Mannheimski postopek za kalijev sulfat (K₂SO₄) Produkcija

Glavne metode proizvodnje kalijevega sulfata

Mannheimski proces is industrijski postopek za proizvodnjo K2SO4,Razpadna reakcija med 98 % žveplovo kislino in kalijevim kloridom pri visokih temperaturah, pri čemer kot stranski produkt nastane klorovodikova kislina. Specifični koraki vključujejo mešanje kalijevega klorida in žveplove kisline ter njuno reakcijo pri visokih temperaturah, pri kateri nastane kalijev sulfat in klorovodikova kislina.

Kristalizacijasločitevproizvaja kalijev sulfat s praženjem alkalij, kot so lupine volframovih semen in rastlinski pepel, nato pa slediizluževanje, filtriranje, koncentriranje, centrifugalno ločevanje in sušenje za pridobitev kalijevega sulfata.

ReakcijaKalijev kloridinŽveplova kislina pri določenih temperaturah v določenem razmerju je še ena metoda za pridobitev kalijev sulfat.Specifični koraki vključujejo raztapljanje kalijevega klorida v topli vodi, dodajanje žveplove kisline za reakcijo in nato kristalizacijo pri 100–140 °C, ki ji sledi ločevanje, nevtralizacija in sušenje za proizvodnjo kalijevega sulfata.

Prednosti kalijevega sulfata iz Mannheima

Mennheimov postopek je glavna metoda za proizvodnjo kalijevega sulfata v tujini. Zanesljiva in sofisticirana metoda proizvaja koncentriran kalijev sulfat z odlično topnostjo v vodi. Šibko kisla raztopina je primerna za alkalna tla.

Načela proizvodnje

Reakcijski proces:

1. Žveplova kislina in kalijev klorid se sorazmerno odmerjata in enakomerno dovajata v reakcijsko komoro Mannheimove peči, kjer reagirata in tvorita kalijev sulfat in vodikov klorid.

2. Reakcija poteka v dveh korakih:

i. Prvi korak je eksotermičen in se pojavi pri nižji temperaturi.

ii. Drugi korak vključuje pretvorbo kalijevega bisulfata v kalijev sulfat, kar je močno endotermno.

Nadzor temperature:

1. Reakcija mora potekati pri temperaturah nad 268 °C, pri čemer je optimalno območje 500–600 °C, da se zagotovi učinkovitost brez prekomernega razkroja žveplove kisline.

2. V dejanski proizvodnji se reakcijska temperatura običajno nadzoruje med 510 in 530 °C zaradi stabilnosti in učinkovitosti.

Izkoriščanje toplote:

1. Reakcija je zelo endotermna in zahteva stalen dovod toplote zaradi zgorevanja zemeljskega plina.

2. Približno 44 % toplote peči se izgubi skozi stene, 40 % je odnesejo izpušni plini, le 16 % pa se porabi za dejansko reakcijo.

Ključni vidiki Mannheimskega procesa

PečPremer je odločilni dejavnik proizvodne zmogljivosti. Največje peči na svetu imajo premer 6 metrov.Hkrati je zanesljiv vozni sistem zagotovilo za neprekinjeno in stabilno reakcijo.Ognjevzdržni materiali morajo biti odporni na visoke temperature, močne kisline in zagotavljati dober prenos toplote. Materiali za mešalne mehanizme morajo biti odporni na vročino, korozijo in obrabo.

Kakovost vodikovega klorida:

1. Vzdrževanje rahlega vakuuma v reakcijski komori zagotavlja, da zrak in dimni plini ne redčijo vodikovega klorida.

2. Pravilno tesnjenje in delovanje lahko dosežeta koncentracijo HCl 50 % ali več.

Specifikacije surovin:

1.Kalijev klorid:Za optimalno učinkovitost reakcije mora izpolnjevati specifične zahteve glede vlage, velikosti delcev in vsebnosti kalijevega oksida.

2.Žveplova kislina:Zahteva koncentracijo 99% za čistost in dosledno reakcijo.

Nadzor temperature:

1.Reakcijska komora (510–530 °C):Zagotavlja popolno reakcijo.

2.Zgorevalna komora:Uravnava dovod zemeljskega plina za učinkovito zgorevanje.

3.Temperatura repnega plina:Nadzorovano za preprečevanje blokad izpušnih plinov in zagotavljanje učinkovite absorpcije plinov.

Potek dela procesa

• Reakcija:Kalijev klorid in žveplova kislina se neprekinjeno dovajata v reakcijsko komoro. Nastali kalijev sulfat se pred pakiranjem izprazni, ohladi, preseje in nevtralizira s kalcijevim oksidom.
• Ravnanje s stranskimi proizvodi:
  • Visokotemperaturni plin vodikov klorid se ohladi in prečisti skozi vrsto čistilnikov in absorpcijskih stolpov, da se proizvede klorovodikova kislina industrijske kakovosti (31–37 % HCl).
  • Emisije odpadnih plinov se obdelujejo tako, da ustrezajo okoljskim standardom.

Izzivi in ​​izboljšave

1. Izguba toplote:Precejšnja količina toplote se izgubi skozi izpušne pline in stene peči, kar poudarja potrebo po izboljšanih sistemih za rekuperacijo toplote.
2. Korozija opreme:Postopek poteka pri visokih temperaturah in kislih pogojih, kar povzroča obrabo in težave z vzdrževanjem.
3. Uporaba stranskega produkta klorovodikove kisline:Trg klorovodikove kisline je lahko nasičen, kar zahteva raziskave alternativnih načinov uporabe ali metod za zmanjšanje nastajanja stranskih proizvodov.

Proizvodni proces kalijevega sulfata v Mannheimu vključuje dve vrsti emisij odpadnih plinov: izpušne pline iz zgorevanja zemeljskega plina in stranski produkt, plin vodikovega klorida.

Izpušni plini z zgorevanjem:

Temperatura izpušnih plinov je običajno okoli 450 °C. Ta toplota se pred izpustom prenese skozi rekuperator. Vendar pa tudi po izmenjavi toplote temperatura izpušnih plinov ostane približno 160 °C in ta preostala toplota se sprosti v ozračje.

Stranski produkt vodikov klorid:

Plinasti vodikov klorid se pred izpustom prečisti v pralnem stolpu z žveplovo kislino, absorbira v absorberju s padajočim filmom in prečisti v stolpu za čiščenje izpušnih plinov. Ta postopek ustvari 31-odstotno klorovodikovo kislino., v katerem višjekoncentracija lahko povzroči emisijene dostandarde in povzročajo pojav "zadnjega upora" v izpuhu.Zato v realnem časuklorovodikova kislina merjenje koncentracije postane pomembno v proizvodnji.

Za boljše učinke bi lahko sprejeli naslednje ukrepe:

Zmanjšajte koncentracijo kisline: Znižajte koncentracijo kisline med procesom absorpcijezlinijski merilnik gostote za natančno spremljanje.

Povečanje volumna vode v obtoku: Izboljšajte kroženje vode v absorberju s padajočim filmom za izboljšanje učinkovitosti absorpcije.

Zmanjšajte obremenitev čistilnega stolpa za izpušne pline: Optimizirajte delovanje, da zmanjšate obremenitev čistilnega sistema.

S temi prilagoditvami in pravilnim delovanjem skozi čas je mogoče odpraviti pojav upora repa, kar zagotavlja, da emisije izpolnjujejo zahtevane standarde.