Лекция 6. Табл. 6.1. Химический состав ФГ. Фосфатное сырье Содержание, % на сухое вещество (ангидрит) CaO SO3 P2O5 общий P2O5 водн R2O3

Переработка отходов (ФГ).

Табл. 6.1. Химический состав ФГ.

Фосфатное сырье	Содержание, % на сухое вещество (ангидрит)
CaO	SO₃	P₂O₅ общий	P₂O₅ водн	R₂O₃ (редкозем)	F	Нерастворенный осадок
Хибинсткий апатитовый концентрат	3,9-4,0	56-57	1,0-1,2	0,5-0,6	0,5-0,6	0,3-0,4	0,7-0,8

ФГ – это многотоннажный отход, пригодный для переработки.

Из табл. 6.1. следует, что ФГ содержит:

· значительное количество соединений Ca и SO₃ – это возможность использования отхода в производстве строительных вяжущих;

· фтор – микроэлемент – фармацевтика;

· R₂O₃ – лантаноиды – электронная техника.

Т.е. с технико-экономической точки зрения есть полная целесообразность переработки ФГ с получением (выделением) индивидуального продукта.

Рассмотрим процесс переработки ФГ с получением строительных вяжущих.

Целесообразность переработки обусловлена не только основной задачей – получение строительных вяжущих (прибыль π₁), но и сокращением затрат на транспортирование ФГ, его складирование и плату за отчуждение земли (дополнительное землепользование).

Сокращение этих затрат создает дополнительную прибыль - ∆π₂. Окончательно решение о создании производства переработки твердого отхода принимается в результате:

1) оценки технико-экономической эффективности, где в общем случае доход равен

∑π = (D – P) > 0, (6.1)

где ∑π – суммарная прибыль,

D – расход,

P – доход.

2) Оценки срока окупаемости вложенных затрат:

T_окуп = [T_{окуп. допуск}]

T_окуп- вложенные затраты (возврат займа, прибыль по годам, рентабельность). Проходной уровень рентабельности для крупного бизнеса – 5-10%, срок окупаемости – 2,5-3 года.

Переработка ФГ – это ХТП, отражается:

§ Структурная схема;

§ Функциональная схема;

§ Химическая схема;

§ Технологическая схема.

Структурная схема – рис 1.1.б)

Рис. 6.1. Функциональная схема.

Химическая схема:

CaSO₄·2H₂O →^T^° CaSO₄·0,5H₂O +1,5 H₂O (6.2)

CaSO₄·2H₂O →^T° CaSO₄ + 2 H₂O (6.3)

Эти реакции можно записать в виде:

aA → rR +c₁C (6.4)

aA → pP + c₂C (6.5)

Процесс превращения сульфита кальция (А) отражается сложной параллельной химической реакцией.

Для оценки эффективности (технологической) используют критерий степень превращения:

(6.6)

Пример 6.1.

В автоклав поступает 32 кмоль вещества А (n_A_,0), на выходе в реакционной смеси n_A_,_f = 8 кмоль. На входе в автоклав продукты отсутствуют. Определить степень превращения ФГ (х_А) и количество образовавшегося полугидрата n_r_,_f -?

ССС:

Целевая реакция: ∆n_A^’ = ∆n_R (6.7)

n_A,0 – n_A^’ = - (n_R,0 – n_R,f) (6.8)

Побочная реакция: ∆n_A^” = ∆n_R (6.9)

n_A_,0 – n_A^” = - (n_R_,0 – n_R_,_f) (6.10)

∆n_A = n_R,f + n_P,f

∆n_A = n_A,0 – n_P,f = 32-8= 24 кмоль

n_R,f = ∆n_A - n_P,f = 24-12= 12 кмоль

x_A =

φ =

Проверка:

Лекция 7

рис.7.1. Схема автоклава: (Л1,стр.235 р.4.15)

Пульпа ФГ карусельного фильтра 7 (р.4.1) разбавляется технологической водой и транспортируется в виде шлама на стадии переработки. Здесь шлам подготавливают и подают в блок химических превращений, в который входит реактор автоклав. В нём осуществляются химические реакции (6.2) и (6.3). Под влиянием разности плотностей и размеров кристаллов дигидрата СК (CuSO4*2H2O) и полугидрата СК (СаSO4*½H2O).

При перемешивании пульпы (скорость несколько оборотов в минуту) создаются условия, при которых кристаллы ФГ (CaSO4*2H2O) перемещаются из верхних слоёв пульпы в нижние слои за время, достаточное для достижения степени превращения 0.8 (Х2). Полугидрат СК (СаSO4*½H2O)-ЦП выводят из нижней части автоклава по трубе 4 методом вытеснения за счёт избыточного давления в аппарате.

1-корпус аппарата (металлический);

2-тепловая рубашка.

В тепловой рубашке конденсируется пар, ∆i =2400 кДж/кг.

Перемешивающее устройство - тихоходная мешалка (лопастная).

Производительность реактора.

Пр = nr,f, (кмоль/с) (7.1)

Yr = Пр, (кмоль/м³*с) (7.2)

Интенсивность более информативный параметр с точки зрения технико-экономических соображений, чем производительность, т.к. интенсивность включает в себя не только расходные параметры, но и коэффициенты удельной материалоёмкости.

Расчёт (пример 6.2).

Из примера 6.1 использовать исходные данные для определения интенсивности и производительности.