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旆酸 砘磷毛lf
技术开发
用 芒 硝 制 取 硫 酸 钾 的 新 工 艺 研 究 r , f、/;
RESEARCHING OF NEW"TECHNOLOGY IN PRODUCING L
刘晓红
— — — —
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tectmolo#c~1 cotlTB~of Lk Pot3~siura Sulfate from Sodi~,a
Sulfate and Potassium Oflodde is de op。d acc。工dillg the phas~ ch of
. № //Ca一 q— H four salt solution.We studied that the diffem~ce of
~ater~olume has all influenoe 0n the quality and quantity to K2SO‘-Na.~O‘
and pl-oduct Potassium Sulfate We p~xiuced the fit~t-dass Potassium Sulfate
u口 to ZBG21f~6-s9 Standa~. We Studied that the ㈣ of 毗
cwapradon has an iifflueace on the quatltity and quality of byproduct m
Chloride.W e produced the flrst-cha~ Sodium O aloli0e up to GB5462—85
Standmd.
i 根据K № f闾 哦一一rko四元水盐体系相图.确定了由芒硝和氯化
钾制取硫酸钾的工艺路线 研究了不同加水量 对复盐钾芒硝产量、产品硫酸
钾产量及质量的影响.制得 了符合 ZBG21006—89标准的一等品硫酸钾.研
究 了 同 燕发承量 对 副产品氯化 钠产量 及质 量 的 影 响.制 得 了符 台
GB5462—85标准的一级品氯化钠
1 前 言
硫酸钾是一种不古氰离子的高散钾肥,特别适
用于柑橘、葡萄 茶叶、菸草等忌氯经济作物。它陈
含有植物需要 的主要 营养素钾外,还含有植物所需
的中量 营养元 素硫,并且 产 品具有 吸湿性小 的优
点,是一种优质钾肥。可是,我 国硫酸钾生 产量较
少,满足不了国内需求。每年需从国外进 口硫酸钾
几十万 吨。1993年进 口量达 56觚 .因而立足国内
资源.研究和开发硫酸郫的生产,具有重要的意义。
生产硫酸钾,最早广泛采用的是以硫酸为原料
的曼海姆炉工艺以及用硫酸镁复分解工艺.这些工
艺都存在着副产品的回收问
.至今,在经济性和
生态学方面均 占有优势的是以硫酸钠为原料。将
氯化钾转化为硫酸钾的方法。该法 比以硫酸为原料
的方法在工业上经济效益更好.且腐蚀性小、磺 料、
颜料色调与食用合成染料一致,食用安垒性高于食
用合成染料.
食用颜料的应用可扩展致其他领域.
参 考 文 献
6
卢芳仅
无污水排救及工艺操作条件简单。采用硫酸钠为原
料的另一个好处是可剃用某些工业所产生的硫酸钠
耐产品或废液 一 这是一种廉价的原抖。
目前 ,以硫酸钠为原料生产硫酸钾 的生产装置
很少 在 Bel~ ssJa的 s0E 础c有一套用该法的工 业
生产装置,其缺点是副产品氯化钠作为一种污水排
放 另一隶 Messo—aH瞌妊-C'h~ 公 司成功地 用
连续结晶法将芒硝制取硫酸钾和可用的氯化钠的中
试新工艺【1l,但尚未工业化生产,而且其过程比较复
杂,有玲冻系统,能耗较高.国内,曾有工 艺路线研
究
,也有进行中试开发 的报道。本 研究 的 目
的在于寻求一种比较简单的工艺来制取硫酸钾
用芒硝转化氯化钾制取硫酸钾的理论依 据是
NaC1一Na-S0.一Ka—K 0.~H 0四元水盐体系相
图.著者根据溶解度数据 绘制了该 四元水盐体系
在 25℃ ,100℃ 两 个温度下的相图 并在分析相 图
凌关照 .食品骺加剂手册.化学工业出短社,1989
胡熙嘎., 国药物太全,人民卫生出版社-1991
俞志明 中国化工商品大全.中国物资出版社,1991
刘正超.染科应用手斫,纺织出版社,1989
《化学工程师》1/~99s(总第46期)
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的基础上,拟定 了制取硫酸钾的工艺路线;用此工艺
在实验室的条件下 ,用分 析纯试剂和工 业品的硫酸
钠及氯化钾来制取硫 酸钾和氯化钠,使 产品达国家
标准,井使溶液循环操作。
2 制备原 理
由硫酸钠 和氯 化钾制取硫酸钾 的理论基 础是
l0a—Na2S04一K O广 Naa—H O四元永盐体系相
图,如图 1所示 由图可知,在任何温度下 K 和
Naa 的结晶区互不相连,这就决定了必须采用二步
法工艺过程来制取硫酸钾。反应式为:
6KC1+4Na~So4— 3KzSO4 Na.fi +6NaCI(1)
3K
_
,SO.‘N Od+2KCI一 4KeS"q+2NaCI(
即第一步制钾芒硝(3r,~so.NazSO4),第二步制硫酸钾
为了使单程产辜高,循环量小,同时副产氯化
钠,著者采用了如下工艺 (参见图 1)。
Na2sO‘ 2Na too1% Q K2sO4
图1 K №一 0 ,sol— p四元体系相国
(1、制钾芒硝(反应 1)
用 Na2S ,Ka 和水按适 当比例相混台,使组 成
点落在 r附近。反应析出钾芒硝 【。点)后。溶液组
成点移至“2 附近。
(2)制硫酸钾
钾芒硝 (点 Q),KC1和水按适当比例相混合,使
组成点落在 附近。析出 sO‘后,溶液组成落在
E点附近。此为反应 2
(3)溶液 E的处理(反应3)
往溶液中加适量的 ya:sq,使组成点落在 3 附
近,蒸去一定的水分。析出钾芒硝(Q)后。溶液组成点
落在 。4 附近。
《化学工程师》11199 5(总第 46期 )
(4)溶蔽 2”的处理
使溶液 在 100℃ 下蒸发,蒸去一定 水量后 ,
析 出 NaC1,溶渡组 成 点移至 GJ.将 G 冷 却 至 25
℃ ,析出 芒硝,溶液组成落在 3 点
(5)涪液。3 “4”相混台,调节水量配成蓿液“2
至此已完成一个循环。在新的循环中制硫 酸钾
时,应将所有制得的钾芒硝用于制 r.~so
3 实 验
3_l 原料
硫酸钠 化学纯和工业品 (含 Na2S 95%)
氯化钾 化学纯和工业品 (含 Ka 92%)
3.2工艺流程
实验用的工艺流程框图如图 2所示。
1笠塞堡广
钾
芒 l
硝 l
水4 4KCI
I反应器 :
洗涤水
匝匝
半成品
而1
翻H,O 整壅 ●
氯化钠
副产品
五 —
钾芒硝
成品硫酸钾
溶踱E l10f lN q
— — — 压
钾芒 硝
溶液 4
国 2 生产硫酸钾的工艺流程
3.3主要设备
反应器 10(1)ml,1500n'd烧杯 (带搅拌装置)
结晶器 1000ml烧杯 (带搅拌装置)
分离器 真空抽滤装置
干燥器 恒温干燥箱
3冉 箭备条件
t1)温度
反应 器 1 25~0.5℃
反 应器 2 25~0 5℃
反应 器 3 25±0 5℃
蒸发器 100a:5℃
结晶器 25±0.5℃
干燥器 120a:5℃
7
窗
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(2)溶液组成 (摩尔百分数)
溶液 E 2Na 3215; 2K 67 84
s 5.65: 2C1— 9435
溶液 G 2Na 67.旺 2K 3218
s 一 15 22; 2a 一 84 78
溶液 2 2Na 76.80: 2K 23.20
so,一 11.02; 2C1 88 98
(3)反应时间
每一步反应的反应时间均为 1h.
4 结果及讨论
4.1产品质量
产品K 。{的质量随着反应过程中加水量的不
同而变化 当加水量等于 或高于理论加 水量 时.所
得产品质量有所不同,但都能达到 ZBG21006—89技
术标准所规定的优等 品或一等品的要求 参见
l
表 1 加水量对复盐钾芒硝质■的影响
加水量 论值 l15% 理论值 130% 理论值
钾
芒
硝
K 古量 /m)%
K 转化卑 (too1)%
接K 计的产
卑(%)
27 86
68 68
48
2&65
6717
9l 34
29.63
65 28
阻 79
反应l:KCI+N s 0|+H10— 31( SO,-N s0.+ 溶液。2
表 2 蒸发水量对钾芒硝质■的影响
2水量 理论值 85% 理论值 7。%理论值
K 音量咖, % 3163 32器 3王7l
K 转化率(too1)% 6nm 551 5l
按 K 计的产
率(%) s7 80.3 74.5
反应 2:Na~SO4+溶液 E 3KzSO4 Na~SO·+溶液 4
表 3 加水■对产品质■的影响
加水量 理论值 110"/o理论值 120% 理论
刮K 音量(m,神% 45.60 55 51 4
刮K 转化率(too1)% 594 鼹7 57.2
钾I按K 计的产率(%) 92 7 92.5 92.1
反应 3:3K 0rNa2s0.+KCI+H 一 K2s0‘+溶液 E
表 4 蒸发木■对氯化钠质■的影响 {t=lO0℃ )
蒸发水量 理论值 110%理论值 12~/o理论值
Na0 lNe~2l 96.53 95 8l 94.65
(m/m)%lH:O 317 3.85 4.91
I水溶性杂质 咀I8 幔22 0.31
不溶性杂质 咀12 0.12 n127
NaCI产卑 (%) 85 4 902 97 7
8
剐产品氯化钠的质量与蒸发水量有关 但都 能
符合国标 GB5462—85一级品或优级品的指标要求。
参见表 4。
4.2 原料利用率
每制取 l0哩一级品硫酸钾产品所消耗的各种原
料量及副产品量如表 5所示
表 5 消耗和利用率
硫酸钠消耗(接 100%计)
氯化钾消耗(接 100%计)
副产氧化钠量 (一级品)
81 6
85 7
8&8
93 5
94 0
叽 7
67 2 60.2 89 6f产率 )
4.3讨 论
(1)实验结果表 明,加水量、蒸发 水 量与钾 芒
硝、硫酸钾、氯化钠的质和量关系密切 随加水量增
加.由反应 l 反应 3所得 的钾 芒 硝 和 硫 酸 钾 的
K 含量增加,但 结晶数 量下 降,固导 致 K 转 化
率、按 K 计 的产率均下 降。随蒸发水量 的增加反
应 3、氯化钠和结晶量均增加,即产率增加,但纯度均
下降 著者认为在理论值下操作最好。
若工业化,可根据用户对产品质量 的要求来调
整加水量。做到既满足质量要求,又使 蒸发水量减
少,以降低能耗。
(2)用工 业品 的硫 酸钠 和氯化 钾 (均 折算成
l0O% 投料)所得产品的质和量与用化学纯作原料 的
结果相近。
(3)关于杂质 (a 、M 等)对产品质量的影
响已有专论H 采用工业品氯化钾和芒硝为原料,按
本工艺路线制取产 品硫酸钾 时,由于反 应是 在溶液
中转化,杂质浓度较稀 ,故不易析出。但在蒸发浓缩
制取副产品氯化钠时容易析出.因此,产品中 Ca2 、
M砰 等较少,而副产品中较多。
5 结 论
由著者研制的硫酸钠制硫酸钾新工艺具有无废
料,无污水排出,工艺瘟程较短,操作条件较易控
制,产品质量易控制,原料利用率高等优点.若 用于
工业化,生产成本较低 ,因此是一种很有前途的新工艺.
参 考 文 赫
1 范可正(译).化工科技动态.1993(3):13
2 涂域端等.氯化钾芒硝转化法制取硫酸钾工 艺路线 的
探讨.成都科技大学学报 .I98~6)
3 涂敏端等 杂质对氯化钾芒硝转化法制取硫酸钾的影
响,成 都科技大 学学报 ,1990(6)
《化学工程师》1/1995(总第 46期 )
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