Технология минеральных солей (удоБрений, пестицидов, промышленных солей, окислов и кислот)
Кристаллизация хлористого калия
На современных калийных предприятиях кристаллизацию производят в многоступенчатых вакуум-кристаллизационных установках с рекуперацией тепла растворного пара. На некоторых из них сохранились устаревшие комбинированные схемы с охлаждением1 в вакуум-кристаллизаторах и башнях типа градирен. Охлаждение в башнях происходит при самоиспарении распыленного раствора; выделившиеся кристаллы хлористого калия и маточный щелок собирают внизу башни и направляют на отстойную станцию. Разность температур между наружным воздухом и охлажденным раствором составляет летом 10—15°, а зимой 25—35°.
При охлаждении в башнях исключается возможность использования тепла растворного пара; недостатком этого метода является также мелкокристаллическая структура получаемого продукта, который вследствие этого сильно слеживается. При комбинированном охлаждении в вакуум-кристаллизаторах и башнях кристаллы из башен имеют линейные размеры в 1,5 раза меньшие, чем в вакуум-кристаллизаторах. Средние размеры получаемых кристаллов колеблются в пределах 0,11—0,16 мм27.
Непрерывнодействующие многоступенчатые вакуум-кристаллизационные установки обеспечивают возможность рекуперации 40— 70% тепла, затраченного на нагрев щелоков при выщелачивании руды. Рекуперация тепла осуществляется путем нагревания маточных щелоков растворным паром в поверхностных конденсаторах или конденсаторах смешения. Скорость охлаждения и перепад температур при ступенчатой кристаллизации значительно снижаются, что способствует увеличению размеров кристаллов.
При укрупнении кристаллов, наряду с улучшением товарных качеств хлористого калия, обеспечивается повышение производительности центрифуг и сушилок за счет снижения влажности осадка.
С увеличением числа ступеней охлаждения повышается степень использования тепла растворного пара, возрастает общая площадь зеркала испарения и уменьшается перепад температур в каждой ступени. С другой стороны, многоступенчатые вакуум- кристаллизационные установки имеют очень большие габариты, удельный расход металла значителен, велик также объем производственных помещений. Увеличение числа ступеней свыше 14—• 15 почти не дает дальнейшего повышения температуры нагреваемого щелока (рис. 41) 28. При нагревании в поверхностных конденсаторах конечная температура щелока на 7—10° ниже, чем при
Рис. 41. Кривая выбора числа ступеней. |
Нагревании в конденсаторах смешения, однако качество хлористого калия в последнем случае несколько хуже.
Влияние числа ступеней на размеры кристаллов может быть определено по эмпирической формуле, предложенной Вязововым:
Dcp = 0,№-25
Где D—средний размер кристаллов, мм;
N — число ступеней.
В вертикальных вакуум-кристаллизаторах обеспечивается малый унос брызг щелока с паро-воздушной смесью. Горизонтальные вакуум-кристаллизаторы с мешалками дают более равномерное и медленное охлаждение, что способствует укрупнению кристаллов.
Присутствие в растворе взвешенных частиц шлама повышает вероятность образования центров кристаллизации и поэтому влечет за собой уменьшение размеров кристаллов. Диспергирующее воздействие шламов может быть подавлено введением добавок, из которых особенно активное влияние оказывают соли свинца, первичные алифатические амины, пектин, альгинат натрия и другие 29"31.
При эксплуатации 14-ступенчатых вакуум-кристаллизационных установок, в которых перепад температуры в каждой ступени составляет в среднем 4—5° и скорость охлаждения около 2 град/мин, Получаются кристаллы, средний размер которых не превышает 0,200 мм при значительном содержании фракции 0,150 мм (80%).
Присутствие этой фракции повышает пыление продукта при складировании и внесении в почву. Для получения хорошо рассевае - мого хлористого калия размер зерен 0,15 мм является предельным и содержание этой фракции должно строго контролироваться.
К Вакуум-насосу Рис. 43. Кристаллизатор ДТВ для регулируемой кристаллизации. |
Рис. 42. Кристаллизатор „Кристалл" для регулируемой кристаллизации. |
Жены поверхностными конденсаторами, последние 5 ступеней работают в общем цикле с конденсаторами смешения, орошаемыми свежей водой. Увеличение числа ступеней до 24 дает некоторый рост среднего размера кристаллов, однако содержание фракции —0,15 мм составляет 15—30% 29. Укрупнение кристаллов достигается при введении ретурной затравки в виде кристаллов средней фракции, отделенных от основной массы на классификаторах. Наиболее благоприятные результаты получены при введении затравки в количестве 40—70% от выкристаллизовавшегося хлористого калия с дополнительной добавкой- алкиламина для подавления образования новых центров кристаллизации29. В последние годы на зарубежных калийных предприятиях все шире используется так называемая регулируемая кристаллизация, |
Описаны вакуум-кристаллизационные установки с 24 ступенями охлаждения, состоящие из 8 горизонтальных корпусов с тремя ступенями в каждом корпусе. Первые 19 ступеней снаб
обеспечивающая получение крупнокристаллического продукта 32_35. Известны два типа аппаратов для этой цели: кристаллизаторы со взвешенным слоем типа «Кристалл-Осло» и кристаллизаторы с диркулирующей суспензией типа «ДТВ» с мешалкой и - всасывающей циркуляционной трубой. Схематическое изображение обоих типов кристаллизаторов показано на рис. 42 и 43. В кристаллизаторе со взвешенным слоем снятие пересыщения происходит при контакте раствора с массой взвешенных в потоке кристаллов, при этом кристаллизующаяся соль отлагается на поверхности частиц слоя. Укрупненные кристаллы непрерывно отводятся из нижней части аппарата. Свежие порции раствора смешиваются с циркулирующим потоком и далее поступают в вакуум-испаритель, где за счет самоиспарения образуется пересыщенный раствор, который по центральной трубе направляется в нижнюю часть .аппарата.
В кристаллизаторах типа «Кристалл» обеспечивается получение весьма крупных (до 2—3 мм) зерен хлористого калия, но производительность их довольно низка, так как для образования взвешенного слоя необходимо поддерживать сравнительно небольшую (1,5—2 см/сек) линейную скорость раствора, что требует установки для многотоннажных производств кристаллизаторов весьма большого диаметра. В кристаллизаторах с циркулирующей суспензией типа «ДТВ» производительность повышается в несколько раз, но размер получаемых кристаллов меньше. В настоящее время используются 4- и 8-ступенчатые установки с диаметром аппаратов 5 м при производительности 600 тыс. т хлористого калия в год35.