СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ПОЛУЧЕНИЯ ХЛОРИСТОГО КАЛИЯ
METHOD FOR CONTROLLING PROCESS OF PRODUCING POTASSIUM CHLORIDE

Изобретение относится к технике управления процессом получения хлористого калия галургическим методом и может быть использовано на стадии его вакуум-кристаллизации из осветленного горячего раствора.
Известен способ управления процессом получения хлористого калия, стабилизирующий содержание хлористого калия в продукте путем изменения расхода слабого раствора солей в глинистый шлам и горячий насыщенный щелок - см. авт. св. СССР №463633, кл. C01D 3/04, опубл. 1973.
2
2
Способ отличается сложностью, так как его реализация невозможна без осуществления полного химического анализа входных потоков для определения состава твердых и жидких фаз. Аналитический контроль является длительным процессом, так как включает в себя отбор проб, их подготовку к анализу и определение содержания компонентов в системе KCl-NaCl-HO в присутствии MgCl и других примесей.
Результаты анализа поступают на производство с задержкой 3-4 часа, и в крупнотоннажном производстве хлористого калия они существенного влияния на ход процесса не оказывают.
Известен способ управления процессом получения хлористого калия путем изменения расходов входных потоков - см. авт. св. №948884, кл. C01D 3/04, G05D 27/00, опубл. 07.08.82, Бюл. №20.
Способ предусматривает стабилизацию содержания хлористого калия путем регулирования расхода воды в поступающий на кристаллизацию раствор в зависимости от температуры этого раствора и концентрации в нем хлористого калия.
Известный способ отличается сложностью, так как не учитывает содержания в осветленном насыщенном растворе, поступающем со стадии растворения сильвинитовых руд в запиточный стакан вакуум-кристаллизационной установки (ВКУ) хлористого натрия в виде твердой фазы и хлористого магния.
KCl
2
Известен способ управления процессом получения хлористого калия путем изменения входного потока воды, включающий регулировку расхода воды в поступающий на кристаллизацию раствор в зависимости от концентрации в нем хлористого калия и его температуры, измерение расхода раствора и содержания в нем кристаллического хлористого натрия и хлористого магния, расчет расхода воды в поступающий на кристаллизацию раствор с подачей вычисленных значений в качестве задания в систему управления расходом воды. Расход воды в приемный бак ВКУ может быть заменен частично расходом раствора циклонной пыли из отделения сушки химфабрики - см. патент РФ №2406695, кл. C01D 3/04, G05D 27/00, опубл. 20.12.2010, Бюл. №35. Известный способ отличается сложностью, так как предусматривает формирование раствора, поступающего на кристаллизацию, в приемном баке ВКУ. Кроме того, расход воды в приемный бак ВКУ рассчитывают по известному способу, исходя из степени насыщения осветленного раствора по хлористому калию, в то время как воды достаточно дать только на растворение кристаллического хлористого натрия, а оставшуюся воду, рассчитанную по аналогу, лучше распределить по корпусам ВКУ, что позволит стабилизировать гранулометрический состав кристаллизата за счет управления зародышеобразованием кристаллов (растворения пылевидных классов KCl). Это техническое решение представляет интерес особенно для регулируемых ВКУ. Опыт использования аналога также показал, что в поправочные коэффициенты для степени насыщения раствора по KCl - α - следует внести коррективы за счет расширения границ содержания MgCl в растворе.
Известен способ управления процессом получения хлористого калия путем изменения входного потока воды, включающий регулировку расхода воды в поступающий на кристаллизацию раствор в зависимости от концентрации в нем хлористого натрия и хлористого магния, расхода воды для разбавления осветленного насыщенного раствора, расхода испаренной воды по корпусам ВКУ и температуры жидкой фазы в корпусах, расчет расхода воды в поступающий на кристаллизацию раствор в корпуса установки с подачей вычисленных значений в качестве задания в систему управления расходом воды по следующей зависимости:
, где
- расход воды в i корпус или группу корпусов ВКУ,
i=1, 2, 3, 4…n определяется числом корпусов, т;
- расход испаренной воды в i корпусе, т;
KCl
NaCl
- расход воды в корпусах, которую необходимо удалить из раствора для получения в нем степени насыщения по хлористому калию α и хлористому натрию α равной 1, т;
KCl
NaCl
- расход испаренной воды в 1 корпусе до степени насыщения раствора по хлористому калию α и хлористому натрию α равной 1, т.
В известном способе приведены зависимости для определения значений  - см. патент РФ №2399587, кл. C01D 3/04, G05D 27/00, публ. 20.09. 2010, Бюл. №26 - прототип.
Способ отличается сложностью, так как не предусматривает подачи в приемный бак ВКУ только раствора циклонной пыли для растворения кристаллического хлористого натрия, содержащегося в горячем осветленном насыщенном растворе и перераспределение воды по корпусам установки вместо приемного бака, не учитывает расход хлористого калия и хлористого натрия с раствором циклонной пыли в первый корпус ВКУ, а также наличия в осветленном растворе сульфата кальция и хлористого кальция.
NaCl
Задачей предпогаемого изобретения является упрощение управления процессом получения хлористого калия за счет подачи только раствора (суспензии) циклонной пыли в приемный бак ВКУ для растворения кристаллического хлористого натрия с получением раствора со степенью насыщения по хлористому натрию α равной 1 и учетом расхода воды, поступающей с раствором циклонной пыли, наличия в растворе циклонной пыли хлористого калия и натрия, а в осветленном растворе - сульфата и хлористого кальция и повышенного содержания в нем хлористого магния.
Поставленная задача достигается тем, что в отличие от известного способа управления процессом получения хлористого калия путем изменения входного потока воды, включающего регулировку расхода воды в поступающий на кристаллизацию раствор в зависимости от концентрации в нем хлористого калия и его температуры, измерение расхода раствора и содержания в нем кристаллического хлористого натрия и хлористого магния, расхода воды для разбавления осветленного насыщенного раствора, расхода воды по корпусам вакуум-кристаллизационной установки (ВКУ) и температуры жидкой фазы в корпусах, расчет по полученным параметрам расхода воды в поступающий на кристаллизацию раствор в корпуса установки осуществляется по следующим зависимостям с подачей вычисленных значений в качестве задания в систему управления расходом воды:
, где
KCl
NaCl
- разница в расходе воды в корпусах, которую необходимо удалить из раствора в i корпусе для получения в нем степени насыщения по хлористому калию α и хлористому натрию α равной 1, где i=2, 3…n - номер корпуса, т;
KCl
NaCl
2
и  - расход воды, которую необходимо удалить в i и i-1 корпусах, для получения в растворе степени насыщения по хлористому калию α и хлористому натрию α равной 1, т/1000 т HO;
i-1
G - расход раствора из i-1 корпуса, т;
- содержание воды в растворе i-1 корпуса, %;
, где
i
i-1
t, t - температуры растворов в i, i-1 корпусах ВКУ, °C;
2
- концентрация хлористого магния в i, i-1 корпусе ВКУ, т/1000 т HO;
2
концентрацию хлористого натрия в осветленном растворе  т/1000 т HO, определяют:
, где
KCl
α - степень насыщения осветленного раствора по хлористому калию;
осв. р-р
t - температура осветленного раствора, °С;
KCl
NaCl
2
концентрацию хлористого калия в любом корпусе ВКУ при степени насыщения раствора по хлористому калию - α равной 1 и хлористому натрию - α равной 1, т/1000 т HO, определяют:
для первого корпуса количество воды, которую необходимо удалить для получения раствора, насыщенного по KCl и NaCl, определяют:
, где
2
- концентрация хлористого натрия в растворе 1 корпуса ВКУ, т/1000 т HO;
2
- содержание хлористого натрия и воды в разбавленном растворе, т/1000 т HO, и его расход, т;
расход воды, подаваемой в раствор в любой корпус ВКУ, определяют:
, где
- расход воды в i корпус или группу корпусов ВКУ,
i=1, 2, 3, 4…n определяется числом корпусов, т;
- расход испаренной воды в i корпусах, т, при этом расход испаренной воды по корпусам ВКУ определяют расчетно по уравнениям теплового баланса;
по предлагаемому способу степень насыщения осветленного раствора по хлористому калию определяют:
KCl
NaCl
NaCl i
2
концентрацию хлористого натрия в растворе в корпусах со степенью насыщения по KCl-α=1 и по NaCl-α=1, C, 4 т/1000 т НО, определяют:
осв.p-p
p.p-p
на разбавление осветленного раствора G подают раствор (суспензию) циклонной пыли с получением разбавленного раствора G, т:
, где
p.p-p
G - расход разбавленного раствора, т
осв.p-p
G - расход осветленного раствора, т,
ц.п.
G - расход раствора циклонной пыли, т;
содержание хлористого натрия в осветленном растворе, %, определяют:
, где
- сумма солей, входящих в состав осветленного раствора, %. содержание воды в осветленном растворе, %, , определяют:
2
содержание кристаллического хлористого натрия в осветленном растворе, т/1000 т HO, определяют:
, где
c.p.
ocв.p-p
t и t - температуры слива растворителя и осветленного раствора, °С;
- содержание воды в осветленном растворе, %;
, где
- содержание хлористого натрия в растворе циклонной пыли, %.
2
Концентрацию хлористого магния в растворе i корпуса, , т/1000 т HO, определяют:
2
2
и  - концентрация MgCl и NaCl в осветленном растворе, включая содержание в осветленном растворе кристаллического NaCl и с учетом хлористого натрия циклонной пыли, т/1000 т HO;
2
концентрацию хлористого натрия  в осветленном растворе с учетом содержания в нем кристаллического хлористого натрия и NaCl и хлористого натрия, содержащегося в растворе циклонной пыли, т/1000 т НО, определяют:
2
концентрацию хлористого натрия в разбавленном растворе , т/1000 НО, определяют:
2
концентрацию хлористого калия в разбавленном растворе , т/1000 т HO, определяют:
, где
- концентрация хлористого калия в растворе циклонной пыли, %;
- содержание воды в растворе циклонной пыли, %;
2
при наличии в осветленном насыщенном растворе хлористого кальция выполняют пересчет суммарной концентрации хлоридов щелочноземельных металлов на их условную концентрацию по MgCl по эмпирической формуле:
, где
- условная концентрация хлористого магния в жидкой фазе, %;
- концентрация хлористого магния и хлористого кальция в жидкой фазе, %;
2
t - температура жидкой фазы, °С, при этом во всех расчетах по уравнениям, в которые входит коэффициент , принимают  при наличии в растворе CaCl;
i
расход раствора, поступающего из любого корпуса ВКУ, кроме первого, G, определяют:
содержание воды в жидкой фазе i корпуса ВКУ определяют:
2
или при наличии в растворе CaCl
KCl
NaCl
приведенные уравнения справедливы при получении 98% хлористого калия, который кристаллизуется при α=1 и α=1, а при производстве хлористого калия с содержанием не менее 95,5% KCl распределение воды по корпусам осуществляют с понижающим коэффициентом 1,1.
Сущность способа как технического решения заключается в следующем.
В отличие от известного способа управления процессом получения хлористого калия путем изменения входного потока воды, включающего регулировку расхода воды в поступающий на кристаллизацию раствор в зависимости от концентрации в нем хлористого калия и его температуры, измерение расхода раствора и содержания в нем кристаллического хлористого натрия и хлористого магния, расхода воды для разбавления осветленного насыщенного раствора, расхода воды по корпусам вакуум-кристаллизационной установки (ВКУ) и температуры жидкой фазы в корпусах, расчет по полученным параметрам расхода воды в поступающий на кристаллизацию раствор в корпуса установки по следующим зависимостям с подачей вычисленных значений в качестве задания в систему управления расходом воды:
, где
KCl
NaCl
- разница в расходе воды в корпусах, которую необходимо удалить из раствора в i корпусе для получения в нем степени насыщения по хлористому калию α и хлористому натрию α равной 1, где i=2, 3…n - номер корпуса, т;
KCl
NaCl
2
и  - расход воды, которую необходимо удалить в i и i-1 корпусах, для получения в растворе степени насыщения по хлористому калию α и хлористому натрию α равной 1, т/1000 т HO;
i-1
G - расход раствора из i-1 корпуса или из приемного бака для первого корпуса, т;
- содержание воды в растворе i-1 корпуса, %;
, где
i
i-1
t, t - температуры растворов в i, i-1 корпусах ВКУ, °C;
2
- концентрация хлористого магния в i, i-1 корпусе ВКУ, т/1000 т HO;
2
концентрацию хлористого натрия в осветленном растворе , т/1000 т HO, определяют:
, где
KCl
α - степень насыщения осветленного раствора по хлористому калию;
ocв.p-p
t - температура осветленного раствора, °С;
KCl
NaCl
2
концентрацию хлористого калия в любом корпусе ВКУ при степени насыщения раствора по хлористому калию - α равной 1 и хлористому натрию - α равной 1, т/1000 т HO, определяют:
для первого корпуса количество воды, которую необходимо удалить для получения раствора, насыщенного по KCl и NaCl, определяют:
, где
NaCl 1
2
C - концентрация хлористого натрия в растворе 1 корпуса ВКУ, т/1000 т HO;
2
- содержание хлористого натрия и воды в разбавленном растворе, т/1000 т HO, и его расход, т;
расход воды, подаваемой в раствор в любой корпус ВКУ, определяют:
, где
- расход воды в i корпус или группу корпусов ВКУ,
i=1, 2, 3, 4…n определяется числом корпусов, т;
- расход испаренной воды в i корпусах, т, при этом расход испаренной воды по корпусам ВКУ определяют расчетно по уравнениям теплового баланса;
по предлагаемому способу степень насыщения осветленного раствора по хлористому калию определяют:
KCl
NaCl
NaCl i
2
концентрацию хлористого натрия в растворе в корпусах со степенью насыщения по KCl-α=1 и по NaCl-α=1, C, т/1000 т HO, определяют:
осв.р-р
p.р-р
на разбавление осветленного раствора G подают раствор (суспензию) циклонной пыли с получением разбавленного раствора G, т:
содержание хлористого натрия в осветленном растворе, %, определяют:
, где
- сумма солей, входящих в состав осветленного раствора, %; содержание воды в осветленном растворе, %, , определяют:
2
содержание кристаллического хлористого натрия в осветленном растворе, т/1000 т HO, определяют:
, где
c.p.
ocв.p-p
t и t - температуры слива растворителя и осветленного раствора, °С;
- содержание воды в осветленном растворе, %;
- содержание хлористого натрия в растворе циклонной пыли, т, определяют:
, где
ц.п.
G - расход раствора циклонной пыли, т;
- содержание хлористого натрия в растворе циклонной пыли, %;
2
концентрацию хлористого магния в растворе i корпуса, , т/1000 т HO, определяют:
2
2
и  - концентрация MgCl и NaCl в осветленном растворе, включая содержание в осветленном растворе кристаллического NaCl и с учетом хлористого натрия циклонной пыли, т/1000 т HO;
2
концентрацию хлористого натрия  в осветленном растворе с учетом содержания в нем кристаллического хлористого натрия и хлористого натрия, содержащегося в растворе циклонной пыли, т/1000 т HO, определяют:
NaCl p.p-p
2
концентрацию хлористого натрия в разбавленном растворе C, т/1000 т HO, определяют:
KCl р.р-р
2
концентрацию хлористого калия в разбавленном растворе C, т/1000 т HO, определяют:
, где
KCl ц.п.
C - концентрация хлористого калия в растворе циклонной пыли, %;
H2O ц.п.
C - содержание воды в растворе циклонной пыли, %;
2
при наличии в осветленном насыщенном растворе хлористого кальция выполняют пересчет суммарной концентрации хлоридов щелочноземельных металлов на их условную концентрацию по MgCl по эмпирической формуле:
, где
- условная концентрация хлористого магния в жидкой фазе, %;
- концентрация хлористого магния и хлористого кальция в жидкой фазе, %;
2
t - температура жидкой фазы, °C, при этом во всех расчетах по уравнениям, в которые входит коэффициент , принимают  при наличии в растворе CaCl;
i
расход раствора, поступающего из любого корпуса ВКУ, кроме первого, G, определяют:
содержание воды в жидкой фазе i корпуса ВКУ определяют:
2
или при наличии в растворе CaCl
KCl
NaCl
приведенные уравнения справедливы при получении 98% хлористого калия, который кристаллизуется при α=l и α=1, а при производстве хлористого калия с содержанием не менее 95,5% KCl распределение воды по корпусам осуществляют с понижающим коэффициентом 1,1.
KCl
NaCl
NaCl i
2
Из изложенного следует, что в отличие от известного способа концентрацию хлористого натрия в растворе в корпусах со степенью насыщения по KCl-α=1 и по NaCl-α=1, C, т/1000 т HO, определяют по уравнению:
2
Необходимость уточнения уравнения, предложенного в известном способе, вызвана погрешностью в расчетах при граничных и повышенных концентрациях хлористого магния в осветленном растворе - до 20 т/1000 т HO.
2
2
2
NaCl
2
В соответствии с известным способом (патент РФ №2399587 С2) по предлагаемому способу расширили диапазон содержания MgCl в насыщенном растворе (см. таблицу 2 патента) до 20 т/1000 т HO и вывели уравнение для указанного содержания MgCl для C по стандартной методике математического анализа с помощью программ EXCEL, где R - величина достоверности аппроксимации - см., например, Решение математических задач средствами EXCEL, В.Я. Гельман. Изд-во «Питер», 2003.
2
при R=0,9959.
2
NaCl
По полученным данным и в соответствии с известным способом в таблице 1 приведена зависимость коэффициентов для  и свободного члена от содержания MgCl в насыщенном растворе при степени насыщения раствора по хлористому натрию α=1.
2
2
ln(t)
св.
Числовые значения в таблице 1 по п. 1-3 взяты из патента РФ №2399587 С2. Обработав приведенные зависимости по известному способу по методикам математического анализа, получили математические уравнения изменения коэффициентов К при  и свободного члена в общем виде при R =0,9996 и R =1:
NaCl i
2
2
Подставив эти уравнения в зависимость для C, получили уточненное математическое уравнение для определения содержания NaCl в насыщенном по хлористому калию растворе в интервале содержания MgCl от 0 до 20 т/1000 т HO.
св
NaCl i
2
Учитывая, что полученное математическое уравнение носит линейный характер для коэффициентов  и К, можно считать, что уравнение для C справедливо и при более высоком содержании MgCl в растворе.
KCl
2
В отличие от известного способа, степень насыщения осветленного раствора в зависимости от концентрации в нем хлористого калия, C, %, концентрации в растворе хлористого магния, , т/1000 т HO, и температуры t, °C, определяют по скорректированной зависимости:
KCl
2
KCl
Необходимость корректировки уравнения вызвана также погрешностью в расчете α при граничных и повышенных концентрациях MgCl в растворе, которая приводит к завышенному расчетному значению для α.
KCl
2
2
KCl
KCl
Для степени насыщения раствора по хлористому калию, α, при условии насыщения раствора по хлористому натрию при содержании MgCl в растворе 20 т/1000 т HO в таблице приведена зависимость α от концентрации хлористого калия в растворе, C, %, при температурах 93-97°C, полученная экспериментально.
KCl
2
2
Обработав полученные зависимости известным способом по стандартным методикам математического анализа, получили математические уравнения для определения α в зависимости от температуры, концентрации KCl при содержании MgCl 20 т/1000 т HO:
KCl
KCl
2
2
В соответствии с известным способом - см. патент №2399587 - и по полученным уравнениям в таблице 3 для α приведены значения коэффициентов при C и свободного члена в интервале температур 93-97°С при содержании в растворе MgCl в интервале 0-20 т/1000 т HO.
KCl
В отличие от известного способа, составим уравнение для определения α с использованием известного метода планирования эксперимента - см., например, Саутин С.Н. Планирование эксперимента в химии и химической технологии. Изд-во «Химия», Л., 1975.
KCl
KCl
2
В таблице 4 приведены уровни факторов и интервалы их варьирования; в таблице 5 - матрица планирования трехфакторного эксперимента. В таблице 6 приведены результаты расчета степени насыщения раствора по хлористому калию, α, в зависимости от концентрации хлористого калия в растворе, C, %, и хлористого магния, , т/1000 т HO, и результаты расчета коэффициентов регрессионного уравнения, В (0, 1, 2, 3, 12, 13, 23, 123).
Общий вид уравнения регрессии в кодированном виде:
Значения кодированных переменных составят:
KCl
KC1
Подставив значения кодированных переменных в уравнение общего вида для α и исключив тройное взаимодействие (X1·Х2·Х3) как незначимое (определяется по критериям Стьюдента, Кохрена и Фишера с учетом погрешностей измерений верхнего и нижнего уровня известным методом), получили уравнение для α в натуральном выражении:
KCl
2
осв.p-p
KCl
Размерность коэффициентов при C, MgCl, t уравновешивает размерность определяемых величин, при этом α является безразмерной.
осв.p-p
ц.п.
p.р-р
В отличие от известного способа на разбавление осветленного раствора G подают только раствор (суспензию) циклонной пыли G с получением разбавленного раствора G, т:
Отказ от подачи в приемный бак ВКУ воды позволяет перераспределить подачу воды по корпусам ВКУ, повысить ее расход на промывку оборудования (насосов, брызгоотбойников, датчиков КИП и др.) и уменьшить число зародышей кристаллов KCl за счет растворения пылевидных фракций кристаллизата. При этом количество воды, подаваемой с раствором циклонной пыли, достаточно для растворения кристаллического хлористого натрия, образующегося в сгустителях за счет парообразования из осветленного раствора.
Практика показала, что образование кристаллического хлористого натрия в осветленном растворе при эффективной работе отделения сгущения происходит за счет самоиспарения воды с поверхности сгустителей, при этом на 1°C охлаждения раствора испаряется около 0,002 вес. ч. воды, содержащейся в осветленном растворе, следовательно, по перепаду температур между сливом растворителя и сливом сгустителей можно определить количество образующегося мелкокристаллического хлористого натрия за счет испарения воды из раствора, насыщенного по хлористому натрию и ненасыщенного по хлористому калию, который поступает в слив сгустителей практически полностью.
2
Содержание кристаллического хлористого натрия, , в осветленном растворе, т/1000 т HO, определяют:
, где
c.p.
осв.р-р
t и t - температуры слива растворителя и осветленного раствора, °C;
- содержание воды в осветленном растворе, %;
осв. р-р
G - расход осветленного раствора, т;
2
- концентрация хлористого натрия в осветленном растворе, т/1000 т HO, которую определяют по уравнению прототипа:
, где
KCl
α - степень насыщения осветленного раствора по хлористому калию;
осв. р-р
t - температура осветленного раствора, °C.
По предлагаемому способу содержание хлористого натрия в осветленном растворе, %, определяют:
, где
- сумма солей, входящих в состав осветленного раствора, %. Содержание воды в осветленном растворе, %, , определяют:
Содержание хлористого натрия в растворе циклонной пыли, , т, определяют:
, где
ц.п.
G - расход раствора циклонной пыли, т;
- содержание хлористого натрия в растворе циклонной пыли, %.
2
Общую концентрацию хлористого натрия  в осветленном растворе с учетом содержания в нем кристаллического хлористого натрия и хлористого натрия, содержащегося в растворе циклонной пыли, т/1000 т HO, определяют:
2
Концентрацию хлористого натрия в разбавленном растворе , т/1000 HO, определяют:
2
Концентрацию хлористого калия в разбавленном растворе , т/1000 т HO, определяют:
, где
- концентрация хлористого калия в растворе циклонной пыли, %;
- содержание воды в растворе циклонной пыли, %.
2
Концентрацию хлористого магния в растворе i корпуса, , т/1000 т HO, определяют:
, где
2
2
и  - концентрация MgCl и NaCl в осветленном растворе, включая содержание в осветленном растворе кристаллического NaCl и с учетом хлористого натрия циклонной пыли, т/1000 т HO.
2
При наличии в осветленном насыщенном растворе хлористого кальция выполняют пересчет суммарной концентрации хлоридов щелочноземельных металлов на их условную концентрацию по MgCl по эмпирической формуле:
, где
- условная концентрация хлористого магния в жидкой фазе, %;
- концентрация хлористого магния и хлористого кальция в жидкой фазе, %;
2
t - температура жидкой фазы, °C; при этом во всех расчетах по уравнениям, в которые входит коэффициент , принимают  при наличии в растворе CaCl.
4
Предлагаемый способ также учитывает, что в осветленном насыщенном растворе всегда присутствует сульфат кальция, который при определении содержания воды расчетным методом суммируется к сумме солей в жидкой фазе ВКУ путем добавления в знаменатель уравнения для  дополнительного коэффициента . Содержание CaSO в растворе для конкретного производства хлористого калия является практически постоянной величиной, однако его присутствие влияет на определение  расчетным методом.
4
Концентрация CaSO в растворе в корпусах ВКУ также является постоянной величиной, которую определяют аналитически 1 раз в 10 суток или реже.
Содержание воды в жидкой фазе корпуса i определяют:
2
или при наличии в растворе CaCl
i
Расход раствора, поступающего из любого корпуса ВКУ, кроме первого, G, определяют:
Для первого корпуса количество воды, которую необходимо удалить для получения раствора, насыщенного по KCl и NaCl, определяют:
, где
NaCl 1
2
C - концентрация хлористого натрия в растворе 1 корпуса ВКУ, т/1000 т HO;
2
- содержание хлористого натрия и воды в разбавленном растворе, т/1000 т HO, и его расход, т.
Расход воды, подаваемой в раствор в любой корпус ВКУ, определяют:
, где
- расход воды в i корпус или группу корпусов ВКУ,
i=1, 2, 3, 4…n определяется числом корпусов, т;
- расход испаренной воды в i корпусах, т;
, где
KCl
NaCl
- разница в расходе воды в корпусах, которую необходимо удалить из раствора в i корпусе для получения в нем степени насыщения по хлористому калию α и хлористому натрию α равной 1, где i=2, 3…n - номер корпуса, т;
KCl
NaCl
2
и  - расход воды, которую необходимо удалить в i и i-1 корпусах, для получения в растворе степени насыщения по хлористому калию α и хлористому натрию α равной 1, т/1000 т HO;
i-1
G - расход раствора из i-1 корпуса, т;
- содержание воды в растворе i-1 корпуса, %;
, где
i
i-1
t, t - температуры растворов в i, i-1 корпусах ВКУ, °C;
2
- концентрация хлористого магния в i, i-1 корпусе ВКУ, т/1000 т HO.
Содержание хлористого натрия в осветленном растворе, %, определяют аналитически либо расчетно по зависимости:
, где
- сумма солей, входящих в состав осветленного раствора, %. Содержание воды в осветленном растворе, %, , определяют:
Количество испаренной воды определяют по показаниям расходомеров на всех корпусах ВКУ либо расчетно по уравнениям материально-теплового баланса. В этом случае расчет не учитывает потери тепла в окружающую среду. Все галургические фабрики Российской Федерации не оснащены расходомерами, поэтому проведем расчет для определения количества испаренной воды по существующей зависимости.
i
Количество тепла, выделяемого в i корпусе ВКУ за счет самоиспарения воды из раствора под вакуумом, Q, ккал, определяют:
, где
, где
- сумма солей в жидкой фазе i корпуса, %;
i
G - расход раствора в i корпусе, т:
т.р-р i
С - численно равна долевому содержанию воды в растворе, ккал/кг·°C. Количество хлористого калия в виде кристаллизата в i корпусе, , определяют:
, где
- содержание воды в жидкой фазе i-1 корпуса, %;
- расход раствора из i-1 корпуса в i корпус, т.
KCl
NaCl
2
Концентрацию хлористого калия в любом корпусе ВКУ при степени насыщения раствора по хлористому калию - α равной 1 и хлористому натрию - α равной 1, т/1000 т HO, определяют:
Теплоту кристаллизации хлористого калия определяют:
, где
кр.i
Q - теплота кристаллизации, ккал.
Теплоту парообразования в i корпусе определяют:
п.i
Q=(-0,586·ti+598,2)·1000, где
п.i
Q - теплота парообразования, ккал.
Количество испаренной воды, , т, определяют:
KCl
NaCl
Все вышеприведенные уравнения справедливы при получении 98% хлористого калия, который кристаллизуется на вакуум-кристаллизационной установке при α и α равных 1 и влажности отфильтрованного кристаллизата не более 4%. При производстве 95% хлористого калия распределение воды по корпусам ВКУ осуществляется с понижающим коэффициентом равным 1,1. Вычисленные значения технологических параметров подают в качестве задания в систему управления расходом воды.
Таким образом, решается задача предлагаемого изобретения - упрощение управления процессом получения хлористого калия за счет подачи на ВКУ только раствора (суспензии) циклонной пыли для растворения кристаллического хлористого натрия с получением раствора со степенью насыщения по хлористому натрию равной 1 и учетом расхода воды, поступающей с раствором циклонной пыли, наличия в растворе (суспензии) циклонной пыли хлористого натрия и хлористого калия, а в осветленном растворе - сульфата и хлорида кальция. При этом повышается точность управления водным балансом процесса кристаллизации хлористого калия.
Способ осуществляли следующим образом.
С помощью средств контроля измеряли:
осв.р-р
- расход осветленного насыщенного раствора, G, т, например, с помощью индукционного расходомера, плотномера и вторичного преобразователя - непрерывно;
- концентрацию хлористого магния в осветленном растворе, , %, например, средствами непрерывного автоматического титрования либо аналитически 1 раз в смену;
2
- концентрацию хлористого кальция в осветленном растворе, , т/1000 т НО, или %, например, средствами непрерывного автоматического титрования либо аналитически 1 раз в смену;
- концентрацию хлористого калия в осветленном растворе, , %, например, радиометрически, непрерывно;
2
2
4
- содержание воды в осветленном растворе, , %, например, средствами непрерывного автоматического титрования с реактивом Фишера, либо аналитически 1 раз в смену по содержанию в растворе NaCl, KCl, MgCl, CaCl, CaSO, либо расчетно по результатам среднесменного определения содержания воды;
- концентрацию сульфата кальция в осветленном растворе, , %, аналитически 1 раз в сутки или, реже, весовым методом по сульфат-иону;
ц.п.
- расход раствора (суспензии) циклонной пыли, G, т, например, с помощью индукционного расходометра, плотномера и вторичного преобразователя - непрерывно;
- содержание в растворе (суспензии) циклонной пыли хлористого калия, , %, например, радиометрически, непрерывно;
- содержание в растворе (суспензии) циклонной пыли хлористого натрия, , %, аналитически, например, пламенно-фотометрическим методом 1 раз в смену либо расчетно по результатам среднесменного определения , %, аналитическим методом;
осв.p-p
p.осв.р-р
i
- температуру осветленного раствора, t, разбавленного осветленного раствора в приемном баке ВКУ, t, температуру в корпусах ВКУ, t, где i=1, 2, 3…n корпусов, например, термометром сопротивления с вторичными преобразователями - непрерывно, °C;
- расход испаренной воды в корпусах ВКУ, , где i=1, 2, 3…n корпусов, например, диафрагменным расходомером с вторичным преобразователем непрерывно либо расчетно по перепаду температур суспензии на входе и выходе корпусов ВКУ и расчету теплового баланса. В последнем случае потери тепла в окружающую среду не учитывали.
В связи с наличием в осветленном насыщенном растворе хлористого кальция выполняли пересчет суммарной концентрации хлоридов щелочноземельных металлов на их условную концентрацию по хлористому магнию по эмпирической формуле:
, где
- условная концентрация хлористого магния в жидкой фазе, %;
- концентрация хлористого магния и хлористого кальция в жидкой фазе, %;
t - температура жидкой фазы, °C;
2
при этом во всех расчетах по уравнениям, в которые входит коэффициент , принимают  при наличии в растворе CaCl.
2
2
Условное содержание хлористого магния в осветленном растворе в пересчете на т/1000 т HO, , т/1000 т HO, определяли:
Степень насыщения осветленного раствора по хлористому калию определяли:
2
Концентрацию хлористого натрия в осветленном растворе, , т/1000 т HO, определяли:
, где
KCl
α - степень насыщения осветленного раствора по хлористому калию;
осв. р-р
t - температура осветленного раствора, °C.
2
Содержание кристаллического хлористого натрия в осветленном растворе, , т/1000 т HO, определяли:
, где
c.р.
осв. p-p
t и t - температуры слива растворителя и осветленного раствора, °C;
- содержание воды в осветленном растворе, %;
- содержание хлористого натрия в растворе циклонной пыли, т, определяли:
, где
ц.п.
G - расход раствора циклонной пыли, т;
- содержание хлористого натрия в растворе циклонной пыли, %.
Содержание воды в растворе циклонной пыли, , %, определяли:
2
Концентрацию хлористого магния в растворе i корпуса, , т/1000 т HO, определяли:
2
2
и  - концентрация MgCl и NaCl в осветленном растворе, включая содержание в осветленном растворе кристаллического NaCl и с учетом хлористого натрия циклонной пыли, т/1000 т HO.
осв.р-р
ц.п.
p.р-р
На разбавление осветленного раствора, G, подавали раствор (суспензию) циклонной пыли, G, с получением разбавленного раствора, G, т:
р.р-р
осв.р-р
ц.п.
G=G+G.
2
Концентрацию хлористого натрия в разбавленном растворе, , т/1000 HO, определяли:
2
Концентрацию хлористого калия в разбавленном растворе, , т/1000 т HO, определяли:
, где
- концентрация хлористого калия в растворе циклонной пыли, %;
- содержание воды в растворе циклонной пыли, %.
KCl
NaCl
Разницу в расходе воды в корпусах, которую необходимо удалить из раствора в i корпусе для получения в нем степени насыщения по хлористому калию α и хлористому натрию α равной 1, где i=2, 3…n - номер корпуса, , т;
, где
KCl
NaCl
2
и  - расход воды, которую необходимо удалить в i и i-1 корпусах, для получения в растворе степени насыщения по хлористому калию α и хлористому натрию α равной 1, т/1000 т HO;
i-1
G - расход раствора из i-1 корпуса, т;
- содержание воды в растворе i-1 корпуса, %;
, где
i
i-1
t, t - температуры растворов в i, i-1 корпусах ВКУ, °C;
2
- концентрация хлористого магния в i, i-1 корпусе ВКУ, т/1000 т HO.
Для первого корпуса количество воды, которую необходимо удалить для получения раствора, насыщенного по KCl и NaCl, определяли:
, где
NaCl 1
2
C - концентрация хлористого натрия в растворе 1 корпуса ВКУ, т/1000 т HO;
2
- содержание хлористого натрия и воды в разбавленном растворе, т/1000 т HO, и его расход, т.
Расход воды, подаваемой в раствор в любой корпус ВКУ, определяли:
, где
- расход воды в i корпус или группу корпусов ВКУ,
i=1, 2, 3, 4…n определяется числом корпусов, т.
KCl
NaCl
NaCl i,
2
Концентрацию хлористого натрия в растворе в корпусах со степенью насыщения по KCl-α=1 и по NaCl-α=1, C, т/1000 т HO, включая 1 корпус, определяли:
KCl
NaCl
2
Концентрацию хлористого калия в любом корпусе ВКУ при степени насыщения раствора по хлористому калию - α равной 1 и хлористому натрию - α равной 1, т/1000 т HO, определяли:
i
Расход раствора, поступающего из любого корпуса ВКУ, кроме первого, G, т, определяли:
2
Содержание воды в жидкой фазе i корпуса ВКУ при наличии в растворе CaCl, , %, определяли:
При расчетном определении воды содержание хлористого натрия в осветленном растворе, , определяли:
, где
- сумма солей, входящих в состав осветленного раствора, %. Содержание воды в осветленном растворе, , определяли:
KCl
NaCl
Приведенные уравнения справедливы при получении 98% хлористого калия, который кристаллизуется при α=1 и α=1, а при производстве хлористого калия с содержанием не менее 95,5% KCl распределение воды по корпусам осуществляют с понижающим коэффициентом 1,1.
Вычисленные значения параметров подавали в качестве задания в систему управления расходом воды. При этом входные параметры технологического процесса и все расчеты по приведенным зависимостям обрабатывались, например, с помощью контроллера.
Примеры осуществления способа
Пример 1.
Измеряли:
осв.р-р
- расход осветленного насыщенного раствора, G, - 2593,7 т - непрерывно, с помощью индукционного расходомера и плотномера;
- концентрацию хлористого магния в осветленном растворе, ,
- 0,62% - аналитически, титрованием, 1 раз в смену;
- концентрацию хлористого кальция в осветленном растворе, ,
- 0,21% - аналитически, титрованием, 1 раз в смену;
- концентрацию хлористого калия в осветленном растворе, ,
- 20,15% - непрерывно, с помощью калиметра;
- содержание воды в осветленном растворе, , - 61,2% - аналитически, ~1 раз в смену;
- концентрацию сульфата кальция в осветленном растворе, ,
- 0,42% - аналитически, 1 раз в 10 суток;
ц.п.
- расход раствора циклонной пыли, G, - 63,48 т - непрерывно, с помощью индукционного расходомера и плотномера;
- содержание в растворе циклонной пыли хлористого калия, ,
- 28,10% - непрерывно, с помощью калиметра;
- содержание в растворе циклонной пыли хлористого натрия, ,
- 3,2% - аналитически, 1 раз в смену, пламенным фотометром;
c.р.
- температуру слива растворителя, t, - 98°C - непрерывно;
осв.р-p
- температуру осветленного раствора, t, - 95°C - непрерывно;
р.р-р
- температуру разбавленного раствора, t, - 92°C - непрерывно;
i
- температуру в корпусах ВКУ, t, где i=1-7:
1
t - 87°C,
2
t - 79°C,
3
t - 70°C,
4
t - 60°C,
5
t - 49°C,
6
t - 40°C,
7
t - 35°C.
2
В связи с наличием в осветленном насыщенном растворе хлористого кальция выполнили пересчет суммарной концентрации хлоридов щелочноземельных металлов на их условную концентрацию по MgCl по эмпирической формуле:
2
2
Условное содержание хлористого магния в осветленном растворе в пересчете на т/1000 т HO, , т/1000 т HO, составило:
Степень насыщения осветленного раствора по хлористому калию составила:
2
Концентрация хлористого натрия в осветленном растворе, , т/1000 т НО, составила:
2
Содержание кристаллического хлористого натрия в осветленном растворе, т/1000 т НО, составило:
Расход хлористого натрия в растворе циклонной пыли, , т, определили:
2
Концентрацию хлористого натрия, , в осветленном растворе с учетом содержания в нем кристаллического хлористого натрия и NaCl, содержащегося в растворе циклонной пыли, т/1000 т HO, определили:
осв.р-р
ц.п.
p.p-p
На разбавление осветленного раствора G подали раствор (суспензию) циклонной пыли G с получением разбавленного раствора G, т:
р.р-р
осв.p-p
ц.п.
С=G+С=2593,7+63,48=2657,18 т.
2
Концентрацию хлористого натрия в разбавленном растворе , т/1000 HO, определили:
Содержание воды в растворе циклонной пыли, , %, определили:
KCl р. р-р
2
Концентрацию хлористого калия в разбавленном растворе C, т/1000 т HO, определяли:
2
Содержание хлористого магния в растворе первого корпуса, , т/1000 т HO, определяли:
2
Содержание хлористого натрия в жидкой фазе 1 корпуса, , т/1000 т HO:
Содержание воды в разбавленном растворе составило:
Количество воды, которую необходимо удалить в 1 корпусе ВКУ для получения раствора со степенью насыщения по KCl и NaCl равной 1, , определяли:
Знак минус в расходе удаленной воды показывает, что в первый корпус для предотвращения кристаллизации хлористого натрия необходимо добавлять воду.
В связи с тем, что на калийных предприятиях России, на действующих фабриках расходомеры испаренной воды не установлены, определили расход испаренной воды по 7 корпусам ВКУ расчетно по показателям термометра в корпусах и приведенным зависимостям.
2
2
Концентрацию сульфата кальция в осветленном растворе в пересчете на т/1000 т HO, , т/1000 т HO, определили:
2
Концентрацию хлористого калия в растворе 1 корпуса ВКУ, , т/1000 т HO, определили:
Содержание воды в жидкой фазе 1 корпуса, , %, определили:
1
Расход раствора из 1 корпуса, G, т, определили:
р-рт 1
Теплоемкость раствора в 1 корпусе, С, ккал/кг·град, определили:
1
Количество тепла, затраченного на охлаждение раствора в 1 корпусе за счет испарения из него воды, Q, ккал, определили:
Количество KCl в виде кристаллизата в 1 корпусе, , т, определили:
Теплоту кристаллизации KCl на 1 т KCl, , ккал/т, определили:
Тепло, которое выделится от кристаллизации KCl, , ккал, определили:
парообр.1
Теплоту парообразования воды в 1 корпусе, Q, ккал/т, определили:
Количество испаренной воды в 1 корпусе, , т, определили:
Общее количество воды, подаваемой в 1 корпус, , т, определили:
2
Условную концентрацию хлористого магния в растворе второго корпуса, , т/1000 т HO, определили:
2
Концентрацию хлористого калия в растворе 2 корпуса, , т/1000 т HO, определили:
2
Концентрацию хлористого натрия в растворе 2 корпуса, , т/1000 т HO, определили:
Содержание воды в жидкой фазе 2 корпуса, , %, определили:
2
Расход раствора из 2 корпуса, G, т, определили:
2
Расход воды, необходимый для удаления в 1 корпусе, , т/1000 т HO, определили:
2
Воду, необходимую для удаления во 2 корпусе, , т/1000 т НО, определили:
Расход воды, необходимый для удаления во 2 корпусе с учетом расхода раствора, , т, определили:
р-р т 2
Теплоемкость раствора во 2 корпусе, С, ккал/кг·град, определили:
2
Количество тепла, затраченного на охлаждение раствора во 2 корпусе за счет испарения из него воды, Q, т, ккал, определили:
Количество KCl в виде кристаллизата во 2 корпусе, , т, составило:
Теплоту кристаллизации KCl на 1 т KCl,  ккал/т, определили:
Тепло, которое выделится от кристаллизации KCl, , ккал, определили:
парообр.2
Теплота парообразования воды во 2 корпусе, Q, ккал/т, составила:
Количество испаренной воды во 2 корпусе, , т, определили:
Общее количество воды, подаваемой во 2 корпус, , т, определили:
2
Условную концентрацию щелочноземельных металлов в растворе 3 корпуса, , т/1000 т HO, определили:
KCl 3
2
Концентрацию хлористого калия в растворе 3 корпуса, C, т/1000 т HO, определили:
2
Концентрацию хлористого натрия в растворе 3 корпуса, , т/1000 т HO, определили:
Содержание воды в жидкой фазе 3 корпуса, , %, определили:
3
Расход раствора из 3 корпуса, G, т, определили:
2
Расход воды, необходимой для удаления в 3 корпусе, , т/1000 т HO, определили:
Расход воды, необходимый для удаления в 3 корпусе с учетом расхода раствора, , т, определили:
т3
Теплоемкость раствора во 2 корпусе, С, ккал/кг-град, определили:
3
Количество тепла, затраченного на охлаждение раствора в 3 корпусе за счет испарения из него воды, Q, ккал, определили:
Количество KCl в виде кристаллизата в 3 корпусе, , т, определили:
Теплоту кристаллизации KCl на 1 т KCl, , ккал/т, определили:
Тепло, которое выделится от кристаллизации KCl, , ккал, определили:
парообр.3
Теплоту парообразования воды в 3 корпусе, Q, ккал/т, определили:
Количество испаренной воды в 3 корпусе, , т, определили:
Общее количество воды, подаваемой в 3 корпус, , т, определили:
Аналогично проводили расчет для определения расхода воды в 4, 5, 6 и 7 корпусах ВКУ.
Результаты расчета приведены в таблице 8.
Значения в расходах воды, полученные по приведенным зависимостям на основании входных технологических параметров, подали в систему управления расходом воды.
Пример 2.
KCl
NaCl
Способ осуществляли в соответствии с примером 1. При этом из раствора, насыщенного по хлористому калию (α=1) и хлористому натрию (α=1), получали 98% KCl. Для получения целевого продукта в соответствии с нормативной документацией с содержанием KCl не менее 95,5% расход воды осуществляли с понижающим коэффициентом, распределяя ее по корпусам пропорционально расходу воды в соответствии с приведенными в примере 1 зависимостями.
Пример 3.
При отсутствии автоматического титратора для текущего определения содержания воды в осветленном насыщенном растворе с помощью реактива Фишера на галургических фабриках содержание воды в растворе определяют автоматически 1 раз в смену или, реже, по сумме солей в усредненном растворе, в то время как текущий солевой состав раствора KCl+NaCl определяют непрерывно.
Способ управления в этом случае осуществляли в соответствии с примером 1, но за содержание воды в осветленном растворе, , принимали среднесменные данные аналитического определения воды .
По приведенным уравнениям определяли:
- :
KCl
- α:
Содержание хлористого натрия в осветленном растворе , %, определяли:
Содержание воды в осветленном растворе, %, , определяли:
Сравнивая результат для , полученный расчетным методом, с аналитическим определением , видим, что
следовательно, фактическое содержание воды в осветленном растворе составило 61,35-0,2=61,15%.
KCl
На этом расчет может быть завершен с использованием  в текущих расчетах - см. пример 1 - параметры , α и , либо уточнен путем подстановки в зависимости для  вместо 61,35% для уменьшения , и полученные значения для - указанных новых параметров затем использовать во всех зависимостях в соответствии с примером 1.
Пример 4.
Способ осуществляли в соответствии с примером 1, с определением  аналитически пламенно-фотометрическим методом 1 раз в смену.
Учитывая, что содержание хлористого натрия в циклонной пыли в течение смены меняется незначительно, а содержание хлористого калия в растворе (суспензии) циклонной пыли меняется в широких пределах, определили известным расчетом соотношение солей KCl:NaCl=K в солевом составе раствора 1 раз в смену и текущее значение  определили по зависимости:
Предлагаемый пересчет позволил повысить точность текущего значения  в растворе (суспензии) циклонной пыли.