從相圖出發(fā)淺談硝酸鉀生產的工藝問題

1、從相圖出發(fā)淺談硝酸鉀生產的工藝問題學號:222007316011014 姓名:余平高摘 要 文章根據硝酸鉀生產中實際的情況，利用K+ 、NH /Cl+ 、NO - H2O四元水鹽體系相圖，計算了硝酸鉀生產中各過程的理論值，分析了硝酸鉀生產的工藝問題，并提出了具體措施。關鍵詞: 相圖分析; 硝酸鉀; 溫度; 措施1 前言硝酸鉀是一種雙元高品位化肥，含氮13.5%，鉀45%，養(yǎng)分總含量為60%左右，適用于各種糧食作物及蔬菜、棉花、瓜果、煙草等經濟作物，可提高作物抗旱、抗寒、抗病性能，近幾年來，由于無氯鉀肥在農業(yè)上施用量不斷增加，作為優(yōu)質無氯鉀肥的硝酸鉀產品的市場需求也在不斷擴大，硝酸鉀已成為我國化

2、工行業(yè)的熱點投資項目。柳州 化 工 股份有限公司投資了一套硝酸鉀生產裝置，年設計能力為1萬口a。其工藝原理是利用氯化鉀和硝酸錢為原料復分解循環(huán)法生產農用硝酸鉀。同時副產農用氯化按，根據相關資料，硝酸鉀生產三步循環(huán)法節(jié)能降耗，控制操作較為簡單，故公司采用三步循環(huán)法生產，其工藝流程圖用方框圖如圖1所示，其工藝流程主要包括KN03冷卻結晶與NH4Cl蒸發(fā)結晶兩個過程。 說明 : 二 次濾液與KCI、NH4N03、H20按一定比例溶解后得到二次母液硝酸鉀冷卻結晶采用真空冷卻結晶器蒸汽抽真空降溫的方法進行。析出硝酸鉀后的母液為一次母液，進人NH4Cl蒸發(fā)結晶系統(tǒng)，NH4CI蒸發(fā)結晶采用一效，二效蒸發(fā)器循

3、環(huán)蒸發(fā)到一定濃度后從一效取出，進NH4Cl冷卻攪拌裝置冷卻至60。析出NH4Cl后得到二次濾液。 2 問題的提出 我國部分工廠自2 0 5年 9月份投產以來，產量低，每個班僅為It一Zt的產量，遠遠達不到設計能力，而且產品質量很不穩(wěn)定。硝酸鉀產品K20含量不夠，氯根高，氯化錢質量有時連續(xù)不合格，氯化鉸含凡0多，達到ro%一20%，含氮量低，總氮含量低于2.5%，而且生產一定時間后，氯化錢稠厚器的晶漿細，氯化錢離心機根本分離不出來，造成母液成份很差，沒法開下去，不得不停止投料，重新調整母液。初步分析一次母液，二次母液的組成未控制好，特別是鉀離子的濃度未控制好。為此，根據實際情況，對K+ 、NH

4、/Cl+ 、NO - H2O四元水鹽體系相圖進行了分析，確定各母液的理論組成。據相關資料介紹，三步循環(huán)法中，KNO3的冷卻應冷卻到0，所得產量多。但是考慮到實際情況，本套裝置硝酸鉀在真空冷卻結晶器里冷卻0所需時間為3.sh，而且冷卻到0的過程中，已有大量結晶析出品，真空泵不易打量，反而效果不好。并且耗蒸汽多，實際生產中，我們選硝酸鉀冷卻至20，約2.sh。每個班可生產2槽，每槽st產量，基本上達到年設計生產能力。流程示意圖如圖2。 3 生產過程相圖分析根據選 定 的工藝流程及溫度，在相圖上表示為A*B*C神A的母液循環(huán)過程(見圖3)。A點 為 加 入氯化鉀，硝酸錢后的二次母液組成(干基)從上海

5、化工研究院發(fā)表的論文氯化鉀一硝酸錢氯分解法制硝酸鉀生產技術開發(fā)來看，要求A點組成KCI:NH4N03(摩爾比)=0.4:0.6水丫(KCI+NH4N03)=4.23在相圖上對應A點x鉀二0.4，Y氯二0.4 經計算 ， A點溶液組成為(以100g溶液含多少摩爾離子表示):K+=0 .4 x39=15.6，NH4+=18xo.6=10.8，Cl-=0.4x35.5=14.2，N03-=62x0.6=37.2H20=18x4.2=76.14 , K += 0. 4/(15.6+10.8+14.2+37.2+76.14)=0.26mol/100g溶液同理 :CI- = 0. 26mol/ 100g溶

6、液，NO= 0. 39mol/100g溶液NH + =0 .39mol/l00g溶液，H2O=2.75mol/100g溶液B點 : 硝 酸鉀析出后溶液組成，從相圖上可查得:X鉀離子 =0.26，Y氯離子=0.47，X按離子=0.74，Y硝酸根離子=0.53從 A 點到 B點析出硝酸鉀，可得故可得 l mol B點干鹽對應的水份為4.68mol，經計算B點溶液組成為:K+= 0. 16mol/ 100g溶液，CI- =0.30mo/100g溶液，NH了=0.46mol/100g溶液，NO= 0.29mol/100g溶液，H2O=3.17mol/100g溶液C點 : (為 二次濾液的組成)從相圖上

7、可查得:X鉀 =0 .34，Y氯=0.35，X銨離子=0.68，Y硝酸根離子=0.65由上海化工研究院論文氯化鉀一硝酸錢氯分解法制硝酸鉀生產技術開發(fā)的要求，二次濾液水份含量為28%，經計算C點溶液的組成為:K+ = 0.31mol/100g溶液，CI一=0.32mol/100g溶液，NH =0.6lmol/100g溶液，NO =0.60mol/100g溶液，H2O =1.6mol/l00g溶液經過相圖分析，我們發(fā)現(xiàn)產品氯化錢(含鉀高，含氮量低于2.5%)不合格時，一次母液(二次母液析出硝酸鉀后的母液)的組成跟理論值相差很大，進一步分析，其主要原因是每槽粗鉀產量低，硝酸鉀析出不完全，造成一次母液

8、含鉀量高于理論值，再經一效蒸發(fā)很容易同氯化按一起析出來，稠厚器易溢流帶料，既破壞了系統(tǒng)離子平衡，又造成離心機有時根本不能分離出氯化錢，再配料生產時很容易形成惡性循環(huán)。4 采取的措施從相圖 出 發(fā)對氯化銨含鉀高的原因分析后，我們采取的措施是:一是嚴格控制一次母液，二次母液的組成。二是嚴格控制硝酸鉀冷卻結晶溫度及氯化銨冷卻結晶溫度。三是嚴格控制一效蒸發(fā)出口溶液的濃度。四是由于真空泵中途停易引起二次母液冷卻不均勻，或者配料水量過大的原因，每槽硝酸鉀產量低于一定產量而造成一次母液組成不合格，即跟理論值相差很大，將這部分不合格一次母液用備用槽裝起來，而是跟合格一次母液摻著用，不再直接進人一效、二次蒸發(fā)系

9、統(tǒng)，以免氯化按析出含鉀量高，破壞系統(tǒng)離子間的平衡。通過 這 些 措施，硝酸鉀，氯化錢的產量及質量大幅度提高。硝酸鉀含鉀量高，氯根小于1.5%，硝酸鉀班產最高達到巧“班，氯化鉸質量明顯提高，含氮量高，總氮含量達到23.5%，含鉀量為3%一6%，明顯低于以前投料時氯化銨含鉀10%一12%的范圍，硝酸鉀具備了大規(guī)模連續(xù)生產的條件。批次產老鹵(ml)老鹵成份（g/100ml）老鹵顏色老鹵比重（g/ml）終止沸點（。C）CaSO4MgSO4MgCl2NaCl1200微黃色1.2922245微黃色1.28636970.035.9323.198.16微黃色1.276104.346850.035.7822.848.36微黃色1.278104.55 結論(1) 鹽田飽和鹵水中的Ca2+可以采用D4I2贅合樹脂部分去除。有利于傳熱蒸發(fā)，延緩垢層的生成;(2 ) 非極性大孔吸附樹脂對飽和鹵水的脫色有明顯的效果;(3) 加 人NaCO3和輕質碳酸鎂，更有利于改善NaCl的物性。解決吸潮結塊間題，又不含有有害的亞鐵氰化鉀;(4 )室 內 實驗產出的成品鹽粒大、流動性好、白度高。這是飽和鹵水凈化的結果。同時還保存了營養(yǎng)元素，富含鎂，口感鮮美;(5) 該工藝完全適于工業(yè)化。綜上實 驗 結果及討論，采用鹽田飽和鹵水生產高品質食鹽工藝合理，產品品質更好，技術指標更高，更適于食用.參考文獻1李天文.復分解法硝