Quy trình Mannheim cho Kali Sunfat (K₂SO₄) Sản xuất

Phương pháp sản xuất chính của Kali sunfat

Quy trình Mannheim is quy trình công nghiệp để sản xuất K2SO4,phản ứng phân hủy giữa axit sunfuric 98% và kali clorua ở nhiệt độ cao với sản phẩm phụ là axit clohydric. Các bước cụ thể bao gồm trộn kali clorua và axit sunfuric và phản ứng chúng ở nhiệt độ cao để tạo thành kali sunfat và axit clohydric.

Kết tinhstách biệtsản xuất kali sunfat thông qua việc rang vỏ hạt trẩu và tro thực vật có tính kiềm, sau đó tiếp theo làngâm chiết, lọc, cô đặc, tách ly tâm và sấy khô để thu được kali sunfat.

Phản ứng củaKali cloruaVàAxit sunfuric ở nhiệt độ cụ thể theo tỷ lệ cụ thể là một phương pháp khác để có được kali sunfat.Các bước cụ thể bao gồm hòa tan kali clorua trong nước ấm, thêm axit sunfuric để phản ứng, sau đó kết tinh ở nhiệt độ 100–140°C, tiếp theo là tách, trung hòa và sấy khô để tạo ra kali sunfat.

Ưu điểm của Mannheim Kali Sulfate

Quy trình Mennheim là phương pháp chính để sản xuất kali sunfat ở nước ngoài. Phương pháp đáng tin cậy và tinh vi tạo ra kali sunfat cô đặc có độ hòa tan trong nước cao. Dung dịch axit yếu thích hợp cho đất kiềm.

Nguyên tắc sản xuất

Quá trình phản ứng:

1. Axit sunfuric và kali clorua được định lượng theo tỷ lệ và đưa đều vào buồng phản ứng của lò Mannheim, tại đây chúng phản ứng để tạo ra kali sunfat và hydro clorua.

2. Phản ứng xảy ra theo hai bước:

i. Bước đầu tiên là tỏa nhiệt và xảy ra ở nhiệt độ thấp hơn.

ii. Bước thứ hai liên quan đến quá trình chuyển đổi kali bisunfat thành kali sunfat, một chất thu nhiệt mạnh.

Kiểm soát nhiệt độ:

1. Phản ứng phải xảy ra ở nhiệt độ trên 268°C, trong đó nhiệt độ tối ưu là 500-600°C để đảm bảo hiệu quả mà không bị phân hủy axit sunfuric quá mức.

2. Trong sản xuất thực tế, nhiệt độ phản ứng thường được kiểm soát trong khoảng 510-530°C để đảm bảo tính ổn định và hiệu quả.

Sử dụng nhiệt:

1. Phản ứng này thu nhiệt rất nhiều, đòi hỏi phải cung cấp nhiệt liên tục từ quá trình đốt cháy khí tự nhiên.

2. Khoảng 44% nhiệt lượng của lò bị mất qua thành lò, 40% bị khí thải mang đi và chỉ có 16% được sử dụng cho phản ứng thực tế.

Các khía cạnh chính của Quy trình Mannheim

Lò nungĐường kính là yếu tố quyết định năng lực sản xuất. Các lò nung lớn nhất trên thế giới có đường kính 6 mét.Đồng thời, hệ thống lái đáng tin cậy là sự đảm bảo cho phản ứng liên tục và ổn định.Vật liệu chịu lửa phải chịu được nhiệt độ cao, axit mạnh và truyền nhiệt tốt. Vật liệu cho cơ chế khuấy phải chịu được nhiệt, ăn mòn và mài mòn.

Chất lượng khí hydro clorua:

1. Duy trì độ chân không nhẹ trong buồng phản ứng để đảm bảo không khí và khí thải không làm loãng hydro clorua.

2. Việc niêm phong và vận hành đúng cách có thể đạt được nồng độ HCl là 50% hoặc cao hơn.

Thông số kỹ thuật nguyên liệu thô:

1.Kali clorua:Phải đáp ứng các yêu cầu cụ thể về độ ẩm, kích thước hạt và hàm lượng kali oxit để có hiệu quả phản ứng tối ưu.

2.Axit sunfuric:Yêu cầu nồng độ 99% cho độ tinh khiết và phản ứng nhất quán.

Kiểm soát nhiệt độ:

1.Buồng phản ứng (510-530°C):Đảm bảo phản ứng diễn ra hoàn toàn.

2.Buồng đốt:Cân bằng lượng khí đốt tự nhiên đầu vào để đốt cháy hiệu quả.

3.Nhiệt độ khí đuôi:Được kiểm soát để ngăn ngừa tắc nghẽn khí thải và đảm bảo hấp thụ khí hiệu quả.

Quy trình làm việc

• Sự phản ứng lại:Kali clorua và axit sunfuric liên tục được đưa vào buồng phản ứng. Kali sunfat thu được được thải ra, làm nguội, sàng lọc và trung hòa bằng canxi oxit trước khi đóng gói.
• Xử lý sản phẩm phụ:
  • Khí hydro clorua nhiệt độ cao được làm lạnh và tinh chế thông qua một loạt các máy lọc và tháp hấp thụ để sản xuất axit clohydric cấp công nghiệp (31-37% HCl).
  • Khí thải đuôi được xử lý để đáp ứng các tiêu chuẩn về môi trường.

Thách thức và cải tiến

1. Sự mất nhiệt:Lượng nhiệt đáng kể bị mất qua khí thải và thành lò, điều này cho thấy nhu cầu cải thiện hệ thống thu hồi nhiệt.
2. Ăn mòn thiết bị:Quá trình này diễn ra trong điều kiện nhiệt độ cao và có tính axit, dẫn đến những thách thức về hao mòn và bảo trì.
3. Sử dụng sản phẩm phụ của axit clohydric:Thị trường axit clohydric có thể bị bão hòa, đòi hỏi phải nghiên cứu các phương pháp hoặc công dụng thay thế để giảm thiểu sản phẩm phụ.

Quy trình sản xuất kali sunfat tại Mannheim liên quan đến hai loại khí thải: khí thải từ quá trình đốt cháy khí tự nhiên và khí hydro clorua phụ.

Khí thải từ quá trình đốt cháy:

Nhiệt độ của khí thải cháy thường vào khoảng 450°C. Nhiệt này được truyền qua bộ thu hồi nhiệt trước khi thải ra. Tuy nhiên, ngay cả sau khi trao đổi nhiệt, nhiệt độ khí thải vẫn ở mức khoảng 160°C và nhiệt dư này được thải ra khí quyển.

Sản phẩm phụ Khí hydro clorua:

Khí hydro clorua trải qua quá trình rửa trong tháp rửa axit sunfuric, hấp thụ trong bộ hấp thụ màng rơi và tinh chế trong tháp tinh chế khí thải trước khi thải ra. Quá trình này tạo ra 31% axit clohydric, trong đó cao hơnnồng độ có thể dẫn đến phát thảikhông lên đếntiêu chuẩn và gây ra hiện tượng “kéo đuôi” trong khí thải.Vì vậy, thời gian thựcaxit clohydric đo nồng độ trở nên quan trọng trong sản xuất.

Có thể áp dụng các biện pháp sau để có hiệu quả tốt hơn:

Giảm nồng độ axit: Giảm nồng độ axit trong quá trình hấp thụvớimáy đo mật độ nội tuyến để theo dõi chính xác.

Tăng lượng nước tuần hoàn: Tăng cường tuần hoàn nước trong bộ hấp thụ màng rơi để cải thiện hiệu quả hấp thụ.

Giảm tải cho tháp lọc khí thải: Tối ưu hóa hoạt động để giảm thiểu gánh nặng cho hệ thống lọc.

Thông qua những điều chỉnh này và hoạt động phù hợp theo thời gian, hiện tượng cản đuôi có thể được loại bỏ, đảm bảo lượng khí thải đạt tiêu chuẩn yêu cầu.