Вакуум-выпарная кристаллизация I

 

На упарку после фильтрации поступает 219780 кг раствора, который содержит CuSO₄ – 62578 кг, H₂SO₄ – 843 кг, Ni – 844 кг, As – 124 кг, H₂O – 155391 кг.

Влажность купороса после отделения его от маточника на центрифуге – 5 %.

Рассчитаем количество образовавшихся кристаллов и маточного раствора.

m_р-ра ∙ С_р-ра = m_кр ∙ С_кр + m_мат ∙ С_мат.,

m_р-ра = m_кр + m_мат.,

 

где m_р-ра – масса смешанного раствора, кг/сут;

С_р-ра – концентрация CuSO₄;

m_кр – масса кристаллов, кг/сут;

С_кр – отношение молярных масс CuSO₄ и CuSO₄ ∙ 5 H₂O;

С_мат. – концентрация CuSO₄ в маточном растворе на 100 г. H₂O.

С _CuSO4 = 62578/219780 = 0, 285,

С_кр = М _CuSO4/М _{CuSO4 ∙ 5 H2O} = 160/250 = 0, 64.

Рассчитаем концентрацию CuSO₄ в маточном растворе, исходя из растворимости при 45⁰С, которая равна 8, 7 г на 100 г. H₂O.

С _CuSO4 = 8, 7/(100+8, 7) = 0, 08,

219780 ∙ 0, 285 = m_кр ∙ 0, 64 + m_мат ∙ 0, 08,

m_кр = 219780 – m_мат,

219780 ∙ 0, 285 = (219780 – m_мат) ∙ 0, 64 + m_мат∙ 0, 08

m_мат = 139325 кг,

m_кр = 219780 – 139325 = 80455 кг.

Мы нашли массу влажных кристаллов, а так как нам известен процентный состав кристаллов 95 %, следовательно

m_кр = 80455/0, 95 = 84689 кг,

m_мат = 139325 – (84689 – 80455) = 135091 кг,

m _CuSO4^крист = 80455 ∙ 0, 64 = 51491 кг,

m _H2O^крист = 80455 – 51491 = 28964 кг,

m _CuSO4^{в мат} = 62578 – 51491 = 11087 кг,

m _H2O^{в мат} = 155391 – 28964 = 126427 кг.

Сведем все массы в табл. 4.5.

 

Таблица 4.5. Вакуум-выпарная кристаллизация I

Приход			Расход
Статья	кг/сут	%	Статья	кг/сут	%
1. Смешанный раствор, в том числе H2SO4 CuSO4 Ni As H2O	219780     843 62578 844 124 155391	100, 00     0, 40 28, 45 0, 40 0, 05 70, 70	1. Пульпа, в том числе CuSO4 ∙ 5 H2O H2SO4 CuSO4 Ni As H2O	219780 80455 843 11087 844 124 126427	100, 00 36, 60 0, 40 5, 00 0, 40 0, 05 57, 55
Итого	219780		Итого	219780

 

Фильтрация пульпы, полученной после первой стадии кристаллизации

 

Рассчитаем процентный состав и найдем массы компонентов в маточном растворе.

ω _CuSO4 = 11087/139325 ∙ 100 = 7, 96 %,

ω _H2SO4 = 843/139325 ∙ 100 = 0, 61 %,

ω _H2O = 126427/139325 ∙ 100 = 90, 74 %,

ω _Ni = 844/139325 ∙ 100 = 0, 60 %,

ω _As = 124/139325 ∙ 100 = 0, 09 %.

Тогда m_кр = 84689 – 80455= 4234 кг,

m _H2SO4 = 4234 ∙ 0, 0796 = 337 кг,

m _CuSO4 = 4234 ∙ 0, 0061 = 26 кг,

m _H2O = 4234 ∙ 0, 9074 = 3842 кг,

m_Ni = 4234 ∙ 0, 006 = 25 кг,

m _As = 4234 ∙ 0, 0009 = 4 кг.

На стадии фильтрации получаем кристаллы с влажностью 5 % и маточный раствор, который направляют на вторую стадию вакуум-выпарной кристаллизации. Данные представлены в табл. 4.6.

Таблица 4.6. Фильтрация пульпы I

Приход			Расход
Статья	кг/сут	%	Статья	кг/сут	%
1. Пульпа, в том числе CuSO4 ∙ 5 H2O H2SO4 CuSO4 Ni As H2O	219780   80455 843 11087 844 124 126427	100, 00   36, 60 0, 40 5, 00 0, 40 0, 05 57, 55	1. Кристаллы, в том числе – CuSO4∙ 5 H2O – Маточный раствор H2SO4 CuSO4 Ni As H2O 2. Маточный раст-вор I, в том числе H2SO4 CuSO4 Ni As H2O	84689   80455 4234 337 26 25 4 3842 135091   506 11061 819 120 122585	100, 00   95, 00   0, 40 0, 03 0, 03 0, 005 4, 54 100, 0   0, 40 8, 20 0, 60 0, 10 90, 70
Итого	219780		Итого	219780

 

Вакуум-выпарная кристаллизация II

 

На вторую стадию кристаллизации поступает маточный раствор 1, который содержит H₂SO₄ – 506 кг, CuSO₄ – 11061 кг, Ni –819 кг, As –120 кг, H₂O – 122585 кг.

Рассчитаем количество образовавшихся кристаллов и маточного раствора.

 

m_р-ра ∙ С_р-ра = m_кр ∙ С_кр + m_мат ∙ С_мат,

m_р-ра = m_кр + m_мат,

С _CuSO4 = 11061/135091= 0, 08,

С_кр = М _CuSO4/М _{CuSO4∙ 5 H2O} = 160/250 = 0, 64,

Рассчитаем концентрацию CuSO₄ в маточном растворе II, исходя из раствори-мости при 50⁰С, которая равна 3, 09 г. на 100 г. H₂O.

С _CuSO4 = 3, 09/(100+3, 09) = 0, 03,

135091 ∙ 0, 08= m_кр ∙ 0, 64 + m_мат ∙ 0, 03,

m_кр = 135091 – m_мат,

135091 ∙ 0, 08 = (135091 – m_мат) ∙ 0, 64 + m_мат∙ 0, 03,

m_мат = 124018 кг,

m_кр = 135091 – 124018 = 11073 кг.

Мы нашли массу чистых кристаллов, а так как нам известен процентный состав кристаллов 95 %, следовательно

m_кр = 11073/0, 95 = 11656 кг,

m_мат = 124018 – (11656 – 11073) = 123435 кг,

m _CuSO4^крист = 11073 ∙ 0, 64 = 7087 кг,

m _H2O^крист = 11073 – 7087 = 3986 кг,

m _CuSO4^{в мат} = 11061 – 7087 = 3974 кг,

m _H2O^{в мат} = 122585 – 3986 = 118599 кг.

Полученные после расчетов массы представлены в табл. 4.7.

 

Таблица 4.7. Вакуум-выпарная кристаллизация II

Приход			Расход
Статья	кг/сут	%	Статья	кг/сут	%
1. Маточный раствор I, в том числе H2SO4 CuSO4 Ni As H2O	135091   506 11061 819 120 122585	100, 0   0, 40 8, 20 0, 60 0, 10 90, 70	1. Пульпа, в том числе CuSO4 ∙ 5 H2O H2SO4 CuSO4 Ni As H2O	135091   11073 506 3974 819 120 118599	100, 0   8, 2 0, 4 2, 9 0, 6 0, 1 87, 8
Итого	135091		Итого	135091

Рассчитаем процентный состав и найдем массы компонентов в маточном растворе II.

ω _CuSO4 = 3974/124018 ∙ 100 = 3, 25 %,

ω _H2SO4 =506/124018 ∙ 100 = 0, 4 %,

ω _H2O =118599/124018∙ 100 = 95, 6 %,

ω _Ni = 819/124018 ∙ 100 = 0, 66 %,

ω _As = 120/124018∙ 100 = 0, 09 %,

m_кр = 11656 – 11073 = 583 кг.

m _CuSO4 = 583 ∙ 0, 0325 = 19 кг

m _H2O =583 ∙ 0, 956 = 557 кг

m _H2SO4 = 583 ∙ 0, 004 = 2 кг

m_Ni = 583 ∙ 0, 0066 = 4 кг

m _As = 583 ∙ 0, 0009 = 1 кг

Полученные массы представлены в табл. 4.8.

 

Таблица 4.8. Фильтрация пульпы II

Приход			Расход
Статья	кг/сут	%	Статья	кг/сут	%
1. Пульпа, в том числе CuSO4 ∙ 5 H2O H2SO4 CuSO4 Ni As H2O	135091   11073 506 3974 819 120 118599	100, 0   8, 2 0, 4 2, 9 0, 6 0, 1 87, 8	1. Кристаллы, в том числе – CuSO4 ∙ 5 H2O – Маточный раствор H2SO4 CuSO4 Ni As H2O 2. Маточный раствор II, в том числе H2SO4 CuSO4 Ni As H2O	11656   11073 583 2 19 4 1 557 123435   504 3955 815 119 118042	100, 00   95, 0   0, 02 0, 15 0, 03 0, 01 4, 79 100, 0   0, 4 3, 2 0, 7 0, 1 95, 6
Итого	135091		Итого	135091

 

Сушка кристаллов с получением товарного продукта

 

На стадию сушки поступает суммарное количество продукта с первой и второй стадий кристаллизации. Сушку проводят горячим воздухом в сушильном барабане. Температура воздуха на входе 130⁰С, на выходе – 60⁰С. Влажность исходного продукта 5 %, готовый продукт выходит с влажностью 2 %.

Сводный баланс веществ, поступающих на сушку представлен в табл. 4.9.

 

Таблица 4.9. Материальный баланс сушки

Приход	кг/сут	%	Расход	кг/сут	%
1. Кристаллы, в том числе – CuSO4∙ 5 H2O – маточник H2SO4 CuSO4 Ni As H2O	96345   91528 4817 339 45 29 5 4399	100, 0   95, 0   0, 35 0, 04 0, 03 0, 005 4, 58	1. Кристаллы, в том числе – CuSO4 ∙ 5 H2O – маточник H2SO4 CuSO4 Ni As H2O 2. Испаренная вода	93396   91528 1868 339 45 29 5 1450 2949	100, 0   98, 0   0, 35 0, 04 0, 03 0, 005 1, 5
Итого	96345		Итого	96345

 

m _{CuSO4∙ 5 H2O} = 91528/0, 98 = 93396 кг,

m _{маточника} = 93396 – 91528 = 1868 кг,

m _H2O = 1868 – (339 + 45 + 29 + 5) = 1450 кг,

m _H2O^исп = 4399 – 1450 = 2949 кг.

Третья стадия вакуум-выпарной кристаллизации

 

На третью стадию кристаллизации поступает маточный раствор II, который содержит H₂SO₄ – 504 кг, CuSO₄ – 3955 кг, Ni – 815 кг, As – 119 кг, H₂O – 118042 кг.

Рассчитаем количество образовавшихся кристаллов и маточного раствора.

 

m_р-ра ∙ С_р-ра = m_кр ∙ С_кр + m_мат ∙ С_мат,

m_р-ра = m_кр + m_мат,

 

С _CuSO4 = 3955/123435= 0, 03,

С_кр = М _CuSO4/М _{CuSO4∙ 5 H2O} = 160/250 = 0, 64.

Рассчитаем концентрацию CuSO₄ в маточном растворе III, исходя из раствори-мости при 55⁰С, которая равна 0, 806 г. на 100 г. H₂O.

С _CuSO4 = 0, 806/(100+0, 806) = 0, 008,

123435 ∙ 0, 03 = m_кр ∙ 0, 64 + m_мат ∙ 0, 008,

m_кр = 123435 – m_мат,

123435 ∙ 0, 03 = (123435 – m_мат) ∙ 0, 64 + m_мат∙ 0, 008,

m_мат = 119138 кг,

m_кр = 123435 – 119138 = 4297 кг.

Мы нашли массу чистых кристаллов, а так как нам известен процентный состав кристаллов 95 %, следовательно

m_кр = 4297/0, 95 = 4523 кг,

m_мат = 119138 – (4523 – 4297) = 118912 кг,

m _CuSO4^крист = 4297 ∙ 0, 64 = 2750 кг,

m _H2O^крист = 4297 – 2750 = 1547 кг,

m _CuSO4^{в мат} = 3955 – 2750 = 1205 кг,

m _H2O^{в мат} = 118042 – 1547 = 116495 кг.

Результат расчетов сведем в табл. 4.10.

Таблица 4.10. Вакуум-выпарная кристаллизаци III

Приход			Расход
Статья	кг/сут	%	Статья	кг/сут	%
1. Маточный раст-вор II, в том числе H2SO4 CuSO4 Ni As H2O	123435   504 3955 815 119 118042	100, 0   0, 4 3, 2 0, 7 0, 1 95, 6	1. Пульпа, в том числе CuSO4 ∙ 5 H2O H2SO4 CuSO4 Ni As H2O	123435   4297 504 1205 815 119 116495	100, 0 3, 4 0, 4 1, 0 0, 7 0, 1 94, 4
Итого	123435		Итого	123435

 

Фильтрация пульпы после третьей стадии кристаллизации

медный купорос сырье кристаллизация

Рассчитаем процентный состав и найдем массы компонентов в маточном растворе III.

ω _CuSO4 = 1205/119138 ∙ 100 = 1, 01 %,

ω _H2SO4 = 504/119138 ∙ 100 = 0, 42 %,

ω _H2O = 116495/119138 ∙ 100 = 97, 80 %,

ω _Ni = 815/119138 ∙ 100 = 0, 68 %,

ω _As = 119/119138 ∙ 100 = 0, 09 %.

Тогда m _H2SO4 = 226 ∙ 0, 0101 = 2 кг,

m _CuSO4 = 226 ∙ 0, 0042 = 0, 9 кг,

m _H2O = 226 ∙ 0, 978 = 221 кг,

m_Ni = 226 ∙ 0, 0068 = 1 кг,

m _As = 226 ∙ 0, 0009 = 0, 2 кг.

Полученные данные представлены в табл. 4.11.

 

Таблица 4.11. Стадия фильтрации пульпы Ш

Приход			Расход
Статья	кг/сут	%	Статья	кг/сут	%
1. Пульпа, в том числе CuSO4 ∙ 5 H2O H2SO4 CuSO4 Ni As H2O	123435   4297 504 1205 815 119 116495	100, 0   3, 4 0, 4 1, 0 0, 7 0, 1 94, 4	1. Кристаллы, в том числе – CuSO4∙ 5 H2O – Маточный раствор H2SO4 CuSO4 Ni As H2O 2. Маточный раст- вор Ш, в том числе H2SO4 CuSO4 Ni As H2O	4523   4297 226 2 0, 9 1 0, 2 221 118912   502 1204, 1 814 118, 2 116274	100
Итого	123435		Итого	123435

 

Маточник с треьей стадии фильтрации отправляется в отделение обезмеживания. Купорос третьей стадии растворяют в конденсате до концентрации меди 120 г./л и направляют на первую вакуум-выпарную кристаллизацию.

 

 

Заключение

 

Подводя итог работы над курсовым проектом, необходимо отметить, что производство медного купороса сопровождается постоянно действующей системой развития и совершенствования технологического процесса. В связи с этим, проводятся мероприятия, программы, опытные работы и внедрение нового оборудования и технологии, а именно, разработка и внедрение принципиально нового оборудования для технологии производства медного купороса – аппарата растворения колонного типа; ресурсо- и энергосберегающие технологии на всех стадиях купоросного производства; повышение качества и конкурентоспособ-ности на российском и мировом уровне выпускаемой продукции.

Замена малопроизводительного аппарата – оксидизера на современный аппарат колонного типа для растворения меди, позволила уменьшить расход сжатого воздуха на 474 м³, потребление пара с 2, 11 м³ до 1, 96 м³ на тонну готового продукта, в связи с этим предприятие ОАО «Уралэлектромедь» сократило расход электроэнергии.

В ходе рассмотрения экономического вопроса производства и сбыта медного купороса, можно сказать, что деятельность купоросного цеха является прибыльной: себестоимость 1 тонны сернокислой меди снизилась на 296, 6 руб., вследствие этого завод получил прибыль в размере 8319 тыс. руб. Немаловажен и тот факт, что технологический процесс является замкнутым, это в свою очередь отражается на экологии – позволяет не использовать чистую воду из вне, сокращает стоимость готовой продукции и не ухудшает качества самого медного купороса на выходе из технологического процесса.

В дипломном проекте рассмотрены различные способы получения сернокислой меди, приведено описание действующей технологии производства, рассчитаны материальный и тепловой балансы, дана технико-экономическая оценка проекта, а также рассмотрены вопросы безопасности и экологичности процесса получения медного купороса.

 

⇐ Предыдущая123456789

Поделиться: