,2  4,5 м3/ч (примем 4,3 м3/ч).
Перед батареей колонных автоклавов установлен теплообменник типа «труба в трубе». Выходящая из батареи пульпа подается в
наружную трубу теплообменника, а по внутренней трубе закачивается сырая пульпа, которая при этом нагревается до 90  95 оС (примем 95 оС).
Вареная пульпа из теплообменника поступает в сепаратор 1-ой
ступени, где давление снижается до 1,5-2 кгс/см2 (примем 1,5
29
Кек
Сода
Вода
Итого
Na2CO3 =
19,561000
 66,84 г/дм3,
292,64
где 292,64 – объем исходного раствора, найденный при условии, что
разбавление пульпы конденсатом греющего пара составляет 30 % от
объема исходной пульпы (в первом приближении):
исх
Vр
15
 241,76  21,65  241,76  0,30  292,64 дм3.
30
Pраб = 1,23 + 25,30 + 3 = 29,53  30 кгс/см2.
4.4.2. Расчет расхода греющего пара
Количество тепла, необходимое для нагрева пульпы в греющем
автоклаве от 95 до 225 oC:
QА = Сп·ρп·4300·(225 – 95) = 3,217·1,234·4300·130 =
= 2219105,90 кДж/ч.
Для нахождения потерь тепла через стенки автоклава по
формуле (4.8) нужно учесть температурную зависимость коэффициента теплопроводности асбозурита [6, с.23]
 = 0,163 + 0,163·10-3 tср, Вт/(м·град)
и рассчитать наружную поверхность автоклава:
Состав конечного раствора (перед сепарацией):
кон
Vр
исх
исх
 Vп
 Vп  0,30  Vост.II  241,76  241,76  0,30 
- 21,45 = 292,84 дм3;
(7,71 0,62)1000 8,331000

 28,45 г/дм3,
292,84
292,84
16,461000
Na2CO3 =
 56,21 г/дм3.
292,84
Na2WO4 =
Усредненный состав раствора в процессе выщелачивания:
Na2WO4 = (0 + 28,45)/2 = 14,23 г/дм3,
Na2CO3 = (66,84 + 56,21)/2 = 61,53 г/дм3.
Упругость водяного пара над вольфраматно-содовым раствором
ищем итерационным методом. Примем в первом приближении Pt =
25 кгс/см2 и по модели (4.2) определим температуру кипения раствора усредненного состава:
X1 = 222,91 oC;
t1 = 224,38 oC.
Так как полученное в первой итерации значение температуры
кипения раствора ниже рабочей температуры (225 oC), то повысим
давление, приняв во второй итерации P2 = 26 кгс/см2, и рассчитаем
для этого случая по модели (4.2) соответствующую температуру кипения:
X2 = 225,00 oC;
t2 = 226,48 oC.
Интерполяцией рассчитаем давление, соответствующее рабочей
температуре:
Pt =
F = Fцил + 2 Fкруга = π·Dнар·h + 2·
4

= π·0,399·10 + π·0,3992/2 = 12,535 + 0,250 = 12,785 м2.
Из равенства потерь тепла с автоклава теплопроводностью и
конвекцией с лучеиспусканием определим температуру наружной
поверхности стенки автоклава:
( 225  t нар ) 


3
0
,
163

0
,
163

10


  3,6 / 0,10  ( 225  t нар ) 
2


= (9,3 + 0,058  t нар )  3,6  ( t нар  20) ,
t нар  47,3 оС.
Тогда:
3
Qт = [0,163  0,163  10
 (225  47,3) / 2]  3,6 / 0,10  (225 
- 47,3)·12,785 = 15146,56 кДж/ч.
26  25
 ( 225  224,38)  25  25,30 кгс/см2.
226,48  224,38
Произведем проверку полученного значения Pt подстановкой
его в модель (4.2):
X = 223,55 oC;
t = 225,02 oC.
Поскольку расхождение этого значения с рабочей температурой
меньше 0,1 oC, то совпадение удовлетворительное. Таким образом
Pt = 25,30 кгс/см2.
Рабочее давление:
31
2
D нар
Полный часовой расход тепла для греющего автоклава:
Q = QА + Qт = 2219105,90 + 15146,56 = 2234252,46 кДж/ч.
Необходимое количество греющего пара давлением 30 кгс/см2:
DА =
2234252,46
 1218,84 кг/ч.
2800,8  967,7
Фактическое разбавление пульпы в греющем автоклаве конденсатом пара:
16
32
где t - снижение температуры пульпы, приходящееся на один автоклав, град.
Поскольку потери тепла с одного автоклава составляют
15146,56 кДж/ч, то, приравняв выражение (4.14) к этому значению,
находим t :
(3,217·1,234·4300 + 1218,84·4,19·1,0) · t = 15146,56;
1218,84
 100  28,35 % по объему.
4300
Расход греющего пара в пересчете на 100 кг сухого концентрата:
241,76
'
D А  1218,84 
 68,53 кг.
4300
t =
Уточненный объем и состав раствора после греющего автоклава:
Температура пульпы на выходе из последнего автоклава:
t10 = 225 – (10 – 1) · t = 225 - 9·0,68 = 218,88 оС.
Пульпа из последнего автоклава поступает в подогреватель типа «труба в трубе» в качестве горячего теплоносителя.
исх
Vр
 241,76  68,53  21,65  288,64 дм3,
Na2WO4 = 0 г/дм3,
Na2CO3 =
19,561000
 67,77 г/дм3.
288,64
4.5. Расчет подогревателя типа «труба в трубе»
Расчет проводим по методике, приведенной в [7, с.45].
Необходимая поверхность теплопередачи определяется по формуле:
Уточненный объем и состав раствора (перед сепарацией):
кон
Vр
 241,76 + 68,53 – 21,45 = 288,84 дм3,
8,331000
Na2WO4 =
 28,84 г/дм3,
288,84
16,461000
Na2CO3 =
 56,99 г/дм3.
288,84
F
4.4.3. Расчет температуры пульпы на выходе из батареи
автоклавов
Определим температуру пульпы на выходе из последнего (10го) автоклава батареи, допустив, что потери тепла с каждого автоклава одинаковы и выразив их следующим образом:
Qпот = (С п   п  4300  D А  С Н О   Н О )  t , (4.14)
33
Q
,
K t ср
(4.15)
где Q – тепловая нагрузка, Вт;
t - среднелогарифмическая разность температур.
Q = С·m·(t2 – t1), кДж/ч,
где С – средняя удельная теплоемкость сырой пульпы (3,217
кДж/(кг·град));
m – часовая производительность батареи по сырой пульпе,
кг/ч (m = ρ·V = 1,234·4300 = 5306,20 кг/ч);
t2 – температура сырой пульпы на выходе из подогревателя
(95 оС);
t1 – исходная температура сырой пульпы (20 оС).
Усредненный состав раствора (уточненный):
Na2WO4 = (0 + 28,84)/2 = 14,42 г/дм3,
Na2CO3 = (67,77 + 56,99)/2 = 62,38 г/дм3.
Поскольку разница между первоначальными и уточненными
значениями средних концентраций Na2WO4 и Na2CO3 не превышает
5 г/дм3, то расчет рабочего давления не повторяем, а в дальнейших
расчетах используем уточненные объемы и концентрации.
2
15146,56
 0,68 оС.
22176,99
Q = 3,217·5306,2·(95 – 20) = 1280253,41 кДж/ч.
t ср 
t б  t м
ln( t б / t м )
2
17
34
,
(4.16)
t3 = 161,14 оС.
где большая и меньшая разности температур теплоносителей на
концах аппарата:
t б  t10  t1  218,88  20  198,88 оС,
t ср 
Коэффициент теплопередачи K с целью упрощения задачи примем по табл.2.1 [7, с.47] для теплообмена от жидкости к жидкости
при вынужденном движении равным 800 Вт/(м2·град).
При расчете поверхности теплопередачи по выражению (4.15)
необходим перевод значения Q в Вт:
t м  t 3  t 2  t 3  95 ,
t 3 - температура вареной пульпы на выходе из теплообменника.
Температура t 3 определяется из условия равенства тепловой
нагрузки для случаев обоих теплоносителей.
Для вареной пульпы (горячего теплоносителя):
Q1 = C1·ρ1·V1·103·(t10 - t3), кДж/ч,
где C1 – средняя удельная теплоемкость пульпы на выходе из последнего автоклава батареи, кДж/(кг·град);
ρ1 – плотность пульпы на выходе из батареи, кг/дм3;
V1 – производительность батареи по вареной пульпе, м3/ч.
F
4.6. Теплотехнический расчет первой стадии сепарации
после второго выщелачивания
После подогревателя типа «труба в трубе» вареная пульпа поступает в сепаратор 1-ой ступени. Температура кипения жидкой фазы пульпы конечного состава (Na2WO4 = 28,84 г/дм3, Na2CO3 = 56,99
г/дм3) при давлении в сепараторе 1,5 кгс/см2, найденная по модели
(4.3), составляет 111,17 оС.
Количество тепла, выделяющегося в сепараторе 1-ой ступени:
Qc.I = (3,217·1,234·4300 + 1218,84·4,19)·(161,14 – 111,17) =
= 1108183,94 кДж/ч.
Количество пара, отделяющегося в сепараторе 1-ой ступени:
(3,217  298,22  4,1968,53)
 3,399 кДж/(кг·град),
( 298,22  68,53)
( 298,22  68,53)
 1,182 кг/дм3.
ρ1 =
 298,22 68,53 



1,0 
 1,234
C1 =
Производительность батареи автоклавов по вареной пульпе
определим по пересчету через производительность по сырой пульпе:


Dc.I =
68,53  4,3
·
 5,519 м3/ч.
1,0  241,76
1108183,94
 497,17 кг/ч,
2695,2  466,2
где 2695,2 – энтальпия пара, соответствующая давлению 1,5 кгс/см2;
466,2 – энтальпия конденсата пара для температуры 111,17 оС.
Количество отделяющегося пара в пересчете на 100 кг сухого
концентрата:
Тогда:
Q1 = 3,399·1,182·5,519·103·(218,88 - t3).
Приравняв Q и Q1, находим t3:
1280253,41 = 3,399·1,182·5,519·103·(218,88 - t3),
35
1280253,41 / 3,6
 3,69 м2.
800120,57
По табл.2.11 [7, с.61] выбираем теплообменник с поверхностью
теплообмена по наружному диаметру 4,06 м2 при длине труб 6,0 м.
Наружный диаметр теплообменных труб 108 мм, толщина 4 мм,
число теплообменных труб в одном аппарате 2 шт., диаметр труб
кожуха 159  4,5 мм.
Параметры C1 и ρ1 определяются приближенным расчетом через
массы сырой пульпы и конденсата греющего пара (298,22 и 68,53
кг), их теплоемкости (3,217 и 4,19 кДж/(кг·град)) и плотности (1,234
и 1,0 кг/дм3):
V1 =  241,76 
198,88  (161,14  95)
 120,57 оС.
ln[ 198,88 /(161,14  95)]
241,76
'
Dc.I  497,17 
 27,95 кг.
4300
18
36
Подогрев сырой пульпы первой стадии выщелачивания до 90 оС
проводится в смесителе подачей острого пара давлением 6 кгс/см2
при непрерывном перемешивании.
Расчет расхода острого пара в подогревателе ведем на загрузку
вращающегося автоклава при коэффициенте заполнения его сырой
пульпой 0,6.
Примем в первом приближении плотность и теплоемкость
пульпы до подогрева в смесителе (т.е. до разбавления конденсатом
греющего пара) такими же, как у пульпы, поступающей в автоклав
(см. табл.4.1).
Количество тепла, необходимое для нагрева пульпы от 20 до 90
о
С:
Qн = 3,112·1,285·6000·(90 – 20) = 1679546,40 кДж.
Примем потери тепла в процессе нагрева пульпы в размере 2 %.
Тогда общий расход тепла в подогревателе составит:
Q = Qн·1,02 = 1679546,40·1,02 = 1713137,33 кДж.
Необходимое количество греющего пара давлением 6 кгс/см2:
Объем и состав жидкой фазы пульпы после сепаратора 1-ой
ступени:
исх
'
'
Vр  Vп
 D А  Vост.II  D c.I  241,76 + 68,53 – 21,45 –
– 27,95 = 260,89 дм3;
8,331000
 31,93 г/дм3;
260,89
16,461000
Na2CO3 =
 63,09 г/дм3.
260,89
Na2WO4 =
4.7. Теплотехнический расчет второй стадии сепарации
после второго выщелачивания
Температура кипения жидкой фазы пульпы приведенного выше
состава при давлении в баке-сборнике 0,952 кгс/см2, найденная по
модели (4.3), составляет 99,05 оС.
Количество тепла, отделяющегося в баке-сборнике вареной
пульпы:
Qc.II = (3,217·1,234·4300 + 1218,84·4,19 – 497,17·4,19)·(111,17 –
–99,05) = 243537,37 кДж/ч.
Количество пара, отделяющегося в баке-сборнике:
Dc.II =
D=
где 2758,6 – энтальпия пара давлением 6 кгс/см2;
230,45 – энтальпия жидкости при средней температуре в процессе подогрева пульпы, т.е. (20 + 90)/2 = 55 оС.
Для нахождения энтальпии пара сначала рассчитали температуру его насыщения по модели, полученной для интервала давлений
3,192  7,146 кгс/см2:
243537,37
 107,80 кг/ч,
2674,3 415,1
где 2674,3 – энтальпия пара для давления 0,952 кгс/см2;
415,1 – энтальпия конденсата пара при температуре 99,05 оС.
Количество пара в пересчете на 100 кг сухого концентрата:
X  104,299332  (P  0,2)
241,76
'
Dc.II  107,80 
 6,06 кг.
4300
0,23598009 ,
(4.17)
а затем нашли iп по модели (4.11).
Расход пара, приведенный к 100 кг сухого концентрата:
Суммарное количество упаренной воды за 2 стадии сепарации:
389,04
'
D  677,62 
 43,94 кг.
6000
'
'
'
Dc.  Dc.I  Dc.II  27,95  6,06  34,01 кг.
Уточненные плотность и теплоемкость пульпы, поступающей в
подогреватель, рассчитываются через массы пульпы после подогревателя и конденсата пара (500,00 и 43,94 кг), их теплоемкости (3,112
и 4,19 кДж/кг/град) и плотности (1,285 и 1,0 кг/дм3):
4.8. Расчет подогрева пульпы первой стадии выщелачивания
37
1713137,33
 677,62 кг,
2758,6  230,45
19
38
(3,112500  4,19 43,94)
 3,008 кДж/(кг·град),
(500  43,94)
(500  43,94)
ρ=
 1,321 кг/дм3.
 500 43,94 



 1,285 1,0 
Уточненные значения теплоемкости и плотности пульпы, поступающей в подогреватель:
С=
(3,112500  4,1943,67)
 3,009 кДж/(кг·град),
(500  43,67)
(500  43,67)
ρ=
 1,321 кг/дм3.
 500 43,67 



 1,285 1,0 
С=
Для уточнения количества конденсата пара в подогревателе
проведем расчет с новыми значениями теплоемкости и плотности
пульпы:
Qн = 3,008·1,321·6000·(90 – 20) = 1668898,56 кДж,
D=
Поскольку значения теплоемкости и плотности пульпы совпали
с их значениями в предыдущей итерации, то расход греющего пара
давлением 6 кгс/см2 в подогревателе составляет 673,55 кг в расчете
на загрузку автоклава первой стадии выщелачивания или 43,67 кг в
расчете на 100 кг сухого концентрата.
1668898,561,02
 673,33 кг,
2758,6  230,45
или в пересчете на 100 кг сухого концентрата:
389,04
'
D  673,33 
 43,66 кг.
6000
Уточняем теплоемкость и плотность пульпы, поступающей в
подогреватель:
(3,112500  4,19 43,66)
 3,009 кДж/(кг·град),
(500  43,66)
(500  43,66)
 1,321 кг/дм3.
ρ=
 500 43,66 



 1,285 1,0 
С=
Итерации повторяем до полного совпадения значений теплоемкости и плотности пульпы в двух следующих друг за другом итерациях.
Расчет с новыми значениями теплоемкости и плотности пульпы:
Qн = 3,009·1,321·6000·(90 – 20) = 1669453,38 кДж,
D=
1669453,381,02
 673,55 кг,
2758,6  230,45
или в пересчете на 100 кг сухого концентрата:
389,04
'
D  673,55 
 43,67 кг.
6000
39
20
40
ЛИТЕРАТУРА
1. Справочник химика / Под ред. Б.П.Никольского. Л.: Химия,
1964. Т.2. 1168 с.
2. Краткий справочник физико-химических величин / Под ред.
А.А.Равделя и А.М.Пономаревой. Л.: Химия, 1983. 232 с.
3. Кубашевский О., Олкокк К.Б. Металлургическая термохимия.
Пер. с англ. М.: Металлургия, 1982. 392 с.
4. Алкацева В.М. Температура кипения содово-вольфраматного
раствора // Сб. науч. Тр. СКГТУ. Владикавказ: Терек, 2000.
Вып. 7. С. 112.
5. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической
технологии. М.: Химия, 1971. 784 с.
6. Надольский А.П. Расчеты процессов и аппаратов производства тугоплавких металлов. М.: Металлургия, 1980. 128 с.
7. Основные процессы и аппараты химической технологии:
Пособие по проектированию / Под ред. Ю.И. Дытнерского.
М.: Химия, 1991. 496 с.
41
Виктория Мечиславовна Алкацева
АВТОКЛАВНО-СОДОВОЕ РАЗЛОЖЕНИЕ
ШЕЕЛИТОВЫХ КОНЦЕНТРАТОВ И ПРОМПРОДУКТОВ
ОБОГАЩЕНИЯ
Методическое пособие для практических занятий
21
42