Оқулық құралы Павлодар (075. 8) Ббк 34. 33 я73 м 27 С. Торайғыров атындағы пму ғылыми кеңесі ұсынған

Алюминат ерітінділерінің ыдырауы декомпозиция бөлікшесінде жүзеге асады.

Алюминат ерітінділері бақылау сүзілуінен өтіп, 60-63^оС дейін салқындатылғаннан кейін ыдрау процесіне түсіп, шөгуге кристалды гидроксид болып бөлінеді. Ыдырау процесі ерітіндідегі иондарының концентрациясы немесе белсенділігі төмендеген жағдайда жүзеге асады. Осының нәтижесінде реакцияның тепе-теңдігі оң жаққа қарай ығысады.
Al()₄ Al()₃+ (5.8)
Осы реакцияны жылдамдату үшін ерітіндіге көп мөлшерде жаңадан шөгуге түскен алюминий гидроксидін, яғни қорды қосады.

Алюминий оксидінің, яғни қордың құрамындағы алюминий тотығының Al₂O₃ ерітіндінің құрамындағы Al₂O₃ алюминий тотығына массалық қатынасын қорлық қатынас деп атайды. Әртүрлі алюминий тотығын өндіретін заводтарда қорлық қатынас 1,5-3,5 сандары аралығында болады.

Ерітіндіні ыдырату температураны басқы декомпозерден бастап соңғы декомпозерға дейін 62-65 ^оС тан 55-52 ^оС дейін жайлап төмендету арқылы жүреді.

Ыдырау процесінің нәтижесінде алынған алюминий тотығының қаншалықты екенін шөгуге түскен алюминий тотығының алюминат ерітіндісінің құрамындағы алюминий тотығына қатынасы арқылы есептеп шығаруға болады.

Сөйтіп ерітіндінің ыдырау деңгейін мынадай теңдеу арқылы анықтаймыз
немесе (5.9)
Теңдеудегі С₁ – алюминий тотығының алюминат ерітіндісіндегі концентрациясы, ал С₂ – ыдыраудан кейінгі алюминий тоығының төл ерітіндідегі концентрациясы, г/дм³; α_а – алюминат ерітіндісіндегі каустиктік қатынас (модуль), ал α_м – ыдыраудан кейінгі төл ерітіндінің модулі.

Алюминий тотығының сығылу кезіндегі шығымы шамамен 45-50% құрайды, яғни 50% алюминий оксиді ерітіндіден шөгуге көшеді, ал қалған бөлігі төл ерітіндісінің құрамында қалады. Ерітіндінің концентрациясына байланысты төл ерітіндінің каустикті модулі шамамен 3,0-3,2 сандарының аралығында болады.

Декомпозиция процесінің маңызды көрсеткіштерінің бірі оның үлесті шығымы немесе түсімі болып табылады. Ол әр тәулікте алюминат ерітіндісінің әрбір шаршы метірінен бөлінген алюминий оксидінің мөлшерімен өлшенеді, яғни
(5.10)
мұндағы q – меншікті шығым (кг/м³ тәулігіне);

(Al₂O₃)_ал – алюминат ерітіндісіндегі Al₂O₃

концентрациясы, (кг/м³);

η – ыдырау пайызы, %;

τ – декомпозиция процесінің ұзақтылығы, (сағат).

Сығылу жылдамдығының жоғарлылығы мен алюминат ерітінділерінің ыдырау деңгейінің тереңдігінен басқа декомпозициялық жағдай алюминий гидроксидін белгілі ірілікпен және зиянды қоспалардың құрамы төмен болатын жағдайды қамтамасыз етуі қажет.

Алюминат ерітінділерінің өнімі болып шартәріздес түйіршік түріндегі алюминий гидроксиді Al(OH)₃ саналады.
Кесте 10 – Декомпозиция бөлікшесіне түсетін технологиялық

ерітінділер

Қормен араластырылған алюминат ерітінділерінің ыдырау процесі ауамен және механикалық бұлғау арқылы декомпозерлер батареяларында жүргізіледі. Ыдырау деңгейінің пайызы төл ерітінділер арқылы тексеріліп отырады. Декомпозициядағы қойыртпақтың температурасын айналымдағы сулардың көмегімен және кәдімгі қоршаған ауа жылуалмасуы арқылы төмендетеді.

Ыдырау деңгейің сапалы және жоғары деңгейде жүруіне төмендегідей факторлар әсер етеді:

– алюминат ерітінділерінің каустикті қатынасы;

– алюминат ерітінділерінің концентрациясы;

– қордың мөлшері мен сапасы;

– зиянды қоспалардың мөлшері;

– температуралық режімі және бұлғау түрлері;

– бұлғаулық әсер.

Енді осы әсер ететін факторларға толығырақ тоқталайық.

Сондықтан өндірісте алюминат ерітінділерінің қатынасын 1,5-1,55 сандарының араларында ұстайды.

Декомпозицияға түсетін алюминат ерітінділерінің әрбір каустиктік қатынасына өзіне сәйкес алюминий оксидінің Al₂O₃ немесе Na₂O концентрациялары болады, дәлірек айтсақ алюминат ерітінділерін ыдырату кезінде алюминий гидроксидінің шығымын толық қамтамасыз ете алатын концентрация. Неғұрлым каустикті қатынас төмен болса, соғұрлым қажетті концентрация жоғары болады.

Мұндай концентрацияның болу қажеттілігі алюминий гидроксидінің жұмыстық көлем бірлігіндегі шығымына ерітіндінің концентрациясы мен ыдырау деңгейінің теріңдігінің қарама қарсы қозғалыстарының әрекетінен пайда болған құбылыс деп білеміз. Сондықтан алюминат ерітінділерін шамадан тыс сулату ыдырату жылдамдығын арттырғанымен, қанағаттанарлықтай алюминий тотығының шығымын алуға қолданылуға жарамайды. Сонымен қатар алюминат ерітінділерінің тым жоғары концентрацияларында ыдырау процесіне жарамайды.

Қордың мөлшері мен сапасының әсері. Шөгімге түскен жаңа алюминий гидроксидінің, яғни қордың сығылу процесіндегі рөлінің мәні алюминат ерітінділерін ары қарай ыдыратуға қолайлы жағдай жасайтын дайын түйіршік орталығын құру болып табылады. Сондай жағдай жасалғанан кейін алюминат ерітінділерінің ыдырау процесіндегі қордың түйіршіктері ұлғая бастайды.

Сығылуға түсетін алюминат ерітінділерінің қорының мөлшері қорлық қатынас немесе қорлық сан ретінде сипатталады, яғни қордың құрамындағы алюминий оксидінің Al₂O₃ алюминат ерітіндісіндегі алюминий оксидіне Al₂O₃ массалық қатынасын қорлық қатынас деп атайды.

Сондықтан ыдырау процесінен кейін алынатын төл ерітіндінің каустикті модулі бокситті ерітінділей алатын модульдің шамасында болу үшін өндірісте қорлық қатынастарды шамамен 2,5-3,3 сандарының аралығында ұстайды. Қордың құрамындағы алюминий гидроксидінің бөлшектілік деңгейінің өсуімен, түйіршік орталықтарының санының көбеиуінің нәтижесінде сығу процесі ұлғая түседі. Бірақ өте ұсақ, белсенділігі аз қор ыдырау процесінде алюминий гидроксидтерінің бөлшектерінің қажетті өсімін қамтамасыз ете алмайды, сондықтан ары қарайғы сүзу мен жуу процестері нашарлайды. Осыған орай өндірісте, қажетті ірілікпен алюминий гидроксидін алу үшін қор ретінде қолданылатын алюминий гидроксидтерін алдын ала жіктен өткізіп отырады.

Алюминат ерітінділерін ыдырату процесін жақсартып, деңгейін көтеру үшін көптеген зерттеулер жүргізілді. Солардың біреуі қор ретінде ұсақ майдаланған белсенділігі жоғары қорды қолдану. Мұндай қорды белсенді қор деп атайды. Ол алюминат ерітінділерінен алынған жаңа шөгімге түскен бөлшектілік алюминий гидроксиді.

Кәдімгі қормен салыстырғанда белсенді қор өте ұсақ бөлшекті және беткі жағы жақсы дамыған гидроокисьтен тұрады. Осы қасиеттеріне қарай ыдырау процесі кезінде қордың ұсақ түйіршіктері қажетті ірілікке дейін өсіп үлгереді.

Белсенді қорды қолдану қорлық қатынас сандарын едәуір төмендетеді.

Ыдырау процесіне қордың құрамының тазалығы маңызды әсер етеді. Өндірісте қормен бірге ыдырау процесінің басына алюминат ерітінділеріне каустикті қатынасы жоғары сілтілік ерітінділер түседі. Бұл алюминат ерітінділерінің каустикті қатынасы қормен араласқанан кейін жоғарлап кетуіне әкеліп соғады, сөйтіп ары қарайғы сығылу процесін бәсеңдетеді.

Сондықтан қор ретінде қолданылатын алюминий гидроксиді мұқият жуып сілтілік ерітінділердің құрамын азайтуды талап етеді.

Зиянды қоспалардың әсері. Қандай да қоспа болсын алюминат ерітінділерінің сығылуы кезінде тек алынатын алюминий гидроксидінің сапасына ғана емес және оның түйіршіктерінің өсу жылдамдығынада әсер етеді. Алюминат ерітінділеріндегі маңызды қоспалардың бірі кремний оксиді, күкірт және органикалық заттар. Зерттеу нәтижелері алюминат ерітінділерінің құрамында белгілі мөлшердегі кремнезем алынатын алюминий гидроксидінің тек сапасына ғана әсер етіп қоймай, ыдырау процесін бәсеңдететінін анықтады.

Сығылуға түсетін алюминат ерітінділерінің кремнилік қатынасы қанағаттанарлықтай сапалы гидроксид алу үшін кем дегенде 350-400 саны аралықтарында болуы керек.

Алюминат ерітінділерінде органикалық қоспалар бокситтің құрамындағы гуминдік заттардың сілтіде еруінің нәтижесінде пайда болады.

Осылай пайда болған натрий гуматтары алюминат ерітінділеріне өтіп, сығылу процесіне айтарлықтай әсер етеді.

Ерітіндінің ыдырау жылдамдығы төмендейді және алюминий гидроксидінің түйіршіктерінің өсуі бәсеңдейді. Сондықтан ыдырауға түсетін ерітінділердің құрамынан органикалық заттарды уақытында тазартып отыру керек. Органикалық қоспаларды тазартудың тиімді жолы бокситті күйдіру, бұл жағдайда олар бұзылып кетеді. Ал екінші жолы жүйелі түрде төл ерітінділерін буландырғанда тазалап отыру керек.

Күкірт алюминат ерітінділерінде натрий сульфаты түрінде кезігеді.

Алюминат ерітінділерінде жиналып ыдырау процесін тежейді.

Температураның әсері. Бір қалыпты каустикті қатынас пен концентрациядағы алюминат ерітінділерінің температурасы сығылу процесінің жылдамдығына және алынатын алюминий гидроксидінің сапасына әсер етеді. Температураны төмендеткенде ыдырау процесі ұлғаяды, бірақ егер 40^оС төмендетсе қайтадан бәсеңдейді. Бұл құбылыс әр каустиктік қатынасқа әртүрлі әсер етеді. Температураны 40^оС ары қарай жоғарлатқанда алюминат ерітінділерінің ыдырауының төмендеуі ерітіндінің қанығу деңгейінің төмендегенімен түсіндірілсе, 40^оС ары қарай төмендеткенде оның тұтқырлығының артуымен түсіндіріледі.

Ерітіндінің температурасын тым төмендетіп жіберсе, қордың түйіршіктерінің баяу өсуіне байланысты шөгуге түсетін алюминий гидроксидінің бөлшектілігі жоғарлап кетеді.

Мұндай өте майда гидроксидті сүзгіден өткізу өте қиынға түседі, сондықтан өндірісте температураны 40^оС- тан төмен түсірмейді.

Павлодар алюминий заводында ыдырау процесінің бастапқы температурасы 60-63 ^оС, ал процестің соңында, яғни соңғы декомпозерлерде 52-55 ^оС аралығында. Бұл заводта гидроксидтің белгілі бөлшектілігі мен белгілі сапасын алуға бейімделген температура.

Алюминат ерітінділерінің ыдырау жылдамдығы бұлғауыштың айналым сандарын ұлғайтқанда өседі. Бұл құбылыс қор гидроксидінің механикалық ұсақталып, беткі қабатының ұлғаюының нәтижесінде пайда болуымен түсіндіріледі.

Өндірісте үзіліссіз сыйымдылықтары V=1200-4500м³ (10 және одан да көп) батареялардан тұратын, гидрат қойыртпағын ауамен және механикалық түрде бұлғаулайтын екі түрлі декомпозер қондырғылары жұмыс істейді.

Декомпозер түбі жағы конустық, болаттан жасалған, ал ішкі жағына тасымалдағыш және түпкі жағынан жоғарғы жағына ұдайы бұлғаулап аудармалағыш екі аэролифт түсірілген цилиндірлік ыдыс.

Аэролифтердің сыртқы жақтары қойыртпақты салқындатуға арналған су қалталарымен қапталған. Ал аэролифтің ішіне ауа жіберілетін диаметірі Ǿ57мм құбыр жіберілген.

Кесте 12 – Декомпозердың сипаттамасы

Құрамында шамамен 420-460 граммды гидрат қойыртпағы соңғы декомпозерлардан өздігінен ағып гидроайыруларға түсіп, алюминий гидраты жіктеледі. Өнім гидратының бөлшектік сапасын артыру үшін бөлікшеде екі сатылы гидроайыру сұлбасы енгізіліп, бүгінде жақсы жұмыс атқарып келеді. Бұл тізбек үлгісі бойынша гидроайырудың бірінші сатысынан алынған құмдас сұйықтығы сүзуден өтіп, қор ретінде бөлек батареяға жіберіледі. Сонда ерітінділерден қосымша кристалдардың өсуі басталады.

Гидрат қойыртпағы жаңағы бөлек батареяның соңғы декомпозерынан гидроайырудың екінші сатысына түсіп тағы да бөлінеді, содан кейін құмдас сұйықтығы өнімдік сүзуге жіберіледі. Бұдан басқа да алынатын өнім гидратының бөлшектік сапасын барынша арттыру мақсатында бөлікшеде қосымша сұйық фаза мен қою фазаларды бөлу үшін гидроқұйындатқыш қондырғылары орнатылып, қазіргі таңда тиімді жұмыс атқарып келеді.

Гидроайырулардың бірінші және екінші сатыларынан алынған ағынды қойылтқышқа келіп түседі.

Қойыртпақты шөгу екі түрлі қойылтқышта іске асады:

1) Диаметірі 20м, сыйымдылығы V-1180м³, цилиндір бөлімінің биіктігі Н _{цилин. бөлімі}- 2,8м тең бір ярусты қойылтқыш.

2) Диаметірі 14м, сыйымдылығы V-1200м³, цилиндір бөлімінің биіктігі Н _{цилин. бөлімі}- 7,0м тең екі ярусты қойылтқыш.

Қойылтқыштардың ағызындыларының сапасын жақсарту мақсатында оларға арнайы синтетикалық флокулянт «Алклар-600» қосып отырады.

Гидрат қойыртпақтары қойылтқыштардың астынан қорлық сүзулерге жіберіліп, барабандық сүзгілерде сүзіліп, сүзілген қоқым алюминат ерітінділерімен араласып қор ретінде басқы декомпозерлерге жіберіледі. Ал сүзгі ағызындысы қойылтқыштың ағызындысымен қосылып, ары қарай бақылау сүзілуіне жіберіледі.

Төл ерітіндісін бақылау сүзуінен ЖТАС-125; 225 сүзгілерінде өткізеді. Бақылау сүзуінен кейін сүзігі ағызынды буландандыру бөлікшесіне жіберіледі.

Гидроайырулардың екінші сатыларының төменгі конусынан алынған гидрат өнімі сүзуге жіберіледі. Онда гидраттың құрамындағы сілті сумен жуылып, сүзгіде сүзіледі. Алюминий тотығын тұтынушылардың талап тілектерін орындау мақсатында және алюминий тотығының бөлшектік сапасын барынша жақсарту жағдайында қосымша гидрат сақтайтын қоймалар қолданылады.

Алюминий гидроксидін қоюландыру процесі бір немесе екі ярусты қойылтқыш аппараттарында және гидроайырғыштарда жүргізіледі.

Бір ярусты қойылтқыштың диаметірі Ǿ20м, ал екі ярусты қойылтқыштікі Ǿ14м.

Гидрат қойыртпағының түйіршікті құрамын жіктеу үшін гидроайырғыштар қолданылады. Гидроайырғыштарда жіктелу процесі ірі және ұсақ бөлшектердің шөгу жылдамдықтарының айырмашылықтарына негізделінген.

Ірі бөлшектердің шөгу жылдамдықтары жоғары болғандықтан олар көп мөлшерде гидроайырғыштың төменгі бөлігінен түсіріледі, ал жеңілдеу бөлшектер ағызындымен бірге кетеді.

Бөлшектердің жүзгінмен бірге кеткен уақыты мен жылдамдығын Стокс теңдеуімен анықтауға болады

секунд);

Al(OH)₃ тығыздығы 2,43 г/см³ тең;

төл ерітіндінің тығыздығы 1,24 г/см³;

төл ерітіндісі үшін η=0,0248 г/(см·с).

Ағынмен кету жылдамдығын былай анықтауға болады
; Q_{ағызынды} = Q_келуі-Q_{түсірілу} , (5.13)
мұндағы Q_{ағызынды} – ағызындының шығыны, (м³/сағат);

Q_келуі – келген қойыртпақтың шығыны, (м³/сағат);

Q_{түсірілу} – түсірілу шығыны, (м³/сағат);

S – көлденең қима алаңы, м².

Жоғарыдағы теңдеуге сүйене отырып, қойыртпақтың белгіленген түйіршік құрамының фракциясын жіктеуге ағызындыны қандай жылдамдықта ұстап отыру керектігін есептеп шығаруға болады.

Қоюландыру процесі алюминий гидроксидінің қатты бөліктерін төл ерітіндісінен бөлуге арналған. Қойылтқыштың ішіндегі қойыртпақтың биіктігіне қарап оны бірнеше аймаққа бөлуге болады:

– жоғарғы аймақ мөлдірленген төл ерітінді, ол ағызынды ретінде үзіліссіз шығарылып отырады;

– төменгі жағында қоюландыру және тығыздау аймағы орналасқан, онда алюминий гидроксидінің бөлшектері ауырлық күшінің әсерімен төмендеп, жоғарғы қабаттардың салмағымен тығыздалынады.

Төл ерітіндідегі алюминий гидроксидінің шөгу процесі қатты заттардың ауырлық күшінің әсерімен іске асырылады. Тыныш сұйық ортада бөлшектердің шөгу жылдамдығы бастапқыда ақырындап жоғарлайды. Жылдамдық ұлғайған сайын бөлшектердің қозғалысына кедергі көбейеді. Сөйтіп аз уақыттың ішінде тепе-теңдік қалпы басталады, яғни ауырлық күші ортаның кедергі күшіне тең келеді. Осы шақтан бастап қатты бөлшек бір қалыпты жылдамдықпен, шөгу жылдамдығы деп аталатын жылдамдықпен қозғала бастайды

Теңдеуден көріп отырғанымыздай қатты бөлшектердің шөгу жылдамдығы оның диаметірі, тығыздығы және сұйық ортаның тұтқырлығына тәуелді екені. Алюминий гидроксидінің қоюлану процесінің негізгі көрсеткіші болып төл ерітіндісінің ағызындысының үлесті өнімділігі саналады.

Үлесті өнімділік деп қойылтқыштың шөгу алаңының әр шаршы метірінен шығарылатын 1м³ мөлдірленген төл ерітіндінің бір сағаттағы мөлшерін түсінеді. Қойылтқыштарда ағызындының жылдамдығы шөгу алаңының бір шаршы метіріне 0,3-0,4 м³/сағатты құрайды. Ал гидроайырғыштардың ағызындысының жылдамдығы ағызынды алаңының бір шаршы метіріне 1,5-3,0 м³/ сағатты құрайды.

Шөгуге түскен алюминий гидроксидінің және төл ерітіндінің қоспалары шамамен химиялық құрылысы төмендегідей гидраттық қойыртпақтан тұрады: Al₂O₃ – 68; Na₂O – 121; α_к – 2,9:3,2; қатты заттардың құрамы – 460г/л.

Кесте 13 - Қоюландыру және жіктеу технологиялық процестерінің

режімдік параметрлері

Параметрлердің атауы	Технологиялық режімнің мөлшері	Бақылау әдістері
Соңғы декомпозерлардағы қатты заттардың мөлшері	420-470г/л	Ортаауысымдық алымды талдау
Гидроайырғыштардың ағызындысындысының құрамындағы қатты заттардың мөлшері	300-400кг/л	Ортаауысымдық алымды талдау
Гидроайырғыштардың төменгі жағынан алынатын өнімнің құрамындағы қатты заттардың мөлшері	750-950г/л	Алымды тәулігіне бір рет талдау
Гидроайырғыштардың төменгі жағынан алынатын өнімнің тығыздығы	1,65-1,68	Бақылау өлшеуіш аспаптары (БӨА) көрсеткіштері бойынша
Қойылтқыштың ағызындысының құрамындағы қатты заттардың құрамы	5кг/л көп емес	Ортаауысымдық алымды талдау
Бір ярусты қойылтқыштардың төменгі жағынан алынатын өнімнің тығыздығы	1,65-1,70	Бақылау өлшеуіш аспаптары (БӨА) көрсеткіштері бойынша
Бір ярусты қойылтқыштардың төменгі жағынан алынатын өнімнің құрамындағы қатты заттардың мөлшері	750-900	Алымды тәулігіне бір рет талдау
Екі ярусты қойылтқыштардың төменгі жағынан алынатын өнімнің тығыздығы	1,62 – 1,68	Бақылау өлшеуіш аспаптары (БӨА) көрсеткіштері бойынша
Екі ярусты қойылтқыштардың төменгі жағынан алынатын өнімнің құрамындағы қатты заттардың мөлшері	750-900	Алымды тәулігіне бір рет талдау

Кесте 14 - Қойылтқыштың сипаттамасы

Буландыру бөлікшесі ерітіндідегі артық суды буландырып оның концентрациясын белгіленген деңгейге көтеруге және шикізатты өңдеу кезінде ерітінділердің құрамында жиналып қалған зиянды қоспаларды ертіндіден тысқары шығаруға арналған.

Сонымен қатар буландыру бөлікшесінің негізгі міндеттерінің бірі айналымдағы ерітіндіні тапсырылған сілтілік концентрациямен Na₂O_ky технологиялық процесстің басына үздіксіз қамтамасыз етіп отыру.

Төл ертінділерді булау бір-бірімен қосылып тізбектелген буландыру батареяларында жүзеге асады. Бу негізінен «Жылу энергетикалық орталықтарымен» қамтамасыз етіледі және ерітінділер қайнаған кезде пайда болған екінші булар да қолданылады.

Буландыру батареялары жұмыс істеген кезде ерітінді мен бу бір-біріне қарама қарсы қозғалып жүреді.

Ерітіндіні булап оның концентрациясын шамамен 210г/л көтерген кезде зиянды қоспалар біртіндеп ерітіндіден қатты фаза ретінде бөлініп, содан кейін жүйеден бөлек шығарылады.

Буландыру бөлікшесі буландырғыш батареяларында әлсіз төл ерітінділерін қуатты ерітінділерге дейін булап, қуатты ерітінділерді түйіршіктелендіріп және қоюландаратын, сонымен қатар буландырылған ерітінділерден сода-сульфаттық қоспаларды шығару, сода – сульфатты қойыртпақты сүзу деген операциялардан тұрады.

Алюминий тотығы өндірісінде буландыру бөлікшесі цех пен заводтың су, сода, натрий сульфаты, органикалық қосылыстар және басқа да қосылыстар бойынша баланыстық мәліметтерін есептеп салыстыруға арналған.

Сонымен бірге қызыл шламды, үйінді шламды жууға ыстық сумен қамтамасыз етеді және процес кезінде пайда болған конденсатты «Жылу электр орталықтарына» уақытымен жіберіп отырады. Буландыру процесі кезінде алюминат ерітінділерінен алюмосиликат, сода және басқа да органикалық қосылыстар бөлінеді. Алюмосиликаттардың бөлінуі ерітіндінің температурасын жоғарлатқанда өсе бастайды да, каустикті сілтінің концентрациясын көтергенде төмендейді. Бұл құбылыс буландыру батареяларында ерітінді мен ыстық будың қарама – қарсы жүргізілетін сұлбасын ұстануға мәжбүр жасады. Осының нәтижесінде алюмосиликаттардың тез қарқынмен бөлінуі төмендеді..Сөйтіп буландыру процесі ерітінді мен ыстық бу қарама – қарсы жүретін 4 және 5 корпустан құрастырылған «Кестнер» аппаратынан тұрады. (Кестнер аппаратты ойлап тапқан адамның фамилиясы).

5.9.1 Буландыру процесі жайлы жалпы мәлметтер. Ұшпайтын заттардың ерітінділері қайнаған кезде буланған фазаға тек қана еріткіш өтеді. Осы жағдайда еріткіш біртіндеп буға айналып, бу қалпында кете бастағанда ерітіндінің концентрациясы, яғни еріген, ұшпайтын заттардың құрамы жоғарлай бастайды.

Сонымен қайнау кезінде еріткішті буға айналдырып, ерітіндінің концентрациясын жоғарлату процесі буландыру процесі деп аталады.

Буландыру процесі сулатылған ерітінділердің концентрациясын көтеруге немесе олардан ерітілген заттарды ары қарай тұндыру, сүзу және түйіршіктеу арқылы бөліп шығару үшін кеңіне қолданылады.

Өндірісте буландыруға негізінен сулы және сілтілі ерітінділер түседі.

Ерітінділерді буландыру процесі әртүрлі конструкциялық буландыру аппараттарында жүргізіледі.

Ерітінділермен жұмыс істейтін буландыру аппараттарын жылыту үшін асақыздырылған немесе қаныққан, 0,5 тен 6,0 кгс/см² - (0,05-0,6 МПА) қысымдағы бу қолданылады. Ерітіндіні қыздыру процесі жылуды екі затты да бөліп тұратын қабырға арқылы қыздырылатын агентке беру арқылы жүргізіледі. Буландыруды атмосфералық қысымен де, сонымен қатар төмендетілген және жоғарғы қысымдармен де жүргізе береді.

Атмосфералық қысымен буландыру кезінде бу атмосфераға жіберіледі.

Төмендетілген қысымен буландырғанда (сирету кезінде) аппараттың ішінде арнайы конденсаторда екіншілік буды конденсациалау арқылы және конденсаторға су жіберу арқылы вакуумдық соғыштармен арнайы конденсатордан кондициаланбаған газдарды сорган кезде вакуум пайда болады.

Буландырудың мұндай тәсілі аппараттағы ерітіндінің қайнау температурасын төмендетуге және қыздырылатын агент пен қайнайтын ерітіндінің арасындағы температуралық айырмашылықтарын ұлғайтуға мүмкіндік береді. Сөйтіп беттік жылуалмасуды төмендетеді.

Жоғарлатылған қысыммен буландырған кезде жылу қондырғылары мен аппараттар үшін екіншілік бу қыздырғыш агент ретінде қолданылады. Буландыру қондырғыларында корпус сандарын көбейту, екіншілік буды көп қайтара қолдануға мүмкіндік береді.

Сонымен көпкорпусты буландыру қондырғыларында бір көлем мен бір мөлшердегі жылуды көпқайталап қолданылуға болады. Бұл жұмсалынатын будың қомақты мөлшерін үнемдеуге мүмкіндік туғызады.

5.9.2 Буландыру аппараттарының құрылғысы.

1) «Кестнер» аппараты.

2) Ерітіндіні табиғи жолмен айналымға түсіретін аппарат.

3) Ерітіндіні тысқары күштердің әсерімен айналымға түсіретін аппарат.

Ерітіндіні тысқары күштердің әсерімен айналымға түсіретін аппараттың техникалық параметірлері төмендегідей:
Кесте 15 – Аппараттың техникалық параметірлері

Буландыру аппараты	Ерітіндіні тысқары күштердің әсерімен айналымға түсіретін аппарат
Жылыту кеңістігі	F=418м2
Ерітіндінің температурасы	T=140оС
Будың температурасы	T=160оС
Құбыр аралық қысым	P= 0,6Мпа
Айырғыштың көлемі	V= 145м3
Бір камерадағы диаметірі Ǿ57мм х 3,5 құбырдың саны	214
Бір камерадағы құбырдың ұзындығы	L=7,0м
Сорғыштың атауы	ОХГ 8-55-К-СД -1-УЗ
Электрқозғалтқышының қуаты	200 кВт
Ерітіндінің тығыздығы	γ=1,6 г/см3
Аппараттың көлемі	170м3

Кесте 16 – Ертінділердің сипаттамасы

Сурет 5.9 – Буландыру аппараты

Ерітінділердің қайнау температурасы. Ерітіндінің үстіндегі еріткіштің буының қысымы таза еріткішке қарағанда әрқашанда төмен болып келеді. Осының салдарынан ерітіндінің қайнау температурасы таза еріткіштің қайнау температурасынан бір қалыпты қысымның өзінде жоғары болады.

Мысалы: Кәдімгі су 100^оС қайнайды, өйткені судың буының қысымы осы температурада 1атм (атмосфералық қысым) тең. Ал 30% NaOH ерітіндісі үшін ерітіндінің үстіндегі су буының қысымы 100^оС температурада 1 атмосфералық қысымнан төмен және ерітінді өзінің астындағы будың қысымы 1 атм деңгейге жеткен кезде ғана 117 ^оС температурада қайнай бастайды.

Сондықтан ерітіндінің қайнау температурасы (t₁) мен таза еріткіштің температурасының (t₂) арақатынастық айырмашылығы температуралық басылу немесе температуралық депрессия деп аталады.

Δ¹ = К·Δ^атм , (5.16)

Өндіріс ерітінділері үшін Δ^атм = (117 -100 ) = 17 ^оС.

Ерітіндінің қайнау температурасының жоғарлауын температуралық депрессия ғана арқылы емес гидростатикалық және гидравликалық депрессиялар арқылы анықтауға болады.

Мысалы: Егер 10 метірлік құбырдың ішіндегі суды атмосфералық қысымда 100 ^оС дейін қыздырса, онда жоғарғы қабаттағы су t=100 ^оС температурада қайнап кетеді, өйткені қысым 1 атмосфераға тең. Ал төменгі қабаттағы су t=120 ^оС температурада қайнайды, өйткені ол 2 атмосфералық қысымның астында жатыр. Бұл жағдайда гидростатикалық депрессия жоғарғы жағында 0 ^оС бастап, төменгі жағында 20 ^оС дейін өзгереді, ал құбырда орта есеппен

Су қайнаған кезде температуралық қысым қыздыратын будың температурасы мен судың қайнау температурасының айырмашылығына тең, яғни 160-100=60 ^оС және екіншілік будың температурасына тең.

Ерітінді қайнаған кезде аппараттағы қысымға сәйкес келетін екіншілік қаныққан будың температурасы өзгермейді, ал ерітіндінің қайнау температурасы депрессиялық көрсеткіш деңгейіне дейін көтеріледі. Осының нәтижесінде температуралық қысымда депрессиялық көрсеткіш деңгейіне дейін төмендейді. Соымен депрессия температуралық жоғалымды туғызады.

Буландыру аппаратының ішіндегі толық депрессия

Δ – аппараттың ішіндегі депрессия.

Мысалы: 0,2 атмосфералық қысымдағы 20% NaOH ерітіндісінің қайнау температурасын анықтайық.
Δ^атм = 14 ^оС; К=0,76;
Δ= 14·0,76=10,6
10,6+3+1=14,6 ^оС.
0,2 атмосфералық қысымда судың қайнау температурасы 59,7^оС.

Онда қайнау температурасы T_{қайнау температурасы} = 59,7+14,6=74,3^оС.

5.9.4 Материалдық баланс теңдеуі
Q_т = Q_а + W, (5.19)
мұндағы Q_т – төл ерітіндінің мөлшері;

Q_а – айналымдағы сілтілік ерітіндінің мөлшері;

W – ерітіндінің құрамынан буға айналған судың

мөлшері.
V₁ · p₁= V₂ · p₂ +W (5.20)

C_С – ерітіндінің соңғы концентрациясы;

V – ерітіндінің көлемі;

P – ерітіндінің тығыздығы;

V₁ – төл ерітіндінің көлемі;

p ₁ – төл ерітіндінің тығыздығы.

Жылулық баланс
Q = G_т · C_т · t_т = G_с · C_с · t_с +W · I +Q_а, (5.23)
мұндағы W – соңғы корпустан шыққан конденсат;

Q_а – ағынның мөлшері;

C_т – ерітіндінің бастапқы концентрациясы;

t_т – ерітіндінің бастапқы температурусы;

t_с – ерітіндінің соңғы температурасы;

C_с – ерітіндінің соңғы концентрациясы.

Жылутасу коэффиценті
, (5.24)
мұндағы 1/a₁ мен 1/a₂ – кері жылутасу коэффициенттері;

δ/в – қабырғалардың жылу кедергілері;

a₁ және a₂ – екі жылутасымалдағыштардың жылутасу

коэфиценттері;

Құбырдың есебі

d – құбырдың диаметірі, м²;

w – қозғалыс жылдамдығы, сек/метр;

p – тығыздығы, кг/ м³.

Қуатты буландыратын батареялардың буланған ерітінділері қатты фазалардың түйіршіктерін кристалдарды ірілеу мақсатымен алдымен кристалдандырғышқа, содан кейін қатты қоюланған фазаны сұйықтан бөлу үшін қойылтқышқа жіберіледі. Қойылтқыштың ағызындысы өздігінен айналым ерітінділері жиналатын бакқа құйылады, ал қойылтқыштың астыңғы конусынан алынған қойыртпақ барабандық сүзгілерінде сүзіледі. Сүзгінің қоқымы карбонаттардан,сульфаттардан,органикалық заттардан ж.т.б. тұрады. Ол айналымдағы сумен араластырылып қойыртпақты суалту, ары қарай қызыл шламды араластыруға жіберіледі.

Буландырылған қуатты ерітінділерден соданы және басқа да қоспаларды бөліп шығару үшін кристалдандырғыштар мен сода тұндырғыш аппараттары қолданылады. Буландыру процесінен алынған сілтілік ерітінділер кристалдандырғыштарға түсіп, одан ары қарай қойылтқыштарға құйылады.

Қойылтқыштың мөлдірленген ағызындылары бөлек бактарға құйылады, ал астыңғы конусынан алынған сода қойыртпағы сүзілуге жіберіледі.

Бөлініп алынған сода шөгіндісінің құрамы мен қуатты ерітіндінің қойыртпақ қоспаларының химиялық құрамдары төмендегідей:

– айналымдағы сода (қатты фазасы):

– Al₂O₃ – 18,0; Na₂Oж – 139,0; Na₂Oку – 33,0; α_к – 3,0.

– айналымдағы сілтілік ерітінді ( сұйық фазасы):

– Al₂O₃ – 120г/л; Na₂Oку – 210-220г/л; α_к – 2,9-3,2; соданың % –10-11%.

Кесте 18 – Қоюландыру процесінің технологиялық параметрлерінің

режімі

Параметрлердің атаулары	Технологиялық режімнің мөлшері	Бақылау әдісітері
Сода тұндырғыш аппараттың ағызындысы: Na2Oку; соданың % ; үлестік салмағы.	210-215г/л; 9-11; 1,360-1,365 г/см3	Ортаауысымдық алымды талдау
Қойылтқыштың конусынан алынған қойыртпақтың құрамы.	350-400 қг/л	Көз мөлшерімен анықталады
Сода тұндырғыш аппараттың ағызындысының температурасы	115-117 оС	Бақылау өлшеуіш аспаптары (БӨА) көрсеткіштері бойынша
Қойылтқыштың конусынан алынған қойыртпақтың тығыздығы, меншікті салмағы.	1,5-1,6 г/см3	Бақылау өлшеуіш аспаптары (БӨА) көрсеткіштері бойынша

5.11 Алюминий гидрототығын қыздыру

Алюминий тотығы өндірісінің алюминий гидроокисін қыздыру процессі технологиялық тізбектің соңғы тармағы болып келеді. Қыздыру мақсаты алюминий гидроокисінің құрамынан суды бөліп, таза, ылғалды өткізбейтін алюминий тотығын алу.

Қыздыру процессі ұзындығы L=110м; d=4.5м және 2% төмен ығысқан айналмалы құбырлық пештерде шамамен 1100-1300 ^оС температура аралығында жүргізіледі.

Негізгі реакция мынадай

ылғалды құрғақ бемит

корунд

Өнім алюминий гидроксиді тасымалық конвейерлер жүйесінің көмегімен сүзгі бөлікшесінен пештердің шанабына түсіріледі. Гидраттың ылғалдылығы 10% жоғары болмауы керек.

Пештердің отыны ретінде мазут қолданылады, қазіргі таңда зауытта отын ретінде тас көмірді газға айналдырып, пештерге газды беру технологиясы жүзеге асырылып жатыр.

Гидрат пештің суық басынан,ал мазут бүріккіштердің көмегімен пештің ыстық басынан беріледі, сөйтіп гидрат оттың жалынына қарсы жүреді.

Тоңазытқыштан шыққан алюминий тотығының температурасы 200 ^оС жоғары болмауы керек.

Салқындатылған алюминий тотығы тоңазытқыштардан шанаптарға түсіп, содан кейін камералық сорғыштармен алюминий тотығы қоймаларына жіберіледі.

Тұтынушыларға сатылатын алюминий тотығының шығым көрсеткіші ең маңызды көрсеткіш болып табылады, өйткені сол көрсеткіш арқылы қолданылып жүрген технологияның экономикалық тиімділігін және өңделген бокситтен алюминий тотығы қаншалықты толық шығарылып алынды немесе қаншалықты жоғалтылғанын көруге болады
, (5.27)
мұндағы η_ш – алюминий тотығының шығуы, (%);

Q₁ – бокситтің белгілі бір салмағынан өндірілген

алюминий тотығының мөлшер, кг;

Q₂ – белгілі бір салмақтағы бокситтің құрамындағы

алюминий тотығының мөлшері, кг.

Алюминий гидроксидін (Al(OH)₃) кальциндеу процесі алюминий тотығын өндіру тәсілдерінің барлық түрлерінің соңғы сатысы және оның негізгі қасиеттері мен сипаттамасын анықтайтын бөлікше болып табылады.

Жуылып және сүзгіден өтіп, кальциндеуге жіберілген өнімдік гидрат химиялық және физикалық құрамдары жағынан төмендегідей талаптарға сай келуі керек:

Қоспалардың массалық еншісі: SiO₂ 0,02% көп емес;

Fe₂O₃ 0,03% көп емес;

Na₂O 0,39% көп емес;

Ылғалдылығы 10% көп емес;

Ірілігі 32 мкм кіші фракциялар 30% көп емес.

Негізгі (5.26) реакциясы жүру үшін, яғни алюминий оксиді мен су молекулаларының арасындағы химиялық байланысты бұзу үшін көп мөлшерде энергия жұмсауға тура келеді. Іс жүзінде бұл процесс гидратты жоғарғы температураға дейін қыздырып және осы температурада оны белгілі бір уақыт аралығында ұстап тұру керек.

Отын ретінде құрамында күкірті аз М100 және М40 маркалы мазут қолданылады.

мазуттың негізгі сипаттамасы

Алюминий тотығын қыздыру қышқақты оттөзімді кірпіштермен шегенделген айналмалы құбырлық пештерде жүреді. Гидраттың алюминий тотығына айналу процесі шикізаттың химиялық құрамы мен физикалық күйінің өзгеруін сипаттайтын негізгі төрт тармақтан тұрады.

Пештік кеңістік төрт аймаққа бөлінеді және әр аймақ материалдың өзгеше түрге айналуына сәйкес келеді.

Бірінші аймақ – кептіру аймағы. Мұнда гидраттың сыртқы (физикалық) ылғалдылығы кетеді, ал материал шамамен 200-250 ^оС температурасына дейін қыздырылады.Шегіну газдарының температурасы шамамен 200-250 ^оС, ал аймаққа келіп түсетін газдардың температурасы 600 ^оС дейін болады.

Екінші аймақ – кальциндеу аймағы. Бұл аймақта материалдан, яғни алюминий тотығынан бүкіл химиялық ылғал кетеді, ал материал 900-950 ^оС температурасына дейін қыздырылады. Осы кезде гамма түріндегі (γ- Al₂O₃) алюминий тотығы пайда болады. Шегіну газдарының температурасы шамамен 600-700 ^оС

Үшінші аймақ – қыздырып-шынықтыру аймағы. Бұл аймақта орнықты гамма – түріндегі алюминий тотығының жоғарғы температуралық пішіні пайда бола бастайды. Сонымен қатар осы аймақта алюминий тотығының аса орнықты және ылғал өткізбейтін альфа – түріндегі (α- Al₂O₃) пішіні қарқынды түрде пайда бола бастайды. Шынығу аймағына өткен альфа – түріндегі (α- Al₂O₃) алюминий тотығының еншісі оның сол аймақта қаншалықты уақытта болғандығына және материалға әсер ететін жылулықтың сапасына тәуелді. Алюминий тотығының шынығу аймағынан шыққандағы температурасы шамамен 1200 ^оС, ал шегіну газдарының температурасы шамамен 1300-1400 ^оС құрайды.

Төртінші аймақ – салқындату аймағы. Бұл аймақта оттық алаудың арғы жағындағы алюминий тотығы 800-900 ^оС температураға дейін салқындайды.
Кесте 20 – Салқындату аймағының сипаттамасы

Аймақтың аталуы	Сипаттайтын параметірлері
Кептіру аймағы	W-ылғалдылық (10%→ 0 %)
Кальциндеу аймағы	Қыздырып-шынықтыру кезіндегі жоғалымдар; қ.к.ж. (34,7%→ 0,6 %)
Шынықтыру аймағы	α- Al2O3 (0 %→ 20 %)
Салқындату аймағы	Алюминий тотығының температурасы; Та.т. (1200 оС → 800 -900 оС)