На вторую стадию кристаллизации поступает маточный раствор 1, который содержит H2SO4 – 506 кг, CuSO4 – 11061 кг, Ni –819 кг, As –120 кг, H2O – 122585 кг.
Рассчитаем количество образовавшихся кристаллов и маточного раствора.
mр-ра ∙ Ср-ра = mкр ∙ Скр + mмат ∙ Смат,
mр-ра = mкр + mмат,
С CuSO4 = 11061/135091= 0,08,
Скр = М CuSO4/М CuSO4∙5 H2O = 160/250 = 0,64,
Рассчитаем концентрацию CuSO4 в маточном растворе II, исходя из раствори-мости при 500С, которая равна 3,09 г. на 100 г. H2O.
С CuSO4 = 3,09/(100+3,09) = 0,03,
135091 ∙ 0,08= mкр ∙ 0,64 + mмат ∙ 0,03,
mкр = 135091 – mмат,
135091 ∙ 0,08 = (135091 – mмат) ∙ 0,64 + mмат∙ 0,03,
mмат = 124018 кг,
mкр = 135091 – 124018 = 11073 кг.
Мы нашли массу чистых кристаллов, а так как нам известен процентный состав кристаллов 95 %, следовательно
mкр = 11073/0,95 = 11656 кг,
mмат = 124018 – (11656 – 11073) = 123435 кг,
m CuSO4крист = 11073 ∙ 0,64 = 7087 кг,
m H2Oкрист= 11073 – 7087 = 3986 кг,
m CuSO4в мат = 11061 – 7087 = 3974 кг,
m H2Oв мат= 122585 – 3986 = 118599 кг.
Полученные после расчетов массы представлены в табл. 4.7.
Таблица 4.7. Вакуум-выпарная кристаллизация II
| Приход | Расход | ||||
| Статья | кг/сут | % | Статья | кг/сут | % |
| 1. Маточный раствор I, в том числеH2SO4CuSO4NiAsH2O | 13509150611061819120122585 | 100,00,408,200,600,1090,70 | 1. Пульпа, в том числеCuSO4 ∙5 H2OH2SO4CuSO4NiAsH2O | 135091110735063974819120118599 | 100,08,20,42,90,60,187,8 |
| Итого | 135091 | Итого | 135091 | ||
Рассчитаем процентный состав и найдем массы компонентов в маточном растворе II.
ω CuSO4 = 3974/124018 ∙ 100 = 3,25 %,
ω H2SO4 =506/124018 ∙ 100 = 0,4 %,
ω H2O =118599/124018∙ 100 = 95,6 %,
ω Ni = 819/124018 ∙ 100 = 0,66 %,
ω As = 120/124018∙ 100 = 0,09 %,
mкр = 11656 – 11073 = 583 кг.
m CuSO4 = 583 ∙ 0,0325 = 19 кг
m H2O =583 ∙ 0,956 = 557 кг
m H2SO4 = 583 ∙ 0,004 = 2 кг
mNi = 583 ∙ 0,0066 = 4 кг
m As = 583 ∙ 0,0009 = 1 кг
Полученные массы представлены в табл. 4.8.
Таблица 4.8. Фильтрация пульпы II
| Приход | Расход | ||||
| Статья | кг/сут | % | Статья | кг/сут | % |
| 1. Пульпа, в том числеCuSO4 ∙5 H2OH2SO4CuSO4NiAsH2O | 135091110735063974819120118599 | 100,08,20,42,90,60,187,8 | 1. Кристаллы, в томчисле– CuSO4 ∙ 5 H2O– Маточный растворH2SO4CuSO4NiAsH2O2. Маточный раствор II, в том числеH2SO4CuSO4NiAsH2O | 1165611073583219415571234355043955815119118042 | 100,0095,00,020,150,030,014,79100,00,43,20,70,195,6 |
| Итого | 135091 | Итого | 135091 | ||
4.9 Сушка кристаллов с получением товарного продукта
На стадию сушки поступает суммарное количество продукта с первой и второй стадий кристаллизации. Сушку проводят горячим воздухом в сушильном барабане. Температура воздуха на входе 1300С, на выходе – 600С. Влажность исходного продукта 5 %, готовый продукт выходит с влажностью 2 %.
Сводный баланс веществ, поступающих на сушку представлен в табл. 4.9.
Таблица 4.9. Материальный баланс сушки
| Приход | кг/сут | % | Расход | кг/сут | % |
| 1. Кристаллы, в том числе– CuSO4∙5 H2O– маточникH2SO4CuSO4NiAsH2O | 96345915284817339452954399 | 100,095,00,350,040,030,0054,58 | 1. Кристаллы, в том числе– CuSO4 ∙5 H2O– маточникH2SO4CuSO4NiAsH2O2. Испаренная вода | 933969152818683394529514502949 | 100,098,00,350,040,030,0051,5 |
| Итого | 96345 | Итого | 96345 |
m CuSO4∙5 H2O = 91528/0,98 = 93396 кг,
m маточника = 93396 – 91528 = 1868 кг,
m H2O = 1868 – (339 + 45 + 29 + 5) = 1450 кг,
m H2Oисп =4399 – 1450 = 2949 кг.
4.10 Третья стадия вакуум-выпарной кристаллизации
На третью стадию кристаллизации поступает маточный раствор II, который содержит H2SO4 – 504 кг, CuSO4 – 3955 кг, Ni – 815 кг, As – 119 кг, H2O – 118042 кг.
Рассчитаем количество образовавшихся кристаллов и маточного раствора.
mр-ра ∙ Ср-ра = mкр ∙ Скр + mмат ∙ Смат,
mр-ра = mкр + mмат,
С CuSO4 = 3955/123435= 0,03,
Скр = М CuSO4/М CuSO4∙5 H2O = 160/250 = 0,64.
Рассчитаем концентрацию CuSO4 в маточном растворе III, исходя из раствори-мости при 550С, которая равна 0,806 г. на 100 г. H2O.
С CuSO4 = 0,806/(100+0,806) = 0,008,
123435 ∙ 0,03 = mкр ∙ 0,64 + mмат ∙ 0,008,
mкр = 123435 – mмат,
123435 ∙ 0,03 = (123435 – mмат) ∙ 0,64 + mмат∙ 0,008,
mмат = 119138 кг,
mкр = 123435 – 119138 = 4297 кг.
Мы нашли массу чистых кристаллов, а так как нам известен процентный состав кристаллов 95 %, следовательно
mкр = 4297/0,95 = 4523 кг,
mмат = 119138 – (4523 – 4297) = 118912 кг,
m CuSO4крист = 4297 ∙ 0,64 = 2750 кг,
m H2Oкрист= 4297 – 2750 = 1547 кг,
m CuSO4в мат = 3955 – 2750 = 1205 кг,
m H2Oв мат= 118042 – 1547 = 116495 кг.
Результат расчетов сведем в табл. 4.10.
Таблица 4.10. Вакуум-выпарная кристаллизаци III
| Приход | Расход | ||||
| Статья | кг/сут | % | Статья | кг/сут | % |
| 1. Маточный раст-вор II, в том числеH2SO4CuSO4NiAsH2O | 1234355043955815119118042 | 100,00,43,20,70,195,6 | 1. Пульпа, в том числеCuSO4 ∙5 H2OH2SO4CuSO4NiAsH2O | 12343542975041205815119116495 | 100,03,40,41,00,70,194,4 |
| Итого | 123435 | Итого | 123435 | ||
4.11 Фильтрация пульпы после третьей стадии кристаллизации
медный купорос сырье кристаллизация
Рассчитаем процентный состав и найдем массы компонентов в маточном растворе III.
ωCuSO4 = 1205/119138 ∙ 100 = 1,01 %,
ωH2SO4 = 504/119138 ∙ 100 = 0,42 %,
ωH2O = 116495/119138 ∙ 100 = 97,80 %,
ωNi = 815/119138 ∙ 100 = 0,68 %,
ω As = 119/119138 ∙ 100 = 0,09 %.
Тогдаm H2SO4 = 226 ∙ 0,0101 = 2 кг,
m CuSO4 = 226 ∙ 0,0042 = 0,9 кг,
m H2O = 226 ∙ 0,978 = 221 кг,
mNi = 226 ∙ 0,0068 = 1 кг,
m As = 226 ∙ 0,0009 = 0,2 кг.
Полученные данные представлены в табл. 4.11.
Таблица 4.11. Стадия фильтрации пульпы Ш
| Приход | Расход | ||||
| Статья | кг/сут | % | Статья | кг/сут | % |
| 1. Пульпа, в том числеCuSO4 ∙5 H2OH2SO4CuSO4NiAsH2O | 12343542975041205815119116495 | 100,03,40,41,00,70,194,4 | 1. Кристаллы, в том числе– CuSO4∙5 H2O– Маточный растворH2SO4CuSO4NiAsH2O2. Маточный раст-вор Ш, в том числеH2SO4CuSO4NiAsH2O | 4523429722620,910,22211189125021204,1814118,2116274 | 100 |
| Итого | 123435 | Итого | 123435 | ||
Маточник с треьей стадии фильтрации отправляется в отделение обезмеживания. Купорос третьей стадии растворяют в конденсате до концентрации меди 120 г./л и направляют на первую вакуум-выпарную кристаллизацию.
Заключение
Подводя итог работы над курсовым проектом, необходимо отметить, что производство медного купороса сопровождается постоянно действующей системой развития и совершенствования технологического процесса. В связи с этим, проводятся мероприятия, программы, опытные работы и внедрение нового оборудования и технологии, а именно, разработка и внедрение принципиально нового оборудования для технологии производства медного купороса – аппарата растворения колонного типа; ресурсо- и энергосберегающие технологии на всех стадиях купоросного производства; повышение качества и конкурентоспособ-ности на российском и мировом уровне выпускаемой продукции.
Замена малопроизводительного аппарата – оксидизера на современный аппарат колонного типа для растворения меди, позволила уменьшить расход сжатого воздуха на 474 м3, потребление пара с 2,11 м3 до 1,96 м3 на тонну готового продукта, в связи с этим предприятие ОАО «Уралэлектромедь» сократило расход электроэнергии.
В ходе рассмотрения экономического вопроса производства и сбыта медного купороса, можно сказать, что деятельность купоросного цеха является прибыльной: себестоимость 1 тонны сернокислой меди снизилась на 296,6 руб., вследствие этого завод получил прибыль в размере 8319 тыс. руб. Немаловажен и тот факт, что технологический процесс является замкнутым, это в свою очередь отражается на экологии – позволяет не использовать чистую воду из вне, сокращает стоимость готовой продукции и не ухудшает качества самого медного купороса на выходе из технологического процесса.
В дипломном проекте рассмотрены различные способы получения сернокислой меди, приведено описание действующей технологии производства, рассчитаны материальный и тепловой балансы, дана технико-экономическая оценка проекта, а также рассмотрены вопросы безопасности и экологичности процесса получения медного купороса.