Proses Mannheim untuk Pengeluaran Kalium Sulfat (K2SO4)

Proses Mannheim untuk Kalium Sulfat (K₂SO₄) Pengeluaran

Kaedah Pengeluaran Utama Kalium Sulfat

Proses Mannheim is proses perindustrian untuk penghasilan K2SO4,Satu tindak balas penguraian antara 98% asid sulfurik dan kalium klorida pada suhu tinggi dengan sebagai hasil sampingan asid hidroklorik. Langkah-langkah khusus termasuk mencampurkan kalium klorida dan asid sulfurik dan bertindak balas pada suhu tinggi untuk membentuk kalium sulfat dan asid hidroklorik.

Penghabluranspenyediaanmenghasilkan kalium sulfat melalui pemanggangan alkali seperti cangkerang biji tung dan abu tumbuhan, kemudian diikuti olehpelarutan, penapisan, pemekatan, pemisahan emparan dan pengeringan untuk mendapatkan kalium sulfat.

Reaksi daripadaKalium KloridadanAsid Sulfurik pada suhu tertentu dalam nisbah tertentu adalah kaedah lain untuk mendapatkan kalium sulfat.Langkah-langkah khusus termasuk melarutkan kalium klorida dalam air suam, menambah asid sulfurik untuk tindak balas, dan kemudian menghablur pada suhu 100–140°C, diikuti dengan pemisahan, peneutralan dan pengeringan untuk menghasilkan kalium sulfat.

Kelebihan Mannheim Potassium Sulfate

Proses Mennheim merupakan kaedah utama penghasilan kalium sulfat di luar negara. Kaedah yang andal dan canggih ini menghasilkan kalium sulfat pekat dengan kelarutan air yang unggul. Larutan asid lemah sesuai untuk tanah beralkali.

Prinsip Pengeluaran

Proses Tindak Balas:

1. Asid sulfurik dan kalium klorida diukur secara berkadaran dan dimasukkan secara sekata ke dalam ruang tindak balas relau Mannheim, di mana ia bertindak balas untuk menghasilkan kalium sulfat dan hidrogen klorida.

2. Tindak balas berlaku dalam dua langkah:

i. Langkah pertama adalah eksotermik dan berlaku pada suhu yang lebih rendah.

ii. Langkah kedua melibatkan penukaran kalium bisulfat kepada kalium sulfat, yang bersifat endotermik kuat.

Kawalan Suhu:

1. Tindak balas mesti berlaku pada suhu melebihi 268°C, dengan julat optimum ialah 500-600°C untuk memastikan kecekapan tanpa penguraian asid sulfurik yang berlebihan.

2. Dalam pengeluaran sebenar, suhu tindak balas biasanya dikawal antara 510-530°C untuk kestabilan dan kecekapan.

Penggunaan Haba:

1. Tindak balas ini sangat endotermik, memerlukan bekalan haba yang konsisten daripada pembakaran gas asli.

2. Kira-kira 44% haba relau hilang melalui dinding, 40% dibawa oleh gas ekzos, dan hanya 16% digunakan untuk tindak balas sebenar.

Aspek Utama Proses Mannheim

Relaudiameter merupakan faktor penentu kapasiti pengeluaran. Relau terbesar di dunia mempunyai diameter 6 meter.Pada masa yang sama, sistem pemanduan yang andal adalah jaminan tindak balas yang berterusan dan stabil.Bahan refraktori mesti tahan suhu tinggi, asid kuat dan menawarkan pemindahan haba yang baik. Bahan untuk mekanisme pengadukan mesti tahan terhadap haba, kakisan dan haus.

Kualiti Gas Hidrogen Klorida:

1. Mengekalkan sedikit vakum dalam ruang tindak balas memastikan udara dan gas serombong tidak mencairkan hidrogen klorida.

2. Pengedap dan operasi yang betul boleh mencapai kepekatan HCl sebanyak 50% atau lebih tinggi.

Spesifikasi Bahan Mentah:

1.Kalium Klorida:Mesti memenuhi keperluan kelembapan, saiz zarah dan kandungan kalium oksida tertentu untuk kecekapan tindak balas yang optimum.

2.Asid Sulfurik:Memerlukan kepekatan 99% untuk ketulenan dan tindak balas yang konsisten.

Kawalan Suhu:

1.Kebuk Reaksi (510-530°C):Memastikan tindak balas yang lengkap.

2.Kebuk Pembakaran:Mengimbangi input gas asli untuk pembakaran yang cekap.

3.Suhu Gas Ekor:Dikawal untuk mengelakkan penyumbatan ekzos dan memastikan penyerapan gas yang berkesan.

Aliran Kerja Proses

• Reaksi:Kalium klorida dan asid sulfurik dimasukkan secara berterusan ke dalam ruang tindak balas. Kalium sulfat yang terhasil dilepaskan, disejukkan, ditapis dan dineutralkan dengan kalsium oksida sebelum dibungkus.
• Pengendalian Produk Sampingan:
  • Gas hidrogen klorida suhu tinggi disejukkan dan ditulenkan melalui satu siri penggosok dan menara penyerapan untuk menghasilkan asid hidroklorik gred perindustrian (31-37% HCl).
  • Pelepasan gas ekor dirawat untuk memenuhi piawaian alam sekitar.

Cabaran dan Penambahbaikan

1. Kehilangan Haba:Haba yang ketara hilang melalui gas ekzos dan dinding relau, menonjolkan keperluan untuk sistem pemulihan haba yang lebih baik.
2. Kakisan Peralatan:Proses ini beroperasi di bawah suhu tinggi dan keadaan berasid, yang membawa kepada cabaran haus dan penyelenggaraan.
3. Penggunaan Hasil Sampingan Asid Hidroklorik:Pasaran untuk asid hidroklorik boleh menjadi tepu, memerlukan penyelidikan tentang kegunaan atau kaedah alternatif untuk meminimumkan output produk sampingan.

Proses pengeluaran kalium sulfat Mannheim melibatkan dua jenis pelepasan gas buangan: ekzos pembakaran daripada gas asli dan gas hidrogen klorida hasil sampingan.

Ekzos Pembakaran:

Suhu ekzos pembakaran biasanya sekitar 450°C. Haba ini dipindahkan melalui recuperator sebelum dilepaskan. Walau bagaimanapun, walaupun selepas pertukaran haba, suhu gas ekzos kekal pada kira-kira 160°C, dan haba baki ini dilepaskan ke atmosfera.

Gas Hidrogen Klorida Hasil Sampingan:

Gas hidrogen klorida menjalani penggosokan dalam menara pencuci asid sulfurik, penyerapan dalam penyerap filem jatuh dan penulenan dalam menara penulenan gas ekzos sebelum dilepaskan. Proses ini menghasilkan 31% asid hidroklorik., di mana lebih tinggikepekatan boleh menyebabkan pelepasantidak sehinggapiawaian dan menyebabkan fenomena "seretan ekor" dalam ekzos.Oleh itu, masa nyataasid hidroklorik pengukuran kepekatan menjadi penting dalam pengeluaran.

Langkah-langkah berikut boleh diambil untuk kesan yang lebih baik:

Kurangkan Kepekatan Asid: Kurangkan kepekatan asid semasa proses penyerapandenganmeter ketumpatan sebaris untuk pemantauan yang tepat.

Tingkatkan Isipadu Air yang Beredar: Tingkatkan peredaran air dalam penyerap filem jatuh untuk meningkatkan kecekapan penyerapan.

Kurangkan Beban pada Menara Penulenan Gas Ekzos: Optimumkan operasi untuk meminimumkan beban pada sistem penulenan.

Melalui pelarasan dan operasi yang betul dari semasa ke semasa, fenomena seretan ekor dapat dihapuskan, memastikan pelepasan memenuhi piawaian yang diperlukan.