氯化钾和硫酸铵生产硫酸钾的工艺.docx

氯化钾和硫酸铵生产硫酸钾的工艺周光宇(贵州工业大学化工系 ,贵阳 ,550003)摘 要腐蚀问题 。关键词提出以硫酸铵和氯化钾为原料 ,复分解制取农用硫酸钾的工艺条件及工艺流程 ,并探讨生产中设备选择及硫酸钾 氯化钾 硫酸铵 生产工艺第一步 : KCl + ( N H4 ) 2 SO4前言1KN H4 SO4 + N H4 Cl硫酸钾是一种农艺性较好的水溶性速效肥 ,碱度指标为 4611 % ,是低氯经济作物如烟草 ,柑桔 ,葡 萄等最主要的肥料 ; 其中所含的钾元素是植物三大 营养元素之一 ,硫是植物所需的中量营养元素之一 , 因而 ,硫酸钾被认为是一种含有多种养分的肥料 。硫酸钾还具有化学稳定性好 ,在空气中不易分解 ,吸 湿性好 ,几乎可以与现有的所有肥料品种相混合等 优点 。制取 K2 SO4 的方法有 :(1) 按水盐体系分离盐类的方法 (即溶解和结晶 的方法) 加工多组分的硫酸钾盐矿 。(2) 氯化钾和各种硫酸盐进行复分解的转化法 。(3) 硫酸或二氧化硫气体和氯化钾作用 ,可制得 盐酸和硫酸钾 。(4) 水热法加工多组分硫酸钾盐矿或是氯化钾 和硫酸盐的混合物 ,可制取硫酸钾和副产盐酸 。(5) 非水溶性钾矿 ( 杂卤石 , 百榴子石 , 海绿石 等) 的加工 。采用以 KCl 和 ( N H4 ) 2 SO4 为原料 ,复分解反应 制取 K2 SO4 , 并副产 K2 SO4 和 N H4 Cl 混合物的方 法 ,生产工艺简单 ,工艺操作容易控制 ,副产品容易利用 ,生产过程无污染 ,无三废 。第二步 : KN H4 SO4 + KCl总的反应式为 :K2 SO4 + N H4 Cl2 KCl + ( N H4 ) 2 SO4K2 SO4 + 2N H4 Cl212有关物质在水中溶解度数据见表 1 及图 1 。表 1 原料 、产物在水中的溶解度(单位 g/ 100g 水)0 10 20 40 60 80 100 硫酸钾硫酸铵 氯化钾 氯化铵7 . 3570 . 627 . 629 . 49 . 473 . 031 . 033 . 311 . 175 . 434 . 037 . 214 . 881 . 040 . 045 . 918 . 188 . 045 . 555 . 221 . 495 . 351 . 065 . 624 . 2103. 356 . 777 . 3生产原理图 1 各物质在水中溶解度曲线2生产工艺3211反应方程式以 KCl 和 ( N H4 ) 2 SO4 为原料制 K2 SO4 的复分 解反应分两步 :311主要原料组成原料氯化钾的主含量及硫酸铵的主含量分别见 表 2 、表 3 。贵州化工1999 年第 3 期14 表 2 氯化钾成分表 3 硫酸铵成分氯化钾含量 ( %)H2 O 含量 ( %)产地颜色N 含量 ( %)(以干基计)H2 O 含量 ( %) (以干基计) 取样次数颜色青海加拿大 俄罗斯 约旦白红 红 白93 . 6595 . 0996 . 2297 . 015 . 490 . 242 . 530 . 44 白白1220 . 9120 . 480 . 640 . 67 3 白21 . 00 0 . 32 312生产的工艺流程3 生产中采用约旦或加拿大生产的氯化钾。图 2 生产工艺流程313生产主要设备表 4生产设备一览表名称规格材质数量用途3m23m33m3200 20503m32 2 1 . 53BA - 9KCl 溶解 , KCl 和 ( N H4 ) 2 SO4 反应及 K2 SO4 的蒸发浓缩( N H4 ) 2 SO4 的溶解K2 SO4 的冷却K2 SO4 的真空过滤K2 SO4 的过滤 配合蒸发管使用 母液的转移 甩干产品中的水分 提升原料供蒸汽 蒸发母液中的水分KCl 溶解槽( N H4 ) 2 SO4 溶解槽K2 SO4 冷却釜 抽液槽K2 SO4 过滤槽 母液蒸发池 母液输送泵 离心机提升机 锅炉 母液蒸发管搪瓷搪瓷 搪瓷 不锈钢 不锈钢 混凝土41433423113不锈钢CD E - 1802t / h列管式钛314物料平衡计算以 1000 kg K2 SO4 为计算基准的物料平衡计算结果如图 3 。1999 年第 3 期贵州化工15图 3315实际生产所得产品的有关数据硫酸钾产品的分析数据见表 5 。表 5 硫酸钾的组成以 1000 kg K2 SO4 为计算基准的物料平衡图出料 K2 SO4 的温度选用 40 ,在该温度出料能 保证 K2 SO4 产品产量高 , K2 O 含量及 Cl - 含量能达到要求 。高于 40 出料 , K2 SO4 的产量低 , 而低于( %)-40 出料 , K2 O 含量及 Cl 达不到要求 。在 KCl 和 ( N H4 ) 2 SO4 反 应 中 , 必 须 把(N H4 ) 2 SO4 溶液移入 KCl 溶液中反应 ,如果将 KCl溶液移入 ( N H4 ) 2 SO4 中反应 ,会出现得到产品颗粒 大 ,且反应不充分 ,得到不合格的产品 。412 问题讨论41211 生产中采用红色氯化钾 ,所生产出硫酸钾为 红色 ,氯化铵为白色 ; 生产中采用白色氯化钾 ,所生 产出硫酸钾为白色 ,氯化铵为白色 。红色氯化钾中引起硫酸钾呈红色的原因是含有三氧化二铁杂质 ,三氧化二铁使氯化钾颜色为红色 , 而三氧化二铁在水中的溶解度相对较低 ,浓缩过程 中将伴随硫酸钾结晶出来 ,从而使得硫酸钾的颜色 为红色 。41212蒸发池中 N H4 Cl 产品的有关问题 水分蒸发后 ,蒸发池中的产品分为上中下三层 ,K2 SO4Cl - 的含量K2 O 的含量H2 O 的含量第一批第二批 第三批1 . 980 . 911 . 1745 . 9545 . 0947 . 465 . 582 . 323 . 87结论和讨论4411 结论41111 本工艺流程以硫酸铵和氯化钾为原料制取 硫 酸 钾 , 得 到 的 产 品 符 合 农 业 用 硫 酸 钾 ZB G21006 89 中一级品的有关技术指标 。副产品 为硫酸钾和氯化铵的混合物适用于生产复合肥 。该 工艺简单可靠 ,副产品容易利用 。生产中无污染 ,无 三废排放 。41112 KCl 和 ( N H4 ) 2 SO4 的物料配比采用摩尔比 为 1111 ,让廉价的 ( N H4 ) 2 SO4 过量 ,有利于 KCl 反 应完全 。反应温度选用 100 。贵州化工1999 年第 3 期16 经取样分析 ,分析结果见表 6 。表 6 蒸发池中产品的成分41213设备腐蚀的有关问题-高温下 ,Cl 对设备腐蚀严重 ,表 7 是母液蒸发池中各种材质列管式蒸发管的使用寿命 。 虽然钛材的列管式蒸发器昂贵 ,但其耐 Cl - 的高温腐蚀 ,寿命长 ,每年仅腐蚀 2mm ,故而选择钛材。( %)K2 O 含量(以干基计)N 含量(以干基计)H O 含量2上层中层 下层5 . 6517 . 1234 . 4126 . 3217 . 8811 . 4010 . 6318 . 4125 . 13参考文献樊彩梅等 1 硫酸铵和氯化钾复分解制备硫酸钾铵的实验研究 1 四川联合大学学报 ,1997 , (2) :16 。杨金习 , 生产硫酸钾新工艺的研究 1 海湖盐与化工 ,1995 ,24 (2) :14 .化肥工业大全编辑委员会 1 化肥工业大全 1 北京 : 化 学工业出版社 ,1988 . 343 ,443 ,762763 . 天津化工研究院等 1 无机盐工业手册 1 北京 : 化学工业 出版社 ,1995 ,5891( 收稿日期 1999 03 04)1蒸 发 池 中 产 品 平 均 含 K2 O19106 % , N18153 % , H2 O 18105 % ( K2 O 和 N 的 含 量 以 干 基计) 。因此 ,产品甩干装袋前应混合均匀 ,这样才利 于复合肥的生产 。产品经离心机甩干后 ,其水分含量为 5115 % 。234表 7各种材质列管式蒸发管的使用寿命材质寿命 (天)A3 钢A3 钢 (表面涂玻璃钢)不锈钢 钛13301800作者简介周光宇 ,男 ,助工 , 1993 年毕业于贵州工学院化学工程 专业 ,现在贵州工业大学化工厂从事化工产品的研究及生产 工作 。Productionof Pota ssium Sul phate f rom Pota ssium Chloride andAmmon ium Sul phateZhou Gu a n gy u(Dep t . of Chemical Engineering , Guizho u U niversit y ofTechnology , Guiyang 550003)Abstract :The p rocess technologies ,selectio n of equip ment and it s corrosio n in t he p roductio n of potassium sulp hate f ro m potassi2um chloride and ammo nium sulp hate are discussed.Key words :Potassium sulp hate ,potassium chloride ,ammio nium sulp hate ,p rocess本刊举办优秀论文评选活动贵州化工自 1989 年 7 月复刊以来 ,已经整整 10 年了 。经过长期努力, 贵州化工季刊从内部期 刊成长为正式期刊 ,进而成为国内外公开发行的期刊 ,期刊的编排 、印刷 、内在质量都有了很大提高 。这 是与广大作者 、读者的关心与厚爱分不开的 。为了纪念本刊复刊 10 周年 ,感谢广大读者 ,在中华人民共 和国建国 50 周年之际 ,在新世纪到来之前 ,本刊特举办优秀论文评选活动 。欢迎广大读者踊跃参加这 次活动 。评选范围是 1989 年第 1 期至 1999 年第 2 期 (