Файл: Введение 3 Принципы работы 8 Автоклавное выщелачивание 9 конструкция и классификация автоклавов 10.docx
Добавлен: 29.11.2023
Просмотров: 459
Скачиваний: 10
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
2- 5,75; CaO - 1,91; Al2O3- 2,19; MgO - 1,43; пирротин - 68,5. Крупность концентрата - 85% класса минус 44 мкм.
Окислительное вскрытие пирротинового концентрата проводили на пилотной установке в непрерывном режиме с использованием горизонтального 2-секционного автоклава вместимостью 50 дм3, оборудованном механическими двухъярусными самовсасывающими перемешивающими устройствами (конструкции АО "НИИХИММАШа"), попарно установленными в каждой секции, и встроенными теплообменниками. В качестве окислителя применяли технологический кислород (≈ 95% O2), который с постоянным расходом нагнетали компрессором в газовую фазу 1-й секции автоклава. Подача кислорода в пульпу осуществлялась за счет его всасывания из газовой фазы аэраторами перемешивающих устройств. Все 4 перемешивающих устройства автоклава имели одинаковые аэрационные характеристики (Kc= 1,2). Мешалки перемешивающих устройство были установлены в два яруса (аналогично ПУ промышленных автоклавов НМЗ): на верхнем ярусе располагался аэратор, на нижнем - шестилопастная турбинка открытого типа. Водную пульпу ПК с Ж:Т=2, 0 насосом непрерывно подавали в первую секцию автоклава. Выщелачивание вели при температуре 140 - 150oC (средняя 145oC), парциальном давлении кислорода 0,9 МПа и расходе электроэнергии на перемешивание 0,16 кВт•ч на 1 м3подаваемого в пульпу кислорода. В целях обеспечения контрастности получаемых результатов необходимой для повышения надежности выбора интервала заявляемых параметров и проведения сравнительной оценки эффективности предлагаемого автоклава, продолжительность процесса была ограничена и во всех экспериментах была равна 60 мин.
В данном опыте степень разложения пирротина составила всего 88,4%; а полное гранулоподавление достигнуто при расходе лигносульфоната (ЛСТ), равном 10 кг/т ПК. Степень полезного использования кислорода составила 76,5%.
Пример 2 (опыт 2 таблицы) - предлагаемый автоклав Используемый пирротиновый концентрат и условия его высокотемпературного окислительного вскрытия такие же, как и в примере 1. Отличие заключается в конструкции применяемого стендового автоклава. В данном эксперименте кислород в каждую секцию автоклава подавали принудительно с помощью вертикальных аэрационных труб с перфорированным нижним участком и заглушенным свободным торцом. Аэрационные трубы были установлены между перемешивающими устройствами автоклава соосно с из осью симметрии. При этом нижняя граница перфорации аэрационной трубы находилась на 0,3 диаметра мешалки нижнего яруса выше плоскости ее вращения, а верхняя граница перфорации аэрационной трубы располагалась ниже плоскости вращения мешалки верхнего яруса на 0,6 ее диаметра. Плотность перфорации аэрационной трубы вдоль геометрических образующих ее поверхности была однородной, а перфорация в сечениях, перпендикулярных оси представляла собой две равные дуги, каждая из которых опиралась на центральный угол (α), равный 0,6 π радиан, развернутые в сторону перемешивающих устройств таким образом, что средины дуг лежали на линии, соединяющей точки пересечения оси аэрационной трубы и осей перемешивающих устройств с секущей плоскостью (фиг.4).
Результаты эксперимента, приведенные в таблице, показывают, что автоклав предлагаемой конструкции обеспечил разложение пирротина на 96,7% при степени полезного использования кислорода 83,1%. Полное гранулоподавление было достигнуто при расходе ЛСТ, равном 8,0 кг/т ПК.
Пример 3 (опыт 8 таблицы) - предлагаемый автоклав Условия эксперимента, оборудование и способ подачи кислорода такие же, как и в примере 2. Основным отличием явилось то, что в переработку поступал высокосернистый никель-пирротиновый концентрат, полученный при обогащении жильных медно-никелевых руд Талнахского и Октябрьского месторождений АО "Норильский комбинат". Состав концентрата,%: никель - 2,29; медь - 1,23; кобальт - 0,102; железо - 51,2; сера - 31,4; породообразующие - 8,48; в т.ч.: SiO2- 4,58%; CaO - 1,21; Al2O3- 2,01; MgO - 1,04; пирротин - 73,6. Крупность концентрата - 84% класса минус 44 мкм. Кроме этого, отличие данного эксперимента от примера 2 заключалось также в том, что нижняя граница перфорации аэрационной трубы располагалась над плоскостью вращения мешалки нижнего яруса перемешивающего устройства на расстоянии, равном 1,3 ее диаметра, а верхняя граница перфорации аэрационной трубы находилась в одной плоскости с мешалкой верхнего яруса. В остальном конструкции автоклавов в примерах 2 и 3 были полностью идентичны.
В данном эксперименте степень разложения пирротина составила 94,5%, что значительно выше, чем при использовании автоклава-прототипа (оп.7), в котором при прочих равных условиях пирротин был вскрыт только на 85,7%. Степень полезного использования кислорода составила 84,1% (против 77,2% в прототипе), а расход ЛСТ был снижен с 12,0 (оп.7) до 11,0 кг/т ПК без видимых признаков агрегации элементной серы.
В таблице также приведены примеры, отличающиеся составом исходного пирротинового сырья и конструктивными особенностями стендового автоклава: величиной смещения аэрационных труб от осей симметрии перемешивающих устройств, расположением границ участка перфорации аэрационных труб относительно плоскостей вращения мешалок и геометрией распределения перфорации в плоскости поперечного сечения аэрационных труб.
Согласно полученным экспериментальным результатам (опыты 2oC 4, 8oC 10, 13 и 14), предлагаемый автоклав обеспечивает более высокие показатели переработки различных по составу пирротиновых материалов, чем автоклав - прототип, оборудованный сложными и дорогими самовсасывающими перемешивающими устройствами. Расположение перфорированной части аэрационной трубы (диспергатора) непосредственно в вихревой зоне пульпы (опыты 2, 4, 8, 10, 13 и 14) позволяет добиться наилучших результатов вскрытия пирротинового сырья: глубины разложения пирротина - 92,9
oC 97,1%, степени полезного использования кислорода - 82,1oC 84,7% при одновременном снижении расхода ЛСТ по сравнению с прототипом ≈ до 20% отн. без появления признаков гранулообразования.
Прямолинейность и ввод аэрационных труб между мешалками, а не под мешалки, как это принято в практике зарубежных предприятий, наряду с отмеченными выше технологическими преимуществами обеспечивает возможность быстрого демонтажа и монтажа диспергирующих устройств. Это увеличивает коэффициент машинного времени работы автоклавного агрегата и, соответственно, годовой объем переработки пирротинового сырья.
Предусмотренная в заявляемом автоклаве принудительная подача окислителя в слой пульпы с помощью аэрационных труб обеспечит упрощение конструкции и, соответственно, удешевление перемешивающих устройств, что в последнее время сделалось весьма актуальным в связи с резким удорожанием восстановительных ремонтов ПУ и быстрым износом их аэрирующих устройств.
Предлагаемая конструкция автоклава может быть легко и эффективно реализована на базе действующего автоклавного оборудования НМЗ АО "Норильский комбинат" без значительных капитальных затрат.
Автоклавы периодического действия бывают двух типов: вертикального и горизонтального. Горизонтальные автоклавы, в свою очередь, разделяются на два вида: статические, в которых не происходит вращения банок с консервами при стерилизации, и ротационные, в которых банки с консервами при стерилизации вращаются.
Вертикальные автоклавы бывают только статическими.
В качестве энергоносителей в автоклавах применяются вода и водяной пар.
На перерабатывающих предприятиях чаще всего применяются вертикальные автоклавы марок Б6-КА2-В-2, Б6-КА2-В-4, Б6-КА2-В- 2МП.
Автоклавы горизонтального типа применяются реже, однако они являются весьма перспективным оборудованием. Объясняется это их достаточно высокими технико-технологическими показателями. Несмотря на некоторые трудности, связанные с загрузкой и выгрузкой консервов и несколько большей площадью, требующейся для их размещения, в этих автоклавах, по сравнению с вертикальными, обеспечивается практически однородное поле температуры на протяжении всего цикла стерилизации. В свою очередь, это позволяет в ряде случаев сократить длительность цикла стерилизации и осуществить заметную экономию энергоносителей, пара и воды. Кроме того, ротационные автоклавы дают возможность стерилизовать консервы в крупной таре с высоким качеством получаемой продукции, что недостижимо в статических автоклавах, а при стерилизации консервов в мелкой таре можно достигать существенного (иногда в
1,5...2,0 раза) сокращения длительности цикла стерилизации за счет улучшения проникновения теплоты в консервы при их вращении.
Вертикальные двух-корзинчатые и четырех-корзинчатые автоклавы предназначены для стерилизации консервов в водной и паровой среде под давлением до 350 кПа.
Автоклавы состоят из следующих основных частей: корпуса, крышки, поясного зажима, корзины, контрольно-регистрирующих и регулирующих приборов, арматуры для подключения к магистралям пара, воды, воздуха и спуска конденсата, предохранительных устройств, исключающих возможность подачи пара в автоклав при неполном закрытии крышки и поясного зажима и открывания крышки автоклава при наличии в нем избыточного давления более 4,9 кПа.
Сварной корте автоклавов АВ-2 и АВ-4 состоит из двух цилиндрических обечаек толщиной 6 мм и днища толщиной 8 мм. На корпусе предусмотрены патрубки с фланцами для подключения автоклава к магистралям пара, сжатого воздуха, воды и конденсата, а также штуцеров для подключения манометра, термометра и датчиков
программного регулятора.
В низу корпуса расположены паровой барботер и сливной патрубок со стаканом-фильтром. Паровой барботер изготовлен в виде крестовины с отверстиями на боковой поверхности.
Фланцы крышки и корпуса прижимаются друг к другу с помощью быстродействующего поясного зажима, состоящего из 15 секторных захватов, укрепленных на кольце из пружинной полосовой стали, и рычажной системы для стягивания и разведения поясного зажима.
На крышке предусмотрены патрубок для подвода воды к барботеру, расположенному под крышкой автоклава, и штуцера для установки предохранительного клапана и пробко-спускного крана.
Крышка имеет уравновешивающее устройство для облегчения ее открывания и закрывания. Для фиксации крышки в закрытом состоянии на корпусе укрепляется защелка.
Автоклавная корзина представляет собой перфорированную цилиндрическую обечайку, к отбортованной нижней части которой приварено перфорированное дно. Верхняя часть обечайки ужесточена кольцом, к внутренней стороне приварены вертикальные полосы, в которых шарнирно установлена подвеска. С наружной стороны обечайки установлены пружинные фиксаторы, служащие дзя обеспечения гарантированного кольцевого зазора между корпусом и корзиной.
Автоклавы марок Б6-КАВ-2 и Б6-КАВ-4 имеют аналогичное устройство. Кроме того, у них вну три установлено распределительное устройство, состоящее из перфорированного кольцевого барбо- тера и приваренных к нему вертикальных труб. Распределительное устройство соединяется с патрубком подвода пара. Вертикальные трубы располагаются по окружности с некоторым радиальным зазором относительно корпуса и приварены через промежуточные ребра к обечайке. На автоклаве расположены два предохранительных клапана с рычагами для продувки. Блокировка, исключающая подачу пара, сжатого воздуха и воды в автоклав при не полностью закрытых крышке и поясном затворе, осуществляется мембранно-исполнительными механизмами (МИМ),
Окислительное вскрытие пирротинового концентрата проводили на пилотной установке в непрерывном режиме с использованием горизонтального 2-секционного автоклава вместимостью 50 дм3, оборудованном механическими двухъярусными самовсасывающими перемешивающими устройствами (конструкции АО "НИИХИММАШа"), попарно установленными в каждой секции, и встроенными теплообменниками. В качестве окислителя применяли технологический кислород (≈ 95% O2), который с постоянным расходом нагнетали компрессором в газовую фазу 1-й секции автоклава. Подача кислорода в пульпу осуществлялась за счет его всасывания из газовой фазы аэраторами перемешивающих устройств. Все 4 перемешивающих устройства автоклава имели одинаковые аэрационные характеристики (Kc= 1,2). Мешалки перемешивающих устройство были установлены в два яруса (аналогично ПУ промышленных автоклавов НМЗ): на верхнем ярусе располагался аэратор, на нижнем - шестилопастная турбинка открытого типа. Водную пульпу ПК с Ж:Т=2, 0 насосом непрерывно подавали в первую секцию автоклава. Выщелачивание вели при температуре 140 - 150oC (средняя 145oC), парциальном давлении кислорода 0,9 МПа и расходе электроэнергии на перемешивание 0,16 кВт•ч на 1 м3подаваемого в пульпу кислорода. В целях обеспечения контрастности получаемых результатов необходимой для повышения надежности выбора интервала заявляемых параметров и проведения сравнительной оценки эффективности предлагаемого автоклава, продолжительность процесса была ограничена и во всех экспериментах была равна 60 мин.
В данном опыте степень разложения пирротина составила всего 88,4%; а полное гранулоподавление достигнуто при расходе лигносульфоната (ЛСТ), равном 10 кг/т ПК. Степень полезного использования кислорода составила 76,5%.
Пример 2 (опыт 2 таблицы) - предлагаемый автоклав Используемый пирротиновый концентрат и условия его высокотемпературного окислительного вскрытия такие же, как и в примере 1. Отличие заключается в конструкции применяемого стендового автоклава. В данном эксперименте кислород в каждую секцию автоклава подавали принудительно с помощью вертикальных аэрационных труб с перфорированным нижним участком и заглушенным свободным торцом. Аэрационные трубы были установлены между перемешивающими устройствами автоклава соосно с из осью симметрии. При этом нижняя граница перфорации аэрационной трубы находилась на 0,3 диаметра мешалки нижнего яруса выше плоскости ее вращения, а верхняя граница перфорации аэрационной трубы располагалась ниже плоскости вращения мешалки верхнего яруса на 0,6 ее диаметра. Плотность перфорации аэрационной трубы вдоль геометрических образующих ее поверхности была однородной, а перфорация в сечениях, перпендикулярных оси представляла собой две равные дуги, каждая из которых опиралась на центральный угол (α), равный 0,6 π радиан, развернутые в сторону перемешивающих устройств таким образом, что средины дуг лежали на линии, соединяющей точки пересечения оси аэрационной трубы и осей перемешивающих устройств с секущей плоскостью (фиг.4).
Результаты эксперимента, приведенные в таблице, показывают, что автоклав предлагаемой конструкции обеспечил разложение пирротина на 96,7% при степени полезного использования кислорода 83,1%. Полное гранулоподавление было достигнуто при расходе ЛСТ, равном 8,0 кг/т ПК.
Пример 3 (опыт 8 таблицы) - предлагаемый автоклав Условия эксперимента, оборудование и способ подачи кислорода такие же, как и в примере 2. Основным отличием явилось то, что в переработку поступал высокосернистый никель-пирротиновый концентрат, полученный при обогащении жильных медно-никелевых руд Талнахского и Октябрьского месторождений АО "Норильский комбинат". Состав концентрата,%: никель - 2,29; медь - 1,23; кобальт - 0,102; железо - 51,2; сера - 31,4; породообразующие - 8,48; в т.ч.: SiO2- 4,58%; CaO - 1,21; Al2O3- 2,01; MgO - 1,04; пирротин - 73,6. Крупность концентрата - 84% класса минус 44 мкм. Кроме этого, отличие данного эксперимента от примера 2 заключалось также в том, что нижняя граница перфорации аэрационной трубы располагалась над плоскостью вращения мешалки нижнего яруса перемешивающего устройства на расстоянии, равном 1,3 ее диаметра, а верхняя граница перфорации аэрационной трубы находилась в одной плоскости с мешалкой верхнего яруса. В остальном конструкции автоклавов в примерах 2 и 3 были полностью идентичны.
В данном эксперименте степень разложения пирротина составила 94,5%, что значительно выше, чем при использовании автоклава-прототипа (оп.7), в котором при прочих равных условиях пирротин был вскрыт только на 85,7%. Степень полезного использования кислорода составила 84,1% (против 77,2% в прототипе), а расход ЛСТ был снижен с 12,0 (оп.7) до 11,0 кг/т ПК без видимых признаков агрегации элементной серы.
В таблице также приведены примеры, отличающиеся составом исходного пирротинового сырья и конструктивными особенностями стендового автоклава: величиной смещения аэрационных труб от осей симметрии перемешивающих устройств, расположением границ участка перфорации аэрационных труб относительно плоскостей вращения мешалок и геометрией распределения перфорации в плоскости поперечного сечения аэрационных труб.
Согласно полученным экспериментальным результатам (опыты 2oC 4, 8oC 10, 13 и 14), предлагаемый автоклав обеспечивает более высокие показатели переработки различных по составу пирротиновых материалов, чем автоклав - прототип, оборудованный сложными и дорогими самовсасывающими перемешивающими устройствами. Расположение перфорированной части аэрационной трубы (диспергатора) непосредственно в вихревой зоне пульпы (опыты 2, 4, 8, 10, 13 и 14) позволяет добиться наилучших результатов вскрытия пирротинового сырья: глубины разложения пирротина - 92,9
oC 97,1%, степени полезного использования кислорода - 82,1oC 84,7% при одновременном снижении расхода ЛСТ по сравнению с прототипом ≈ до 20% отн. без появления признаков гранулообразования.
Прямолинейность и ввод аэрационных труб между мешалками, а не под мешалки, как это принято в практике зарубежных предприятий, наряду с отмеченными выше технологическими преимуществами обеспечивает возможность быстрого демонтажа и монтажа диспергирующих устройств. Это увеличивает коэффициент машинного времени работы автоклавного агрегата и, соответственно, годовой объем переработки пирротинового сырья.
Предусмотренная в заявляемом автоклаве принудительная подача окислителя в слой пульпы с помощью аэрационных труб обеспечит упрощение конструкции и, соответственно, удешевление перемешивающих устройств, что в последнее время сделалось весьма актуальным в связи с резким удорожанием восстановительных ремонтов ПУ и быстрым износом их аэрирующих устройств.
Предлагаемая конструкция автоклава может быть легко и эффективно реализована на базе действующего автоклавного оборудования НМЗ АО "Норильский комбинат" без значительных капитальных затрат.
РАСЧЕТ АВТОКЛАВОВ
Автоклавы периодического действия бывают двух типов: вертикального и горизонтального. Горизонтальные автоклавы, в свою очередь, разделяются на два вида: статические, в которых не происходит вращения банок с консервами при стерилизации, и ротационные, в которых банки с консервами при стерилизации вращаются.
Вертикальные автоклавы бывают только статическими.
В качестве энергоносителей в автоклавах применяются вода и водяной пар.
На перерабатывающих предприятиях чаще всего применяются вертикальные автоклавы марок Б6-КА2-В-2, Б6-КА2-В-4, Б6-КА2-В- 2МП.
Автоклавы горизонтального типа применяются реже, однако они являются весьма перспективным оборудованием. Объясняется это их достаточно высокими технико-технологическими показателями. Несмотря на некоторые трудности, связанные с загрузкой и выгрузкой консервов и несколько большей площадью, требующейся для их размещения, в этих автоклавах, по сравнению с вертикальными, обеспечивается практически однородное поле температуры на протяжении всего цикла стерилизации. В свою очередь, это позволяет в ряде случаев сократить длительность цикла стерилизации и осуществить заметную экономию энергоносителей, пара и воды. Кроме того, ротационные автоклавы дают возможность стерилизовать консервы в крупной таре с высоким качеством получаемой продукции, что недостижимо в статических автоклавах, а при стерилизации консервов в мелкой таре можно достигать существенного (иногда в
1,5...2,0 раза) сокращения длительности цикла стерилизации за счет улучшения проникновения теплоты в консервы при их вращении.
Вертикальные двух-корзинчатые и четырех-корзинчатые автоклавы предназначены для стерилизации консервов в водной и паровой среде под давлением до 350 кПа.
Автоклавы состоят из следующих основных частей: корпуса, крышки, поясного зажима, корзины, контрольно-регистрирующих и регулирующих приборов, арматуры для подключения к магистралям пара, воды, воздуха и спуска конденсата, предохранительных устройств, исключающих возможность подачи пара в автоклав при неполном закрытии крышки и поясного зажима и открывания крышки автоклава при наличии в нем избыточного давления более 4,9 кПа.
Сварной корте автоклавов АВ-2 и АВ-4 состоит из двух цилиндрических обечаек толщиной 6 мм и днища толщиной 8 мм. На корпусе предусмотрены патрубки с фланцами для подключения автоклава к магистралям пара, сжатого воздуха, воды и конденсата, а также штуцеров для подключения манометра, термометра и датчиков
программного регулятора.
В низу корпуса расположены паровой барботер и сливной патрубок со стаканом-фильтром. Паровой барботер изготовлен в виде крестовины с отверстиями на боковой поверхности.
Фланцы крышки и корпуса прижимаются друг к другу с помощью быстродействующего поясного зажима, состоящего из 15 секторных захватов, укрепленных на кольце из пружинной полосовой стали, и рычажной системы для стягивания и разведения поясного зажима.
На крышке предусмотрены патрубок для подвода воды к барботеру, расположенному под крышкой автоклава, и штуцера для установки предохранительного клапана и пробко-спускного крана.
Крышка имеет уравновешивающее устройство для облегчения ее открывания и закрывания. Для фиксации крышки в закрытом состоянии на корпусе укрепляется защелка.
Автоклавная корзина представляет собой перфорированную цилиндрическую обечайку, к отбортованной нижней части которой приварено перфорированное дно. Верхняя часть обечайки ужесточена кольцом, к внутренней стороне приварены вертикальные полосы, в которых шарнирно установлена подвеска. С наружной стороны обечайки установлены пружинные фиксаторы, служащие дзя обеспечения гарантированного кольцевого зазора между корпусом и корзиной.
Автоклавы марок Б6-КАВ-2 и Б6-КАВ-4 имеют аналогичное устройство. Кроме того, у них вну три установлено распределительное устройство, состоящее из перфорированного кольцевого барбо- тера и приваренных к нему вертикальных труб. Распределительное устройство соединяется с патрубком подвода пара. Вертикальные трубы располагаются по окружности с некоторым радиальным зазором относительно корпуса и приварены через промежуточные ребра к обечайке. На автоклаве расположены два предохранительных клапана с рычагами для продувки. Блокировка, исключающая подачу пара, сжатого воздуха и воды в автоклав при не полностью закрытых крышке и поясном затворе, осуществляется мембранно-исполнительными механизмами (МИМ),