从相图出发浅谈硝酸钾生产的工艺问题

从相图出发浅谈硝酸钾生产的工艺问题学号:222007316011014姓名:余平高摘要文章根据硝酸钾生产中实际的情况，利用K+、NH4//Cl+、NO3-H2O四元水盐体系相图，计算了硝酸钾生产中各过程的理论值，分析了硝酸钾生产的工艺问题，并提出了具体措施。关键词:相图分析;硝酸钾;温度;措施1前言硝酸钾是一种双元高品位化肥，含氮13.5%，钾45%，养分总含量为60%左右，适用于各种粮食作物及蔬菜、棉花、瓜果、烟草等经济作物，可提高作物抗旱、抗寒、抗病性能，近几年来，由于无氯钾肥在农业上施用量不断增加，作为优质无氯钾肥的硝酸钾产品的市场需求也在不断扩大，硝酸钾已成为我国化工行业的热点投资项目。柳州化工股份有限公司投资了一套硝酸钾生产装置，年设计能力为1万口a。其工艺原理是利用氯化钾和硝酸钱为原料复分解循环法生产农用硝酸钾。同时副产农用氯化按，根据相关资料，硝酸钾生产三步循环法节能降耗，控制操作较为简单，故公司采用三步循环法生产，其工艺流程图用方框图如图1所示，其工艺流程主要包括KN03冷却结晶与NH4Cl蒸发结晶两个过程。说明:二次滤液与KCI、NH4N03、H20按一定比例溶解后得到二次母液硝酸钾冷却结晶采用真空冷却结晶器蒸汽抽真空降温的方法进行。析出硝酸钾后的母液为一次母液，进人NH4Cl蒸发结晶系统，NH4CI蒸发结晶采用一效，二效蒸发器循环蒸发到一定浓度后从一效取出，进NH4Cl冷却搅拌装置冷却至60℃。析出NH4Cl后得到二次滤液。2问题的提出我国部分工厂自205年9月份投产以来，产量低，每个班仅为It一Zt的产量，远远达不到设计能力，而且产品质量很不稳定。硝酸钾产品K20含量不够，氯根高，氯化钱质量有时连续不合格，氯化铰含凡0多，达到ro%一20%，含氮量低，总氮含量低于2.5%，而且生产一定时间后，氯化钱稠厚器的晶浆细，氯化钱离心机根本分离不出来，造成母液成份很差，没法开下去，不得不停止投料，重新调整母液。初步分析一次母液，二次母液的组成未控制好，特别是钾离子的浓度未控制好。为此，根据实际情况，对K+、NH4//Cl+、NO3-H2O四元水盐体系相图进行了分析，确定各母液的理论组成。据相关资料介绍，三步循环法中，KNO3的冷却应冷却到0℃，所得产量多。但是考虑到实际情况，本套装置硝酸钾在真空冷却结晶器里冷却0℃所需时间为3.sh，而且冷却到0℃的过程中，已有大量结晶析出品，真空泵不易打量，反而效果不好。并且耗蒸汽多，实际生产中，我们选硝酸钾冷却至20℃，约2.sh。每个班可生产2槽，每槽st产量，基本上达到年设计生产能力。流程示意图如图2。3生产过程相图分析根据选定的工艺流程及温度，在相图上表示为A*B*C神A的母液循环过程(见图3)。A点为加入氯化钾，硝酸钱后的二次母液组成(干基)从上海化工研究院发表的论文《氯化钾一硝酸钱氯分解法制硝酸钾生产技术开发》来看，要求A点组成KCI:NH4N03(摩尔比)=0.4:0.6水丫(KCI+NH4N03)=4.23在相图上对应A点x钾二0.4，Y氯二0.4经计算，A点溶液组成为(以100g溶液含多少摩尔离子表示):K+=0.4x39=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溶液，NO3=0.39mol/100g溶液NH+=0.39mol/l00g溶液，H2O=2.75mol/100g溶液B点:硝酸钾析出后溶液组成，从相图上可查得:X钾离子=0.26，Y氯离子=0.47，X按离子=0.74，Y硝酸根离子=0.53从A点到B点析出硝酸钾，可得故可得lmolB点干盐对应的水份为4.68mol，经计算B点溶液组成为:K+=0.16mol/100g溶液，CI-=0.30mo/100g溶液，NH了=0.46mol/100g溶液，NO3=0.29mol/100g溶液，H2O=3.17mol/100g溶液C点:(为二次滤液的组成)从相图上可查得:X钾=0.34，Y氯=0.35，X铵离子=0.68，Y硝酸根离子=0.65由上海化工研究院论文《氯化钾一硝酸钱氯分解法制硝酸钾生产技术开发》的要求，二次滤液水份含量为28%，经计算C点溶液的组成为:K+=0.31mol/100g溶液，CI一=0.32mol/100g溶液，NH4=0.6lmol/100g溶液，NO3=0.60mol/100g溶液，H2O=1.6mol/l00g溶液经过相图分析，我们发现产品氯化钱(含钾高，含氮量低于2.5%)不合格时，一次母液(二次母液析出硝酸钾后的母液)的组成跟理论值相差很大，进一步分析，其主要原因是每槽粗钾产量低，硝酸钾析出不完全，造成一次母液含钾量高于理论值，再经一效蒸发很容易同氯化按一起析出来，稠厚器易溢流带料，既破坏了系统离子平衡，又造成离心机有时根本不能分离出氯化钱，再配料生产时很容易形成恶性循环。4采取的措施从相图出发对氯化铵含钾高的原因分析后，我们采取的措施是:一是严格控制一次母液，二次母液的组成。二是严格控制硝酸钾冷却结晶温度及氯化铵冷却结晶温度。三是严格控制一效蒸发出口溶液的浓度。四是由于真空泵中途停易引起二次母液冷却不均匀，或者配料水量过大的原因，每槽硝酸钾产量低于一定产量而造成一次母液组成不合格，即跟理论值相差很大，将这部分不合格一次母液用备用槽装起来，而是跟合格一次母液掺着用，不再直接进人一效、二次蒸发系统，以免氯化按析出含钾量高，破坏系统离子间的平衡。通过这些措施，硝酸钾，氯化钱的产量及质量大幅度提高。硝酸钾含钾量高，氯根小于1.5%，硝酸钾班产最高达到巧“班，氯化铰质量明显提高，含氮量高，总氮含量达到23.5%，含钾量为3%一6%，明显低于以前投料时氯化铵含钾10%一12%的范围，硝酸钾具备了大规模连续生产的条件。批次产老卤(ml)老卤成份（g/100ml）老卤颜色老卤比重（g/ml）终止沸点（。C）CaSO4MgSO4MgCl2NaCl1200微黄色1.2922245微黄色1.28636970.035.9323.198.16微黄色1.276104.346850.035.7822.848.36微黄色1.278104.55结论(1)盐田饱和卤水中的Ca2+可以采用D4I2赘合树脂部分去除。有利于传热蒸发，延缓垢层的生成;(2)非极性大孔吸附树脂对饱和卤水的脱色有明显的效果;(3)加人NaCO3和轻质碳酸镁，更有利于改善NaCl的物性。解决吸潮结块间题，又不含有有害的亚铁氰化钾;(4)室内实验产出的成品盐粒大、流动性好、白度高。这是饱和卤水净化的结果。同时还保存了营养元素，富含镁，口感鲜美;(5)该工艺完全适于工业化。综上实验结果及讨论，采用盐田饱和卤水生产高品质食盐工艺合理，产品品质更好，技术指标更高，更适于食用.〔参考文献〕[1]李天文.复分解法硝酸钾生产中的相图分析[J].海湖盐与化工(现《盐业与化工》)，2001，30(2):7一10.[2]张建策.复分解法生产硝酸钾工艺研究[J].海湖盐与化工(现《盐业与化工》)，2002，31(4):12一14.[3]陈明良，周志英，陈国华.氯化钾一硝酸铵复分解法制硝酸钾生产技术开发[J].化肥工业，1999(6):21-24.