Оборудование гидрометаллургических процессов : расчёт аппаратов гидрометаллургических процессов

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ 

№ 684 
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ 

ИНСТИТУТ СТАЛИ и СПЛАВОВ 

Технологический университет 

МИСиС 

Кафедра редких металлов и порошковой металлургии 

Ю.О. Колчин 
В.В. Миклушевский 
Е.В. Богатырева 
В.С. Стрижко 

Оборудование 
гидрометаллургических 
процессов 

Расчет аппаратов гидрометаллургических 
процессов 

Учебное пособие 

Под редакцией профессора А.С. Медведева 

Допущено учебно-методическим объединением по 
образованию в области металлургии в качестве учебного 
пособия для студентов высших учебных заведений, 
обучающихся по специальности Металлургия цветных 
металлов 

Москва Издательство ´УЧЕБАª 2006 

t 

УДК 669.2/.8.02./09 
О-22 

Рецензент 
д-р техн. наук, проф. И.В. Николаев 

Оборудование гидрометаллургических процессов: Расчет 
О-22 аппаратов гидрометаллургических процессов: Учеб. пособие / 
Ю.О. Колчин, В.В. Миклушевский, Е.В. Богатырева, В.С. Стрижко; Под ред. А.С. Медведева. – М.: МИСиС, 2006. – 71 с. 

Учебное пособие по курсу «Оборудование гидрометаллургических процессов» состоит из одиннадцати разделов, которые содержат примеры расчетов пропеллерной и рамной мешалок, пачука, теплового баланса автоклава, 
насосов, барабанного вакуум-фильтра, каскада сгустителей отстойников, экстракционных и сорбционных каскадов, выпарной установки и шнекового 
кристаллизатора, а также 20 вариантов индивидуальных заданий. 

Пособие предназначено для студентов четвертого курса, обучающихся по специальности 150102 (1102) «Металлургия цветных металлов». Может быть полезно 
студентам при выполнении курсовых и дипломных проектов. 

© Московский государственный институт 
стали и сплавов (технологический 
университет) (МИСиС), 2006 

ОГЛАВЛЕНИЕ 

1. Расчет механического агитатора с пропеллерной мешалкой 
4 

2. Расчет механического агитатора с рамной мешалкой 
7 

3. Расчет пачука 
11 

4. Расчет теплового баланса автоклава 
17 

5. Расчет мощности центробежного насоса 
24 

6. Расчет каскада сгустителей-отстойников при противоточной 
декантации 
28 

7. Расчет барабанного вакуум-фильтра 
31 

8. Расчет каскада экстракторов при полном противотоке 
35 

9. Расчет каскада ионообменных колонных аппаратов 
40 

10. Расчет трехкорпусной выпарной установки 
46 

11. Расчет шнекового кристаллизатора 
58 

Библиографический список 
63 

Приложения 
64 

3 

1. РАСЧЕТ МЕХАНИЧЕСКОГО АГИТАТОРА 
С ПРОПЕЛЛЕРНОЙ МЕШАЛКОЙ 

1.1. Пример расчета 

В агитатор загружено G = 4000 кг пульпы (рис. 1.1). Плотность 
пульпы ρ = 2000 кг/м3. Диаметр диффузора D = 0,4 м. Определить 
скорость вращения вала двигателя, обеспечивающую кратность обмена (прохождения) z = 8 пульпы через диффузор в минуту. Определить пусковую мощность электродвигателя, если КПД мешалки составляет η = 85 %. 

с 

r^ 

- - 
г ^ 
0 

J> 

/'-Ч" 

D— 

Й 

/ 
ч 

-1 

Рис. 1.1. Иллюстрация к расчету агитатора 
с пропеллерной мешалкой и диффузором 

Решение 
Установочная мощность двигателя пропеллерной мешалки соответствует его пусковой мощности, которая определяется по формуле 

Nп =Nт + Nи, 

где Nт – мощность, расходуемая на преодоление сил трения; она равна рабочей мощности двигателя, так как именно она расходуется в установившемся режиме работы агитататора; 
Nи – мощность, затрачиваемая в момент пуска двигателя для преодоления инерции системы. 

4 

Для простоты расчета принимаем запас по мощности для преодоления инерции равным 20 %, следовательно 

jVуст = jVп = 1,2 jVр. 

Рабочая мощность двигателя мешалки, Вт, определяется по формуле 

7 v M F я V cos4P, 
ц 

где к 
- коэффициент проскальзывания (движение жидкости против 
движения мешалки), к = 0,7; 
F ом - «ометаемая поверхность» - площадь круга внутри диффузора с учетом сужения сечения у стенок (примерно на 20 %); 
Я - шаг винтовой линии пропеллера, м; 
п 
- частота вращения пропеллера, об/мин; 
р - угол подъема винтовой линии пропеллера (20… 45°)*. 

«Ометаемая поверхность», м2, составляет 

F 
0,8лD 4 

4 

0 8 314 0 44 
следовательно Fом = 
, 
= 0,1 м 2 . 

Шаг винта, м, определяется по формуле 

Н = TdtgP, 

где d - диаметр пропеллера (d = (0,25… 0,3)D). 

Тогда Я = 3,14 • 0,3 • tg22o = 0,152 м. 
Частота вращения пропеллера, об/мин, составляет 

60F 

п = 
ос 
, 
Я cos Р 

где Fос - осевая скорость потока, м/с, определяемая по формуле 

Уос = 
. 

––––––––––– 

* Эмпирическим путем установлен оптимальный угол (3, равный 22°. 

5 

Так 
как 
Vос = 
4000-8 

60 0,1 2000 
= 1225,5 об/мин, или 20,43 об/с. 
Таким образом, 

= 2,67 м/с, 
то 
60 2,67 
0,152 0,86 

Nр = 

0,7-2000-0,1 
0,85 

0,1523 20,433 cos4 22о = 3645 Вт = 3,7 кВт, 

Nуст = 3,7 1,2 = 4,44 кВт. 

По прил. 1 выбираем электродвигатель ВАО-51-6, изготовляемый 
с применением химически стойких изоляционных материалов, мощностью 5,5 кВт. 

1.2. Варианты индивидуальных заданий 

Номер 
варианта 

1 
2 
3 
4 
5 
6 
7 
8 
9 
10 
11 
12 
13 
14 
15 
16 
17 
18 
19 
20 

G, кг 

4000 
4100 
4200 
4300 
4400 
4500 
4600 
4700 
4800 
4900 
5000 
5100 
5200 
5300 
5400 
5500 
5600 
5700 
5800 
5900 

ρ, кг/м3 

1800 
1900 
2000 
1850 
1900 
1700 
1800 
1950 
2000 
1800 
1950 
1900 
1950 
2000 
2050 
2150 
2000 
2300 
2100 
2250 

D, м 

0,5 
0,6 
0,7 
0,5 
0,6 
0,7 
0,8 
0,9 
0,6 
0,7 
0,8 
0,9 
1,0 
0,8 
0,9 
1,0 
1,1 
0,9 
1,0 
1,1 

z, мин – 1 

10 
11 
12 
10 
9 
8 
10 
11 
10 
9 
12 
11 
10 
8 
4 
5 
6 
7 
8 
9 

η, % 

0,85 
0,90 
0,95 
0,85 
0,90 
0,85 
0,90 
0,95 
0,85 
0,90 
0,95 
0,85 
0,90 
0,95 
0,85 
0,90 
0,95 
0,85 
0,90 
0,95 

n 

6 

2. РАСЧЕТ МЕХАНИЧЕСКОГО АГИТАТОРА 
С РАМНОЙ МЕШАЛКОЙ 

2.1. Пример расчета 

Частота вращения мешалки « = 50 мин 1. Плотность загружаемой 
пульпы р= 1500 кг/м3. Количество элементов мешалки: «С» - 6, 
«В» - 4, «А» - 2 (рис. 2.1). Габаритные размеры рамы мешалки (высота X ширина) Я X L = 1,2 X 1,0 м. Рама сварена из полос листовой 
стали шириной Х= 0,1 м, КПД двигателя Tj = 85 %. 

Рис. 2.1. Иллюстрация к расчету агитатора 
с рамной мешалкой 

Решение 
Мешалки такой конфигурации можно рассматривать как состоящие из нескольких лопаток простой формы. Рассчитав мощность, затрачиваемую на приведение в движение каждой составляющей, найдем мощность как сумму этих слагаемых, и с учетом запаса мощности 
(порядка 20 % от этой суммы) подберем по каталогу (см. прил. 1) необходимый электродвигатель. 

7 

Мощность двигателя, Вт, затрачиваемая на вращение горизонтальных лопаток «C», составляет 

NС = 
8г| 

где φ – коэффициент, зависящий от формы лопатки; если «b» – ширина элемента рамной мешалки, а «h» – высота элемента, то 
φ зависит от соотношения b / h следующим образом: 

b / h 

φ 

1 

1,10 
1,15 
1,19 

10 
1,29 

1 
1,40 

Fл = F sinp - площадь поверхности элемента лопатки, вытесняющего пульпу, м2; 
F - площадь элемента мешалки, м2; 
р - угол наклона лопатки (в нашем случае 90°); 

v = Tidn 
60 – окружная скорость вращения лопатки, м/с; 

здесь d - диаметр вращения лопатки, м; 
n - число оборотов лопатки в минуту; 
Л - КПД двигателя (0,7… 0,95). 

Рамная мешалка состоит из шести горизонтальных лопаток «С» с 

размерами 
6 = 0,4 м 
и 
Л = 0,1 м, 
следовательно 
φ = 1,19, 
а 

л-0,8-50 
\) = 
= 2,093 м/с. 
60 
Тогда 

NС 

уст 

^1,19-6-0,4-0,1-2,0933-1500^578 Вт. 
8-0,85 

Для элементов «А» и «В» (вертикальных лопаток) расчет мощности двигателя, Вт, производится по формуле 

NА 
фгр/2(0 / 4 
8г| 
0, 

где и= тn 
30 – угловая скорость лопатки, рад/с; 

R – радиус наружной части лопатки; 
r – радиус внутренней части лопатки. 

8