Описание основного оборудования

 

а) Фильтр-пресс ЧМ.

Фильтрование с образованием осадков, обладающих высоким гидравлическим сопротивлением, эффективная экономическая промывка отфильтрованного осадка непосредственно на фильтре, получение осадков с пониженной влажностью, обработка больших потоков жидкостей – все перечисленные задачи наиболее рационально решать с применением фильтр-пресса.

Фильтр-пресс ЧМ 140 оснащен полипропиленовыми плитами. Это могут быть обычные камерные плиты, а также смешанные пакеты, состоящие из чередующихся камерных и мембранных (содержащих отжимные мембраны) плит. Максимальная рабочая температура суспензии может достигать 90⁰С.

Фильтр-пресс ЧМ представляет собой набор фильтровальных плит, размещенный между передней стойкой фильтр-пресса и его нажимной плитой. Механизм зажима плит монтируется в задней стойке фильтр-пресса, а также оснащен гидроцилиндром для создания рабочего усилия сжатия плит, но в обоснованных случаях возможно использование электромеханического зажима плит. Данный фильтр-пресс с боковой подвеской, фильтровальные плиты имеют по бокам специальные кронштейны-ручки, которые выполняют сразу две функции: с их помощью плиты опираются на продольные стяжки, и они же служат рабочими органами для механизма перемещения плит.

Для выполнения механизма выгрузки достаточно легко отделяющегося от фильтровальной ткани осадка, применяется блочный способ раздвижки плит. Все фильтрующие плиты делятся на два и более пакетов, и механизм выгрузки осадка поочередно раздвигает первый и последующие пакеты, при этом отфильтрованный осадок под своим весом падает на транспортер для его удаления.

Во избежание обливов персонала и оборудования при аварийных разгерметизациях, плиты фильтр-пресса ЧМ оснащены поворотными панелями-шторками. Шторки автоматически перекрывают стыки между плитами при их сжатии и открывают зазоры между плитами при их раздвижке для выгрузки осадка.

Для поддержания фильтрующих салфеток в рабочем состоянии и продления срока их службы фильтр-пресс комплектуется автоматическим устройством для регенерации ткани без ее демонтажа.

Устройство содержит горизонтальную трубу с соплами специальной конструкции, через которые подается вода под высоким давлением для смыва с ткани загрязнений. При блочной системе разгрузки поочередно выполняется регенерация каждого раскрытого пакета плит.

Данный фильтр-пресс выбран в связи с тем, что имеет следующие преимущества:

– высокая производительность фильтр-пресса за счет фильтрования под давлением 16 атм.;

– оснащен эффективным механизмом выгрузки осадка, позволяющим сократить время этой операции более чем в три раза;

– максимально возможный срок службы фильтровальных салфеток за счет высокоэффективного устройства для регенерации фильтровальной ткани без демонтажа ее с фильтр-пресса при незначительном расходе воды;

– сравнительно с фильтрами других конструкций фильтр-прессы ЧМ характеризуются в 8…12 раз меньшим расходом электроэнергии;

– минимальный расход промывных жидкостей за счет увеличения эффективности промывок при их равномерном прохождении через всю толщину осадка и отжима осадка мембранами;

– полипропиленовые фильтровальные плиты устойчивы во всех коррозионоактив-ных жидкостях;

– отжимные мембраны позволяют отпрессовать осадок и получить его с минимальной влажностью, что значительно снижает энергозатраты на сушку осадка;

- шторы защищают обслуживающий персонал и производственные помещения при аварийных и нештатных разгерметизациях фильтр-прессов;

– набор осадка на полную толщину камеры, устранение размывов осадка за счет его поджатия мембранами;

– сравнительно небольшой вес и габариты;

– при обслуживании не возникает потребности в высококвалифицированном технологическом и ремонтном персанале.

б) Сушилка

После отделения от маточного раствора и промывки кристаллы медного купороса содержат свободную влагу, которую удаляют для придания готовому продукту свойств соответствующих требованиям стандарта. Для этого предприятие применяет сушилку барабанную, вращающуюся, непрерывного действия. Диаметр сушилки составляет 1200 мм, длина 8 м. Она оснащена приемным бункером, вентилятором типа Ц4–70, калорифером КСК 4–10, шнеком с приводом, ковшевым элеватором ЭЛМ‑ 160.

Для сушки кристаллов применяют конвекционную сушку, в качестве теплоносителя используют горячий воздух, используя принцип противотока. Нагнетающий вентилятор подает воздух для нагрева в паровой калорифер, затем в сушильный барабан.

Поддерживают и регулируют заданную температуру с помощью вентилей на подаче пара в калорифер. Внутри наклонного вращающегося барабана установлены продольные полки и при вращении барабана готовый продукт пересыпается с них, попадает в горячий воздушный поток, сушится и ссыпается в приемный бункер узла упаковки и пакетирования медного купороса.

Воздух, запыленный мелкими частицами, из сушильного барабана с помощью вытяжного вентилятора протягивают через циклон, где оседает большая часть мелкодисперсных частиц, затем через установку очистки газа очищенный от пыли воздух выбрасывают в атмосферу. Собранную в конвейр под циклоном пыль готового продукта периодически растворяют и направляют в технологический процесс. Данный аппарат выбран в связи с тем, что высушиваемый медный купорос является сыпучим. Благодаря наклону и врашению барабана материал непрерывно перемещается внутри него, минимально измельчается и имеет хороший контакт с рабочими газами. Данная сушилка может работать не только на смеси топочных газов и воздуха, но также и на нагретом воздухе.

в) Центрифуга

Центрифуги данного типа ½ ФГП‑ 801 К, горизонтальная, пульсирующая, фильтрующая, непрерывного действия, производительностью по осадку 10 т/ч, предназначена для непрерывного разделения суспензий, содержащих твердую фазу в виде крупно и средне измельченных кристаллов.

Конструктивной особенностью центрифуг типа ФГП является консольное расположение ротора с пульсирующим толкателем.

Центрифуга представляет собой фильтрующую машину непрерывного действия с двухкаскадным ротором. Ротор состоит из двух дырчатых обечаек сварной конструкции с днищем, в которых укреплены щелевидные колосниковые сита. Внутри ротора укреплены приемный и защитный конуса. Внутрь ротора подведена питающая труба, закрепленная на кожухе. На приемном конусе установлено уравнительное кольцо, служащее для формирования слоя осадка, на защитном – съемное кольцо, служащее для перемещения осадка вдоль ротора.

Возвратно-поступательное движение толкателя осуществляется от гидравли-ческого цилиндра, поршень которого приводится в движение путем подвода под давлением масла из маслосистемы.

Суспензия по питающей трубе поступает в пространство между питающим и защитным конусами, раскручивается и центробежной силой отбрасывается, равномерно распределяясь на ситах I каскада. Жидкая фаза суспензии проходит через сита в кожух, а твердая накапливается на ситах.

При движении толкателя с обечайкой и ситами I каскада в сторону станины осадок наталкивается на неподвижное съемное кольцо и останавливается, а очищенные сита уходят под кольцо. При движении толкателя от станицы осадок перемещается вместе с ситами, а на очищенные сита поступает новая порция суспензии.

За несколько ходов осадок продвигается по всей длине I каскада ротора и пересыпается на сита II каскада.

При движении толкателя от станины прижимное кольцо сит I каскада наталкивается на осадок на ситах II каскада и перемещает его вдоль ротора к выгрузочному бункеру. При движении толкателя к станице осадок пересыпается с первого каскада на второй.

При перемещении осадка вдоль ротора вначале происходитосновной отжим жидкой фазы, затем просушка, в случае необходимости – промывка осадка и окончательная просушка осадка.

В случае необходимости промывки осадка в ротор вводится труба промывки с форсункой. Положение трубы регулируется в процессе пуско-наладочных работ. Влажность осадка регулируется количеством пульсов толкателя.

 

3.2 Расчет аппарата растворения колонного типа [9]

 

Аппарат для растворения металлической меди в сернокислых растворах является нестандартным оборудованием.

Рассмотрим известные из уровня техники решения, касающиеся устройств аппаратов для растворения.

Известна конструкция натравочной башни (Вассерман И.М. Производство минеральных солей. Л.: Госхимиздат, 1962, с. 167 – 169), содержащая корпус, турбинку для орошения, инжектор, патрубок для выпуска раствора, ложное днище.

Недостатком этой конструкции является низкая производительность, отсутствие возможности использования порошкообразных материалов, низкий коэффициент использования кислорода воздуха, как следствие, высокий удельный расход энергоносителей при эксплуатации (пар, воздух), большой выход непрореагированного твердого осадка.

Наиболее близким изобретением по технической сущности и достигаемому результату является устройство для растворения твердых и жидких частиц (Патент РФ № 2048870, МПК⁶ В 01 F 1/100), которое принято в качестве прототипа. Устройство представляет собой корпус, днище которого выполнено в виде конусообразной винтовой поверхности с вершиной по оси корпуса, снабженный каплеуловителем, расположенным под крышкой корпуса и выполненным из жалюзи переменного диаметра, улиткой, размещенной над корпусом, при этом патрубок подачи газа расположен на верхнем срезе днища, подача газовоздушной смеси и ее удаление осуществляется одним вентилятором.

Однако и это известное техническое решение не может быть использовано для осушествления поставленной задачи – интенсификации процесса, снижения эксплуатационных затрат, повышения извлечения металла в раствор и готовую продукцию, автоматизации технологического процесса.

Недостатки данного устройства:

– невозможность растворения твердого гранулированного материала;

– отсутствие подогрева раствора;

– невозможность поддержания определенной температуры процесса;

– малый объем реакционной зоны;

– низкая производительность.

Анализ описанных выше аналога и прототипа выявил, что ни в одном из них не достигается желаемый результат – создание устройства, позволяющего интенсифицировать процесс растворения металлической меди, снизить эксплуатационные затраты, повысить извлечение металла в раствор и готовую продукцию.

В дипломном проекте предлагаю ввести разработанную и запатентованную конструкцию аппарата для растворения металлической меди в сернокислых растворах с достижением указанного технического результата [9].

Предлагаемый аппарат, как и конструкция-прототип, содержит цилиндрический корпус, выносную циркуляционную трубу, патрубки ввода и вывода раствора.

Устройство аппарата для растворения металлической меди отличается от устройства – прототипа тем, что оно снабжено в нижней части корпуса камерой смешения циркулирующего раствора со сжатым воздухом, определенной от реакционной зоны перфорированной перегородкой; реакционной зоной, соединенной через коническую царгу с пеногасителем, который имеет отстойную зону, образованную цилиндрическим защитным экраном и корпусом аппарата, газоотводящие трубки и диаметрально расположенные для отвода осветленного раствора сливные патрубки, входящие через сливной коллектор в циркуляционную трубу.

Аппарат колонного типа предназначен для получения насыщенного раствора сернокислой меди. Процесс получения насыщенного раствора заключается в нейтрализации свободной серной кислоты, содержащейся в отработанных электролитах. Нейтрализация идет при многократном прохождении по нейтрализационной колонне подогретого электролита смешанного с воздухом через толщу медных гранул снизу вверх. При этом происходит растворение медных гранул и насыщение раствора сернокислой медью.

Аппарат колонного типа изготовлен из нержавеющей стали 12Х18Н10Т и представляет собой колонну (верхняя часть – диаметр 2380 мм, высота 3000 мм, нижняя часть – диаметр 1280 мм, высота 4300 мм, соединенные конической обечайкой). Рабочий объем – 12 м³.

В состав установки входят: нетрализационная колонна и циркуляционная система.

Техническая характеристика.

– Концентрация серной кислоты в электролитах:

начальная 140 – 160г/л

конечная 3 – 6 г/л

– Скорость циркуляции 25 – 30 нм³/час;

– Расход сжатого воздуха 150 – 170 нм³/час;

– Рабочая емкость нейтрализационной колонны 12м³;

- Количество загружаемых медных гранул (максимум) 10, 2т (ρ =1, 7 т/м³);

– Количество исходного раствора 11т (ρ =1, 2т/м³);

– Вес нейтрализационной колонны в рабочем режиме 25, 7 т;

– Мощность привода насоса циркуляционной системы 4 кВт;

– Материал основных элементов установки. 12Х18Н10Т

Общий вид устройства показан на рис. 3.

Аппарат состоит из цилиндрического вертикального корпуса 1 в нижней части которого расположена камера смешения 2 сжатого воздуха с циркулирующим раствором. Подача сжатого воздуха осуществляется через патрубок 3 соосно потоку циркулирующего раствора и через патрубок 4 под перфорированную перегородку 5, отделяющую камеру смешения от реакционной зоны 6, которая через коническую царгу подсоединена к пеногасителю 7. Пеногаситель представляет собой расширенную цилиндрическую часть аппарата, соотношение диаметра которого к диаметру реакционной зоны составляет (2, 94 – 2, 98): 1. В пеногасителе расположен теплообменник в виде змеевика для подогрева раствора и обеспечения оптимальной температуры процесса с вводом пара через патрубок 11 и выводом конденсата через патрубок 26. В этой же части аппарата расположены: отстойная зона 9, образованная цилиндрическим защитным экраном 10 и корпусом аппарата 1; газоотводящие патрубки 12; для отвода осветленного раствора – диаметрально расположенные сливные патрубки 13, входящие через сливной коллектор 14 в циркуляционную трубу 15.

Описанное выше устройство работает следующим образом.

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

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

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

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

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

 

3.2.1 Определение размеров аппарата [10]

Диаметр верхней части колонны совпадает с диаметром оксидизера и равен 2380 мм. Размеры царг определяются размерами листа дорогостоящей стали 2000 1000. Высота нижней части колонны определяется количеством медных гранул, необходимых для проведения процесса растворения.

 

, (1)

 

где V – объем занимаемый медными гранулами, м³;

F – площадь поперечного сечения обечайки, м².

, (2)

 

где d =1, 268 – внутренний диаметр обечайки;

π = 3, 14.

, (3)

где m=13330 – масса медных гранул, кг;

=4540 – удельный вес медных гранул, кг/м³

Тогда по формулам (3) и (1):

,

.

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

Далее произведем расчет толщины стенки корпуса.

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

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

Рассчитаем толщину стенки нижней обечайки:

, (4)

 

где S_p - расчетная толщина стенки, м;

с – прибавка к расчетной величине стенки.

 

, (5)

 

где С₁ – прибавка для компенсации коррозии;

С₂ и С₁ – технологическая прибавка.

, (6)

 

где Р – внутреннее давление, Па;

D = 1268 – внутренний диаметр обечайки, мм;

 = 174 – допускаемое напряжение для материала корпуса аппарата

12Х18Н10Т, МПа [10];

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

Аппарат находится под давлением столба жидкости и медных гранул.

Давление столба жидкости [11]:

 

, (7)

 

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

ρ = 1400 – плотность исходного раствора кг/м³;

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

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

Давление на 1 см² от медных гранул:

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

ρ = 1700 – плотность медных гранул кг/м³.

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

Суммарное давление на стенки обечайки:

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

Расчетную толщину стенки найдем по формуле (6):

= 0, 3 мм.

Произведем расчет объемов различных частей аппарата колонного типа.

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

V₁ = h ∙ π ∙ d²/4, (8)

 

где h = 2, 8 – 1, 8 = 1, 0 м = 100 мм,

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

Рассчитаем объем усеченного конуса башни

 

V₂ =π ∙ h/3 ∙ (r₁² + r₁ ∙ r₂ + r₂²), (9)

 

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

Определим объем колонны для загрузки гранул

 

V₃ = h ∙ π ∙ d²/4, (10)

 

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

По формуле (9) рассчитаем объем усеченного конуса колонны

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

По формуле (10) найдем объем цилиндрической части колонны

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

Рассчитаем объем цилиндрической части сепаратора по формуле (10)

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

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

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

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

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

Аналогично найдем объем патрубка

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

Объем вертикальной части циркуляционной трубы равен

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

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

 

V_∑ = V₆ + V₇ + V₈ ∙ 2 + V₉ + V₁₀ + V₁₁,

 

V_∑ = 0, 002 + 0, 081 + 0, 0048 ∙ 2 + 0, 023 + 0, 079 + 0, 07 = 0, 2646 м³.

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

V_∑ = 0, 2646 ∙ 0, 05 + 0, 2646 = 0, 278 м³.

 

⇐ Предыдущая123456789Следующая ⇒

Поделиться: