Дипломная (вкр): Метод сорбционного выщелачивания золота из руд

.

где Ar - критерий Архимеда;

dч - диаметр частиц, мм;

ρp - плотность раствора, кг/м3;

g - ускорение свободного падения, м/c2;

μР - динамическая вязкость раствора, спз.

Затем рассчитаем критерий Рейнольдса:

.

Вычисляем скорость осаждения крупных частиц пульпы в растворе:

м/с

Определение скорости нисходящего потока в чане пачука

Скорость нисходящего потока пульпы в чане пачука должна превышать скорость осаждения крупных частиц руды в 1,8-2,0 раза.

W = (1,8-2,0) ×Wос = 1,8×1,71×10-2 =3,08×10-2 м/сек.

Определение диаметра и длины циркулятора:

 м.

Принимаем диаметр циркулятора DЦ = 0,8 м.

Длина циркулятора принимается конструктивно:ц = 1/3×Н= 1/3×15= 5 м.

Определение положения циркулятора относительно днища пачука.

Для того чтобы не происходило заиливание конуса пачука, расстояние от нижнего конца циркулятора до донного фланца должно быть не более рассчитанного по уравнению [11]:

 м,

где Dвс - диаметр полусферы всасывания, который рассчитывают по уравнению:

Таким образом,

 ,м

Re = (Wц×Dц×ρп) / μп

Re = (Wц×Dц×ρп) / μп = (2×0,8×1370) / 2,9×10-3=0,76×106

Следовательно, расстояние от нижнего конца циркулятора до донного фланца:

Определение диаметра донного фланца пачука:

ф = Dвс - 2Hвс × ctg 45

Таким образом, рассчитаем диаметр донного фланца:ф = 2,66 - 2×0,92 × 1 = 0,82 м.

Выбор конструкции воздухоподающего устройства и глубины его погружения в пульпе пачука.

В связи с большим диаметром циркулятора принимаем периферическую подачу воздуха через отверстия в стенках циркулятора. Для предотвращения забивания отверстий песками пульпы диаметр отверстия для подачи воздуха принимаем 10 мм (d0=10 мм).

Так как диаметр циркулятора достаточно велик, а длина его сравнительно мала, то принимаем подачу воздуха в нижнюю часть циркулятора на расстоянии 1м от нижней кромки циркулятора.

Расстояние от уровня пульпы в пачуке до точки подачи воздуха в циркулятор находим по уравнению:

Н0 = Н - Нвс - 1 = 15 - 0,92 - 1=13,08м.

Принимаем Н0 = 13,1м. [11].

5.2.2 Аппаратурный расчет процесса сорбции

Для определения точного количества ионообменных пачуков в каскаде следует определить число теоретических ступеней ионного обмена, необходимого для достижения заданной степени извлечения золота. Это производится с помощью х-у диаграмм, где х - концентрация золота в водной фазе (пульпе), у - концентрация золота в органической фазе (смоле). На у - х - диаграмме строится кривая равновесных концентраций и прямая линия рабочих концентраций по координатам двух ее крайних точек (Хнач и Qраб; Хкон и Qнач).

Из рисунка 2 видно, что для уменьшения концентрации золота до Хкон необходимо 6 теоретических ступеней ионного обмена. Реальное число пачуков находится путем деления числа теоретических ступеней на коэффициент полезного действия реальной ступени (в обычных условиях 0,6 - 0,9) [10].

Рассчитаем количество ионообменных пачуков:

При непрерывном потоке сорбционного выщелачивания необходимо устанавливать на один аппарат больше, чем по расчету для большей эффективности использования рабочего объема пачука. Таким образом, в каждую из двух цепочек аппарата добавляем по 1 пачуку и принимаем число ионообменных пачуков в каскаде 12 [11].

5.3 Гидравлический расчет

Определение давления воздуха в воздухоподающем устройстве

Общее давление воздуха в воздухоподающем устройстве перед его истечением в пульпу должно быть достаточным, чтобы преодолеть статическое давление столба пульпы Но, а также достаточным для создания скоростного напора и преодоления сопротивления трения при истечении из отверстия.

Избыточное давление воздуха в воздухоподающем устройстве можно рассчитать по уравнению [11]:

и = k×H0× ρп× g = 1,2×13,1×1370×9,81 = 211 кПа;

где Pи - избыточное давление воздуха, кПа;

к - коэффициент, учитывающий возможные колебания в пачуке уровня пульпы, средней плотности ее и избыток давления, необходимый для создания скоростного напора и преодоления сопротивления трения при истечении из отверстия.

Ho - расстояние от уровня пульпы в пачуке до точки подачи воздуха,м;

ρп- плотность пульпы, кг/м3;

g - ускорение свободного падения, м/с2.

Абсолютное давление в системе определяется как сумма избыточного и атмосферного:

Pаб = Pи + Pа = 211000+101300 = 312,3 кПа. [11].

Определение расхода воздуха

Удельный расход воздуха принимаем 0,03нм3/мин на 1 м3 пульпы

(t = 0°С, Pa = 101,3 кПа), общий расход воздуха при этих условиях:

 нм3/мин,

где Vi - объем пульпы, перерабатываемый в одном аппарате.

Так, как воздухоподающее устройство расположено на глубине Н0, то фактический расход через воздухоподающее устройство составит[11]:

Определение расхода воздуха через одно отверстие

  - вязкость воздуха при 0°С,

плотность воздуха на глубине Н0 при t = 20°С:

 кг/м3

Для создания устойчивого турбулентного потока принимаем= 2∙104.

Таким образом, расход из одного отверстия d0 = 10 мм при t =20°С:

 м3/мин. [11].

Определение числа отверстий

Число отверстий определим по уравнению [11] :

где N - число отверстий;факт - фактический расход, м3/мин;

Q`возд - расход из одного отверстия, м3/мин.

Необходимо расположить отверстия в три ряда. Для этого выбираем ближайшее значение N =90, т.е по 30 отверстий в каждом. Расстояние между отверстиями 90 мм с интервалом между соседними рядами 100 мм. Отверстия в рядах располагаем со смещением на 90 мм. [11].

Расчет диаметра воздухоподводящего трубопровода

Принимаем скорость движения воздуха в трубопроводетр = 30 м/с, тогда:

м = 48мм. [11].

Расчет потока пульпы и кратности ее обмена

Определение величины восходящего потока пульпы в пачуке:

,

где = 95,

∑ξ=ξвых из трубы + ξвходв трубу + ξплавное закругл = 4,0 + 0,3 + 0,1 + 0,1 = 5,4

Определение кратности обмена пульпы в пачуке в результате перемешивания:

n = 60×Qп/Va = 60×61,85/318,27 = 11,6 объемов в час.

Нормальным считается n = 8 - 25. [11].

.4 Механический расчет

В соответствии с таблицей 9.1 [12] для расчета выбираем материал аппарата, стойкий в цианистых растворах, которым является сталь марки 1Х13. По таблице 2.18 [12] определим механические свойства стали 1Х13:

При t =20оС предел прочности при растяжении σЕ = 580 МН/м2; предел текучести σт = 420 МН/м2; относительное удлинение при растяжении σу = 20%; ударная вязкость σн = 1,1 МДж/м2.

Расчет обечайки

Расчетное давление в нижней части обечайки:

Р = ρп∙g∙Нп∙10-6,

где P - расчетное давление;

ρп - плотность пульпы, равная 1355т/м3;- ускорение силы тяжести 9,81 м/с2;

Нп - высота столба пульпы, равная 15м.

Р = 1370∙9,81∙15∙10-6 = 0,2 МН/м2.

По таблице 14.5 [12] определяем запас прочности по пределу прочности, nв=2,6. Тогда номинальное допускаемое напряжение составит:

 МН/м2.

Допускаемое напряжение определяем по формуле [12]:

 МН/м2.

Определяем отношение определяющих параметров σд и Р с учетом коэффициента и паяных соединений :

[12].

Номинальную расчетную величину толщины стенки обечайки для денного отношения согласно таблице 15.6 [12] определяем по формуле:

 мм

Величину суммы прибавки определим по уравнению [12]:

С = СК+СЭ+СД+С0

где C - величина суммы прибавки, мм;

СК - прибавка на коррозию или другой вид химического воздействия рабочей среды на материал, мм;

СЭ - прибавка на эрозию или другой вид механического воздействия на материал рабочей средой;

СД - дополнительная прибавка по технологическим, монтажным и другим соображениям, мм;

СО - прибавка на округление размера.

С = 2 + 0 + 4 + 0,5 = 6,5 мм= s’ + С = 3 + 7,5 = 9,5 мм.

Проверим условие 15.5 [12]:

 < 0,1, следовательно, условие выполняется.

Допускаемое давление в обечайке определяем по формуле 15.16 [12]:

 МН/м2.

которое больше расчетного давления, P = 0,2 МН/м2.

Расчет днища

Материал днища также изготовлен из стали марки 1Х13. Угол конуса при вершине в днище 60о. Номинальную толщину стенки днища согласно таблице 16.22. определяем по следующей формуле [12]:

 мм.

где  - номинальная толщина стенки днища, мм;- расчетный диаметр пачука, равный 6000 мм.

P - расчетное давление, равное 0,2 МН/м2;

 - допускаемое напряжение, МН/м2;

при коэффициенте днища Х = 30о и , из литературных источников [12] следует, что, Y = 1,4.

Номинальную расчетную толщину стенки днища теперь определим по следующей формуле [12], принимая φ = 1:

 мм,

где D - расчетный диаметр определяем по уравнению [12], считая :

За расчетную величину  принимаем большее значение. Суммарную прибавку к номинальной расчетной толщине стенки определяем по формуле 14.12 [12]:

С = Ск + Сэ + Сд + С0 = 2+0+4+1,3 = 7,3.

Толщина стенки днища

 мм. Принимаем толщину стенки днища s=11 мм.

Допускаемое давление в днище согласно таблице 16.33 [12]: определяем по формуле 16.28 [12]:

 МН/м2,

 МН/м2.

Действительное значение Р является меньше значения определенного выше, т.е. 0,86 МН/м2 > 0,63 МН/м2.

Расчет строп для укрепления циркулятора

При пределе прочности при растяжении равномв = 520 МН/м2, принимаем  кг [12].

Принимаем 4 стропы для укрепления циркулятора, тогда нагрузка на одну стропу равна Р/4 = 100 кг.

 мм2.

 мм

Диаметр стропы реальный принимаем d = 8 мм.

Расчет штуцеров

Штуцера служат для присоединения к аппарату трубопроводной арматуры и трубопроводов для подвода и отвода различных жидких или газообразных продуктов, которые могут быть разъемными и неразъемными. По условиям ремонтоспособности применяются разъемные соединения (фланцевые штуцера) [13].

Диаметр патрубков для ввода и вывода реагентов подбирают из расчета, что, чем меньше диаметр труб, тем эффективнее эксплуатация, но с другой стороны, чем больше скорость потока, тем больше потери, и, следовательно, энергетические затраты. Экономически выгодной считается скорость потока для жидкостей перемещающихся самотеком - 0,5 ÷1,0 м/с.

При заданной производительности диаметр патрубков может быть определен из уравнения расхода:

 отсюда,

где d - внутренний диаметр патрубка, м;- объемный расход, м3/с;

 - средняя скорость потока, м/с.

Объемный расход пульпы равен 0,06 м3/с. Принимаем скорость

ω = 0,5 м/с для ввода исходных веществ; ω = 1 м/с для выхода продуктов реакции.

Рассчитаем диметры патрубков по формуле[12]:

для вывода продуктов реакции (пульпа):

 мм,

принимаем, Dy = 300 мм;

для выхода смолы: мм,

принимаем Dy = 150 мм.[13].

6 Контроль и автоматизация

Автоматизация приводит к улучшению основных показателей эффективности производства: увеличению количества, улучшению качества и снижению себестоимости выпускаемой продукции, повышению производительности и эффективности труда, улучшение условий труда обслуживающего персонала. Внедрение автоматических устройств уменьшает затраты сырья и энергии, сокращает количество брака и отходов, увеличивает срока работы оборудования. Комплексная автоматизация процессов химической технологии предусматривает не только автоматическое обеспечение нормального хода этих процессов с использованием различных автоматических устройств (контроля, сигнализации, регулирования), но и автоматическое управление пуском и остановом аппаратов для ремонтных работ и в критических ситуациях.

Для получения информации о состоянии объекта и условиях работы служат устройства контроля. Они могут быть выполнены либо в виде отдельных приборов, предназначенных для визуального контроля параметров процесса, либо являться составной частью устройств регулирования, сигнализации и защиты.

В данном дипломном проекте разработана схема автоматизации процесса сорбционного выщелачивания золотосодержащей руды.

Необходимость автоматизации данного процесса обусловлена опасными и вредными факторами, присутствующими в производстве Au и создающими опасность для людей, контактирующих с оборудованием. Чтобы избежать этого, применяется комплексная автоматизация с дистанционным управлением, сводящая к минимуму всё вредное воздействие производства на работников [15].