Добавлен: 07.11.2023
Просмотров: 252
Скачиваний: 3
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
СОДЕРЖАНИЕ
2. Теоретический анализ исследуемого процесса
.1 Характеристика исходных материалов
3.2 Выбор метода эксперимента и анализа. Описание техники эксперимента
3.3 Выбор параметров исследования
4. Результаты эксперимента, их обсуждение и теоретическая обработка
.1 Расчет материального баланса
.2 Синтез технологической схемы с экономической оценкой предлагаемой технологии
.2 Контрольно-измерительные приборы и аппараты
Библиографическое описание используемых литературных источников
5. Строим графики зависимости энергии Гиббса от температуры и логарифма константы равновесия от температуры.
Рис 2.1.1. График зависимости энергии Гиббса от температуры.
Рис 2.1.2. График зависимости логарифма константы равновесия от температуры.
Выводы из термодинамического анализа процесса выделения магния из оборотного щелока флотационной фабрики.
По термодинамическим расчетам можно сделать вывод, что все реакции протекают с большим выделением тепла и являются экзотермическими, так как энтальпия всех реакций имеет отрицательные значения
По рисункам 2.1.1. и 2.1.2. видно, что все эти реакции в данном температурном интервале термодинамически вероятны (т.к. ∆G0т > - 40 кДж/моль) и необратимы. Константа равновесия всех реакций имеет положительное значение, что подтверждает их необратимость. Для всех реакций благоприятно понижение температуры.
Давление не влияет на равновесие реакций, т.к. процесс протекает в растворе.
Избыток осадителя, с точки зрения термодинамики, всегда положительно влияет на выход целевого продукта
Таким образом, процесс выделения магния из оборотного щелока флотационной фабрики целесообразно проводить при t=20-300С и осадителя в стехиометрическом соотношении, с учетом экономических затрат.
Процесс прессования флотационного хлористого калия осуществляется при введении в смесь упрочнителей (MgCO3 или Mg(OН)2) и связующих веществ (насыщенный раствор хлористого калия, оборотный щелок или 15%-ый раствор метасиликата натрия), что позволяет получить более прочные гранулы. В процессе прессования мы предполагаем возможность протекания следующих химических реакций (2.1.3.-2.1.4):
(2.1.3.)
(2.1.4.)Она определяется стандартным методом по энергии Гиббса. Расчеты показали, что такие реакции не возможны, поэтому рассматриваем термодинамику твердых тел.
Кроме установления возможности протекания химического взаимодействия в термодинамическом анализе рассматриваются процессы уплотнения порошковых материалов.
В основу термодинамического анализа процесса уплотнения порошковых твёрдых материалов под давлением положена термодинамика деформирования упругих тел.
В данном процессе уплотнения (в нашем случае это кристаллы хлористого калия) изменяется деформация кристаллов, при этом совершается работа, производимая силами внутренних напряжений, которая может зависеть от величины внешнего давления.
Если деформация твёрдого тела достаточно мала, то по прекращении действия внешних сил тело возвращается в исходное недеформированное состояние - это характеризует упругую деформацию. При неисчезающей деформации после прекращения внешнего воздействия создается пластическая деформация.
Процесс деформирования может протекать и так, что в данный каждый момент времени устанавливается термодинамическое равновесие.
Если все термодинамические величины (энтропию S, внутреннюю энергию U и т.п.) относить к единице объема деформируемого тела, то бесконечно малое изменение внутренней энергии dU при деформировании составит:
(2.1.5.)где
- количество тепла при обратимом процессе.Заменив внутреннюю энергию тела его свободной энергией
=U-TS (2.1.6.)
и продифференцировав уравнение (2.1.6.), то получим:
, (2.1.7.)где
-бесконечно малые элементы объема до и после деформирования.Термодинамический потенциал деформируемого тела определяется из уравнения изобарно-изотермического потенциала при условии всестороннего сжатия вязкоупругого тела:
, (2.1.8.)
где V-V0 - изменение объёма в результате деформирования, и, бесконечно малое перемещение в результате воздействия внешних сил. Знак неравенства показывает, что процесс необратим. /25/
В виду сложности рассматриваемой системы, отсутствия термодинамических характеристик, а также исходя из экспериментальных данных для упрочнения гранул КСl можно рекомендовать:
. Поддержание определенного гранулометрического состава КСl.
. Внесение упрочняющей добавки и связующего вещества способствующие деформированию кристаллической структуры.
. Повышение давления, которое приводит к значительной деформации твердого материала и к упрочнению гранул.
.2 Кинетический анализ
Целью кинетического анализа процесса выделения магния из оборотного щелока флотационной фабрики является:
. Выбор кинетического уравнения;
. Условий, обеспечивающих наибольшую скорость протекания данного процесса.
Условием усовершенствования технологии флотационного обогащения, оптимизации и интенсификации этого процесса является глубокое понимание химических и физико-химических процессов, протекающих в объеме суспензии и на поверхности минералов. /7/ Образование грубодисперсных взвесей карбоната и гидроокиси магния и их отделение от рассола являются сложными физико-химическими процессами. /11/
Процесс кристаллизации из растворов заключается в образовании новой твердой фазы, выделяющейся из раствора. Кристаллизация из растворов служит средством выделения из них целевых продуктов или загрязняющих примесей, т. е. является методом разделения и очистки веществ.
Образование твердой фазы может происходить только в растворах, в которых концентрация кристаллизующегося вещества превышает концентрацию насыщения, т. е. из пересыщенных растворов. Пересыщение раствора характеризуется его абсолютным значением, т. е. разностью х1 -х0 между концентрацией пересыщенного х1 и насыщенного х0 растворов.
Особым, весьма распространенным в химической промышленности видом кристаллизации является осаждение веществ из растворов с помощью реагентов. Если при этом образуется практически нерастворимый продукт реакции, он сразу осаждается из быстро пересыщающегося раствора. Если продукт реакции растворим, его кристаллизация начинается после достижения необходимого пересыщения и продолжается по мере подачи реагента. /7/ Примерами осаждение в данной дипломной работе являются следующие реакции (2.2.1.-2.2.2.):
(2.2.1.)
(2.2.2.)Этот процесс можно условно разделить на следующие стадии, скорость и полнота протекания которых определяет результат осаждения.
. Обменная химическая реакция между растворимыми солями и реагентами с образованием новых веществ;
. Образование зародышей твердой фазы из молекул карбоната и гидроксида магния, появляющихся в ходе химических реакций. Образующиеся в рассоле частицы твердой фазы обладают свободной поверхностной энергией, что обуславливает возникновение поверхностных явлений на границе раздела фаз;
. Укрупнение частиц твердой фазы вследствие коагуляции и кристаллизации, ведущее к уменьшению поверхностной энергии. Одновременно с ростом частиц происходит их осаждение;
. Перекристаллизация частиц твердой фазы и уменьшение энергии системы вследствие образования достаточно крупных правильных кристаллов. По окончании этой стадии процесса в системе устанавливается новое устойчивое термодинамическое равновесие.
Таким образом, кинетику процесса кристаллизации можно охарактеризовать двумя величинами: скоростью образования зародышей и скоростью роста кристаллов. Обменные реакции с образованием молекул
, (или
) протекают практически мгновенно. Скорость реакции в этих случаях определяется числом столкновений ионов. Следовательно, для успешного проведения химических реакций в растворе необходимо перемешивание, достаточное для равномерного распределения реагентов во всем объеме реактора. После смешения реагентов начинается образование
, (или ), выделяющихся в виде твердой фазы. Начиная с этого момента, скорость достижения химического равновесия будет определяться скоростью перехода образовавшихся молекул в твердую фазу, а полнота связывания ионов магния - растворимостью образовавшейся твердой фазы. Таким образом, скорость реакций в целом зависит от скорости образования твердой фазы. Согласно существующим представлениям, образование твердой фазы начинает с возникновения кристаллических зародышей. Кристаллические зародыши образуются в результате некоторого пересыщения раствора, возникающего при введении реагентов в рассол. Для образования кристаллического зародыша необходима такая ориентировка ионов и молекул, которая соответствует их положению в кристаллической решетке данного вещества. Вероятность создания таких условий зависит от концентрации и скорости диффузии вещества.