高锰酸钾的制备工艺毕业论文.doc

-学院毕业论文简述高锰酸钾的制备工艺姓 名： = 指导教师： = 专 业： = 班 级： = 2008年 xx 月 xx 日目录1.引言12.高锰酸钾生产历史13.固相氧化法制备高锰酸钾 13.1 固相氧化法制备工艺13.2 固相氧化法制备工艺存在的问题24.液相氧化法制备高锰酸钾 24.1 液相氧化法制备工艺24.2 液相氧化法制备工艺的优点和不足35.气动流化塔法制备高锰酸钾 35.1 气动流化塔法制备工艺35.2 气动流化塔法制备工艺存在的优势36.结论4参考文献4简述高锰酸钾的制备工艺 摘要：目前国内外高锰酸钾生产工艺主要有固相氧化法、液相氧化法和气动流化塔法。液相氧化法与固相氧化法相比，生产工艺有了重大的突破，但仍存在生产周期长，物耗和能耗较高及污染得不到有效控制等问题。用气动流化塔法制取高锰酸钾则克服了这些问题，而且该工艺技术和装置水平居同类产品国际领先水平。 关键词：高锰酸钾， 制备，工艺 1.引言 高锰酸钾又名灰锰氧，俗称p.p粉，它是黑紫色具有金属光泽的细小晶体。 过去我国高锰酸钾的生产主要是固相焙烧法和液相氧化法两种。固相法开发较早，历年来其工艺及设备虽经多次改革，但主要仍采用平炉氧化焙烧，生产为间歇操作，占地面积大，能耗高，操作环境差，生产周期长。采用转炉焙烧虽经使用及试验，因其设备工艺未过关，生产投资大，故没有采用。而国外固相法生产大多采用转炉氧化焙烧，生产可以连续，生产周期短。 液相氧化法自70年代后期广州周济化工厂试验成功后，工艺及操作日趋完善。采用重油燃烧外加热，间歇液相氧化反应，摩尔比 5， 温度260下，反应4 h左右，可使mno2转化率达90。该工艺克服了固相法生产设备占地面积大，生产环境差，周期长等问题，具有转化率高，能耗少，且可用于处理锰矿含量稍低，含硅量稍高的矿，这是该法明显的优点。 经过几十年的生产实践和不断改进，国内外锰酸钾生产技术有了长足进步，并取得了丰硕成果，产生了一代又一代新技术。近年我国又对高锰酸钾生产工艺和装置进行了全面改造，形成了独特的“气动流化塔制取高锰酸钾新工艺”，并申报了国家专利。据评议，该工艺技术和装置水平居同类产品国际领先水平。 2.高锰酸钾生产历史 20世纪初，美国首先建成了固相氧化法生产高锰酸钾的工业装置。1918年g.d.范阿斯克拉勒和c.g.梅尔提出了硫酸锰电解制二氧化锰的方法。1960年苏联首先建成了液相氧化法生产高锰酸钾装置。我国于1890年在湖北兴国开始开采锰矿，并于50 年代开始生产锰化合物。1953年首先由贵州遵义化工厂利用当地锰矿和土碱用固相法生产高锰酸钾。1957年长沙化工厂开始生产硫酸锰。1965一1966年在湖南、广东 分别建厂生产电解二氧化锰。1968年在南京实现硝酸法生产化学二氧化锰。1970年湖南建成碳酸锰热解制化学二氧化锰装置。因此，60年代为多种锰化合物开发时期， 70年代已形成以高锰酸钾、硫酸锰和电解二氧化锰为主体的锰化合物体系。在80年代，锰化合物的生产技术又有了很大发展。1990年2月我国科学院与广州同济化工厂成功开发了流化床连续制锰酸钾之后，重庆嘉陵化工厂开发了三相加压连续氧化制锰酸钾，近期开发的三相连续氧化法制锰酸钾工艺，具有流程简短、生产连续、对原料二氧化锰适应性强、节能效果显著、操作条件优良的特点。 3. 固相氧化法制备高锰酸钾 3.1 固相氧化法制备工艺 生产高锰酸钾，首先要制备锰酸钾。 锰酸钾制备工艺有固相焙烧法和液相氧化法。固相焙烧法按所用设备及工艺有平炉一步法、二步法、转炉间歇法及连续二步焙烧法、喷雾预焙烧与沸腾床二次焙烧法等。 固相法开发较早，历年来其工艺及设备曾多次改革。固相焙烧法生产高锰酸钾是将软锰矿粉与氢氧化钾溶液混合成浆液，在250一300下，用空气使二氧化锰氧化成锰酸钾。化学反应为: 2mno2+4koh+o22k2mno4+2h2o。用稀碱液溶解锰酸钾，经过滤除杂，配制成电解液，再经电解氧化使锰酸钾转化成高锰酸钾。电解过程化学反应为:2k2mno4+2h2o2kmno4+2koh+h2 。生产工艺如下: 氧化焙烧软锰矿经粉碎机，管磨机粉碎，与氢氧化钾溶液混合成悬浮浆，用压缩空气将物料喷入焙烧转炉加热，除去水分，使二氧化锰转化成锰酸钾和亚锰酸钾(k3mno)，此产物进入第二个焙烧转炉，温度稍低，使锰酸钾进一步氧化完全。 溶浸、电解氧化锰酸钾焙烧物在溶解槽用稀碱液或回收洗涤水溶解，然后经沉淀分离器除去不溶杂质，残渣经过滤、洗涤后除去。净化后的锰酸钾溶液连续进入多级电解槽。电解槽采用镍阳极和软钢阴极，相互串联连接。电解液流经电解槽，使其氧化成高锰酸钾溶液。 结晶和母液处理电解后的高锰酸钾溶液在真空浓缩结晶器内，进行连续真空蒸发、浓缩和结晶。然后再在多极板式冷却器内继续结晶。经离心机分离出高锰酸钾结晶，母液有部分可直接再循环，有部分经蒸发浓缩回收锰后，再用石灰苛化回收氢氧化钾，返回配料工序使用。 产品的干燥和包装:将分离后的高锰酸钾结晶，经连续干燥器干燥，再经筛分，然后包装于铁筒内。 3.2 固相氧化法制备工艺存在的问题 固相氧化法制备工艺占地面积大，能耗高，操作环境差，生产周期长，采用转炉焙烧虽经使用及试验，因其设备工艺未过关，生产投资大，故没有采用。而国外固相法生产大多采用转炉氧化焙烧，生产可以连续，生产周期短。 4.液相氧化法制备高锰酸钾 4.1液相氧化法制备工艺 液相氧化法有间歇法和连续法工艺。用锰金属或锰铁合金在钾盐溶液中阳极氧化一步法制高锰酸钾工艺，电流效率仅40%，能耗15kwh/kg。我国液相氧化法自70年代后期广州周济化工厂试验成功后，工艺及操作日趋完善。采用重油燃烧外加热，间歇液相氧化反应，koh：mno2的摩尔比 5，温度260以下，反应4 h左右，可使mno2转化率达90。 液相氧化法软锰矿粉在氢氧化钾水溶液中大体分二步氧化成锰酸钾。化学反应为: 2mno2+4koh+o22k2mno4+2h2o，2k2mno4+2h2o2kmno4+2koh+h2。温度为170-350。生成的锰酸钾沉淀，分离后溶于含氢氧化钙的稀碱液中，再经沉降分离得净化的锰酸钾溶液，然后进行电解氧化，使锰酸钾氧化成高锰酸钾。生产工艺为：(l)液相氧化软锰矿经粉碎机，管磨机粉碎，加到经预热到200以上浓度大约为80%的氢氧化钾水溶液中。在第一反应器中使koh/mno2:摩尔比在3060 之间，温度300，使二氧化锰转化为亚锰酸钾，滋流到第二反应器，通空气或氧气并强烈搅拌，使亚锰酸钾进一步氧化成锰酸钾。反应后浆液大约有2/3连续循环到第一反应器，并加入浓度为50%氢氧化钾以补充在过程中蒸发的水，维持碱浓度。(2)分离、洗涤和净化反应后部分浆液大约1/3趁热过滤，并趁热用100浓度为60%的氢氧化钾溶液洗涤，然后使滤饼溶于含石灰乳的稀碱液或洗水中，再经沉降分离除去固体杂质，净化的锰酸钾溶液，经蒸汽加热至75进入电解槽。 (3)电解氧化电解液以一定速率连续进入双极电解槽电解，电解槽倾斜一定角度使其连续流出，经气体分离器进入汽化结晶器，在真空下浓缩和冷却结晶，制得的高锰酸钾结晶沉降在下部，上层母液再循环到汽化结晶器。(4)分离与干燥大约含30%高锰酸钾结晶的湿料，从汽化结晶器底部排出，再经分离、洗涤和干操制得高锰酸钾产品。离心分离后的母液再循环到结晶器中。 4.2液相氧化法制备工艺的优点和不足 液相氧化法与固相氧化法相比，生产工艺有了重大的突破，生产周期大大缩短，二氧化锰转化率提高，物耗和能耗有所降低，工人劳动强度和操作环境得到改善。但仍存在生产周期长，物耗和能耗较高及污染得不到有效控制等问题。 然而，液相氧化法制备工艺克服了固相法生产设备占地面积大，生产环境差， 周期长等问题，具有转化率高，能耗少，且可用于处理锰矿含量稍低，含硅量稍高的矿，这是该法明显的优点。 5.气动流化塔法制备高锰酸钾 5.1气动流化塔法制备工艺 经过几十年的生产实践和不断改进，国内外锰酸钾生产技术有了长足进步，并取得了丰硕成果，产生了一代又一代新技术。气动流化塔法制备高锰酸钾就是一个新例。该工艺由混配预热、氧化反应过程、沉降分离、电解工艺步骤来实现。 气动流化塔法生产锰酸钾是一种液相自循环三相流化床，每层由汽液分布板、三相流化床层、汽液固分离室和液相自循环管四部分组成。流化床连续制锰酸钾生产系统有调浆槽、预反应器、加料器、汽液固分离室、反应器、分离室、受槽、自循环管、饱和器。 原料mno2、koh在调浆槽中调成悬浮液后，先进入预反应器加热，经加料器进入反应器。空气、废气及自循环液流通过饱和器共同进入底部，由气液分布板使气泡分散于三相流化床层，与分布板上方的固体颗粒不断悬浮流化反应，当上升进入气液固分离室后，气体从顶部排出，分离气体后的液流进入自循环管。因三相流化床层内混合流体的表观密度小于自循环管内流体的表观密度，依靠汽提原理不需外加动力引起液相自循环流，进行自循环连续氧化，生成的锰酸钾与未转化的二氧化锰及由锰粉带入杂质生成的反应物通过分离室，使锰酸钾分离排出，直接送去配制电解始液。 我国开发三相加压连续氧化制锰酸钾，反应塔高度20m，塔体结构由外循环改为内循环，采用加压多层汽提流化床空气氧化的多层氧化塔，反应温度保持在214225，比常压下反应温度降低4045，缩短了反应时间，提高了二氧化锰的转化率，分离出锰酸钾含量可达95%。 5.2气动流化塔法制备工艺优势 采用本新生产工艺和新型气动流化塔可使高锰酸钾的生产比现有的工艺不仅降低了生产成本，并可以使生产连续化，而且大大减少了生产过程对环境的污染。同时在生产中采用了本发明的带有筛孔的锥形塔盘的气动流化塔，可以降低在氧化反应过程中，固体物料在塔盘上的堵塞，提高传质效果，增加设备的生产能力。 该工艺完全改变了固相氧化法生产条件，并对氧化塔和预热器等关键设备进行了重大改造，使锰粉与氢氧化钾可在氧化塔内进行连续氧化，并同时进行气动和重力沉降分离，大大缩短了氧化反应时间，提高了生产强度，并能充分利用反应过程中的热能，降低能耗和原材料消耗，提高锰酸钾液体的质量，简化了生产工艺，减少了物料损失，提高了锰酸钾的收率。同时，对锰酸钾电解工艺进行了重大改革，缩短了电解时间，大大降低了电耗，提高了生产能力。 该工艺与国内外其他高锰酸钾生产工艺相比，对原料软锰矿质量要求低，生产周期短，生产强度提高。与平炉法相比，二氧化锰转化率可提高20，生产物成可降低 35；与液相法相比，生产时间可缩短 1/2，二氧化锰的转化率可提高5，能耗降低40，生产成本降低20，同时产品质量提高，主产品含量达到99.5左右，生产过程无锰尘、烟尘和噪声污染。 6.结论 高锰酸钾是目前市场前景较好的无机化工产品。 它可作防腐剂、消毒剂、解毒剂、氧化剂、漂白剂、气体和水质净化剂以及着色剂等，广泛应用于医药、食品、饲料、采矿、冶金、养殖和污水处理领域具有较好的市场前景。近年来高锰酸钾在饲料和养殖领域的消费量不断增加，在饮用水和工业污水处理领域的消费增长也较快。 我国是高锰酸钾主要出口国，在国际市场上我国高锰酸钾产品占有相当大的市场份额。近年我国高锰酸钾出口受到国外不公正的反倾销待遇，限制了高锰酸钾生产进一步发展。我国有丰富的锰矿资源，又具有世界先进的生产工艺和较大的生产规模，完全具备与世界上任何国家和地区生产企业相抗衡的能力。加入wto后，国际市场一体化，我国高锰酸钾企业将如鱼得水，产品可大量出口，可在国际市场中不断增加市场份额，获得更大的经济效益。一些生产工艺落后、规模小和产品质量差的生产企业在竞争中将会被淘汰出局。 我国高锰酸钾工业生产应向集巾大型化发展，同时完善和推广新工艺。加强产品的应用研究及并发展锰盐出口产品的生产基地。未来我国高锰酸钾发展看好，但也不要盲从，小型项目污染严重耗能高，同时应避免重复建设。 我国高锰酸钾企业要加快行业调整，扩大生产规模，改进生产工艺，提高产品质量，增强企业实力，积极开拓国际市场，获得更大的经济效益。 从长远看，高锰酸钾用途广泛，涉及到生产生活的方方面面，可以开发的用户非常多，发展空间很大，是一个很有市场潜力的产品。而且我国是世界上生产和出口高锰酸钾最多的国家，生产工艺也具有世界领先水平，如果能够利用好这些优势，我国的高锰酸钾生产企业将会有很好的发展前景。 参考文献: 1李大志，中国化工信息,2002-01-17 2夏胡，中国学术期刊(光盘版)电子杂志社，2005-05-20 3冯晓，锰，1659年，冶金工业出版社，北京， 4刘素开，高锰酸钾，南京，1999-09其它参考文献1.冲压工艺与模具设计.陆茵.武汉理工大学出版社.2012.2.冷冲模设计资料与指导.杨关全.大连理工大学出版社.2