Mannheimov postupak za proizvodnju kalijevog sulfata (K2SO4)

Mannheimov postupak za kalijev sulfat (K₂SO₄) Proizvodnja

Glavne metode proizvodnje kalijevog sulfata

Mannheimski proces is industrijski proces za proizvodnju K2SO4,reakcija razgradnje između 98%-tne sumporne kiseline i kalijevog klorida na visokim temperaturama s klorovodičnom kiselinom kao nusproduktom. Specifični koraci uključuju miješanje kalijevog klorida i sumporne kiseline te njihovu reakciju na visokim temperaturama u koje nastaju kalijev sulfat i klorovodična kiselina.

Kristalizacijasodvajanjeproizvodi kalijev sulfat prženjem lužina poput ljuske sjemenki volframa i biljnog pepela, a zatim slijediispiranje, filtriranje, koncentriranje, centrifugalno odvajanje i sušenje za dobivanje kalijevog sulfata.

ReakcijaKalijev kloridiSumporna kiselina na određenim temperaturama u određenom omjeru je druga metoda za dobivanje kalijev sulfat.Specifični koraci uključuju otapanje kalijevog klorida u toploj vodi, dodavanje sumporne kiseline za reakciju, a zatim kristalizaciju na 100–140 °C, nakon čega slijedi odvajanje, neutralizacija i sušenje za dobivanje kalijevog sulfata.

Prednosti kalijevog sulfata iz Mannheima

Mennheimov postupak je primarna metoda proizvodnje kalijevog sulfata u inozemstvu. Pouzdana i sofisticirana metoda proizvodi koncentrirani kalijev sulfat s vrhunskom topljivošću u vodi. Slabo kisela otopina prikladna je za alkalno tlo.

Principi proizvodnje

Proces reakcije:

1. Sumporna kiselina i kalijev klorid proporcionalno se doziraju i ravnomjerno uvode u reakcijsku komoru Mannheimove peći, gdje reagiraju i proizvode kalijev sulfat i klorovodik.

2. Reakcija se odvija u dva koraka:

i. Prvi korak je egzoterman i odvija se na nižoj temperaturi.

ii. Drugi korak uključuje pretvorbu kalijevog bisulfata u kalijev sulfat, što je snažno endotermno.

Kontrola temperature:

1. Reakcija se mora odvijati na temperaturama iznad 268 °C, s optimalnim rasponom od 500-600 °C kako bi se osigurala učinkovitost bez prekomjerne razgradnje sumporne kiseline.

2. U stvarnoj proizvodnji, temperatura reakcije se obično kontrolira između 510-530 °C radi stabilnosti i učinkovitosti.

Iskorištavanje topline:

1. Reakcija je izrazito endotermna i zahtijeva stalnu opskrbu toplinom izgaranjem prirodnog plina.

2. Oko 44% topline peći gubi se kroz stijenke, 40% odvode ispušni plinovi, a samo 16% se koristi za stvarnu reakciju.

Ključni aspekti Mannheimskog procesa

Pećpromjer je odlučujući faktor proizvodnog kapaciteta. Najveće peći na svijetu imaju promjer od 6 metara.Istovremeno, pouzdan sustav vožnje jamči kontinuiranu i stabilnu reakciju.Vatrostalni materijali moraju izdržati visoke temperature, jake kiseline i nuditi dobar prijenos topline. Materijali za mehanizme za miješanje moraju biti otporni na toplinu, koroziju i habanje.

Kvaliteta plinovitog vodikovog klorida:

1. Održavanje blagog vakuuma u reakcijskoj komori osigurava da zrak i dimni plinovi ne razrjeđuju klorovodik.

2. Pravilnim brtvljenjem i radom mogu se postići koncentracije HCl od 50% ili više.

Specifikacije sirovina:

1.Kalijev klorid:Mora ispunjavati specifične zahtjeve za vlagu, veličinu čestica i sadržaj kalijevog oksida za optimalnu učinkovitost reakcije.

2.Sumporna kiselina:Zahtijeva koncentraciju od 99% za čistoću i konzistentnu reakciju.

Kontrola temperature:

1.Reakcijska komora (510-530°C):Osigurava potpunu reakciju.

2.Komora za izgaranje:Uravnotežuje unos prirodnog plina za učinkovito izgaranje.

3.Temperatura repnog plina:Kontrolirano kako bi se spriječilo začepljenje ispušnih plinova i osigurala učinkovita apsorpcija plinova.

Tijek rada procesa

• Reakcija:Kalijev klorid i sumporna kiselina kontinuirano se dovode u reakcijsku komoru. Dobiveni kalijev sulfat se prazni, hladi, prosijava i neutralizira kalcijevim oksidom prije pakiranja.
• Rukovanje nusproizvodima:
  • Visokotemperaturni plinoviti klorovodik hladi se i pročišćava kroz niz pročišćivača i apsorpcijskih tornjeva kako bi se proizvela klorovodična kiselina industrijske kvalitete (31-37% HCl).
  • Emisije otpadnih plinova obrađuju se kako bi se zadovoljili ekološki standardi.

Izazovi i poboljšanja

1. Gubitak topline:Značajan gubitak topline provodi se kroz ispušne plinove i stijenke peći, što naglašava potrebu za poboljšanim sustavima za povrat topline.
2. Korozija opreme:Proces se odvija pod visokim temperaturama i kiselim uvjetima, što dovodi do problema s habanjem i održavanjem.
3. Korištenje nusproizvoda klorovodične kiseline:Tržište klorovodične kiseline može biti zasićeno, što zahtijeva istraživanje alternativnih upotreba ili metoda za smanjenje proizvodnje nusproizvoda.

Proizvodni proces kalijevog sulfata u Mannheimu uključuje dvije vrste emisija otpadnih plinova: ispušne plinove izgaranja prirodnog plina i nusprodukt plin klorovodika.

Ispušni plinovi izgaranja:

Temperatura ispušnih plinova izgaranja općenito je oko 450 °C. Ta se toplina prenosi kroz rekuperator prije ispuštanja. Međutim, čak i nakon izmjene topline, temperatura ispušnih plinova ostaje na približno 160 °C, a ta preostala toplina se oslobađa u atmosferu.

Nusprodukt plinoviti klorovodik:

Plin vodikovog klorida prolazi kroz čišćenje u tornju za pranje sumpornom kiselinom, apsorpciju u apsorberu s padajućim filmom i pročišćavanje u tornju za pročišćavanje ispušnih plinova prije ispuštanja. Ovim procesom nastaje 31%-tna klorovodična kiselina., u kojem višikoncentracija može dovesti do emisijanije dostandarde i uzrokujući fenomen "otpora repa" u ispuhu.Stoga, u stvarnom vremenuklorovodična kiselina mjerenje koncentracije postaje važan u proizvodnji.

Za bolji učinak mogu se poduzeti sljedeće mjere:

Smanjite koncentraciju kiseline: Smanjite koncentraciju kiseline tijekom procesa apsorpcijeslinijski mjerač gustoće za precizno praćenje.

Povećanje volumena cirkulirajuće vode: Poboljšajte cirkulaciju vode u apsorberu s padajućim filmom kako biste poboljšali učinkovitost apsorpcije.

Smanjite opterećenje tornja za pročišćavanje ispušnih plinova: Optimizirajte rad kako biste smanjili opterećenje sustava za pročišćavanje.

Kroz ove prilagodbe i pravilan rad tijekom vremena, fenomen otpora repa može se eliminirati, osiguravajući da emisije zadovoljavaju potrebne standarde.