СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ РАСТВОРЕНИЯ СИЛЬВИНИТОВЫХ РУД
METHOD OF CONTROLLING PROCESS OF SYLVINITE ORE DISSOLUTION

Изобретение относится к технике управления процессом растворения сильвинитовых руд и может быть использовано в производстве хлористого калия методом растворения-кристаллизации.
Известен способ автоматического управления процессами выщелачивания хлористого калия из калийного сырья путем изменения расхода входных потоков - см. АС СССР №1060569, кл. С01D 3/08, С05D 27/00, опубл. 15.12.83, Бюл. №46. Способ отличается высокой сложностью, так как его реализация невозможна без осуществления полного химического анализа входных потоков.
Известен способ управления процессом растворения солевых руд путем стабилизации расхода исходного раствора и регулирования подачи руды в зависимости от содержания полезного компонента во входных потоках и температуры готового раствора - см. АС СССР №1256776, кл. B01F 1/00, С05D 27/00, опубл. 15.09.86, Бюл. №34.
Способ также отличается сложностью, так как содержание хлористого натрия в готовом растворе определяется методом расчета в зависимости от температуры и содержания в растворе хлористого калия при степени насыщения раствора по NaCl, равной 1. Однако практика показывает, что фактически она выше, что влечет за собой необходимость применения трудоемких аналитических методов для ее определения.
Известен способ управления процессом растворения сильвинитовых руд путем регулирования подачи руды в зависимости от содержания полезного компонента во входных потоках, температуры готового раствора, плотности, температуры и расхода растворяющего раствора, содержания хлористого калия в готовом растворе после его осветления и его расхода для корректировки расхода основного потока руды по зависимости:
руды
±ΔG - расходы руды, корректирующий ее основной поток, т/ч;
гот. р-р
G - расход осветленного готового раствора, т/ч;
KCl гот. р-р
C - содержание хлористого калия в осветленном готовом растворе, %;
KCl руды
C - содержание хлористого калия в сильвинитовой руде, %;
KCl гот.р. р-р
α - степень насыщения готового раствора по хлористому калию.
См. патент РФ №2398620, кл. B01F 1/00, С01D 3/08, С05D 27/00, опубл. 10.09.2010, Бюл. №25.
Предлагаемый способ не предусматривает управление расходом основного потока сильвинитовой руды и не позволяет работать двумя технологическими линиями с подачей руды на растворение из единого общего бункера и с объединением слива растворителей с двух линий с последующей его подачей на осветление в сгустители.
Известен способ управления процессом растворения сильвинитовых руд, включающий регулирование подачи руды в зависимости от содержания полезного компонента во входных потоках, измерение температуры готового раствора, определение содержания хлористого натрия в растворе расчетным путем, измерение плотности, температуры и расхода растворяющего раствора, определение в нем содержания хлористого натрия по содержанию полезного компонента, плотности и температуре, расчет подачи руды по зависимости:
руда
o
1
KCl руда
2
гот. р-р
3
p. р-р
4
KCl р. р-р
Q=-В-В·C+ВТ+B·Q+В·C-
5
NaCl p. р-р
34
p. р-р
KCl p.р-р
13
p. р-р
KCl руда
-B·C-В·Q·C-В·Q·C
NaCl p. р-р
o
2
p. р-р
2
1
KCl p. р-р
2
3
р. р.р
2
C=-A/А+ρ/А-A·C/А+А·Т/А, где
руда
Q - расход руды, т/ч;
KCl руда
C - массовая доля KCl в руде;
гот. р-р
Т - температура готового раствора, °С;
KCl р. р-р
C - массовая доля KCl в растворяющем растворе;
р.р-р
3
ρ - плотность растворяющего раствора, т/м;
р.р-р
Т - температура растворяющего раствора,°C;
p.р-р
Q - расход растворяющего раствора, т/ч;
i
B - постоянные коэффициенты, i=0, 1, 2, 3, 4, 5, 13, 34;
NaClp.р-р
C - массовая доля NaCl в растворяющем растворе;
i
A - эмпирические коэффициенты, i=0, 1, 2, 3.
Вычисленные значения подают в качестве задания в систему управления - прототип - см. Патент РФ №2352385, кл. B01F 1/00, C01D 3/08, С05D 27/00, опубл. 20.04.2009, Бюл. №11.
Предлагаемый способ не позволяет работать двумя технологическими линиями с подачей руды на растворение из одного общего бункера, с объединением слива растворителей с двух линий с последующей его подачей на осветление в сгустители, а затем на установку вакуум-кристаллизации и подачей оборотного растворяющего раствора на растворение сильвинитовой руды с его распределением на две линии.
Задачей предлагаемого изобретения является создание возможности работы двумя технологическими линиями с подачей руды на растворение из одного общего бункера с объединением слива растворителей с двух линий и последующей его подачей на осветление в сгустители, а затем на установку вакуум-кристаллизации и подачей оборотного растворяющего раствора на растворение сильвинитовой руды с его распределением на две линии.
Такое техническое решение позволяет упростить процесс за счет сокращения числа аппаратов в технологической линии: растворение-кристаллизация и уменьшения количества средств контроля и управления технологическим процессом.
Поставленная задача достигается тем, что в отличие от известного способа управления процессом растворения сильвинитовых руд, включающего регулирование подачи руды в зависимости от содержания полезного компонента во входных потоках, измерение температуры во входных потоках, измерение температуры готового раствора, определение содержания хлористого натрия расчетным путем, измерение плотности, температуры и расхода растворяющего раствора, определение в нем содержания хлористого натрия по содержанию полезного компонента, плотности и температуре, расчет подачи руды по зависимости:
руда
Q- расход руды, т/ч;
KClруда
С - массовая доля KCl в руде;
гот.р-р
Т - температура готового раствора,°C;
KClp.р-р
C - массовая доля KCl в растворяющем растворе;
р.р.р
3
ρ - плотность растворяющего раствора, т/м;
р.р-р
Т - температура растворяющего раствора,°C;
p.p-p
Q - расход растворяющего раствора, т/ч;
i
B - постоянные коэффициенты, i=0, 1, 2, 3, 4, 5, 13, 34;
NaClp.p-p
C - массовая доля NaCl в растворяющем растворе;
i
A - эмпирические коэффициенты, i=0, 1, 2, 3,
рудa
по предлагаемому способу при осуществлении процесса растворения сильвинитовых руд на двух параллельных линиях с общим расходом руды и коррекцией расхода руды по составу готового раствора дополнительно измеряют содержание хлористого калия и хлористого магния в готовом растворе, расход растворяющего раствора на каждую линию и определяют расход руды на вторую линию - Q по следующим зависимостям:
руда2
Q - расход руды на вторую линию, т/ч;
KClруда
C - массовая доля KCl в сильвинитовой руде;
гот.р-р
Т - температура готового раствора,°C;
KClp.р-р
C - массовая доля KCl в растворяющем растворе;
р.р-р
3
ρ - плотность растворяющего раствора, т/м;
р.р-р
Т - температура растворяющего раствора, °C;
p.p-p
Q - расход растворяющего раствора, т/ч;
i
B - постоянные коэффициенты, i=0, 1, 2, 3, 4, 5, 34;
NaClp.р-р
C - массовая доля NaCl в растворяющем растворе;
i
A - эмпирические коэффициенты, i=0, 1, 2, 3;
далее определяют общий расход растворяющего раствора по зависимости:
p.p-p
Q - общий расход растворяющего раствора на две линии, включая его расход на рекуперацию тепла на две линии, т/ч;
p.p-p1
Q - расход растворяющего раствора на первую линию, включая его расход на рекуперацию тепла, т/ч;
p.p-p2
Q - расход растворяющего раствора на вторую линию, включая его расход на рекуперацию тепла, т/ч;
по полученным результатам измерения рассчитывают расход руды на две линии по следующей зависимости:
pудa
Q - расход руды на две линии, т/ч;
расход руды для корректировки ее основного потока определяют по зависимости:
pyда
ΔG - расход руды, корректирующий ее основной поток, т/ч;
гот.p-p
G - расход осветленного готового раствора, т/ч;
KClгот.р-р
C - содержание хлористого калия в осветленном готовом растворе, %;
KClруда
С - содержание хлористого калия в сильвинитовой руде, %;
KClгот.р-р
α - степень насыщения готового раствора по хлористому калию;
расход руды для корректировки на вторую линию определяют по зависимости:
руда2
±ΔG - расход руды для корректировки ее расхода на вторую линию, т/ч;
вычисленные значения подают в качестве задания в систему управления весовыми дозаторами общего потока и второй линии.
Сущность способа как технического решения заключается в следующем: в отличие от известного способа управления процессом растворения сильвинитовых руд, включающего регулирование подачи руды в зависимости от содержания полезного компонента во входных потоках, измерение температуры во входных потоках, измерение температуры готового раствора, определение содержания хлористого натрия расчетным путем, измерение плотности, температуры и расхода растворяющего раствора, определение в нем содержания хлористого натрия по содержанию полезного компонента, плотности и температуре, расчет подачи руды по зависимости
руда
Q - расход руды, т/ч;
KClруда
C - массовая доля KCl в руде;
гот.р-р
Т - температура готового раствора,°C;
KClp.р-р
C - массовая доля KCl в растворяющем растворе;
р.р-р
3
ρ - плотность растворяющего раствора, т/м;
р.р-р
Т - температура растворяющего раствора,°C;
p.р-р
Q - расход растворяющего раствора, т/ч;
i
B - постоянные коэффициенты, i=0, 1, 2, 3, 4, 5, 13, 34;
NaClp.р-р
C - массовая доля NaCl в растворяющем растворе;
i
A - эмпирические коэффициенты, i=0, 1, 2, 3,
руда2
по предлагаемому способу при осуществлении процесса растворения сильвинитовых руд на двух параллельных линиях с общим расходом руды и коррекцией расхода руды по составу готового раствора дополнительно измеряют содержание хлористого калия и хлористого магния в готовом растворе, расход растворяющего раствора на каждую линию и определяют расход руды на вторую линию - Q по следующим зависимостям:
руда2
_
Q расход руды на вторую линию, т/ч;
KClруда
С - массовая доля KCl в руде;
гот.р-р
Т - температура готового раствора,°C;
KClp.р-р
C - массовая доля КС1 в растворяющем растворе;
р.р-р
3
ρ - плотность растворяющего раствора, т/м;
р
р-р
Т. - температура растворяющего раствора,°C;
p.p-p
Q - расход растворяющего раствора, т/ч;
i
B - постоянные коэффициенты, i=0, 1, 2, 3, 4, 5, 34;
NaClp.р-р
C - массовая доля NaCl в растворяющем растворе;
i
A - эмпирические коэффициенты, i=0, 1, 2, 3;
далее определяют общий расход растворяющего раствора по зависимости:
p.p-p
Q - общий расход растворяющего раствора на две линии, включая его расход на рекуперацию тепла на две линии, т/ч;
p.p-p1
_
Q расход растворяющего раствора на первую линию, включая его расход на рекуперацию тепла, т/ч;
p.p-p2
Q - расход растворяющего раствора на вторую линию, включая его расход на рекуперацию тепла, т/ч;
по полученным результатам измерения рассчитывают расход руды на две линии по следующей зависимости:
руда
Q - расход руды на две линии, т/ч;
расход руды для корректировки ее основного потока определяют по зависимости:
руда
ΔG - расход руды, корректирующий ее основной поток, т/ч;
гот
p-p
G. - расход осветленного готового раствора, т/ч;
KClгот.р-р
С - содержание хлористого калия в осветленном готовом растворе, %;
KClруда
С - содержание хлористого калия в сильвинитовой руде, %;
KСlгот.p-p
α - степень насыщения готового раствора по хлористому калию; расход руды для корректировки на вторую линию определяют по зависимости:
pyда2
±ΔG - расход руды для корректировки ее расхода на вторую линию, т/ч; вычисленные значения подают в качестве задания в систему управления весовыми дозаторами общего потока и второй линии.
Как показала практика, известный способ позволяет осуществлять управление процессом растворения сильвинитовых руд на одной технологической линии. При отсутствии оборудования для растворения большой единичной мощности с последующим осветлением слива растворителей в сгустителях и кристаллизацией хлористого калия на одной высокопроизводительной вакуум-кристаллизационной установке (ВКУ) появляется необходимость растворять сильвинитовые руды на двух параллельных линиях. При этом усложняется управление процессом растворения за счет необходимости установки бункеров и дозаторов руды на каждую линию с делением потока руды со склада между бункерами, необходимость деления потока объединенного растворяющего раствора с ВКУ между линиями с последующим объединением слива растворителей с двух линий, его осветлением и охлаждением на ВКУ для получения целевого продукта. Объединение потоков сливов растворителей перед осветлением горячего насыщенного раствора не позволяет корректировать в соответствии с аналогом основной поток руды по расходу и составу осветленного насыщенного раствора, поступающего на ВКУ, так как процессы растворения сильвинитовой руды на каждой линии протекают индивидуально и составы сливов растворителей и их расход могут существенно отличаться. Следовательно, непонятно, в каком объеме необходимо корректировать расход руды на каждой линии. По предлагаемому способу растворяющий раствор аккумулируется в резервных емкостях за счет сильвинитового раствора, охлажденного на ВКУ, полученного после выделения из него кристаллизата хлористого калия, и различных промвод с химфабрики. Затем растворяющий раствор подается на подогрев и растворение сильвинитовых руд с регулировкой его расхода по уровню раствора в резервных емкостях с делением потока примерно поровну на каждую линию. Замеряют:
KClp.р-р
C - массовая доля KCl в растворяющем растворе;
р.р-р
3
ρ - плотность растворяющего раствора, т/м;
р.р-р
Т - температура растворяющего раствора,°C;
p.р-р2
Q - расход растворяющего раствора на вторую линию, т/ч.
По известной зависимости для второй линии растворения определяют:
руда2
Q - расход руды на вторую линию, т/ч;
KClруда
C - массовая доля KCl в руде;
i
B - постоянные коэффициенты, i=0, 1, 2, 3, 4, 5, 13, 34;
NaClp.р-р
_
C массовая доля NaCl в растворяющем растворе;
i
A - эмпирические коэффициенты, i=0, 1, 2, 3.
i
i
В таблице 1 приведены в соответствии с известным способом коэффициенты A и их значения, а в таблице 2 - коэффициенты B; и их значения. Из таблицы 2 исключен коэффициент 13 как незначимый, особенно учитывая, что осуществляется корректировка расхода руды по составу осветленного готового раствора.
NaClp.р-р
После подстановки коэффициентов таблицы 1 в уравнение для C с учетом переменных, выраженных в кодированном виде, для расчета массовой доли NaCl в растворе будет иметь вид:
i
При изменении числовых значений независимых переменных числовые значения коэффициентов B должны быть скорректированы.
По предлагаемому способу общий расход растворяющего раствора определяют по зависимости:
p.p-p1
Q - расход растворяющего раствора на первую линию, включая его расход на рекуперацию тепла, т/ч;
p.р-р2
руда2
p.р-р
Q - расход растворяющего раствора на вторую линию, включая его расход на рекуперацию тепла, т/ч. По вычисленным значениям для Q и Q рассчитывают расход руды на две линии по следующей зависимости:
pyдa
Q - расход руды на две линии, т/ч;
руда2
Q - расход руды на вторую линию, т/ч;
p.р-р2
Q - раствор растворяющего раствора на вторую линию, включая его расход на рекуперацию тепла, т/ч;
p.p-p
Q - общий расход растворяющего раствора, включая его расход на рекуперацию тепла на две линии, т/ч.
Расход руды для корректировки ее основного потока определяют по зависимости - см. аналог, патент №2398620:
руда
ΔG - расход руды, корректирующий ее основной поток, т/ч;
гот. p-p
G - расход осветленного готового раствора, т/ч;
KClгот.р-р
C - содержание хлористого калия в готовом осветленном растворе, %;
KClруда
C - содержание хлористого калия в сильвинитовой руде, %;
KClгот. р-р
α - степень насыщения осветленного готового раствора по хлористому калию определяют по зависимости:
гот. р-р
где Т - температура готового раствора, °C;
MgCl2
2
C - содержание в готовом растворе хлористого магния, т/1000 т HO;
KClгот.р-р
C - содержание хлористого калия в осветленном готовом растворе, %.
Расход руды для корректировки ее потока на вторую линию определяют по зависимости:
вычисленные значения подают в качестве задания в систему управления весовыми дозаторами руды общего потока и на второй линии.
руда2
руда2
Руду из бункера подают через дозатор руды общего потока на распределительное устройство, из которого дозатором руды на второй линии отбирают его необходимое рассчитанное количество на вторую линию - Q, включая расход руды для корректировки ее расхода для второй линии: ΔQ, а избыточная часть руды подается на первую линию.
Таким образом, решается поставленная задача - создание возможности работы двумя технологическими линиями с подачей руды на растворение из одного общего бункера с объединением слива растворителей с двух линий и последующей его подачей на осветление в сгустители, а затем на установку вакуум-кристаллизации и подачей оборотного растворяющего раствора на растворение сильвинитовой руды с его распределением на две линии.
Такое техническое решение позволяет упростить процесс за счет сокращения числа аппаратов в технологической линии: растворение-кристаллизация и уменьшения количества средств контроля и управления технологическим процессом, а именно - использовать в производстве одну установку ВКУ, минимальное количество сгустителей на две линии, подавать раздельно потоки растворяющего раствора и руды на две линии с min КИПиА.
Способ осуществляли следующим образом:
Растворяющий раствор из резервных емкостей нагревали на ВКУ за счет рекуперации тепла вторичного пара, а затем через подогреватели подавали на две линии растворителей. Часть растворяющего раствора подавали на рекуперацию тепла галитового отвала каждой линии, а затем также подавали на соответствующую линию растворителей.
p.p-p1
p.р-р2
Замеряли расход растворяющего раствора, включая его расход на рекуперацию тепла галитового отвала на каждую линию - Q и Q.
p.р-р
Рассчитывали общий расход растворяющего раствора - Q на две линии по зависимости:
По зависимости без коэффициента
p.р-р2
руда2
для расхода растворяющего раствора для второй линии Qи его состава определяли расход руды - Q в зависимости от содержания в ней хлористого калия.
По полученным результатам рассчитывали расход руды на две линии по следующей зависимости:
Расход руды для корректировки ее основного потока определяли по зависимости:
а затем определяли расход руды для корректировки на вторую линию
Вычисленные значения подавали в качестве задания в систему управления весовыми дозаторами руды общего потока и второй линии. Для этого руду из общего бункера в соответствии с вычисленными значениями общего расхода руды с корректировкой его расхода в соответствии с составом готового осветленного горячего насыщенного раствора подавали через дозатор руды общего потока на распределительное устройство, из которого дозатором руды на второй линии отбирали ее необходимое рассчитанное количество с учетом расхода руды для корректировки и расхода на вторую линию. Избыточная часть руды подавалась на первую линию.
Примеры осуществления опыта.
Пример 1.
Растворяющий раствор из резервных емкостей нагревали на ВКУ за счет рекуперации тепла вторичного пара до 67,7°C, а затем через подогреватели подавали на две линии растворителей с температурой раствора 112°C. Часть растворяющего раствора (~15%) подавали на рекуперацию тепла галитового отвала каждой линии, а затем также подавали на соответствующую линию растворителей.
Замеряли:
KClруда
C - содержание KCl в руде, 30,8%;
гот.р-р
Т - температура готового раствора, 96°C;
KClp р-р
C - массовая доля KCl в растворяющем растворе, 0,12;
p.р.-р
3
ρ - плотность растворяющего раствора, 1205 кг/м;
р.р-р
Т - температура растворяющего раствора, 67,7°C;
p.p-p1
3
Q - расход растворяющего раствора на первую линию, включая его расход на рекуперацию тепла галитового отвала, 580 м/ч;
p p-p2
3
Q - расход растворяющего раствора на вторую линию, включая его расход на рекуперацию тепла галитового отвала, 550 м/ч.
KClгот.р-р
C - содержание хлористого калия в готовом растворе, 20,02%;
MgCl2
2
C - содержание хлористого магния в готовом растворе, 6 т/1000 т НО. Рассчитывали общий расход растворяющего раствора:
По зависимости
определим массовую долю хлористого натрия в растворяющем растворе
По зависимости
pyдa2
3
с учетом коэффициентов, приведенных в таблице 2, определили расход руды для второй линии растворения Q при плотности раствора 1,205 г/см.
По полученным результатам рассчитали расход руды на две линии по следующей зависимости:
Расход руды для корректировки ее основного потока определили по зависимости:
KClгот.р-р
предварительно определив α
Знак (-) показывает, что общий расход руды должен быть сокращен на 12,274 т/ч.
Расход руды для корректировки на вторую линию определяют по зависимости:
pyдa
pyдa2
pyдa
pyдa2
Вычисленные значения: Q, Q, -ΔG, -ΔG подавали в качестве задания в систему управления дозаторами руды общего потока и расхода руды для второй линии.
pyдa
гот.р-р
p. р-р
3
3
В уравнении для ±ΔG вместо G приведены данные по расходу растворяющего раствора - Q=1130 м/ч и его плотность - 1205 т/м в связи с тем, что изменение расхода руды от такой подстановки меняется незначительно в пределах точности измерений.
руда
При значительном изменении ±ΔG этот показатель следует ввести поправочный повышающий коэффициент, равный
гот. р-р
3
где ρ - плотность готового раствора, т/м;
р.р-р
3
ρ- плотность растворяющего раствора, т/м,
или, применительно к примеру 1,