Пример 3. Расчет материального баланса

Цель работы – провести расчет материальных потоков при растворении сильвинита в производстве галургического хлорида калия.

Исходные данные для выполнения работы

Таблица 1 – Состав руды, поступающей на переработку

Компонент	Концентрация компонента, %	Концентрация компонента, г/1000 г Н2О	Массовый расход, кг/ч
KCl	27,34	195 286	98 424
NaCl	68,34	488 143	246 024
MgCl2	0,12	857	432
CaSO4	2,12	15 143	7 632
н.о.	1,94	13 857	6 984
Н2О	0,14	1 000	504
Всего:	100,00	714 286	360 000

Таблица 2 – Состав растворяющего щелока

Компонент	Концентрация компонента, %	Концентрация компонента, г/1000 г Н2О
KCl	11,30	164
NaCl	18,84	274
MgCl2	0,58	8
CaSO4	0,53	8
Н2О	68,75	1 000
Всего:	100,00	1 455

Таблица 3 – Состав насыщенного щелока

Компонент	Концентрация компонента, %	Концентрация компонента, г/1000 г Н2О
KCl	19,83	318
NaCl	16,70	268
MgCl2	0,56	9
CaSO4	0,50	8
Н2О	62,41	1 000
Всего:	100,00	1 602

Степень выщелачивания KCl из сильвинита примем равной 97% (или 0,97).

Расчет

Определим количество KCl, перешедшего в раствор при выщелачивании:

Q_KCl = Q_{KCl в руде} ´ β = 98 424´0,97 = 95 471 кг/ч (2)

где Q_{KCl в руде} – количество KCl, поступающего с рудой, кг/ч;

β –степень выщелачивания KCl из сильвинита.

Насыщенный щелок содержит 318 кг KCl на 1000 кг Н₂О; растворяющий – 164 кг KCl на 1000 кг Н₂О. На 1000 кг Н₂О растворяется KCl: 318 – 164 = 153 (кг). Рассчитаем количество воды, необходимое для растворения 95 471 кг KCl, исходя из того, что в 1000 кг воды растворяется 153 кг KCl: (95 471 ´ 1000) / 153 = 622 474 (кг).

Количество растворяющего щелока: (622 474 ´ 1 455) / 1000 = 905 417 (кг).

Таблица 4 – Расчет массового расхода растворяющего и насыщенного щелоков

Компонент	Растворяющий щелок		Насыщенный щелок
	Концентрация компонента, %	Массовый расход, кг/ч	Массовый расход, кг/ч
KCl	11,30	102 312	95 471 + 102 312 = 197 783
NaCl	18,84	170 581	(197 783 ´ 16,70) / 19,83 =166 565
MgCl2	0,58	5 251	432 + 5 251 = 5 683
CaSO4	0,53	4 799	(197 783 ´0,50) / 19,83 = 4 987
Н2О	68,75	622 474	6 984 + 622 474 = 622 978
Всего:	100,00	905 417	997 997

Таблица 5 – Расчет количества компонентов, перешедших в раствор и в отвал

Компонент	Из руды перейдет
	в раствор, кг/ч	в отвал, кг/ч
KCl	98 424 ´ 0,97 = 95 471	98 424 – 95 471 = 2 953
NaCl	166 565 – 170 581 = –4 016	246 024 – (– 4 016) = 250 040
MgCl2	5 683 – 5 251 = 432	–
CaSO4	4 987 – 4 799 = 188	7 632 – 188 = 7 444
Н2О	622 978 – 622 474 = 504	–
н.о.	–	6 984
Всего:	92 580	267 420

По данным ВНИИГ на Березниковской ХОФ вместе с горячим насыщенным щелоком из растворителя увлекается 18% твердой фазы. Это солевой и глинистый шламы.

Количество твердой фазы: 360 000 * 0,18 = 64 800 (кг/ч). С горячим щелоком увлекается 6 984 кг/ч глинистого шлама (по данным табл.5). Солевой шлам возвращается в растворитель, т.е. 57 816 кг шлама циркулирует между растворителями и конусами отстойника, поэтому этот шлам в дальнейшем расчете не учитывается.

Таблица 7 – Расчет количества компонентов, содержащихся в глинистом шламе

Компонент	Концентрация компонента, %	Массовый расход, кг/ч
н.о.	75,00	0,75 ´ 6 984 = 5 238
NaCl	15,00	(0,15 ´ 5 283) / 0,75 = 1 048
CaSO4	10,00	(0,10 ´ 5 283) / 0,75 = 698
Всего:	100,00	6 984

Отвал поступает на ленточный вакуум-фильтр.

Таблица 8 – Расчет состава твердой фазы отвала, поступающего на вакуум-фильтр

Компонент	Массовый расход, кг/ч
KCl	2 953
NaCl	250 040 –1 048 = 248 992
CaSO4	7 444 – 698 = 6 745
н.о.	6 984 – 5 238 = 1 746
MgCl2	–
Н2О	–
Всего:	260 436

Отвал содержит 11% влаги – жидкая фаза. Примем, что состав жидкой фазы отвала аналогичен составу растворяющего щелока.

На 1000 кг Н₂О приходится 1 455 кг щелока

На Х кг Н₂О приходится 11 кг щелока

Х = (1000 ´ 11) / 1 455 = 7,56 (кг)

Таблица 9 – Расчет состава жидкой фазы отвала, поступающего на вакуум-фильтр

Компонент	Концентрация компонента, %	Массовый расход ж.ф., кг/ч
KCl	11,30	2 408
NaCl	18,84	4 014
CaSO4	0,53	113
н.о.	–	–
MgCl2	0,58	124
Н2О	68,75	14 648
Всего:	100,00	21 307

Таблица 10 – Сводная таблица материального баланса растворения (кг/ч)

	KCl	NaCl	MgCl2	CaSO4	Н2О	н.о.	Всего:
Приход
1. Сильвинит	98 424	246 024	432	7 632	504	6 984	360 000
2. Раств. щелок	104 720	174 595	5 375	4 912	637 123	0	926 724
Итого	203 144	420 619	5 807	12 544	637 627	6 984	1 286 724
Расход
1. Насыщ. щелок, в т.ч.	197 783	167 613	5 683	5 685	622 978	5 238	1 004 981
жидк. фаза	197 783	166 565	5 683	4 987	622 978	0	997 997
тв. фаза	0	1 048	0	698	0	5 238	6 984
2. Отвал, в т.ч.	5 360	253 006	124	6 858	14 648	1 746	281 743
жидк. фаза	2 408	4 014	124	113	14 648	0	21 307
тв. фаза	2 953	248 992	0	6 745	0	1 746	260 436
Итого	203 144	420 619	5 807	12 544	637 627	6 984	1 286 724
Разница	0	0	0	0	0	0	0

Выводы: в результате работы проведен расчет материальных потоков для процесса растворения сильвинитовой руды.