กระบวนการผลิตโพแทสเซียมซัลเฟต (K2SO4) ด้วยวิธีมันน์ไฮม์

กระบวนการผลิตโพแทสเซียมซัลเฟตแบบแมนไฮม์ (K₂SO₄) การผลิต

วิธีการผลิตโพแทสเซียมซัลเฟตหลัก

กระบวนการแมนไฮม์ is กระบวนการทางอุตสาหกรรมสำหรับการผลิต K2SO4ปฏิกิริยาการสลายตัวระหว่างกรดซัลฟิวริก 98% กับโพแทสเซียมคลอไรด์ที่อุณหภูมิสูง โดยมีกรดไฮโดรคลอริกเป็นผลพลอยได้ ขั้นตอนเฉพาะประกอบด้วยการผสมโพแทสเซียมคลอไรด์และกรดซัลฟิวริก แล้วทำปฏิกิริยาที่อุณหภูมิสูงเพื่อสร้างโพแทสเซียมซัลเฟตและกรดไฮโดรคลอริก

การตกผลึกsการแยกผลิตโพแทสเซียมซัลเฟตโดยการคั่วสารอัลคาไล เช่น เปลือกเมล็ดตัง และเถ้าพืช จากนั้นจึงตามด้วยกระบวนการชะล้าง การกรอง การทำให้เข้มข้น การแยกด้วยแรงเหวี่ยง และการทำให้แห้ง เพื่อให้ได้โพแทสเซียมซัลเฟต

ปฏิกิริยาของโพแทสเซียมคลอไรด์และกรดซัลฟิวริก ที่อุณหภูมิเฉพาะและอัตราส่วนที่เฉพาะเจาะจง เป็นอีกวิธีหนึ่งที่จะได้ผลลัพธ์ดังกล่าว โพแทสเซียมซัลเฟตขั้นตอนเฉพาะประกอบด้วยการละลายโพแทสเซียมคลอไรด์ในน้ำอุ่น เติมกรดซัลฟิวริกเพื่อทำปฏิกิริยา จากนั้นตกผลึกที่อุณหภูมิ 100–140°C ตามด้วยการแยก การทำให้เป็นกลาง และการทำให้แห้งเพื่อผลิตโพแทสเซียมซัลเฟต

ข้อดีของโพแทสเซียมซัลเฟตแมนน์ไฮม์

กระบวนการผลิตแบบเมนไฮม์เป็นวิธีการหลักในการผลิตโพแทสเซียมซัลเฟตในต่างประเทศ วิธีการที่เชื่อถือได้และทันสมัยนี้ผลิตโพแทสเซียมซัลเฟตเข้มข้นที่มีความสามารถในการละลายน้ำสูง สารละลายกรดอ่อนนี้เหมาะสำหรับดินด่าง

หลักการผลิต

กระบวนการเกิดปฏิกิริยา:

1. กรดซัลฟิวริกและโพแทสเซียมคลอไรด์จะถูกวัดปริมาณอย่างเหมาะสมและป้อนเข้าสู่ห้องปฏิกิริยาของเตาเผาแบบมันน์ไฮม์อย่างสม่ำเสมอ ซึ่งสารทั้งสองจะทำปฏิกิริยากันเพื่อผลิตโพแทสเซียมซัลเฟตและไฮโดรเจนคลอไรด์

2. ปฏิกิริยาเกิดขึ้นในสองขั้นตอน:

i. ขั้นตอนแรกเป็นปฏิกิริยาคายความร้อนและเกิดขึ้นที่อุณหภูมิต่ำกว่า

ii. ขั้นตอนที่สองเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนโพแทสเซียมไบซัลเฟตเป็นโพแทสเซียมซัลเฟต ซึ่งเป็นปฏิกิริยาดูดความร้อนสูง

การควบคุมอุณหภูมิ:

1. ปฏิกิริยาต้องเกิดขึ้นที่อุณหภูมิสูงกว่า 268°C โดยช่วงอุณหภูมิที่เหมาะสมที่สุดคือ 500-600°C เพื่อให้เกิดประสิทธิภาพโดยไม่ทำให้กรดซัลฟิวริกสลายตัวมากเกินไป

2. ในการผลิตจริง โดยทั่วไปอุณหภูมิปฏิกิริยาจะถูกควบคุมให้อยู่ระหว่าง 510-530 องศาเซลเซียส เพื่อความเสถียรและประสิทธิภาพ

การใช้ประโยชน์จากความร้อน:

1. ปฏิกิริยานี้เป็นปฏิกิริยาดูดความร้อนสูง จึงจำเป็นต้องมีการให้ความร้อนอย่างต่อเนื่องจากการเผาไหม้ก๊าซธรรมชาติ

2. ความร้อนประมาณ 44% ของเตาหลอมสูญเสียไปทางผนัง 40% ถูกพาไปกับก๊าซไอเสีย และมีเพียง 16% เท่านั้นที่ถูกนำไปใช้ในปฏิกิริยาจริง

ประเด็นสำคัญของกระบวนการมันน์ไฮม์

เตาเผาเส้นผ่านศูนย์กลางเป็นปัจจัยสำคัญในการกำหนดกำลังการผลิต เตาหลอมที่ใหญ่ที่สุดในโลกมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 6 เมตรในขณะเดียวกัน ระบบขับเคลื่อนที่เชื่อถือได้ก็เป็นหลักประกันถึงการตอบสนองที่ต่อเนื่องและเสถียรวัสดุทนไฟต้องทนต่ออุณหภูมิสูง กรดเข้มข้น และถ่ายเทความร้อนได้ดี วัสดุสำหรับกลไกการกวนต้องทนต่อความร้อน การกัดกร่อน และการสึกหรอ

คุณภาพของก๊าซไฮโดรเจนคลอไรด์:

1. การรักษาสภาวะสุญญากาศเล็กน้อยในห้องปฏิกิริยาจะช่วยป้องกันไม่ให้อากาศและก๊าซไอเสียเจือจางไฮโดรเจนคลอไรด์

2. การปิดผนึกและการใช้งานที่ถูกต้องสามารถทำให้ได้ความเข้มข้นของกรดไฮโดรคลอริก (HCl) ที่ 50% หรือสูงกว่านั้น

ข้อกำหนดวัตถุดิบ:

1.โพแทสเซียมคลอไรด์:เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพปฏิกิริยาสูงสุด ต้องเป็นไปตามข้อกำหนดเฉพาะด้านความชื้น ขนาดอนุภาค และปริมาณโพแทสเซียมออกไซด์

2.กรดซัลฟิวริก:ต้องใช้ความเข้มข้น 99เปอร์เซ็นต์สำหรับความบริสุทธิ์และปฏิกิริยาที่สม่ำเสมอ

การควบคุมอุณหภูมิ:

1.ห้องปฏิกิริยา (510-530°C):รับประกันปฏิกิริยาที่สมบูรณ์

2.ห้องเผาไหม้:ปรับสมดุลปริมาณก๊าซธรรมชาติที่ป้อนเข้าเพื่อการเผาไหม้ที่มีประสิทธิภาพ

3.อุณหภูมิไอเสีย:ควบคุมเพื่อป้องกันการอุดตันของท่อไอเสียและเพื่อให้มั่นใจว่าการดูดซับก๊าซมีประสิทธิภาพ

ขั้นตอนการทำงาน

• ปฏิกิริยา:โพแทสเซียมคลอไรด์และกรดซัลฟิวริกจะถูกป้อนเข้าสู่ห้องปฏิกิริยาอย่างต่อเนื่อง โพแทสเซียมซัลเฟตที่ได้จะถูกระบายออก ทำให้เย็นลง กรอง และทำให้เป็นกลางด้วยแคลเซียมออกไซด์ก่อนบรรจุภัณฑ์
• การจัดการผลิตภัณฑ์พลอยได้:
  • ก๊าซไฮโดรเจนคลอไรด์อุณหภูมิสูงจะถูกทำให้เย็นลงและทำให้บริสุทธิ์ผ่านชุดเครื่องขัดและหอการดูดซับเพื่อผลิตกรดไฮโดรคลอริกเกรดอุตสาหกรรม (31-37% HCl)
  • ก๊าซไอเสียจะถูกบำบัดเพื่อให้เป็นไปตามมาตรฐานด้านสิ่งแวดล้อม

ความท้าทายและการปรับปรุง

1. การสูญเสียความร้อน:ความร้อนจำนวนมากสูญเสียไปผ่านทางก๊าซไอเสียและผนังเตา ทำให้เห็นถึงความจำเป็นในการพัฒนาระบบการกู้คืนความร้อนให้ดียิ่งขึ้น
2. การกัดกร่อนของอุปกรณ์:กระบวนการนี้ดำเนินการภายใต้อุณหภูมิสูงและสภาวะที่เป็นกรด ซึ่งส่งผลให้เกิดการสึกหรอและปัญหาในการบำรุงรักษา
3. การใช้ประโยชน์จากผลิตภัณฑ์พลอยได้จากกรดไฮโดรคลอริก:ตลาดกรดไฮโดรคลอริกอาจอิ่มตัว ทำให้จำเป็นต้องมีการวิจัยหาการใช้งานทางเลือกหรือวิธีการอื่น ๆ เพื่อลดปริมาณของเสียที่เกิดขึ้น

กระบวนการผลิตโพแทสเซียมซัลเฟตในเมืองมันน์ไฮม์ก่อให้เกิดก๊าซเสียสองประเภท ได้แก่ ไอเสียจากการเผาไหม้ก๊าซธรรมชาติ และก๊าซไฮโดรเจนคลอไรด์ซึ่งเป็นผลพลอยได้

ไอเสียจากการเผาไหม้:

โดยทั่วไปอุณหภูมิของไอเสียจากการเผาไหม้จะอยู่ที่ประมาณ 450 องศาเซลเซียส ความร้อนนี้จะถูกถ่ายเทผ่านตัวแลกเปลี่ยนความร้อนก่อนที่จะปล่อยออกไป อย่างไรก็ตาม แม้หลังจากมีการแลกเปลี่ยนความร้อนแล้ว อุณหภูมิของก๊าซไอเสียยังคงอยู่ที่ประมาณ 160 องศาเซลเซียส และความร้อนที่เหลือนี้จะถูกปล่อยสู่ชั้นบรรยากาศ

ก๊าซไฮโดรเจนคลอไรด์ที่เป็นผลพลอยได้:

ก๊าซไฮโดรเจนคลอไรด์จะถูกล้างในหอล้างด้วยกรดซัลฟิวริก ดูดซับในเครื่องดูดซับแบบฟิล์มไหลลง และทำให้บริสุทธิ์ในหอทำให้บริสุทธิ์ก๊าซไอเสียก่อนที่จะปล่อยออกไป กระบวนการนี้ก่อให้เกิดกรดไฮโดรคลอริก 31%ซึ่ง สูงกว่าความเข้มข้นอาจนำไปสู่การปล่อยมลพิษไม่ถึงมาตรฐานและทำให้เกิดปรากฏการณ์ "แรงต้านท้าย" ในท่อไอเสียดังนั้น เวลาจริงกรดไฮโดรคลอริก การวัดความเข้มข้น การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้มีความสำคัญในกระบวนการผลิต

มาตรการต่อไปนี้สามารถนำมาใช้เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ดีขึ้น:

ลดความเข้มข้นของกรด: ลดความเข้มข้นของกรดในระหว่างกระบวนการดูดซึมกับเครื่องวัดความหนาแน่นแบบอินไลน์ เพื่อการตรวจสอบที่แม่นยำ

เพิ่มปริมาณน้ำหมุนเวียน: เพิ่มการไหลเวียนของน้ำในเครื่องดูดซับแบบฟิล์มไหลลงเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการดูดซับ

ลดภาระการทำงานของหอบำบัดก๊าซไอเสีย: ปรับการทำงานให้เหมาะสมเพื่อลดภาระการทำงานของระบบบำบัดให้เหลือน้อยที่สุด

ด้วยการปรับแต่งและการใช้งานที่ถูกต้องอย่างต่อเนื่อง จะช่วยขจัดปรากฏการณ์แรงต้านด้านท้าย ทำให้มั่นใจได้ว่าการปล่อยมลพิษเป็นไปตามมาตรฐานที่กำหนด