温度对复分解法制硝酸钾生产过程的影响

温度对复分解法制硝酸钾生产过程的影响 第9卷第3期 2001年9月 盐湖研究 JoURNALoFSALTLAKERESEARCH V0l9No.3 SeP.2001 温度对复分解法制硝酸钾生产过程的影响 赵启文 (青海大学化学工程系,青海西宁810016) 摘要:棵讨硝醯棱和氧化钾为原料,皇分解击制硝畦钾工艺中.配料,硝酸奸结晶,氯 化接结晶等处操作温盅对产量 质量,操作时间等的响 关键词:沮度;祖硝酸钾;操作时间 中圉分粪号:O612l文献标识码:A文章编号:l008858X(2001)03004303 1概述 硝酸铵和氯化钾为原料,复分解法制硝酸钾,并 副产氯化铵的工艺.由于原料易得,工艺简单,无"三 废"排放,是目前国内中小型硝酸钾生产企业普遍采 用的工艺.原理为: 化学反应方程式: KCI+NH^NO3=KNO3+NH.CI 在水为介质的条件下,根据氯化钾,硝酸铵, 氯化铵,硝酸钾四种盐.在不同温度下其溶解度的不 同.工艺流程中,通过控制工艺过程各工序温度,使 硝酸钾和氯化铵在不同的温度条件下分别结晶析 出,分离,最终得到工业级硝酸钾和农用氯化铵两种 产品.因此在整个流程中台理的选择操作温度非常 重要本文以硝酸铵和氯化钾复分解法制取硝酸钾 的生产过程(流程见图1)为研究对象.探讨配料,氯 化铵结晶,硝酸钾结晶等工序操作温度对生产过程 的影响 2配料温度对生产过程的影响 按配料温度不同,配料过程分为高温配料和低 温配料两种.高温法配料是将分离粗硝酸钾结 晶后的母液加热到沸点(常压下约为1l0.C),在沸 点温度下配料.低温法配料是在60.C的母液中加入 收稿日期200105I4 作者简介:赵启文(】968).讲师.学士.化学肥及化学反应工程. 原料,不需要加热.反应结束后的温度为40.C. 2.1配料温度对租硝酸钾产量的影响 产品硝酸钾中的K来源于配料时所加的氯化 钾,在其它条件相同的情况下.主要决定于氯化钾的 溶解度.从工艺条件配料摩尔比为;n(KC[) (NH.NO)=0.75,1.1.水与干盐(硝酸铵与氯化 钾)的章尔比为4.23较台理,高温法配料完全能够做 到.而低温法配料中受溶解度的限制做不到上述配 比.在相同条件下,氯化钾要少加3O,40,一次循 环后得到的粗硝酸钾产量减少30,40 2.2配料温度对操作时间的影响 生产硝酸钾的中小企业多采用间歇法操作,其 操作时间包括反应时问和加料,升温,降温,卸料,清 洗等辅助时问.高温法虽然溶解,反应速率较快,但 溶解量也大.因此高温法和低温法操作时间的差别, 主要决定于升温和降温时间.它们跟加热和冷却的 能力,设备结构,冷却结晶终点的温度等因素有关. 在冷却结晶终点的温度为20,30C.采用4kg/cm 的蒸汽加热,水冷,蛇管式和夹套式换热器,换热面 积等相同的条件下.高温法从配料到粗硝酸钾结晶 需要6小时左右,而低温法需要2.5小时左右,高温法 的操作时间是低温法的2,3倍.所可以通过增加 循环次数+来提高低温法粗硝酸钾的产量. 盐湖研究第9卷 NH'No3 圃I硝酸铵和氰化钾复分解法制取硝酸钾的工艺流程方框图 Fig.IFlowin~.chartofpotassiumnitrateproductiontechniqn~byamm.n】 umnitrateandpotassiumchloride 温度对粗硝酸钾结晶的影响 硝酸钾产品最终是通过结晶获取的.晶核的形 成速率,生长速度.以及最终晶体的粒度,形状,纯度 等都要受到始末温度及降温速率的影响.在料液的 饱和程度.冷却方式.粗硝酸钾冷却结晶终点温度等 都相同的条件下,高温法冷却温差大,冷却结晶时间 长.得到的粗硝酸钾晶体粒度大,有利于后工序的过 滤,洗涤.从而提高产品的质量.在实际生产中为缩 短冷却时间,高温法有的采用喷雾冷却塔.塔内物料 迅速冷却,处在较高的过饱和度.物料由不稳定态快 速结晶,生成大量晶核由于晶核泛滥.同时与料液 的接触时间极短(两者在塔内接触时间不到一分钟, 降温达4O,5O.C),晶核不能发育成晶形完整的大 晶体.所得粗硝酸钾晶体粒度比低温法还小.其结果 相反. 4氯化铵结晶终点温度 氯化铵结晶终点温度直接关系』氯化铵产量及 钾的损失量.两者均随结晶终点温度的下降而长高. 在蒸发后料液浓度为62%,硝酸铵投料量为 2.7mol/dm的条件下,析出氯化铵中的含钾量随温 度下降先缓慢上升.当温度降至约55.C后.显着增 加,这是由于已进入硝酸钾的结晶区,硝酸钾与氯化 铵同时析出所致.而氯化铵在80.C以上析出量较 少.此后随温度的下降明显增加.6O--55.C范围变 化趋缓,低于55.C后又显着增加,这显然是硝酸钾 析出之故.由此可知.氰化铵结晶终点温度不低于 60.C为宜. 5硝酸钾结晶终点温度 硝酸钾冷却结晶的终点温度,严重制约着硝酸 钾的产量.图二为硝酸铵和氯化钾反应生产硝酸钾 的反应体系,在不同温度下的溶解度多温相图.从图 中可知.温度越低硝酸钾的结晶区越大.溶解度越 小.也就是生产操作中硝酸钾冷却结晶的终温度 越低,硝酸钾的产量越大但人工制冷成本太高,而 工业生产中大多采用水冷.水冷要受到自然条件的 限制,一般控制在20,25.C.特别是在气温较高的 夏季.结晶槽冷却温度达到30.C左右时.冷却温度 梯度变小,冷却速率急剧下降,每降l.C所需时间和 冷却水量增加很多.在55~20.C范围内测定的硝酸 钾产量与冷却结晶终点温度之间的关系如图三所 示.从图中可以看出,硝酸钾大量析出的温度范围在 3O,0.C.因而在生产中,可以考虑适当提高硝酸 钾冷却结晶终点温度.以缩短冷却操作时间.通过增 加循环次数来提高产量. 第3期赵启文:温度对复分解法制硝酸钾生产过程的影响 圉2KcI+NH.NO3一KN0+NI-I{C1 体系的溶解度多温相图 Fig2SoIubilityphasedisgraroof【hcsystem Kc【+NH{NO一KNO+NH{CI 6小结 复分解法生产硝酸钾的工艺流程中,操作温度 的高低对产品产量,质量影响很大.选择台理的操作 温度,既要使每一次循环争取较大的产量,也要考虑 缩短操作时间,增加循环次数,力求生产总的最佳 化. 图3硝酸钾结晶终点 温度对产量的影响 Fig.3Effectofthefinalerystatllzatioiltcmpera:ure 0productionofpotassium『1itrac 参考文献 向建敏.贺小平.等.循环法生产硝酸钾的工艺研竞J:无# 盐工业.1995.<3):7一l2 李天文.张天来.等复分解法硝酸钾生产中的相图l_J] 海潮盐与化工,2001.(2):71l EffectofTemperatureProductionProcessofthePotassium NitratebyMetathetiealMethod zHAoQi—wen (ChemicalDepartmento,QinghaiUniversity,Xin~a9810008,Chiaa) Abstract:Thispaperdiscusseseffectsofoperationten3peratureonyield.Qualityandoperati ontimein processofCornpound.Potassiumnitrateandammoniumchloridecrvstalli2ationect.Which xaseammoniun3 nitrateandpotashchloridetoproducepotassiumnitratewithn3etathetiealmethod. Keywords:Crudepotassiun3nitrate;Ternperature;Operationtime