Условие:
На одном из предприятий Красноярского края организовано производство жидкого и сухого гуминового удобрения на базе бурого угля Бородинского разреза (Канско-Ачинский бассейн). Сырье относится к категории лигнитов с повышенным содержанием реакционноспособных гуминовых кислот.
Технологическая цепочка включает четыре последовательные стадии: 1 стадия: Термомеханическая подготовка Дробление класса < 3 мм, сушка в ленточной сушилке до остаточной влажности 8%; 2 стадия: Реакторное выщелачивание Щелочная экстракция 20% KOH при 85°C, время 90 мин, избыток реагента 10%; 3 стадия: Фильтрационное разделение Отделение жидкой фазы (гуматный концентрат) от твердого техногенного остатка; 4 стадия: Концентрирование и грануляция Упаривание и сушка целевого продукта в барабанном вакуум-аппарате
В ходе плановой остановки производства было решено провести ревизию материальных потоков и оценить потенциал переработки твердого остатка с целью достижения безотходности.
Характеристика исходного угля (рабочая масса, по данным входного контроля):
- влажность Wr=33,2 %;
- зольность на сухое состояние Ad=11,8 %;
- содержание гуминовых кислот (в пересчете на органическое вещество) = 27,5 %. Режимные и нормативные параметры: производительность по сырому углю: 1050 кг/ч; механические потери углеродистой массы при подготовке: 2,8 % от массы сухого вещества; эффективность перехода гуминовых кислот в раствор: 86 %; потери готового гумата калия при сушке и грануляции: 4,5 %; эквивалентная масса гуминовых кислот (по карбоксильным группам) принята равной 515 г/экв; молярная масса KOH=56 г/моль.
Задания:
1. Географический контекст и обоснование
Определите субъект РФ, в котором ведется добыча. Укажите две причины, по которым глубокая переработка бурого угля в удобрения экономически оправдана именно в этом регионе, а не в европейской части страны.
2. Материальный баланс стадии подготовки
Рассчитайте для производительности 1050 кг/ч:
- массу угля после сушки (влажность 8 %);
- массу удаленной влаги;
- массу угля (с учетом влажности 8 %), реально поступающего в реактор выщелачивания, с учетом механических потерь.
3. Реакторный блок и расход реагента
Определите:
- массу гуминовых кислот (кг/ч) в угле, загружаемом в реактор;
- практическую массу гуминовых кислот, перешедших в жидкую фазу;
- теоретический расход KOH (100%-ного) по стехиометрии;
- часовой расход 20 %-ного водного раствора KOH с учетом 10%-го избытка.
4. Выход товарного продукта
Вычислите выход сухого гранулированного гумата калия (кг/ч и т/сутки) с учетом потерь на стадии концентрирования и грануляции.
5. Безотходность: утилизация техногенного остатка
Твердый остаток после фильтрации (шлам) имеет следующий состав:
- 34 % — минеральная часть (зола);
- 28 % — непрореагировавшее органическое вещество;
- остальное — влага.
Предложите два технологических маршрута его утилизации, исключающих захоронение. Для каждого маршрута укажите:
- ключевую технологическую операцию;
- получаемый продукт (или вторичный ресурс);
- одну возможную область применения.
Примечание для участников
Все расчеты выполняйте с точностью до второго знака после запятой. При составлении материального баланса считайте, что минеральная часть угля инертна и полностью переходит в твердый остаток.
