Mannheimski proces za kalijum sulfat (K₂SO₄) Produkcija

Glavne metode proizvodnje kalijum sulfata

Mannheimski proces is industrijski proces za proizvodnju K2SO4,reakcija razgradnje između 98% sumporne kiseline i kalijum hlorida na visokim temperaturama, sa nusproduktom hlorovodičnom kiselinom. Specifični koraci uključuju miješanje kalijum hlorida i sumporne kiseline i njihovu reakciju na visokim temperaturama radi formiranja kalijum sulfata i hlorovodonične kiseline.

Kristalizacijasodvajanjeproizvodi kalijum sulfat prženjem alkalija poput ljuske sjemenki volframa i biljnog pepela, a zatim slijediispiranje, filtriranje, koncentriranje, centrifugalno odvajanje i sušenje za dobijanje kalijum sulfata.

ReakcijaKalijum hloridiSumporna kiselina na određenim temperaturama u određenom omjeru je još jedna metoda za dobijanje kalijum sulfat.Specifični koraci uključuju rastvaranje kalijum hlorida u toploj vodi, dodavanje sumporne kiseline za reakciju, a zatim kristalizaciju na 100–140°C, nakon čega slijedi odvajanje, neutralizacija i sušenje da bi se dobio kalijum sulfat.

Prednosti kalijum sulfata iz Mannheima

Mennheimov proces je primarna metoda proizvodnje kalijum sulfata u inostranstvu. Pouzdana i sofisticirana metoda proizvodi koncentrovani kalijum sulfat sa superiornom rastvorljivošću u vodi. Slabo kiseli rastvor je pogodan za alkalno tlo.

Principi proizvodnje

Proces reakcije:

1. Sumporna kiselina i kalijum hlorid se proporcionalno doziraju i ravnomjerno uvode u reakcijsku komoru Mannheimove peći, gdje reaguju i proizvode kalijum sulfat i hlorid vodonika.

2. Reakcija se odvija u dva koraka:

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

ii. Drugi korak uključuje konverziju kalijum bisulfata u kalijum 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 efikasnost bez prekomjerne razgradnje sumporne kiseline.

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

Iskorištavanje toplote:

1. Reakcija je visoko endotermna i zahtijeva stalan dovod toplote od sagorijevanja prirodnog gasa.

2. Oko 44% toplote peći se gubi kroz zidove, 40% se odnosi izduvnim gasovima, a samo 16% se koristi za samu reakciju.

Ključni aspekti Mannheimskog procesa

PećPrečnik je odlučujući faktor proizvodnog kapaciteta. Najveće peći na svijetu imaju prečnik od 6 metara.Istovremeno, pouzdan sistem vožnje je garancija kontinuirane i stabilne reakcije.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.

Kvalitet plinovitog vodikovog klorida:

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

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

Specifikacije sirovina:

1.Kalijum hlorid:Mora ispunjavati specifične zahtjeve za vlagu, veličinu čestica i sadržaj kalijum oksida za optimalnu efikasnost reakcije.

2.Sumporna kiselina:Potrebna je koncentracija od 99% za čistoću i konzistentnu reakciju.

Kontrola temperature:

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

2.Komora za sagorijevanje:Balansira unos prirodnog gasa za efikasno sagorijevanje.

3.Temperatura repnog gasa:Kontrolirano kako bi se spriječile blokade ispušnih plinova i osigurala efikasna apsorpcija plinova.

Tok rada procesa

• Reakcija:Kalijum hlorid i sumporna kiselina se kontinuirano dovode u reakcijsku komoru. Dobiveni kalijum sulfat se prazni, hladi, prosijava i neutralizira kalcijum oksidom prije pakovanja.
• Rukovanje nusproizvodima:
  • Visokotemperaturni plinoviti hlorid vodika hlade se i pročišćavaju kroz niz pročišćivača i apsorpcijskih tornjeva kako bi se proizvela hlorovodonična kiselina industrijske kvalitete (31-37% HCl).
  • Emisije preostalih gasova se tretiraju kako bi se ispunili ekološki standardi.

Izazovi i poboljšanja

1. Gubitak toplote:Značajan gubitak toplote se dešava kroz izduvne gasove i zidove peći, što naglašava potrebu za poboljšanim sistemima za rekuperaciju toplote.
2. Korozija opreme:Proces se odvija pod visokim temperaturama i kiselim uslovima, što dovodi do habanja i problema s održavanjem.
3. Upotreba nusproizvoda hlorovodonične kiseline:Tržište hlorovodonične kiseline može biti zasićeno, što zahtijeva istraživanje alternativnih upotreba ili metoda za minimiziranje proizvodnje nusproizvoda.

Proces proizvodnje kalijum sulfata u Mannheimu uključuje dvije vrste emisija otpadnih gasova: izduvne gasove iz sagorijevanja prirodnog gasa i nusprodukt gas vodonik hlorida.

Izduvni gasovi sa sagorijevanjem:

Temperatura izduvnih gasova sagorijevanja je uglavnom oko 450°C. Ova toplota se prenosi kroz rekuperator prije ispuštanja. Međutim, čak i nakon izmjene toplote, temperatura izduvnih gasova ostaje na približno 160°C, a ova preostala toplota se oslobađa u atmosferu.

Nusprodukt plinoviti hlorid vodika:

Plin hlorovodik se podvrgava pročišćavanju u tornju za pranje sumpornom kiselinom, apsorpciji u apsorberu sa padajućim filmom i pročišćavanju u tornju za pročišćavanje ispušnih plinova prije ispuštanja. Ovaj proces generira 31% hlorovodoničnu kiselinu., u kojem višikoncentracija može dovesti do emisijanije dorastaostandarde i uzrokujući fenomen "otpora repa" u izduvnim gasovima.Stoga, u realnom vremenuhlorovodonična kiselina mjerenje koncentracije postaje važan u proizvodnji.

Za bolje efekte mogu se poduzeti sljedeće mjere:

Smanjite koncentraciju kiseline: Smanjite koncentraciju kiseline tokom procesa apsorpcijesalinijski mjerač gustoće za precizno praćenje.

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

Smanjite opterećenje tornja za prečišćavanje izduvnih gasova: Optimizujte rad kako biste smanjili opterećenje sistema za prečišćavanje.

Kroz ova podešavanja i pravilan rad tokom vremena, fenomen otpora repa može se eliminisati, osiguravajući da emisije ispunjavaju potrebne standarde.