Mannheimský proces pro síran draselný (K₂SO₄) Výroba

Hlavní metody výroby síranu draselného

Mannheimský proces is průmyslový proces pro výrobu K2SO4,Rozkladná reakce mezi 98% kyselinou sírovou a chloridem draselným za vysokých teplot, přičemž jako vedlejší produkt vzniká kyselina chlorovodíková. Konkrétní kroky zahrnují smíchání chloridu draselného a kyseliny sírové a jejich reakci za vysokých teplot za vzniku síranu draselného a kyseliny chlorovodíkové.

Krystalizacesodděleníprodukuje síran draselný pražením alkálií, jako jsou skořápky semen wolframu a rostlinný popel, a potéloužení, filtrace, zahušťování, odstředivá separace a sušení za účelem získání síranu draselného.

ReakceChlorid draselnýaKyselina sírová při specifických teplotách v specifickém poměru je další metoda, jak získat síran draselný.Konkrétní kroky zahrnují rozpuštění chloridu draselného v teplé vodě, přidání kyseliny sírové pro reakci a následnou krystalizaci při 100–140 °C, následovanou separací, neutralizací a sušením za vzniku síranu draselného.

Výhody síranu draselného z Mannheimu

Mennheimův proces je v zahraničí hlavní metodou výroby síranu draselného. Tato spolehlivá a sofistikovaná metoda produkuje koncentrovaný síran draselný s vynikající rozpustností ve vodě. Slabě kyselý roztok je vhodný pro alkalickou půdu.

Principy výroby

Reakční proces:

1. Kyselina sírová a chlorid draselný se proporcionálně dávkují a rovnoměrně přivádějí do reakční komory mannheimské pece, kde reagují za vzniku síranu draselného a chlorovodíku.

2. Reakce probíhá ve dvou krocích:

i. První krok je exotermický a probíhá při nižší teplotě.

ii. Druhý krok zahrnuje přeměnu hydrogensíranu draselného na síran draselný, což je silně endotermní reakce.

Regulace teploty:

1. Reakce musí probíhat při teplotách nad 268 °C, přičemž optimální rozmezí je 500–600 °C, aby byla zajištěna účinnost bez nadměrného rozkladu kyseliny sírové.

2. V reálné výrobě se reakční teplota obvykle udržuje v rozmezí 510–530 °C z důvodu stability a účinnosti.

Využití tepla:

1. Reakce je vysoce endotermická a vyžaduje stálý přísun tepla ze spalování zemního plynu.

2. Přibližně 44 % tepla pece se ztrácí stěnami, 40 % je odváděno výfukovými plyny a pouze 16 % je využito pro samotnou reakci.

Klíčové aspekty Mannheimského procesu

PecPrůměr je rozhodujícím faktorem výrobní kapacity. Největší pece na světě mají průměr 6 metrů.Zároveň je spolehlivý systém řízení zárukou nepřetržité a stabilní reakce.Žáruvzdorné materiály musí odolávat vysokým teplotám, silným kyselinám a nabízet dobrý přenos tepla. Materiály pro míchací mechanismy musí být odolné vůči teplu, korozi a opotřebení.

Kvalita plynného chlorovodíku:

1. Udržování mírného vakua v reakční komoře zajišťuje, že vzduch a spaliny neředí chlorovodík.

2. Správným utěsněním a provozem lze dosáhnout koncentrace HCl 50 % nebo vyšší.

Specifikace surovin:

1.Chlorid draselný:Pro optimální účinnost reakce musí splňovat specifické požadavky na vlhkost, velikost částic a obsah oxidu draselného.

2.Kyselina sírová:Vyžaduje koncentraci 99% pro čistotu a konzistentní reakci.

Regulace teploty:

1.Reakční komora (510–530 °C):Zajišťuje úplnou reakci.

2.Spalovací komora:Vyvažuje vstup zemního plynu pro efektivní spalování.

3.Teplota koncového plynu:Řízeno, aby se zabránilo ucpávání výfukových plynů a zajistila se účinná absorpce plynů.

Pracovní postup procesu

• Reakce:Chlorid draselný a kyselina sírová jsou kontinuálně přiváděny do reakční komory. Výsledný síran draselný se před balením vypustí, ochladí, proseje a neutralizuje oxidem vápenatým.
• Manipulace s vedlejšími produkty:
  • Plynný chlorovodík o vysoké teplotě se ochladí a čistí řadou praček a absorpčních věží za účelem výroby kyseliny chlorovodíkové průmyslové kvality (31–37 % HCl).
  • Emise koncových plynů jsou upravovány tak, aby splňovaly environmentální normy.

Výzvy a vylepšení

1. Tepelné ztráty:Výfukovými plyny a stěnami pece se ztrácí značné množství tepla, což zdůrazňuje potřebu vylepšených systémů pro rekuperaci tepla.
2. Koroze zařízení:Proces probíhá za vysokých teplot a kyselých podmínek, což vede k opotřebení a problémům s údržbou.
3. Využití vedlejšího produktu kyseliny chlorovodíkové:Trh s kyselinou chlorovodíkovou může být nasycený, což vyžaduje výzkum alternativních využití nebo metod k minimalizaci produkce vedlejších produktů.

Mannheimský výrobní proces síranu draselného zahrnuje dva typy emisí odpadních plynů: spaliny ze spalování zemního plynu a vedlejší produkt plynný chlorovodík.

Výfukové plyny ze spalování:

Teplota spalin se obvykle pohybuje kolem 450 °C. Toto teplo se před vypuštěním přenáší přes rekuperátor. I po výměně tepla však teplota spalin zůstává přibližně 160 °C a toto zbytkové teplo se uvolňuje do atmosféry.

Vedlejší produkt plynný chlorovodík:

Plynný chlorovodík se před vypuštěním čistí v promývací věži s kyselinou sírovou, absorbuje v absorbéru s klesajícím filmem a čistí v čisticí věži výfukových plynů. Tento proces generuje 31% kyselinu chlorovodíkovou., ve kterém vyššíkoncentrace může vést k emisímne ažnormy a způsobují jev „tail drag“ ve výfuku.Proto v reálném časekyselina chlorovodíková měření koncentrace se stává důležitým ve výrobě.

Pro dosažení lepších účinků by bylo možné přijmout následující opatření:

Snižte koncentraci kyseliny: Snižte koncentraci kyseliny během procesu absorpcesinline hustoměr pro přesné monitorování.

Zvýšení objemu cirkulující vody: Zlepšením cirkulace vody v absorbéru s klesajícím filmem se zlepší absorpční účinnost.

Snižte zatížení čisticí věže výfukových plynů: Optimalizujte provoz, abyste minimalizovali zátěž čisticího systému.

Díky těmto úpravám a správnému provozu v průběhu času lze eliminovat jev odporu ocasu a zajistit, aby emise splňovaly požadované normy.