Исследование процесса сернокислотного разложения флюорита в барабанной вращающейся печи

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Ядерная техника


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

УДК 661. 487:621. 365
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА СЕРНОКИСЛОТНОГО РАЗЛОЖЕНИЯ ФЛЮОРИТА В БАРАБАННОЙ ВРАЩАЮЩЕЙСЯ ПЕЧИ
С. Н. Кладиев, В. П. Пищулин, Ю. В. Трухин, Ю.Н. Дементьев*
Северский государственный технологический институт E-mail: kladiev@ssti. ru *Томский политехнический университет E-mail: epatpu@mail2000. ru
Изучен процесс получения безводного фтороводорода термическим разложением плавикового шпата CaF2 серной кислотой и предложена регрессионная модель технологического процесса. Результаты исследования использованы в промышленных технологических установках с барабанными вращающимися печами и шнековыми питателями. Достигнут оптимальный режим получения безводного фтороводорода с минимальным содержанием остаточной серной кислоты.
Основное количество ОТ получают сернокислотным разложением плавикового шпата CaF2 в барабанных вращающихся печах с наружным обогревом с последующей очисткой реакционного газа в промывной колонне, охлаждением его и конденсацией ОТ, ректификационной очисткой конденсата с получением ОТ высокой чистоты [1]. Основной процесс сернокислотного разложения плавикового шпата происходит в соответствии со схемой:
СаЕ2 + И2804 & gt- СаЕ2-Н^О, 70−130 °с & gt-
& gt- СаБ — Ш04 + НЕ Т ш-270 °с & gt- Са804 + 2ИЕ Т.
Содержащиеся в плавиковом шпате примеси: карбонаты кальция, сульфиды кальция и свинца, диоксид кремния и другие, приводят к увеличению расхода серной кислоты, снижению выхода и уменьшению концентрации ОТ в реакционном газе. Наиболее концентрированный по ОТ реакционный газ получается в барабанных вращающихся печах с косвенным электрическим обогревом. Процесс характеризуется низкой степенью реагирования плавикового шпата до 98,5… 99,0%, повышенным расходом серной кислоты, большой длительностью процесса [1].
Управления процессом сернокислотного разложения плавикового шпата в производстве безводного ОТ сводится к минимизации остаточного содержания фторида кальция в отвале при соблюдении наложенных ограничений на переменные процесса. Таким образом, задача построения статистического математического описания состоит в нахождении зависимости показателя остаточного содержания фторида кальция в отвале от входных переменных процесса. В связи с тем, что на температуру реакционного газа на выходе из печи и содержание в отвале серной кислоты наложены ограничения, при нахождении оптимальных значений входных переменных необходимо, чтобы эти ограничения тоже выполнялись. Для этого требуется разработка математических уравнений, связывающих значения содержания серной кислоты в отвале и температуры реакционного газа со значениями входных переменных процесса.
Для интенсификации процесса получения ОТ предложено:
— повысить температуру в первой зоне греющей камеры-
— осуществить предварительный нагрев серной кислоты-
— обеспечить возврат отвального гипса в голову процесса-
— добавить ОТ в рабочую смесь кислот (до
8,5. 10,0 мол. %) —
— применить поверхностно-активные вещества (до 0,02. 0,04% от количества серной кислоты) —
— использовать прямой электрический нагрев реакционной массы плавикового шпата и рабочей смеси кислот [2].
Важную роль на процесс сернокислотного разложения плавикового шпата оказывает температура процесса.
Для создания малоотходной и энергосберегающей технологии разработано устройство непрерывного измерения температуры реакционной массы по длине барабана внутри него. Разработан способ получения фтороводорода, позволяющий сократить продолжительность процесса, тепломассообменный аппарат (рисунок), обеспечивающий повышение точности управления, и специальное устройство, уменьшающее инерционность процесса сернокислотного разложения за счет быстрого прогревания реакционной массы до 70. 100 °C и ее перехода в сыпучее состояние.
Регрессионная модель сернокислотного разложения плавикового шпата
Из анализа данных, полученных в результате исследования процесса термического сернокислотного разложения плавикового шпата, в качестве входных переменных были выбраны следующие технологические факторы, имеющие наибольшую степень влияния на производительность печи:
Входные переменные процесса: 0СаР1 — массовый расход CaF2- СНр/СН04 — отношение массового расхода ОТ к массовому расходу серной кислоты рабочей смеси кислот- - отношение массово-
го расхода в рабочей смес2и4кислот серной кислоты
12
т 1
т _шн 1
Т-7−7-



оУш
ам'-
17
Рисунок. Тепломассообменный аппарат для сернокислотного разложения плавикового шпата: 1) барабан- 2) передняя загрузочная головка- 3) перемешивающее устройство- 4) задняя разгрузочная головка- 5) венцовая шестерня- 6) бандаж- 7) транспортная труба- 8) улита- 9) шнек-питатель- 10) штуцер загрузки плавикового шпата- 11) штуцер подачи серной кислоты- 12) штуцер удаления газообразных продуктов- 13) сальниковое уплотнение- 14) защитная труба для вывода соединительных проводов- 15) ось регулируемой стойки- 16) бобышка подвижной опоры- 17) патрубок задней разгрузочной головки- 18) электроды с термочувствительными элементами
к массовому расходу плавикового шпата- ?1р, ^
— температура в первой, второй и третьей зоне греющей камеры.
Выходные переменные процесса: хСар2 — содержание фторида кальция в отвале- хн^о4 — содержание в отвале серной кислоты- Iр — температура реакционного газа на выходе из печи- /ь /2, /3 — температура реакционной массы в первой, второй и третьей зоне обогрева печи.
В качестве регрессионной модели, отображающей зависимость между регулируемыми параметрами и регулирующими воздействиями, входными и режимными параметрами используется совокупность уравнений.
^"4 = 5,2+0,3^ -65,5-
си
си
-+11,7--
Он
Ос
+0,03 — ?1 + 0,006 — (ОсаР)2 — 32,1 —
Он
Ос,
с
с
-1,1 — ?1 —
Он
Ос.
-+0,14 — ?2
Он
/ = 152,1 -169,3 —
сн
Сн
+0,02 — О_ + 212,2 —
— 31,5--
Он
Ос.
Ос.
— + 0,18 — ?2 + 0,05 — Д +
Он
Ос
+ 0,07 — - Ос"с +
+3,7 — Ос.
-39,9 —
О"
Ос.
С,
О"
-7,9 —
Он
Ос,
Ос,
--0,01(О_)2 — 4,7-
Он
Ос,
+1,0003 — ?22 + 0,0004 — ?2 + 0,001 -1 — ОсяР — 0,06 — ?2
Сн
Регрессионные уравнения устанавливают зависимость между температурой реакционного газа, остаточным содержанием серной кислоты и фторида кальция в отвале, расходами плавикового шпата и смеси кислот, температурами реакционной массы в зонах нагрева и концентрациями фто-роводорода и серной кислоты в смеси кислот.
Ограничения наложены на: массовые расходы входных потоков- режимные параметры- температуру реакционного газа- остаточное содержание фторида кальция в отвале, а также характеристики состава входных потоков.
При выполнении условий ограничения на:
— массовые расходы входных потоков, кг/с
О™ = 0,21… 0,29-
Он, о4 = 0,22… 0,40-
— режимные параметры печи, °С
= 50… 100- =140. 210- = 210… 270-
?1гр = 560… 580-
?2гр = 570… 600-
?Зр = 460… 560-
5
— температуру реакционного газа, °С
?рг = 160… 190-
— остаточное содержание фторида кальция и серной кислоты в отвале, мас. доли
хсаГ = 0,002… 0,02- хн 30 = 0,005… 0,015-
— характеристики состава входных потоков, мас. доли
Снг = 0,068… 0,089-
С& amp-Р2 = 0,95… 0,96-
СНг304 = 0,89… 0,92,
возможно приготовление оптимальной по составу рабочей смеси кислот:
Н2804 — 89,50. 91,44%-
НБ — 8,32. 9,56%-
Н20 — 0,24. 0,50%.
При этом в производстве фтороводорода на печах с внешним электрическим обогревом степень термического разложения флюорита достигает 99,1. 99,3% при одновременном снижении содержания серной кислоты в отвальном гипсе до 4,0… 9,0% и уменьшении расходных коэффициентов по флюориту сорта ФФ95А до 2,17. 2,20 т, а также серной кислоты в пересчете на моногидрат
3,0 т на 1,0 т фтороводорода [3].
Выводы
Проведены промышленные исследования процесса получения фтороводорода в барабанных вращающихся печах. Получены регрессионные уравнения, пригодные для автоматизированного управления процессом. Установлены оптимальные условия процесса получения фтороводорода, обеспечивающие степень разложения флюорита 99,1. 99,3%.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Зайцев В. А., Новиков А. А., Родин В. И. Производство фтористых соединений при переработке фосфатного сырья. — М.: Химия, 1982. — 248 с.
2. Исследование кинетики термической переработки фторсерно-кислых растворов / Пищулин В. П., Гришин С. Н., Зарипо-
ва Л.Ф.- Томский политехнический ин-т. — Томск, 1988. — 23 с. Деп. в ОНИИТЭХИМ, г. Черкассы, 22. 06. 1988, № 758 хп — Д88.
3. Kerbel B.M., Pishchulin V.P., Kladiev S.N. Digital control algorithm of the chemical engineering plant for production of anhydrous hydrogen fluoride // The 4th Intern. Conf. for conveying and handling of particulate solids. — Budapest, 2003. — P. 2. 35−2. 37.
УДК 661. 879:621. 039. 54
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА ТЕРМИЧЕСКОГО РАЗЛОЖЕНИЯ В БАРАБАННОЙ ВРАЩАЮЩЕЙСЯ ПЕЧИ
В. П. Пищулин, В.Н. Брендаков
Северский государственный технологический институт E-mail: bvn@ssti. ru
Рассмотрены вопросы, связанные с созданием математической модели процесса термического разложения полиуранатов аммония. Путем сделанных допущений получена система уравнений, описывающая замкнутый цикл основных процессов, происходящих в барабанной вращающейся печи. Представлен алгоритм расчета температуры и степени термического разложения полиуранатов аммония, который позволяет проводить оптимизацию параметров и режимов работы барабанной вращающейся печи на основе методов математического моделирования.
Одним из основных промышленных методов производства оксидов урана является метод химической денитрации уранилнитрата. Поэтому исследование процесса термического разложения полиура-натов аммония имеет большое практическое значение. Одним из ключевых конструктивных элементов такой технологии является барабанная вращающаяся печь. Термическая диссоциация полиуранатов аммония является весьма сложным процессом, и вследствие этого, несмотря на многочисленные данные о таком процессе, до сих пор не существует общепринятых закономерностей, описывающих его.
Во-первых, различные данные имеют противоречивый характер, и, во-вторых, реальный экспе-
римент связан с большой стоимостью и высокой сложностью его выполнения. Исходя из этого, становится оправданным использование методов математического моделирования, достоверно описывающих реальные процессы, происходящие в барабанной вращающейся печи. Создаваемые модели могут быть использованы для проведения численных экспериментов, позволяющих решить задачи по оптимизации режимно-геометрических параметров самого устройства и выявлять факторы, оказывающие существенное влияние на процесс прокаливания полиуранатов аммония.
Ввиду большой сложности описания математически точно всех процессов, протекающих в бара-

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой