盐化工工艺学 第二章ppt课件.ppt
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1、授课对象:2011级化工本授课教师:黄 美 英总 学 时:48,盐化工工艺学,课时:10学时要求:了解氯化钾的性质、用途、工业标准以及原料情况;掌握卤水物化性质和浓度的表示方法,四元体系相图分析及计算;掌握制取氯化钾的各种方法的原理及工艺流程。,第二章 工业氯化钾的生产,2.1 氯化钾的物化性质、用途及工业质量标准,2.1.1 氯化钾的物理化学性质,大约4000元/吨,2.1.2 氯化钾的用途,2.1.3 氯化钾的工业质量标准,GB6549-1996感观指标:白色或暗白色细小结晶。化学指标:见表2-1,钾石盐和光卤石是制造钾肥的主要原料。世界钾肥资源主要集中在前苏联和加拿大,占80%,其次是德
2、国,估计储量1.91010tK2O。我国主要集中在青海察尔汗盐湖和新疆的罗布泊盐湖。,2.2 生产氯化钾原料概述,2.3 卤水物化性质和卤水浓度表示方法,2.3.1 卤水的物理化学性质,卤水的组成:,苦卤的热容:小于纯水,随浓度升高而减小,随温度升高而增大。,苦卤的黏度:直接影响苦卤的流动、输送、传热等,是设计过程不可缺少的物性常数。随浓度提高而显著增大,随温度升高而显著减小。,苦卤的沸点:比纯水高,随溶液浓度升高而升高,随外界压力升高而升高。,苦卤的pH值:一般卤水都是中性溶液,30B的苦卤pH值7.07.4之间,当苦卤蒸发时,pH值随浓度增大而减小,馏出液pH也相应降低。这对设计选材非常重
3、要。,2.3.2 卤水浓度的表示方法,波美度(B)是表示溶液浓度的一种方法。把波美比重计浸入所 测溶液中,得到的度数叫波美度。波美度以法国化学家波美(Antoine Baume)命名。波美是药房学徒出 身,曾任巴黎药学院教授。他创制了液体比重计波美比重计。波美度数值较大,读数方便,所以在生产上常用波美度表示溶液的 浓度(一定浓度的溶液都有一定的密度或比重)。波美比重计有两 种:一种叫重表,用于测量比水重的液体;另一种叫轻表,用于测 量比水轻的液体。,波美度与比重换算方法:比水重:B=144.3-(144.3/B);D144.3/(144.3-B)比水轻:D144.3/(144.3+B),通常在
4、15下,以纯水规定为0 B,比重为1.8429g/cm3的硫酸定为66 B,期间画上66等分,则波美度与密度的换算关系为:,2.4 卤水蒸发过程中四元水盐体系相图分析与计算,2.4.1 相图绘制,卤水形式多样井卤、矿卤、湖卤、海卤,进行蒸发可以得到不同的盐物质。对含KCl、NaCl、MgCl2、H2O的四元水盐体系进行等温自然蒸发可以得到KCl、NaCl、钾石盐、含钠光卤石,而利用钾石盐或含钠光卤石经过加工可以制得KCl。,2.4.2 相图分析,1卤水等温连续蒸发过程,四阶段:未饱和溶液浓缩;氯化钾晶体析出;氯化钾和氯化钠晶体共析;氯化钠、Car共析、氯化钾溶解。,表2-13 1卤水等温蒸发过
5、程(25),关键:M1:由氯化钾的溶解度和氯化钾与氯化钠的共饱液相点确定。,M4:由系统点的干基组成确定。设定最终固相M(M4)中KCl、NaCl、MgCl2三种盐的干基量为100g,从干基图的ABC中读得KCl为43.37g,NaCl为42.89g,MgCl2为13.74g。,则最终固相M(M4)中H2O量为:(108/95)13.74=15.62gH2O/100g干盐,光卤石(Car)为KClMgCl26H2O,2卤水等温连续蒸发过程,六阶段:未饱和溶液浓缩;KCl晶体析出;KCl和NaCl晶体共析;NaCl、Car共析、KCl溶解;NaCl、Car共析;NaCl、Car、Bis共析至蒸干
6、。,表2-14 2卤水等温蒸发过程(25),M6的确定:最终固相点M(M6)的固相成分是NaCl、Car、Bis。设最终固相中NaCl、Car、Bis三种盐的干基量为100g,从干基图的ABC可分别读得NaCl为6.99g,KCl为25.06g,MgCl2为67.95g。,Car中MgCl2的量为:(95/74.5)25.06=31.96gCar中H2O的量为:(108/95)31.96=36.33gBis中MgCl2的量为:69.75-31.96=35.99gBis中H2O的量为:(108/95)35.99=40.91g三盐中的水合计:40.91+36.33=77.24g,最终固相中的结晶水
7、含量为:(108/95)67.95=77.24g,水氯石Bis为MgCl26H2O,光卤石(Car)为KClMgCl26H2O,3卤水等温连续蒸发过程,四阶段:未饱和溶液浓缩;NaCl晶体析出;NaCl和KCl晶体共析;NaCl、Car共析、KCl溶解。,表2-15 3卤水等温蒸发过程(25),4卤水等温连续蒸发过程,四阶段:未饱和溶液浓缩;NaCl晶体析出;NaCl和KCl晶体共析;NaCl、Car共析、KCl溶解;NaCl、Car共析;NaCl、Car、Bis共析至蒸干。,表2-16 4卤水等温蒸发过程(25),2.4.3 问题讨论,1卤水较为理想的蒸发终止点为S,设:1卤水中的干盐量为1
8、00g当蒸发至三阶段末时,经固液分离所得钾石盐S的量为:,蒸发至四阶段末时,所得混合盐(KCl、NaCl和Car的混合物)为 100g,对100g混合盐在25下加水恰好完全分解,且进行固液分离所得钾石盐S的量为:,2卤水较为理想的蒸发终止点R,设:2卤水中的干盐量为100g当蒸发至三阶段末时,经固液分离所得钾石盐S的量为:,若钾石盐S在常温(25)加水,恰好使S中的NaCl溶尽,经固液分离可得KCl的量为:,卤水分别蒸发至第四阶段末和第五阶段末,分别可以得到含钠光卤石Q和含钠光卤石R,且Q比R的光卤石含量高(相差不大),但是R比Q的量要大,从KCl的收率考虑,蒸发终点R比Q更好。,设:2卤水第
9、五阶段所得到的含钠光卤石R的量为:,若对62.56gR盐在25下,加水恰好完全分解,并进行固液分离,所得到的钾石盐S1的量为:,S1,若对26.17g钾石盐S1在25下加水,恰好使S1中的NaCl完全溶尽,经固液分离,可得到KCl的量为:,结论:钾石盐S比S1KCl含量高,但是后者制得的KCl量大,故比较理想的蒸发终点为R。,3卤水较为理想的蒸发终止点S,与 1卤水相似,当蒸发至三阶段末时,经固液分离所得钾石盐S是较为理想的固相点。,4卤水较为理想的蒸发终止点R,设:4卤水中的干盐量为100g。当蒸发至三阶段末时,经固液分离所得钾石盐S的量为:,卤水分别蒸发至第四阶段末和第五阶段末,分别可以得
10、到含钠光卤石Q和含钠光卤石R,且R 比Q的光卤石含量高,且量也大,因此蒸发终点应选在R。,设:4卤水蒸发至五阶段末时,所得含钠光卤石R的量为:,若对65.82gR盐在25下,加水恰好完全分解,且进行固液分离,所得的钾石盐S1的量为:,S1,从计算结果可知,S1 比S 的KCl含量高,而且量也更大,因此第五阶段结束时所得到的含钠光卤石R为理想的固相点。,例题:某盐湖水溶液1的组成如表2-17。假设1点刚好位于NaCl的饱和面上,根据25下K+、Na+、Mg2+/Cl-H2O四元体系相图分析此蒸发过程,并进行有关量的计算。,解:首先将溶液换成干盐质量分数,溶液总干盐量为31.9kg。,KCl:,N
11、aCl:,MgCl2:,1、溶液从12蒸发过程中,析出的NaCl结晶和 蒸发的水量计算。,根据该蒸发过程不析出KCl,来计算溶液中未析出的NaCl结晶量:,(1)析出的NaCl结晶,NaCl的产率为:,以总盐算,其的产率为:,则溶液2点中含KCl、NaCl、MgCl2分别为3.9kg、6.03kg、7.9kg,总盐量为17.83kg。,则析出的NaCl结晶量为:,溶液2点中的水含量可以采用内插的方法获得。,溶液E和E4含水量从手册可以查出:分别为220.8g和216.9g/100g干盐,而2点至E和E4的距离比相当于46.5与53.5之比。,(2)该过程蒸发的水量,溶液2中每100kg盐含水:
12、,溶液2中应含水:,则溶液由12蒸发水:,2、溶液从2E蒸发过程中,析出的NaCl和KCl结晶和 蒸发的水量计算。,(1)析出的NaCl结晶,E点溶液组成表,根据该蒸发过程不析出MgCl2,来计算溶液中未析出的NaCl结晶量:,则2E 过程析出NaCl的数量为:,(2)析出的KCl结晶,则2E 过程析出KCl的数量为:,(3)蒸发的水量,则2E 过程蒸发的水量为:,则溶液E点组成为:KCl、NaCl、MgCl2、H2O分别为1.03kg、0.55kg、7.9kg、20.9kg。,3、溶液从EL蒸发过程中,析出的是NaCl和Car,Car的组成点N含KCl和MgCl2分别为43.8%和56.2%
13、,已知溶液L组成为:KCl、NaCl、MgCl2、H2O分别为0.12%、0.32%、35.56%、64%。,总物料平衡关系为:,u为剩余溶液L的量kg,根据每种物质的物料平衡关系有:,KCl:,NaCl:,MgCl2:,H2O:,根据Car分子式有:,解方程组得:,2.5 用溶解结晶法由钾石盐制取氯化钾,钾石盐是氯化钾和氯化钠的混合物,是自然界中最主要的可溶性钾矿。,密度为1的介质在分选设备内以一定的方式运动。矿物颗粒受介质的浮力和流体动力作用而松散进而达到按密度差分层,从而实现分选。,根据物质的溶解度随温度的变化规律不同实现分离。,氯化钾和氯化钠的溶解度(g/100g水),钾石盐,图2-7
14、 溶解结晶法从钾石盐中制取氯化钾流程示意图,1、钾石盐溶解温度与氯化钾的结晶温度相差越大,循环产率越高。但是溶解过程通常在常压下进行,受沸点影响,一般在100103,而KCl结晶温度则受冷却水温及结晶设备而定。,注意:,2、钾石盐中含有其它盐类,在循环过程中会逐渐累积,会影响溶解和结晶工艺条件,因此累积到一定程度,影响KCl产品纯度时,则应增加KCl的洗涤工序,同时应排放一部分KCl母液。,2.6从察尔汗盐湖晶间卤水制取氯化钾,钾石盐和光卤石均是制取氯化钾的重要原料。而光卤石是一种水溶性含钾矿石,易加工制取KCl。它主要存在于氯化物型钾镁盐矿的固体或其卤水中。青海察尔汗盐湖中的光卤石主要是存在
15、于晶间卤水(NaCl、KCl、MgCl2、H2O)。将其采集经滩田晒制可得到光卤石,进一步加工可得到KCl。但是常含NaCl杂质,故称为含钠光卤石。因此在制备KCl过程中要复杂些。,2.6.1 用察尔汗盐湖晶间卤水制取含钠光卤石,一、由察尔汗盐湖晶间卤水制取含钠光卤石,由于冬季平均气温低,晶体结晶速度慢,获得的氯化钾和光卤石质量较好。,二、盐湖卤水连续蒸发与分段蒸发的不同特点,含钠光卤石制取氯化钾的方法,将含钠光卤石用淡水和具有一定组成的循环液进行冷分解结晶,使矿石中的氯化镁进入液相。,将脱镁得到的氯化钾和氯化钠混合物中的氯化钠分离除去。,2.6.2 用含钠光卤石制取氯化钾,一、冷分解正浮选洗
16、涤法制取氯化钾,技术路线:,含钠光卤石,特点:该法历史悠久,技术成熟,工作条件温和,是生产钾肥的主要方法。缺点:收率较低,产品粒度很细,产品竞争力较弱。,脱镁,脱盐,1、浮选相关知识,概念:是利用矿石中各组分被水或其它溶剂润湿程度的差异而进行选矿。把要进行选别的矿物粉状悬浮在水中或其它溶剂中,当鼓入空气泡时,不易被水(或其它溶剂)润湿的矿物颗粒即附着于气泡上而被带到悬浮液的上部,而易被水润湿的矿物颗粒则沉降到器底,从而实现矿物的分离。有正反之分。有用成分浮入泡沫产物中,而脉石矿物留在矿浆中,叫 正浮选;反之叫反浮选。,浮选原理:P47-48,润湿现象:液体在固体表面上的贴附流散现象。,晶体的可
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