Способ управления процессом получения хлористого калия
Владельцы патента RU 2479487:
Закрытое акционерное общество ВНИИ Галургии (ЗАО ВНИИ Галургии) (RU)
Изобретение может быть использовано в неорганической химии. Способ управления процессом получения хлористого калия путем изменения входного потока воды включает регулировку расхода воды в поступающий на кристаллизацию раствор в зависимости от расхода и температуры раствора, концентрации в нем хлористого калия, хлористого магния и хлористого натрия, расчет расхода воды в поступающий на кристаллизацию раствор с подачей вычисленных значений в систему управления расходом воды, расчет концентрации насыщения раствора по хлористому натрию. Дополнительно измеряют расход охлажденного маточного раствора после выделения из него кристаллического хлористого калия в поступающий на кристаллизацию горячий раствор, его температуру и содержание в нем хлористого магния. По полученным параметрам рассчитывают расход воды для предотвращения кристаллизации хлористого натрия при охлаждении маточного раствора. Изобретение позволяет корректировать процесс кристаллизации хлористого калия путем ввода дополнительного количества воды в условиях возврата на установки вакуум-кристаллизации суспензии мелкокристаллического хлорида калия в охлажденном маточном щелоке. 1 з.п. ф-лы, 2 табл., 2 пр.
Изобретение относится к технике управления процессом получения хлористого калия при формировании раствора вводом воды в осветленный насыщенный раствор, поступающий со стадии растворения сильвинитовых руд и осветления жидкой фазы, на установках вакуум-кристаллизации.
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. а.с. СССР №463633, кл. C01D 3/04, опубл. в 1973 г. Данный способ управления неприемлем в условиях работы установок вакуум-кристаллизации (ВКУ) с возвратом суспензии мелкодисперсного кристаллизата хлористого калия в охлажденном на ВКУ маточном щелоке в голову процесса кристаллизации, так как при охлаждении жидкой фазы суспензии кристаллизуется смесь хлористого калия и хлористого натрия за счет испарения воды.
Известен способ управления процессом получения хлористого калия путем изменения расходов входных потоков - см. а.с. №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 также не предусматривает управления расходом воды, которую необходимо дополнительно подавать в условиях возврата в голову процесса суспензии мелкодисперсного хлористого калия, образующегося на стадии выделения целевого продукта после ВКУ.
Известен способ управления процессом получения хлористого калия путем изменения входного потока воды, включающий регулировку расхода воды в поступающий на кристаллизацию раствор в зависимости от расхода и температуры раствора, концентрации в нем хлористого калия, хлористого магния и хлористого натрия, расчет расхода воды в поступающий на кристаллизацию раствор с подачей вычисленных значений в систему управления расходом воды по приведенным в способе зависимостям и расчет концентрации насыщения раствора по хлористому натрию - прототип см. патент РФ 2406695 от 04.12.2008 г., кл. C01D 3/04, G05D 27/00, опубл. 20.12.2010. Бюл. №35.
Предложенный способ также не предусматривает корректировку управления расходом воды в условиях возврата на ВКУ суспензии мелкодисперсного хлористого калия, образующегося при гидроклассификации готовой суспензии хлористого калия из корпусов ВКУ с выделением целевого продукта. Возврат жидкой фазы суспензии на ВКУ путем ее смешения с поступающим на кристаллизацию горячим осветленным раствором приведет к ее нагреву, а при охлаждении на ВКУ из этой жидкой фазы происходит кристаллизация хлористого натрия за счет испарения воды под вакуумом в процессе охлаждения, что может привести к получению некондиционного целевого продукта.
Задачей предлагаемого изобретения является корректировка управления процессом кристаллизации хлористого калия вводом дополнительного количества воды в условиях возврата на ВКУ суспензии мелкодисперсного хлористого калия в охлажденном маточном растворе.
Поставленная задача достигается тем, что в отличие от известного способа, включающего регулировку расхода воды в поступающий на кристаллизацию раствор в зависимости от расхода и температуры раствора, концентрации в нем хлористого калия, хлористого магния и хлористого натрия, расчет расхода воды в поступающий на кристаллизацию раствор с подачей вычисленных значений в систему управления расходом воды и расчет концентрации насыщения раствора по хлористому натрию, по предлагаемому способу дополнительно измеряют расход охлажденного маточного раствора после выделения из него кристаллического хлористого калия в поступающий на кристаллизацию горячий раствор, его температуру и содержание в нем хлористого магния, по полученным параметрам рассчитывают расход воды для предотвращения кристаллизации хлористого натрия при охлаждении маточного раствора по следующей зависимости:
,
где 
- расход воды для предотвращения кристаллизации хлористого натрия при охлаждении маточного раствора, т;
GM - расход маточного раствора, т;
t2 - температура охлажденного маточного раствора, °С;
t1 - температура маточного раствора, нагретого за счет смешения с горячим раствором, поступающим на кристаллизацию, °С;
φ - эмпирический коэффициент, определяющий количество воды, испаряемой при охлаждении маточного раствора, и составляющий 0,0018 т Н2О на 1°С из 1 т маточного раствора, 1/°С.
Расход хлористого натрия GNaCl, т, который будет кристаллизоваться при отсутствии подачи воды с расходом , определяется зависимостью:
где CNaCl - концентрация насыщения маточного раствора по NaCl, т/1000 т Н2О, при насыщении раствора по хлористому калию, определяется зависимостью:
,
где 
- содержание в маточном растворе хлористого магния, т/1000 т H2O.
Другим отличием способа является то, что при необходимости ввода в кристаллизат хлористого натрия расход воды уменьшают от вычисленного значения, а расход хлористого натрия в целевой продукт увеличится пропорционально его уменьшению от вычисленного значения расхода.
Сущность способа управления процессом получения хлористого калия 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 расхода и температуры раствора, концентрации в нем хлористого калия, хлористого магния и хлористого натрия, расчет расхода воды в поступающий на кристаллизацию раствор с подачей вычисленных значений в систему управления расходом воды по приведенным в способе зависимостям и расчет концентрации насыщения раствора по хлористому натрию, по предлагаемому способу дополнительно измеряют расход охлажденного маточного раствора после выделения из него кристаллического хлористого калия в поступающий на кристаллизацию горячий раствор, его температуру и содержание в нем хлористого магния, по полученным параметрам рассчитывают расход воды для предотвращения кристаллизации хлористого натрия при охлаждении маточного раствора по следующей зависимости:
,
где - расход воды для предотвращения кристаллизации хлористого натрия при охлаждении маточного раствора, т;
GM - расход маточного раствора, т;
t2 - температура охлажденного маточного раствора, °С;
t1 - температура маточного раствора, нагретого за счет смешения с горячим раствором, поступающим на кристаллизацию, °С;
φ - эмпирический коэффициент, определяющий количество воды, испаряемой при охлаждении маточного раствора, и составляющий 0,0018 т Н2О на 1°С из 1 т маточного раствора, 1/°С.
Расход хлористого натрия GNaCl, т, который будет кристаллизоваться при отсутствии подачи воды с расходом , определяется зависимостью:
где CNaCl - концентрация насыщения маточного раствора по NaCl, т/1000 т H2O, при насыщении раствора по хлористому калию, определяется зависимостью:
,
где - содержание в маточном растворе хлористого магния, т/1000 т Н2О.
При необходимости ввода в кристаллизат хлористого натрия расход воды уменьшают от вычисленного значения, а расход хлористого натрия в целевой продукт увеличится пропорционально его уменьшению от вычисленного значения расхода.
Как показывает практика, на действующих галургических обогатительных фабриках в жидкой фазе, образующейся после выделения из нее кристаллизата - хлористого калия, полученной на установках вакуум-кристаллизации (ВКУ) (см., например, Горный журнал №8, 2007 www.rudmet.ru 1SS №0017-2278, с.25-30) остается до 10% от общего расхода твердой фазы - мелкодисперсного целевого продукта. Возврат такой жидкой фазы на стадию растворения сильвинитовой руды приводит к уменьшению емкости растворяющего раствора по KCl и, как следствие, к увеличению объема циркулирующего раствора в цикле: растворение-кристаллизация, а также к повышению энергозатрат на нагрев растворов, их охлаждение и транспортировку. В связи с этим в последнее время на калийных предприятиях вводят в эксплуатацию установки для дополнительного извлечения мелкодисперсного хлористого калия из охлажденного на ВКУ маточного раствора после выделения из него целевого продукта. Для этой цели используют операцию гидроклассификации, например, с применением пластинчатых сгустителей. Слив сгустителей направляют на нагрев, а затем на растворение сильвинитовой руды, а сгущенную суспензию с отношением жидкого к твердому (Ж:Т), равным ~1,0-2,5 - на ВКУ для формирования раствора вводом воды в осветленный насыщенный раствор, поступающий на стадии растворения сильвинитовых руд и осветления жидкой фазы. Однако при этом необходима корректировка управления расходом воды в условиях возврата на ВКУ суспензии мелкодисперсного хлористого калия, так как при охлаждении на ВКУ из этой жидкой фазы, нагретой за счет смешения ее с горячим осветленным раствором без подачи дополнительного количества воды, происходит кристаллизация хлористого натрия за счет испарения воды под вакуумом в процессе охлаждения, что приводит к увеличению содержания в целевом продукте NaCl, снижая его качество. Авторами установлена зависимость между расходом воды, которую необходимо подать для предотвращения кристаллизации хлористого натрия при охлаждении маточного раствора - от перепада температур на входе в первом и в последнем корпусах ВКУ (t1, t2), расхода маточного раствора - , содержащего сгущенную твердую фазу обычно с Ж:Т=1,0-2,5, а также определен по фактическим данным для разных типов ВКУ усредненный эмпирический коэффициент φ, определяющий количество воды, испаряемой при охлаждении маточного раствора, и составляющий 0,0018 т Н2О на 1°С из 1 т маточного раствора. Величина этого коэффициента зависит от температуры и состава жидких фаз, а также потерь тепла в окружающую среду. Однако для практики коэффициент φ можно считать постоянной величиной.
Ж:Т сгущенной суспензии может выходить за указанные пределы и зависеть от эффективности гидроклассификации мелкодисперсного хлористого калия в охлажденном после ВКУ маточном растворе.
Благодаря возврату сгущенной суспензии мелкодисперсного хлористого калия в первый корпус ВКУ объединенный раствор содержит зародыши кристаллизации, а нагрузка на корпусы ВКУ по твердой фазе становится оптимальной, что ведет к увеличению выхода целевых фракций кристаллизата, содержащих минимальное количество пылевых фракций KCl - не менее 100 микрон. Расход хлористого натрия CNaCl, т, который кристаллизуется при отсутствии подачи воды для предотвращения его кристаллизации при охлаждении маточного раствора GM, определяется зависимостью
,
где CNaCl - концентрация насыщения маточного раствора по NaCl, т/1000 т H2O, при насыщении раствора по хлористому калию определяется зависимостью:
,
где - содержание в маточном растворе хлористого магния, т/1000 т Н2О.
По предлагаемому способу при необходимости ввода в кристаллизат хлористого натрия, например, для понижения в нем содержания KCl расход воды уменьшают от вычисленного значения, при этом расход хлористого натрия в целевой продукт увеличится пропорционально его уменьшению от вычисленного значения расхода. Такая операция бывает полезной, если по контракту требуется отгружать продукт, например, с содержанием не менее 95% KCl, а по факту образуется продукт 95,5% или выше, а дополнительное содержание основного вещества в нем не оплачивается.
В таблице 1 приведены данные по дополнительному расходу воды, которую необходимо подать для корректировки ее расхода на ВКУ в условиях возврата на ВКУ суспензии мелкодисперсного хлористого калия в охлажденном маточном растворе для предотвращения кристаллизации NaCl.
| Таблица 1 | ||||||
| № п.п | Расход суспензии, т | Ж:Т суспензии | Расход маточного раствора, т | Температура, °С | Расход воды на корректировку, т | |
| на выходе в ВКУ | в последнем корпусе ВКУ | |||||
| 1 | 100 | 0,7 | 41,2 | 95 | 30 | 4,8 |
| 2 | 200 | 1,0 | 100,0 | 93 | 35 | 10,4 |
| 3 | 200 | 2,0 | 133,3 | 90 | 35 | 13,2 |
| 4 | 200 | 2,5 | 142,8 | 92 | 38 | 13,9 |
| 5 | 100 | 3,0 | 75,0 | 89 | 40 | 6,6 |
Из приведенных данных видно, что приведенное в предлагаемом изобретении техническое решение позволяет за счет корректировки регулирования расхода воды предотвратить кристаллизацию хлористого натрия на ВКУ в условиях возврата сгущенной суспензии мелкодисперсного хлористого калия в охлажденном маточном растворе практически для любых режимов кристаллизации целевого продукта.
В таблице 2 приведены расходы хлористого натрия, который будет кристаллизоваться при отсутствии подачи воды для корректировки ее расхода для условий, приведенных в таблице 1.
| № п.п | Расход маточного раствора, т | Температура, °C | Вычисленное значение CNaCl, т/1000 т H2O | Расход воды на корректировку, т | |
| на вход в ВКУ | в последнем корпусе ВКУ | ||||
| 1 | 41,2 | 95 | 30 | 296,0 | 1,42 |
| 2 | 100,0 | 93 | 35 | 293,0 | 3,06 |
| 3 | 133,3 | 90 | 35 | 293,0 | 3,87 |
| 4 | 142,8 | 92 | 38 | 291,4 | 4,04 |
| 5 | 75,0 | 89 | 40 | 290,4 | 1,92 |
Вычисленное значение CNaCl определено в соответствии с прототипом для , равным 0. Из приведенных данных видно, что расход хлористого натрия, кристаллизующегося в условиях отсутствия корректировки расхода воды, является переменной величиной, зависящей от выбранных параметров, и автоматически их определяя и зная расход кристаллизата целевого продукта за счет управления расходом воды от вычисленного значения путем его снижения, можно регулировать содержание NaCl в хлористом калии, понижая его качество.
Таким образом решается задача предлагаемого изобретения корректировки управления процессом кристаллизации хлористого калия вводом дополнительного количества воды в условиях возврата на ВКУ суспензии мелкодисперсного хлористого калия в охлажденном маточном растворе.
Способ осуществляли следующим образом.
Горячий насыщенный раствор, поступающий со стадии растворения сильвинитовой руды и осветления жидкой фазы, направляли в запиточный стакан вакуум-кристаллизационной установки, замеряли температуру и расход раствора, массовую долю в нем калия, хлористого натрия, содержание MgCl2, расход раствора циклонной пыли и его состав с подачей полученных значений в систему управления основным расходом воды.
Дополнительно измеряли:
- расход охлажденного маточного раствора после выделения из него кристаллического хлористого калия в поступающий на кристаллизацию на ВКУ горячий раствор с помощью индукционного расходомера типа СОРА ХЕ, откалиброванного на т/ч с учетом содержания в нем твердой фазы;
- температуру раствора на входе в ВКУ, полученную после смешения всех фаз, а также температуру жидкой фазы на выходе из последнего корпуса ВКУ - с помощью термообразователя с унифицированным выходным сигналом, например ТСМУ-055. Сигналы с первичных преобразователей поступали на контроллер, где по полученным параметрам вычисляли концентрацию насыщения раствора по хлористому натрию и рассчитывали расход воды для предотвращения кристаллизации хлористого натрия при охлаждении маточного раствора путем корректировки общего расхода воды, подаваемой на ВКУ, в системе управления расходом воды.
При необходимости ввода в кристаллизат хлористого натрия расход воды уменьшали от вычисленного значения; при этом расход хлористого натрия увеличивался пропорционально его уменьшению от вычисленного значения расхода.
Параметры осуществления способа.
Пример 1
Показания приборов:
| - расход маточного раствора, GM, | |
| (расход суспензии 200 т с Ж:Т=1) | 100 т |
| - температура раствора на входе в ВКУ, t1 | 93°С |
| - температура раствора в последнем корпусе ВКУ, t2 | 35°С |
Рассчитывали расход воды для предотвращения кристаллизации хлористого натрия при охлаждении маточного раствора - , т, по зависимости:
,
где φ - эмпирический коэффициент, определяющий количество воды, испаряемой при охлаждении маточного раствора, и составляющий 0,0018 т Н2О на 1°С из 1 т маточного раствора, 1/°С;
Вычисленные контроллером значения подали в систему управления расходом воды для корректировки общего его расхода. Увеличения содержания хлористого натрия в целевом продукте за счет подачи на ВКУ охлажденного маточного раствора не обнаружено.
Пример 2
Показания приборов:
| - расход маточного раствора, GM, | |
| (расход суспензии с Ж:Т=2-200 т) | 133,3 т |
| - температура раствора на входе в ВКУ, t1 | 90°С |
| - температура раствора в последнем корпусе ВКУ, t2 | 35°С |
Рассчитывали расход воды для предотвращения кристаллизации хлористого натрия при охлаждении маточного раствора - , т.
Рассчитывали концентрацию насыщения маточного раствора CNaCl, т/10000 т H2O по зависимости:
При этом содержания MgCl2 в растворе не обнаружено, т.е. 
.
Рассчитывали расход хлористого натрия GNaCl, т, который будет кристаллизоваться при отсутствии подачи воды с расходом :
Для понижения содержания хлористого калия в готовом продукте до требований контракта необходимо ввести в него 2 т хлористого натрия, следовательно, расход воды для корректировки состава
Вычисленные контроллером значения подали в систему управления расходом воды для корректировки общего его расхода. При этом содержание хлористого натрия в готовом продукте повысилось на 2 т, что при расходе целевого продукта 200 т/ч понизило содержание основного вещества в нем ~ на 1%.
1. Способ управления процессом получения хлористого калия путем изменения входного потока воды, включающий регулировку расхода воды в поступающий на кристаллизацию раствор в зависимости от расхода и температуры раствора, концентрации в нем хлористого калия, хлористого магния и хлористого натрия, расчет расхода воды в поступающий на кристаллизацию раствор с подачей вычисленных значений в систему управления расходом воды, расчет концентрации насыщения раствора по хлористому натрию, отличающийся тем, что дополнительно измеряют расход охлажденного маточного раствора после выделения из него кристаллического хлористого калия в поступающий на кристаллизацию горячий раствор, его температуру и содержание в нем хлористого магния, по полученным параметрам рассчитывают расход воды для предотвращения кристаллизации хлористого натрия при охлаждении маточного раствора по следующей зависимости:
где 
- расход воды для предотвращения кристаллизации хлористого натрия при охлаждении маточного раствора, т;
Gм - расход маточного раствора, т;
t2 - температура охлажденного маточного раствора, °С;
t1 - температура маточного раствора, нагретого за счет смешения с горячим раствором, поступающим на кристаллизацию, °С;
φ - эмпирический коэффициент, определяющий количество воды, испаряемой при охлаждении маточного раствора, и составляющий 0,0018 т Н2О на 1°С из 1 т маточного раствора, 1/°С, при этом расход хлористого натрия GNaCl, т, который будет кристаллизоваться при отсутствии подачи воды с расходом 
определяется зависимостью:
где CNaCl - концентрация насыщения маточного раствора по NaCl, т/1000 т Н2O, при насыщении раствора по хлористому калию, определяется зависимостью:
,
где 
- содержание в маточном растворе хлористого магния, т/1000 т H2O.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при необходимости ввода в кристаллизат хлористого натрия расход воды 
уменьшают от вычисленного значения, а расход хлористого натрия в целевой продукт увеличится пропорционально его уменьшению от вычисленного значения расхода.
