RU2555487C2 - Способ управления процессом получения хлористого калия - Google Patents

Abstract

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Способ управления процессом получения хлористого калия путем изменения входного потока воды включает регулировку расхода воды в поступающий на кристаллизацию раствор в зависимости от его расхода, содержания в нем хлористого калия, хлористого магния, кристаллического хлористого натрия и температуры. Проводят расчеты степени насыщения раствора по хлористому калию, коэффициентов повышения концентрации насыщенного раствора по хлористому натрию с получением кристаллизата хлористого калия с содержанием KCl 96,5-98,5% в пересчете на сухой продукт. Дополнительно замеряют расход отфильтрованного кристаллизата, содержание в нем хлористого калия и влаги, отношение жидкого к твердому в интервале 0,6-1,5 в суспензии хлористого натрия в насыщенном растворе хлористого калия и хлористого натрия, подаваемой для корректировки состава целевого продукта в сгущенную суспензию кристаллизата хлористого калия после вакуум-кристаллизации перед ее фильтрацией. По полученным данным определяют расход суспензии хлористого натрия. Замеренные и вычисленные значения технологических параметров подают в систему управления расходами воды и суспензии хлористого натрия. Изобретение позволяет получить целевой продукт с нижней границей содержания в нем KCl согласно требованиям нормативной документации. 1 з.п. ф-лы, 2 пр.

Description

Изобретение относится к технике получения хлористого калия галургическим способом и может быть использовано для управления качеством целевого продукта.

Известен способ управления процессом получения хлористого калия путем изменения расходов входных потоков - см. А.С. СССР №948884, кл. С01D 3/04, G05D 27/00, публ. 07.08.82, Бюл. №20.

Способ предусматривает стабилизацию содержания хлористого калия регулированием расхода воды в поступающий на кристаллизацию раствор в зависимости от температуры этого раствора и концентрации в нем хлористого калия.

Известен также способ управления процессом получения хлористого калия путем изменения входного потока воды в зависимости от изменения расхода поступающего на кристаллизацию осветленного насыщенного раствора, содержания в нем хлористого калия, хлористого натрия и хлористого магния и температуры - см. патент РФ №2399587, кл. С01D 3/04, G05D 27/00, публ. 10.06.2010, Бюл. №26. В известных способах получают целевой продукт с содержанием основного вещества 96-99% KCl путем нормированного ввода воды в осветленный насыщенный раствор для предотвращения кристаллизации хлористого натрия совместно с кристаллизацией хлористого калия. Эксплуатация калийных производств показала, что управление только водным балансом процесса кристаллизации хлористого калия не позволяет получать целевой продукт с нижней границей содержания в нем KCl: по требованию нормативной документации - не ниже 95%. Практически вместо 95% хлористого калия отгружают 97,0-97,7% продукт, так как для предотвращения образования бракованной продукции процесс кристаллизации ведут при степени насыщения раствора в корпусах ВКУ по хлористому натрию менее 1 за счет ввода избыточного количества воды. Это влечет за собой большие экономические потери для производителей целевого продукта за счет отгрузки вместо 95% KCl продукта с содержанием 97,0-97,7% KCl, так как ценовой надбавки за тонно-процент для хлористого калия не существует.

Известен способ управления процессом получения хлористого калия путем изменения входного потока воды, включающий регулировку расхода воды в поступающий на кристаллизацию раствор в зависимости от его расхода, содержания в нем хлористого калия, хлористого магния, кристаллического хлористого натрия и его температуры, расчеты степени насыщения раствора по хлористому калию, коэффициентов повышения концентрации насыщенного раствора по хлористому натрию с получением кристаллизата хлористого калия с содержанием KCl 96,5-98,5% - прототип, см. патент РФ №2406695, кл. С01D 3/04, GО5D 27/00, публ. 2012.2010, Бюл. №35.

Известный способ позволяет управлять водным балансом процесса кристаллизации хлористого калия на ВКУ за счет обеспечения степени насыщения по NaCl раствора в корпусах установки на уровне 1,0 при получении 96% продукта и 0,9 - при получении 98% продукта. Внедрение известного способа позволило сократить расход воды на ВКУ, однако во избежание образования «брака» продукции содержание в кристаллизате хлористого калия поддерживают на уровне 96,5-97,0% KCl, так как в процессе кристаллизации в насыщенных по NaCl растворах наблюдается процесс окклюзии - захват кристаллами маточного раствора, вследствие чего независимо от степени разбавления водой охлаждаемого на ВКУ раствора содержание NaCl в кристаллизате колеблется в интервале 0,7-1,5%. Этот процесс зависит от ряда трудно управляемых факторов - интенсивности кипения раствора в корпусах, Ж:Т суспензии, рельефа кристаллов, величины сростков и др. Поэтому известный способ также не позволяет получать целевой продукт с нижней границей содержания в нем KCl в соответствии с нормативной документацией, что влечет за собой экономические потери в производстве.

Задачей предлагаемого изобретения является создание возможности снижения экономических потерь за счет отгрузки вместо 95% хлористого калия продукта повышенного качества путем корректировки состава целевого продукта средствами управления. Поставленная задача решается 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 его расхода, содержания в нем хлористого калия, хлористого магния, кристаллического хлористого натрия и его температуры, расчеты степени насыщения раствора по хлористому калию, коэффициентов повышения концентрации насыщенного раствора по хлористому натрию с получением кристаллизата хлористого калия с содержанием KCl 96,5-98,5% в пересчете на сухой продукт, по предлагаемому способу дополнительно замеряют расход отфильтрованного кристаллизата, содержание в нем хлористого калия и влаги, отношение жидкого к твердому в интервале 0,6-1,5 в суспензии хлористого натрия в насыщенном растворе хлористого калия и хлористого натрия, подаваемой для корректировки состава целевого продукта в сгущенную суспензию кристаллизата хлористого калия после вакуум-кристаллизации перед ее фильтрацией, и по полученным данным определяют расход суспензии хлористого натрия по следующей зависимости:

где G_C.NaCl - расход суспензии хлористого натрия, т,

C_KCl - содержание KCl в кристаллизате в пересчете на сухой продукт, %,

G_KCl - расход кристаллизата, т,

n - отношение жидкого к твердому в суспензии хлористого натрия в насыщенном растворе хлористого калия и хлористого натрия,

w - содержание влаги в кристаллизате хлористого калия, мас. доли;

замеренные и вычисленные значения технологических параметров подают в систему управления расходами воды и суспензии хлористого натрия.

По предлагаемому способу суспензию хлористого натрия в насыщенном растворе хлористого калия и хлористого натрия с Ж:Т=0,6-1,5 готовят смешением хлористого натрия и маточного раствора с вакуум-кристаллизации либо используют солевой шлам, образующийся на стадии растворения сильвинитовых руд, после его сгущения.

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 его расхода, содержания в нем хлористого калия, хлористого магния, кристаллического хлористого натрия и его температуры, расчеты степени насыщения раствора по хлористому калию, коэффициентов повышения концентрации насыщенного раствора по хлористому натрию с получением кристаллизата хлористого калия с содержанием KCl 96,5-98,5% в пересчете на сухой продукт, по предлагаемому способу дополнительно замеряют расход отфильтрованного кристаллизата, содержание в нем хлористого калия и влаги, отношение жидкого к твердому в интервале 0,6-1,5 в суспензии хлористого натрия в насыщенном растворе хлористого калия и хлористого натрия, подаваемой для корректировки состава целевого продукта в сгущенную суспензию кристаллизата хлористого калия после вакуум-кристаллизации перед ее фильтрацией, и по полученным данным определяют расход суспензии хлористого натрия по следующей зависимости:

где G_C.NaCl - расход суспензии хлористого натрия, т,

C_KCl - содержание KCl в кристаллизате в пересчете на сухой продукт, %,

G_KCl - расход кристаллизата, т,

n - отношение жидкого к твердому в суспензии хлористого натрия в насыщенном растворе хлористого калия и хлористого натрия,

w - содержание влаги в кристаллизате хлористого калия, мас. доли;

замеренные и вычисленные значения технологических параметров подают в систему управления расходами воды и суспензии хлористого натрия.

Способ отличается также тем, что суспензию хлористого натрия в насыщенном растворе хлористого калия и хлористого натрия с Ж:Т=0,6-1,5 готовят смешением хлористого натрия и маточного раствора с вакуум-кристаллизации либо используют солевой шлам, образующийся на стадии растворения сильвинитовых руд, после его сгущения.

В соответствии с предлагаемым способом для управления процессом необходимо иметь суспензию хлористого натрия в насыщенном растворе хлористого калия и хлористого натрия, которую готовят, например, подачей кристаллического хлористого натрия в маточный раствор, полученный на установке вакуум-кристаллизации - ВКУ. Размер кристаллов должен быть соизмерим с кристаллами хлористого калия с ВКУ, то есть частицы соли должны иметь размеры в основном в интервале 0,1-0,7 мм, что достигается измельчением и классификацией соли известными способами, в противном случае мелкие классы соли выдуваются при сушке хлористого калия из целевого продукта в виде циклонной пыли. При возврате циклонной пыли в целевой продукт, а также фракций соли более 1 мм происходит сегрегация кристаллов соли и хлористого калия по фракциям в процессе хранения и транспортировки целевого продукта, в результате чего меняется его химический состав. Кроме того, наличие в соли фракций менее 0,1 мм ухудшает физико-химические свойства хлористого калия - его пылимость и слеживаемость.

По предлагаемому способу суспензию хлористого натрия готовят с отношением жидкого к твердому - n, равным 0,6-1,5, что позволяет равномерно распределить кристаллический хлористый натрий по сгущенной суспензии кристаллизата. Увеличение n свыше 1,5 нежелательно, так как ухудшит условия фильтрации суспензии на центрифуге (оптимальным является для фильтрации значение n=0,8-1,2), а снижение n менее 0,6 улучшает текучесть суспензии и равномерность ее распределения в сгущенной суспензии кристаллизата.

Анализ работы калийных предприятий показывает, что в качестве суспензии хлористого натрия в насыщенном растворе хлористого калия и хлористого натрия может быть использован солевой шлам галургического производства, образующийся при растворении сильвинитовой руды - см., например, Горный журнал, №8, 2007, с.25-27. Солевой шлам образуется из мелких классов сильвинитовых руд и при высаливании хлористого натрия из нагретого оборотного маточного раствора при растворении в нем хлористого калия сильвинитовой руды. При гидроклассификации солевого шлама может быть получена суспензия хлористого натрия в насыщенном сильвинитовом растворе с n=0,6-1,5.

По предлагаемому способу замеряют расход отфильтрованного кристаллизата до или после сушки, например, с помощью весоизмерителей, содержание в нем хлористого калия, например, радиоизотопным калиметром и влаги, например, инфракрасным влагомером, а также отношение жидкого к твердому в интервале 0,6-1,5 в суспензии хлористого натрия в насыщенном растворе хлористого калия и хлористого натрия, подаваемой для корректировки состава целевого продукта в сгущенную суспензию кристаллизата хлористого калия после вакуум-кристаллизации перед ее фильтрацией, например, с помощью плотномеров для суспензии и насыщенного раствора.

Связь между плотностью суспензии хлористого натрия и соотношением жидкой и твердой фаз n=(Ж:Т) в ней выражается через весовую долю х твердой фазы в суспензии по известной зависимости

или

$${\rho }_C=\frac{1}{\frac{x}{{\rho }_{тв}}+\frac{1-x}{{\rho }_{ж}}}$$

, например, А.Н. Плановский, В.М. Рамм, С.З. Каган, процессы и аппараты химической технологии, изд. «Химия», М., 1967, с.241,

где ρ_тв, ρ_ж и ρ_с - плотность хлористого натрия, ρ_тв=2000 кг/м³, жидкой фазы насыщенного раствора - ρ_ж и суспензии - ρ_с определяем известным способом.

Расход отфильтрованного кристаллизата может быть определен на конвейерной ленте весовым дозатором сразу же после фильтрации кристаллизата хлористого калия, полученного при вакуум-кристаллизации, либо после сушки продукта, поскольку время пребывания целевого продукта в сушильном аппарате, например в аппарате «кипящего» слоя, является минимальным.

Расход воды в поступающий на кристаллизацию раствор регулируют в соответствии с известным способом из расчета получения кристаллизата с содержанием KCl 96,5-98,5% в пересчете на сухой продукт.

По полученным данным определяют расход суспензии хлористого натрия по следующей зависимости:

где G_C.NaCl - расход суспензии хлористого натрия, т,

C_KCl - содержание KCl в кристаллизате в пересчете на сухой продукт, %,

G_KCl - расход кристаллизата, т,

n - отношение жидкого к твердому в суспензии хлористого натрия в насыщенном растворе хлористого калия и хлористого натрия,

w - содержание влаги в кристаллизате хлористого калия, мас. доли;

замеренные и вычисленные значения технологических параметров подают в систему управления расходами воды и суспензии хлористого натрия.

Суспензию хлористого натрия в насыщенном растворе хлористого калия и хлористого натрия с Ж:Т=0,6-1,5 готовят известными способами смешением хлористого натрия и маточного раствора с вакуум-кристаллизации либо используют солевой шлам, образующийся на стадии растворения сильвинитовых руд, после его сгущения.

Таким образом, решается поставленная задача - создается возможность снижения экономических потерь за счет отгрузки вместо 95% хлористого калия продукта повышенного качества путем корректировки состава целевого продукта средствами управления технологическим процессом.

Способ осуществляли следующим образом: регулировку расхода воды в поступающий на кристаллизацию раствор проводили в зависимости от его расхода, содержания в нем хлористого калия, хлористого магния, кристаллического хлористого натрия и его температуры. По полученным данным вели расчеты степени насыщения раствора по хлористому калию, определяли коэффициенты повышения концентрации насыщенного раствора по хлористому натрию и получали кристаллизат хлористого калия с содержанием KCl 96,5-98,5% в пересчете на сухой продукт. Замеряли расход отфильтрованного кристаллизата, содержание в нем хлористого калия и влаги, отношение жидкого к твердому в интервале 0,6-1,5 в суспензии хлористого натрия в насыщенном растворе хлористого калия и хлористого натрия, подаваемой для корректировки состава целевого продукта в сгущенную суспензию кристаллизата хлористого калия после вакуум-кристаллизации перед ее фильтрацией, и по полученным данным определяли расход суспензии хлористого натрия по следующей зависимости:

где G_C.NaCl - расход суспензии хлористого натрия, т,

C_KCl - содержание KCl в кристаллизате в пересчете на сухой продукт, %,

G_KCl - расход кристаллизата, т,

n - отношение жидкого к твердому в суспензии хлористого натрия в насыщенном растворе хлористого калия и хлористого натрия,

w - содержание влаги в кристаллизате хлористого калия, мас. доли;

замеренные и вычисленные значения технологических параметров подают в систему управления расходами воды и суспензии хлористого натрия.

Суспензию хлористого натрия в насыщенном растворе хлористого калия и хлористого натрия с Ж:Т=0,6-1,5 готовили смешением хлористого натрия и маточного раствора с вакуум-кристаллизации либо использовали солевой шлам, образующийся на стадии растворения сильвинитовых руд, после его сгущения.

Примеры осуществления способа

Пример 1.

В соответствии с известным способом регулировку расхода воды в поступающий на кристаллизацию раствор проводили в зависимости от его расхода, содержания в нем хлористого калия, хлористого магния, кристаллического хлористого натрия и его температуры. По полученным данным вели расчеты степени насыщения раствора по хлористому калию, коэффициентов повышения концентрации насыщенного раствора по хлористому натрию с получением кристаллизата хлористого калия с содержанием KCl 97,5% в пересчете на сухой продукт. Замеряли расход отфильтрованного кристаллизата, который составлял 200 т/ч, содержание в нем KCl-C_KCl=97,1% и массовой доли влаги w=0,037, готовили суспензию хлористого натрия в насыщенном растворе хлористого калия и хлористого натрия при n=1,1 и по зависимости

где G_C.NaCl - расход суспензии хлористого натрия, т,

C_KCl - содержание KCl в кристаллизате в пересчете на сухой продукт, %,

G_KCl - расход кристаллизата, т,

n - отношение жидкого к твердому в суспензии хлористого натрия в насыщенном растворе хлористого калия и хлористого натрия,

w - содержание влаги в кристаллизате хлористого калия, мас. доли,

определяли необходимый расход суспензии хлористого натрия для корректировки состава целевого продукта

Замеренные и вычисленные значения технологических параметров подавали в систему управления расходами воды и суспензии хлористого натрия для вывода технологических параметров на оптимальный режим получения хлористого калия с содержанием KCl не менее 95% основного вещества с минимальным превышением его содержания в целевом продукте.

Получили продукт с содержанием KCl 95,4%, что полностью соответствует нормативной документации на этот продукт - ГОСТ 4568-95 на 95% KCl.

Пример 2.

Способ осуществляли в соответствии с примером 1, но в качестве суспензии хлористого натрия использовали солевой шлам, образующийся на стадии растворения сильвинитовых руд, после его сгущения.

Claims (2)

1. Способ управления процессом получения хлористого калия путем изменения входного потока воды, включающий регулировку расхода воды в поступающий на кристаллизацию раствор в зависимости от его расхода, содержания в нем хлористого калия, хлористого магния, кристаллического хлористого натрия и его температуры, расчеты степени насыщения раствора по хлористому калию, коэффициентов повышения концентрации насыщенного раствора по хлористому натрию с получением кристаллизата хлористого калия с содержанием KCl 96,5-98,5% в пересчете на сухой продукт, отличающийся тем, что дополнительно замеряют расход отфильтрованного кристаллизата, содержание в нем хлористого калия и влаги, отношение жидкого к твердому в интервале 0,6-1,5 в суспензии хлористого натрия в насыщенном растворе хлористого калия и хлористого натрия, подаваемой для корректировки состава целевого продукта в сгущенную суспензию кристаллизата хлористого калия после вакуум-кристаллизации перед ее фильтрацией, и по полученным данным определяют расход суспензии хлористого натрия по следующей зависимости:
$$G_{C.NaCl}=\frac{(C_{KCl}-\mathrm{95,2})\cdot G_{KCl}\cdot n}{(1+n)\cdot \mathrm{95,2}\cdot (1-w)}$$

,
где G_C.NaCl - расход суспензии хлористого натрия, т,
C_KCl - содержание KCl в кристаллизате в пересчете на сухой продукт, %,
G_KCl - расход кристаллизата, т,
n - отношение жидкого к твердому в суспензии хлористого натрия в насыщенном растворе хлористого калия и хлористого натрия,
w - содержание влаги в кристаллизате хлористого калия, мас. доли;
замеренные и вычисленные значения технологических параметров подают в систему управления расходами воды и суспензии хлористого натрия.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что суспензию хлористого натрия в насыщенном растворе хлористого калия и хлористого натрия с Ж:Т=0,6-1,5 готовят смешением хлористого натрия и маточного раствора с вакуум-кристаллизации либо используют солевой шлам, образующийся на стадии растворения сильвинитовых руд, после его сгущения.