Proces Mannheima dla siarczanu potasu (K₂SO₄) Produkcja

Główne metody produkcji siarczanu potasu

Proces Mannheima is proces przemysłowy produkcji K2SO4,reakcja rozkładu 98% kwasu siarkowego i chlorku potasu w wysokich temperaturach, której produktem ubocznym jest kwas solny. Konkretne kroki obejmują mieszanie chlorku potasu i kwasu siarkowego oraz reakcję w wysokich temperaturach w celu utworzenia siarczanu potasu i kwasu solnego.

Krystalizacjasseparacjaprodukuje siarczan potasu poprzez prażenie alkaliów, takich jak łupiny nasion tungowych i popiół roślinny, a następnieługowanie, filtrowanie, zagęszczanie, separację odśrodkową i suszenie w celu uzyskania siarczanu potasu.

ReakcjaChlorek potasuIKwas siarkowy w określonych temperaturach i w określonym stosunku jest inną metodą uzyskania siarczan potasu.Konkretne kroki obejmują rozpuszczenie chlorku potasu w ciepłej wodzie, dodanie kwasu siarkowego w celu zajścia reakcji, a następnie krystalizację w temperaturze 100–140°C, po której następuje oddzielenie, neutralizacja i suszenie w celu uzyskania siarczanu potasu.

Zalety siarczanu potasu Mannheim

Proces Mennheima jest podstawową metodą produkcji siarczanu potasu za granicą. Niezawodna i wyrafinowana metoda pozwala uzyskać skoncentrowany siarczan potasu o doskonałej rozpuszczalności w wodzie. Słabo kwaśny roztwór nadaje się do gleby alkalicznej.

Zasady produkcji

Proces reakcji:

1. Kwas siarkowy i chlorek potasu są proporcjonalnie dozowane i równomiernie podawane do komory reakcyjnej pieca Mannheim, gdzie reagują, tworząc siarczan potasu i chlorowodór.

2. Reakcja zachodzi w dwóch etapach:

i. Pierwszy etap jest egzotermiczny i zachodzi w niższej temperaturze.

ii. Drugi etap obejmuje konwersję wodorosiarczanu potasu do siarczanu potasu, która jest silnie endotermiczna.

Kontrola temperatury:

1. Reakcja musi zachodzić w temperaturze powyżej 268°C, przy czym optymalny zakres to 500–600°C, aby zapewnić wydajność i nie dopuścić do nadmiernego rozkładu kwasu siarkowego.

2. W rzeczywistej produkcji temperaturę reakcji zwykle kontroluje się w zakresie 510–530°C w celu zapewnienia stabilności i wydajności.

Wykorzystanie ciepła:

1. Reakcja jest silnie endotermiczna i wymaga stałego dostarczania ciepła ze spalania gazu ziemnego.

2. Około 44% ciepła pieca ucieka przez ściany, 40% jest odprowadzane przez gazy spalinowe, a tylko 16% jest wykorzystywane w samej reakcji.

Kluczowe aspekty procesu mannheimskiego

Piecśrednica jest decydującym czynnikiem wydajności produkcyjnej. Największe piece na świecie mają średnicę 6 metrów.Jednocześnie niezawodny układ napędowy jest gwarancją ciągłej i stabilnej reakcji.Materiały ogniotrwałe muszą wytrzymywać wysokie temperatury, silne kwasy i zapewniać dobry transfer ciepła. Materiały na mechanizmy mieszające muszą być odporne na ciepło, korozję i zużycie.

Jakość gazu chlorowodorowego:

1. Utrzymywanie lekkiego podciśnienia w komorze reakcyjnej zapewnia, że ​​powietrze i gazy spalinowe nie rozcieńczają chlorowodoru.

2. Prawidłowe uszczelnienie i eksploatacja pozwalają na osiągnięcie stężenia HCl wynoszącego 50% lub więcej.

Specyfikacja surowca:

1.Chlorek potasu:Aby zapewnić optymalną wydajność reakcji, muszą spełniać określone wymagania dotyczące wilgotności, wielkości cząstek i zawartości tlenku potasu.

2.Kwas siarkowy:Wymaga stężenia 99% dla czystości i spójnej reakcji.

Kontrola temperatury:

1.Komora reakcyjna (510-530°C):Zapewnia całkowitą reakcję.

2.Komora spalania:Wyrównuje dopływ gazu ziemnego, zapewniając efektywne spalanie.

3.Temperatura gazu wylotowego:Kontrolowane w celu zapobiegania blokowaniu spalin i zapewnienia efektywnego pochłaniania gazów.

Przepływ pracy procesu

• Reakcja:Chlorek potasu i kwas siarkowy są stale podawane do komory reakcyjnej. Powstały siarczan potasu jest odprowadzany, chłodzony, przesiewany i neutralizowany tlenkiem wapnia przed pakowaniem.
• Postępowanie z produktami ubocznymi:
  • Wysokotemperaturowy gaz chlorowodoru jest chłodzony i oczyszczany w szeregu skruberów i wież absorpcyjnych w celu wytworzenia kwasu solnego o jakości przemysłowej (31–37% HCl).
  • Emisje gazów odpadowych są oczyszczane w celu spełnienia norm środowiskowych.

Wyzwania i ulepszenia

1. Strata ciepła:Poprzez gazy spalinowe i ściany pieca tracona jest znaczna ilość ciepła, co podkreśla potrzebę udoskonalenia systemów odzyskiwania ciepła.
2. Korozja sprzętu:Proces ten zachodzi w wysokich temperaturach i kwaśnym środowisku, co powoduje zużycie elementów i utrudnia ich konserwację.
3. Wykorzystanie produktu ubocznego kwasu solnego:Rynek kwasu solnego może być nasycony, co stwarza konieczność poszukiwania alternatywnych zastosowań lub metod minimalizujących ilość produktów ubocznych.

W procesie produkcji siarczanu potasu w Mannheim powstają dwa rodzaje gazów odpadowych: spaliny ze spalania gazu ziemnego oraz produkt uboczny w postaci gazowego chlorowodoru.

Spaliny spalania:

Temperatura spalin wynosi zazwyczaj około 450°C. Ciepło to jest przekazywane przez rekuperator przed odprowadzeniem. Jednak nawet po wymianie ciepła temperatura spalin pozostaje na poziomie około 160°C, a to ciepło resztkowe jest uwalniane do atmosfery.

Produkt uboczny: gaz chlorowodór:

Gaz chlorowodoru przechodzi oczyszczanie w wieży płuczącej kwasem siarkowym, absorpcję w absorberze opadającej warstwy i oczyszczanie w wieży oczyszczającej gazy spalinowe przed odprowadzeniem. Proces ten generuje 31% kwas solny, w którym wyższykoncentracja może prowadzić do emisjinie donorm i powodując zjawisko „oporu ogonowego” w układzie wydechowym.Dlatego w czasie rzeczywistymkwas chlorowodorowy pomiar stężenia okazuje się ważny w produkcji.

Aby uzyskać lepsze efekty, można podjąć następujące środki:

Zmniejszenie stężenia kwasu: Zmniejsz stężenie kwasu podczas procesu wchłanianiazgęstościomierz liniowy w celu dokładnego monitorowania.

Zwiększenie objętości krążącej wody: Poprawa cyrkulacji wody w pochłaniaczu opadającej warstwy w celu zwiększenia efektywności absorpcji.

Zmniejszenie obciążenia wieży oczyszczającej spaliny: optymalizacja działania w celu zminimalizowania obciążenia układu oczyszczania.

Dzięki tym regulacjom i prawidłowej eksploatacji możliwe jest wyeliminowanie zjawiska oporu ogonowego, co gwarantuje spełnienie wymaganych norm emisji.