Способ квазинепрерывного определения степени насыщения сильвином горячих растворов и устройство для его осуществления

 

Степень насыщения сильвином получавшегося при выделении растворением калийной сырой соли горячего раствора определяют с высокой точностью при использовании датчиков с использованием поперечного пьезоэлектрического эффекта или датчиков скорости звука и управляют автоматически процессом разделения и кристаллизации. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к способу непрерывного определения степени насыщения сильвином горячих растворов и к устройству для его осуществления.

Способ горячего выделения растворением является распространенным способом в калийной промышленности для получения хлористого калия. При этом используют различные свойства растворения галита, сильвина и, главное, кизерита.

Выделение растворением хлористого калия из соли-сырца осуществляют с помощью так называемой горячей щелочи растворителя, которая содержит хлористый калий, хлористый магний и сульфат магния. При этом свойства растворимости примерно представлены с помощью пятеричной системы: Na⁺, K⁺, Mg²⁺, Cl^- и SO²₄^- , H₂O (Ullmann's Encyclopedia of Jndustrial Chemistry, V.A 22, Sth ed. Weinheim; Chemie, 1993, p.53).

Содержащееся при этом в циркуляционном контуре количество щелочи-растворителя поддерживается примерно постоянным и соль-сырец добавляют в зависимости от содержания нужного вещества. Из получающегося при этом горячего необработанного раствора можно получить KCl с помощью фракционированного способа кристаллизации. Решающей величиной для выхода хлористого калия является степень насыщения сильвином (S. G.) необработанного раствора. Под S. G. в данном случае нужно понимать соотношение между концентрацией необработанного раствора, насыщенного исключительно галитом, и раствора сравнения, дополнительного насыщенного сильвином. В случае слишком высокого значения S. G. хлористый калий выделяется из соли-сырца не полностью. Это приводит к потерям ценного вещества через осадок.

В случае слишком малой S.G. хлористый калий выделяется растворением из соли-сырца как раз, насколько это возможно, полностью, однако на единицу щелочи-растворителя получается меньше ценного вещества. Кроме того, это приводит к нежелательно высокому растворению каменной соли.

При современном уровне техники способ горячего разделения растворением контролируется с помощью физических методов определения (температура, плотность по ареометру, радиометрическое определение калия) и на основе химического анализа. Для оптимизации или управления этим процессом требуется проводить эти определения через, по возможности, наиболее короткие интервалы времени. Для определения плотности и химического анализа раствора всегда нужны растворы, не содержащие твердых веществ. На основе проведенных определений и известных соотношений растворимостей указанной выше системы можно рассчитать S.G. раствора соли-сырца относительно KCl. Если бы даже эти определения можно было бы полностью автоматизировать, что в настоящий момент в мировой калийной промышленности еще не существует, результаты едва ли были бы удовлетворительными. Ошибки всех нужных здесь определений, а также ошибки соответствующих значений равновесия приводят, согласно закону распространения ошибок, к высокой неточности расчетных значений степени насыщения.

В журнале Z. angew Phys. 27 (1969), N 4, c. 273 О.Кратки, Х.Леопольд и Х.Штабингер описывают использование высокочувствительных сенсоров, пригодных для определения концентраций или плотности газов и жидкостей. Эти измерения основываются на том, что определенный объем измеряемого вещества принимает участие в незатухающих колебаниях вибратора с изогнутыми элементами, собственная частота которого благодаря этому изменяется.

Цель изобретения - производить определение S.G. раствора соли-сырца в процессе горячего выделения растворением, во-первых, автоматически, а во-вторых, с такой точностью, чтобы была возможной оптимизация или управление процессом.

Желательно непосредственное определение S.G. необработанного раствора, так как эта величина играет ключевую роль для всего процесса.

В описываемом здесь способе используется высокая чувствительность сенсоров колебаний для определения плотности. Разумеется, одно определение плотности, даже проведенное с высокой точностью, не позволяет однозначно характеризовать необработанный раствор относительно S. G. хлористого калия (KCl), так как остальные компоненты также являются изменяемыми.

Для преодоления этих трудностей в этом способе использовали дифференцированный порядок измерений.

Период колебаний исследуемого раствора в качестве величины измерения определяли при повышенной по сравнению с температурой необработанного раствора температуре T_м. После контактирования этого раствора с твердым KCl при температуре дополнительного насыщения T_NS, которая ниже T_м, и (приблизительно) установки равновесия раствора снова проводится измерение при температуре T_м. Если значение второго выше, то раствора воспринял KCl. Это значит, что исследуемый раствор при температуре T_NS является ненасыщенным относительно KCl.

Если второе значение ниже, то раствор отдал KCl. Это значит, что исследуемый раствор при температуре T_NS пересыщен относительно KCl. В том случае, если исследуемый раствор при температуре T_NS насыщен, то не наблюдается никаких изменений. Отсюда следует, что при таком порядке измерений с помощью изменения T_NS можно измерить температуру T_S, при которой раствор насыщен относительно KCl. Разница между T_S и температурой T необработанного раствора (перегрев или переохлаждение исследуемого раствора) находится в тесной взаимосвязи с S. G. раствора. При определении S.G. таким путем, а именно с помощью T и T_S, достигается значительно более высокая точность, чем прежде.

В соответствии с этой возможностью разработали устройство для контроля горячего разделения растворением при получении хлорида калия.

На фиг. 1 представлена схема указанного устройства. Это устройство состоит из трех систем: фильтрационного устройства A, измерительного устройства B и устройства оценки результатов C.

Технологическая схема фильтрационного устройства показана на фиг. 2.

Из разделительного аппарата с помощью насоса 2 отбирается частичный поток 1 и через клапан 3 направляется к фильтру 5. С помощью клапана 6 устанавливается соответствующее давление, которое приводит к тому, что через клапан 7 протекает фильтрат.

С помощью установки давления и посредством клапана 7 устанавливается желаемый поток фильтрата, который замеряется с помощью устройства 8 для измерения потока.

Фильтрат 9 непосредственно после выхода из фильтра 5 с помощью источника 10 тепла нагревается на несколько градусов выше температуры, которая замеряется термометром 4. Это происходит в процессе прохождения фильтрата через трубопровод с двойными стенками, который нагревается с помощью соответствующего теплоносителя, например глицерина.

В качестве фильтрующего средства можно выбрать, в зависимости от температуры и величины распределения зерен находящегося в необработанном растворе твердого вещества, соответствующие фильтровальные полотна или мембраны.

На фиг. 3 показана поточная схема измерительного устройства.

Нагретый фильтрат 9 попадает в первую измерительную ячейку 11, которая, как и вторая измерительная ячейка 12, поддерживается при температуре (замеренной у п. 13) выше температуры термометра 4. В измерительной ячейке 11 исследуется фильтрат с помощью применяемых сенсоров и получается значение измерения 14. Затем фильтрат проходит через колонну 15 насыщения, которая наполнена KCl в виде осадка 16.

Эта колонна поддерживается при температуре 17, которая близка к ожидаемой температуре насыщения. Здесь фильтрат, в зависимости от S.G., принимает осадок, отдает или оставляет колонну 15 насыщения без изменения.

Во второй измерительной ячейке 12 раствор снова замеряется с такой же точностью, как и раньше, и получается значение замера 18. Затем фильтрат выходит из измерительного устройства и может возвращаться в разделительный аппарат.

Устройство для оценки результатов состоит из компьютера, который по значениям замеров обеих ячеек и температуре T_NS определяет температуру насыщения T_S. По разнице температуры T сырого раствора и температуры насыщения T_S определяют S. G. раствора необработанной соли относительно KCl через секундные интервалы.

Пример. Колебание S. G. горячего раствора при обработке калийной соли представлено на фиг. 4 для времени обработки 6 ч. Показанное там значение для момента времени 2 ч и 15 мин определяют следующим образом.

Необработанный раствор имел к этому моменту времени температуру T = 91,20^oC и в начале прошел фильтрацию. После нагревания определение температуры показало T_M = 92,88^oC. При этой температуре время для 500 колебаний на первом сенсоре 11 было 1,6989679 с. После охлаждения до T_NS = 88,43^oC раствор был приведен в контакт с твердым KCl в колонне дополнительного насыщения.

Второй сенсор 12 показал затем значение 1,6988850 с для 500 колебаний, изменение составило, таким образом, Δ = 0,0000829 с, показатель того, что раствор отдал хлористый калий. На основе тарирования применяемых сенсоров с исследуемым раствором можно рассчитать температуру насыщения следующим образом: T_S = T_NS + 4306, 076 · (t₂ - t₁₎), причем t₂ - t₁ представляет разность температур обоих сенсоров. В этом случае определяется температура T_S = 88,27^oC.

Разность температур T_S - T как мера насыщения составляет 88,27-91,20 = -2,93K. С помощью множительного коэффициента 0,27 моль/KCl/₂/ кмоль (H₂O) · K на основе корреляции с соответствующими химическими анализами можно рассчитать разность концентраций по отношению к раствору сравнения, насыщенному, наряду с галитом, а также сильвином.

Формула изобретения

1. Способ квазинепрерывного определения степени насыщения сильвином горячих растворов для контроля и управления процессом горячего разделения растворением необработанной калийной соли, заключающийся в том, что из потока необработанного раствора при сохранении температуры T разделения непрерывно получают не содержащий твердых частиц фильтрат, причем этот раствор фильтрата нагревают до более высокой по сравнению с температурой T температуры T_м и проверяют общую концентрацию растворенных веществ посредством определения плотности раствора, при этом температуру T_м устанавливают настолько выше температуры T раствора соли, чтобы раствор однозначно находился в ненасыщенной KCl области, затем раствор охлаждают до температуры T_NS, которая ниже температуры T необработанного раствора, при этой температуре приводят в контакт с твердым хлористым калием, причем температуру дополнительного насыщения T_NS устанавливают на ожидаемую температуру T_S насыщения, после повышения температуры до значения T_м первого замера снова так же определяют общую концентрацию, после чего определяют температуру T_S насыщения необработанного раствора относительно хлористого калия, которую получают из суммы температуры дополнительного насыщения T_NS и разности значений первого и второго замеров, умноженной на постоянную тарирования применяемого измерительного прибора, причем разность полученной таким образом температуры T_S и первоначальной температуры T необработанного раствора служит мерой степени насыщения сильвином.

2. Устройство для квазинепрерывного определения степени насыщения сильвином горячих растворов для контроля и управления процессом горячего разделения растворением необработанной калийной соли, содержащее фильтрационную установку для получения измеряемой пробы из необработанного раствора и подсоединяемое измерительное устройство для определения температуры насыщения T_S и соединенное с ним устройство для оценки результатов и управления, причем измерительное устройство содержит две ячейки для измерения плотности, соединенные последовательно, а также подключенную между ними колонну дополнительного насыщения, заполненную твердым KCl, с возможностью установки температуры T_м для измерительных ячеек и T_NS для колонны дополнительного насыщения путем термостатирования.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что измерительные ячейки представляют собой датчики с использованием поперечного пьезоэлектрического эффекта.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что измерительные ячейки представляют собой датчики скорости распространения звука.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4