农用硝酸钾提纯制取工业硝酸钾

, 化 肥 设 计 第 卷 第 期 年 月 张 里 年毕业 于 湖 南岳阳 师范学院 , 高级 师 , 主要从事钾盐生产技术 的研究和技术开发工作 。 张 里 , 张一甫 岳阳市钾盐科学研究所 湖南理工学院化工 系 沈晃宏 岳阳 岳阳 摘 要 介绍了用农用硝酸钾提纯制取工业硝酸钾的工艺原理与工艺 , 进行了 相关工艺计算 , 将计算值与实际生产数据进行了对比。 结果明 , 每制取 工业级硝 酸钾 , 消耗工艺水 掩 、 农用硝酸钾 掩 、 蒸汽 掩。 该结果与实际生产数据基 本相符 。 关键词 硝酸钾 重结晶 自然冷却 工艺计算 目前 , 我国主要采取硝酸钱与氯化钾复分解 循环法生产硝酸钾 。 该法直接制取的硝酸钾通常 含有不少杂质 , 一般只适合当农用硝酸钾使用 , 要获得工业级硝酸钾 , 必须进一步将农用硝酸钾 进行重结晶等处理〔’ , , 〕。 本文简要介绍农用硝酸 钾提纯制取工业硝酸钾 。 工艺原理 与流程 工艺原理 纯硝酸钾是无色 晶体 , 有两种 晶形 , 在 ℃时生成无水硝酸钾斜方形结晶 , 高于 ℃ 转变为菱面体结晶 。 一坟 体系中不形成 水合物 , 冰盐点为 一 ℃ , 含硝酸钾 。 在常压下 , 饱和硝酸钾溶液 质量分数 沸 点为 ℃ 。 硝酸钾溶于液氨 , 在 ℃无水 甲醇中硝酸钾的溶解度为 。 硝酸钾仅微 吸湿 , 不易结块 , 易溶于水 , 常压下不同温度条 件下硝酸钾溶解度值 见表 。 表 常压下硝酸钾溶解度 温度 ℃ 溶解度 , , 生产实践表明 用硝酸钱与氯化钾复分解反 应直接制取的农用硝酸钾质量分数中一般含硝酸 钾 一 、 钱离子 一 、 氯 离子 一 、 钙镁离子 一 、 铁 离子 一 、 硫酸根离子 一 、 水不溶物 一 , 水分 一 。 由于硝酸钾溶解度随着温度降低而显著下 降 , 因此 , 可以在较高温度下将硝酸钾溶解 , 再 在较低温度下使硝酸钾结晶析出 。 为了除去农用 硝酸钾中杂质 , 可以在硝酸钾溶解液中加人一种 复配的沉淀剂 , 这种沉淀剂由有机絮凝剂 、 无机 沉淀吸附剂和无机化合物组成 。 沉淀剂的作用是 使溶液中水不溶物及钙 、 镁 、 铁等有害杂质沉 淀 , 以便通过过滤除去这些杂质 。 例如 , 沉淀剂 可使铁离子生成铁酸盐沉淀 , 水不溶物由于吸附 剂的吸附而形成共沉淀 。 溶液经过过滤除杂后 , 只能除去部分有害杂 质 , 仍有部分可溶性杂质 如氯离子等 存在于 溶液中 。 由于 晶体颗粒越大 , 则晶体表面积越 小 , 吸附于晶体表面层的液膜面积也越小 , 故晶 体所含有的溶液 包括氯离子等杂质 也少 , 因 此 , 采取合适的结晶操作方式获取大颗粒结晶硝 酸钾是确保产品质量的关键 。 实践证明 , 采用 自 然冷却结晶 , 可以制得大颗粒状硝酸钾晶体 , 而 且器壁基本无结垢现象 。 根据上述原理 , 结合多年生产 , 笔者确 定的农用硝酸钾提纯制取工业硝酸钾工艺流程见 图 。 工艺流程 按 农用硝酸钾 水 , 先 第 期 张 呈等 农用硝酸钾提纯制取工业硝酸钾 图回图回同 一鱼 一 剿一 剿一 刻一 ‘ 巡垂丝 圈 回 囚 困 四 图 农业硝酸钾提纯制取工业硝酸钾流程 将水加人溶解槽中 , 通蒸汽加热升温 , 在搅拌条 件下 , 将质量分数 一 的农用硝酸钾 缓慢加人溶解槽中 , 在溶液沸腾条件下 , 硝酸钾 完全溶解 , 其沸点约为 ℃ 。 继续加热使溶液保持沸腾 , 加人适量的 沉淀剂反应一定时间 , 然后停止加热与搅拌 , 使 溶液静止一定时间 , 再将溶液过滤除杂 , 然后送 自然冷却结晶槽中 。 溶液冷却到 ℃左右时 , 将结晶槽 中 硝酸钾料液送离心机离心分离 , 并用少量水洗 涤 , 分离所得硝酸钾晶体含水量约为 , 然后 再送干燥机干燥 , 即得成品工业硝酸钾 , 包装后 人库 。 分离母液与洗涤水一并返回农用硝酸钾生 产工序循环使用川 。 工艺计算阁 设农用硝酸钾主含量为 , 取质量分数 , , 每小时内需投人溶解槽中农用硝酸钾 量为 诬 , 结晶析出的硝酸钾量为 以 , 溶解时需加人的水量为 留 , 设硝酸 钾冷却结晶终点温度为 , 温度为 。 时 , 硝酸 钾溶解度为 尸。 , 取 。 ℃ , 则 尸。 , 已 知硝酸钾与水混和液中硝酸钾质量分数 , 水的质量分数为 , 则 , 一 。 。 · 〔 一 。 〕一 ‘ , 已知硝酸钾在 ℃时溶解热烩 灯 , 比热容 · , 水比热 二 灯压 · , 混和物料初始温度 。 取 ℃ , 混和料液沸点温度 可近似取 ℃ , 设农用 硝酸钾与水混合物加热至沸腾且充分溶解均匀 , 需吸收热量为 , 则有 , , , 一 。 重结晶硝酸钾离心脱水后 , 水分含量一般为 , 干燥机控制温度 ℃ , 常压 下水沸点 几 ℃ , 水蒸发潜热 , , 设硝酸钾干燥过程中 , 物料需吸收热量为 , 则有 一 · 一 。 , 设整个生产工艺过程中 , 硝酸钾物料需吸收 的热量为 吸 , 则有 吸 即 吸 · 一 , 几 一 一 。 设整个生产工艺过程中 , 硝酸钾物料液需放 出热量为 放 压 , 则有 放 “ , · , 一 设溶解槽总热效率为 刀, 干燥机总热效率 为 刀 , 加热蒸汽压力为 侧田 , 则蒸发潜热 为 灯 掩 , 整个生产工艺中需消耗蒸 汽量为 叼 则有 , , , 即 了 机 , , 、一 〕, , , 几 一 , 一 。 , , 假设每小时生产 工业硝酸钾 , 即 二 叼 , 溶解槽总热效率 刀, , 干燥机 总热效率 刀 , 并将上述已知条件与数据 、、 、 、 、 、 、 、 、 、 。 、 、 , 、 代人式 、 、 、 、 , 经 计算可得 , , 。 , 吸 , 放 火 , 灯 , 。 为了验证以上工艺计算结果是否与工业实际 相符 , 笔者将其与岳阳某硝酸钾厂实际指标进行 对比 。 该厂工业硝酸钾年产量约 , 选用溶 解槽容积 时 , 蛇管换热面积 时 , 干燥机 为 石 振动流化床型 , 每制取 工业硝 酸钾 , 实际指标与计算结果对比见表 。 结论 农用硝酸钾经过溶解 、 除杂过滤 、 自然 化肥设计 年第 卷 表 实际生产指标与计算值对比 指标 农用硝酸钾工艺水电用量 加、蒸 沉淀剂 工艺物料 工艺物料 名称 用量掩 用量枯 姗 · 汽用量掩 用量晗 吸热量 放热量 实际值 一 一 计算值 一 一 冷却结晶 、 离心 、 干燥等工序处理 , 完全可 以制 得符合国家 一 优等品工业硝 酸钾 , 即产品质量分数为 , 玫 镇 、 镇 、 水不溶物成 、 厌几 簇 、 吸湿率簇 、 簇 。 计算结果表明 , 每制取 工业级硝酸 钾 , 工艺物料需要直接从外界吸收热量 火 护 , 放出的热量为 护 灯 , 消耗工艺水 , 农用硝酸钾 , 蒸汽 。 生产实 际表明 , 本计算结果与生产实际基本相符合 。 因 此 , 这些计算数据对工业设计与实际生产有指导 作用 。 此外 , 若进一步提高溶解槽与干燥机热效 率 , 其蒸汽消耗将更低 。 制取工业硝酸钾过程中 , 分离母液可以 返回农用硝酸钾生产工序循环使用 , 最终转化为 工业硝酸钾 , 也可以将母液直接蒸发去水获得农 用硝酸钾当化肥出售 , 此外 , 还可以将母液当液 肥使用 。 本工艺确保产品质量的关键 , 一是加入 适量复配沉淀剂 , 将有害杂质沉淀再滤去 二是 采用 自然冷却结晶方式制得大颗粒状晶体产品 。 由于 自然冷却结晶主要靠液面 、 器壁与 空气间散热而达到冷却结晶 目的 , 这种 自然冷 却结晶速度十分缓慢 , 这就限制了大规模工业 化生产工业硝酸钾 , 尤其对于南方夏季炎热天气 生产能力更加有限 , 因此 , 一般情况下 , 年产 以上工业硝酸钾生产厂不宜采用 自然冷却结 晶方式 。 参 考 文 献 〔〕张里 , 沈晃宏 硝酸钾生产新工艺的开发 河南化工 , 一 仁〕沈晃宏 , 张歪 , 张一甫 , 等 年产 硝酸钾生产装置概 况 化工进展 , 一 〔〕化肥工业大全编委会 化肥工业大全 北京 化工工 业出版社出版 , 一 收稿日期 刃 一 上接第 页 几 · 一 。 , ℃ 粘度 、 〔 〕卜 , 。 依 所列步骤求解 , , 百 , , △尸 , △尸 , 框图见图 , 计算结果见表 。 表 计算结果 ℃ 几 ℃ 州 时 ℃ 一 ’ △尸 △ 结束语 利用计算程序求解操作型 问题 , 简单 、 快捷 、 准确 , 且不需对实际问题作任何简化 。 上述模型和结论适用于列管式换热器的 计算 , 仅需对几何模型稍作改动 , 便可推广至其 他类型间壁式换热器 , 且不影响模型的物理意义 。 参 考 文 献 【 」陈敏恒 , 等 化工原理 上册 北京 化学工业出版社 , 一 【 〕姚平经 化工过程系统工程 大连 大连理工大学出版社 , 一 仁 〕化学工程手册编辑委员会 化学工程手册 第二卷 北京 化学工业出版社 , 一 估估算管内侧壁温 估算管外侧壁温 。。。 计计算瑙程了绷热膜系数 计算壳程传热膜系数 计计 算 总 传 热 系 数尤尤 计计算传热单元数 二 一一兰丝一一邢 , 计计算传热效孰 协 万 , 流 句 “ 一 甲 , 一 一 。 一 尸尸 , 人人 心心心心心心心心心心心心心心 代替穿 计计 算 管 程 阻 力 只只只 忱十砂 代替 瑞瑞 计计 算 壳 程 阻 力 结束 图 直接迭代法简要框图 收稿 日期 刃 一 姗 伪 】 奥妙 儿 , ,茗 欠公哪 , 夕之奴 , 份 加 吕 欢 〕 伽 盯 琅 , 比 叩 欢 助目邓 以 〕 」 舫 月 哪 盯 , 韶 盯一 , 州 、 盯坦 了飞期 。目 画 , 已如 比 力 〕 拍 拍 二郎 叩 们 叩 , 即 」 滔 知 叨 找如 阴 韶 , , , 叩 , 溉 侧 花 找 旋 切 即 幽 , 玩汾四 尽 达滋 , 阳 目 叨 】吨 , 双犯已洛 扭 尧 川 代 限 代 器 研 月泛故 , 及 场 , 凡明 俞馆 曲 冶 朋目 。 川 眠 , 印 侧 田 刀 亡 , 两 · 叹石悦 印砂 , 印 已犯 名 习 ‘。刀 飞 、 。℃ 璐 功 , 犯 班 , , 阳 ‘ 例川 , 过 , 盯进 , 曰刃 , , 。叩 已侣 污 及 叭组 环么 呀 , 加 概 中 叩 过阴 、 侧 』 叩 句叩 即 份山 , , 】卿 月 伪 添 研 乞 。, 肠旧 而 因 , 欢田 因 因 , 司 皿 , 刻 田妞 代妇 , 飞印祀 翻 〕 、 】 即 , , 吧 , , 政 四 姐】 份 即 勿叱闷 汕 肠 而 诚 妞 珑万 司盯 , 洲 刻 树 讼记 由呢 比 面 已驭绍 加叮幻 王℃拍 汕 厉 吕 吐 扮 昭 肠 】‘召 , 了 朋司邓 , 田 详 叨 目 , 印璐山 耳沙 悦化 而 找对 。目纽 勿 肠 找祀已治 明 , 六如 助 , 目 助 场 已叮 , 切 , 日 汉 ”、吧叹 , 砚 加 , 花 们 曲 场 耐勺加 叹 乃 反 , 峨 , 什故刀妙王。 加。, 找刁 习 仃 面场 , ’℃ 以力 劝 , 州 沁 喇 , 记 吨 , 司 卯 , 犯 耐 刻 , , 伍 以 叭 肖力劝 获通 ℃ 门 初 加 访 仓团妞 , 了 叹 刃 印 甲阴劝 找又 , , 咖 始 ”姆 阳 】印 坦 阂 ” 旧 盯 而 初 双刁 ’ , 姚犯扭 别的 呢 双犯已粥 一 卯 留 印耳山 画 加 厉 叮园邓目 , 。 湘 俐 耐 别 找泪 沁 优 涨刁 川 哪 日 妙 妞 旧 , 〕, 芝灼 以招 面 己 侧 , 朋 门 即 明 八如 往 刀 旧扭 尤已粥 初