Mannheimský proces pre síran draselný (K₂SO₄) Produkcia

Hlavné metódy výroby síranu draselného

Mannheimský proces is priemyselný proces výroby K2SO4,rozkladná reakcia medzi 98 % kyselinou sírovou a chloridom draselným pri vysokých teplotách, pričom ako vedľajší produkt vzniká kyselina chlorovodíková. Medzi konkrétne kroky patrí zmiešanie chloridu draselného a kyseliny sírovej a ich reakcia pri vysokých teplotách za vzniku síranu draselného a kyseliny chlorovodíkovej.

Kryštalizáciasoddelenieprodukuje síran draselný pražením alkálií, ako sú škrupiny semien volfrámu a rastlinný popol, a potom nasledujelúhovanie, filtrovanie, zahusťovanie, odstreďovanie a sušenie za účelom získania síranu draselného.

ReakciaChlorid draselnýaKyselina sírová pri špecifických teplotách v špecifickom pomere je ďalšou metódou na dosiahnutie síran draselný.Medzi konkrétne kroky patrí rozpustenie chloridu draselného v teplej vode, pridanie kyseliny sírovej pre reakciu a následná kryštalizácia pri teplote 100 – 140 °C, po ktorej nasleduje separácia, neutralizácia a sušenie za vzniku síranu draselného.

Výhody síranu draselného z Mannheimu

Mennheimov proces je hlavnou metódou výroby síranu draselného v zahraničí. Táto spoľahlivá a sofistikovaná metóda produkuje koncentrovaný síran draselný s vynikajúcou rozpustnosťou vo vode. Slabo kyslý roztok je vhodný pre zásaditú pôdu.

Princípy výroby

Reakčný proces:

1. Kyselina sírová a chlorid draselný sa proporcionálne dávkujú a rovnomerne privádzajú do reakčnej komory mannheimskej pece, kde reagujú za vzniku síranu draselného a chlorovodíka.

2. Reakcia prebieha v dvoch krokoch:

i. Prvý krok je exotermický a prebieha pri nižšej teplote.

ii. Druhý krok zahŕňa premenu hydrogénsíranu draselného na síran draselný, čo je silne endotermická reakcia.

Regulácia teploty:

1. Reakcia musí prebiehať pri teplotách nad 268 °C, pričom optimálny rozsah je 500 – 600 °C, aby sa zabezpečila účinnosť bez nadmerného rozkladu kyseliny sírovej.

2. V skutočnej výrobe sa reakčná teplota zvyčajne reguluje medzi 510 – 530 °C kvôli stabilite a účinnosti.

Využitie tepla:

1. Reakcia je vysoko endotermická, čo si vyžaduje stály prísun tepla zo spaľovania zemného plynu.

2. Približne 44 % tepla pece sa stráca cez steny, 40 % je odvádzaných výfukovými plynmi a iba 16 % sa využíva na samotnú reakciu.

Kľúčové aspekty Mannheimského procesu

PecPriemer je rozhodujúcim faktorom výrobnej kapacity. Najväčšie pece na svete majú priemer 6 metrov.Zároveň spoľahlivý systém riadenia je zárukou nepretržitej a stabilnej reakcie.Žiaruvzdorné materiály musia odolávať vysokým teplotám, silným kyselinám a ponúkať dobrý prenos tepla. Materiály pre miešacie mechanizmy musia byť odolné voči teplu, korózii a opotrebovaniu.

Kvalita plynného chlorovodíka:

1. Udržiavanie mierneho vákua v reakčnej komore zabezpečuje, že vzduch a spaliny neriedia chlorovodík.

2. Správnym utesnením a prevádzkou je možné dosiahnuť koncentráciu HCl 50 % alebo vyššiu.

Špecifikácie surovín:

1.Chlorid draselný:Pre optimálnu účinnosť reakcie musí spĺňať špecifické požiadavky na vlhkosť, veľkosť častíc a obsah oxidu draselného.

2.Kyselina sírová:Vyžaduje koncentráciu 99% pre čistotu a konzistentnú reakciu.

Regulácia teploty:

1.Reakčná komora (510 – 530 °C):Zabezpečuje úplnú reakciu.

2.Spaľovacia komora:Vyvažuje vstup zemného plynu pre efektívne spaľovanie.

3.Teplota koncového plynu:Kontrolované, aby sa zabránilo upchatiu výfukových plynov a zabezpečila sa účinná absorpcia plynov.

Pracovný postup procesu

• Reakcia:Chlorid draselný a kyselina sírová sa kontinuálne privádzajú do reakčnej komory. Výsledný síran draselný sa pred balením vypustí, ochladí, preoseje a neutralizuje oxidom vápenatým.
• Manipulácia s vedľajšími produktmi:
  • Plynný chlorovodík s vysokou teplotou sa ochladzuje a čistí pomocou série pračiek a absorpčných veží, čím sa vyrába kyselina chlorovodíková priemyselnej kvality (31 – 37 % HCl).
  • Emisie koncových plynov sa upravujú tak, aby spĺňali environmentálne normy.

Výzvy a vylepšenia

1. Tepelné straty:Významné teplo sa stráca cez výfukové plyny a steny pece, čo zdôrazňuje potrebu vylepšených systémov rekuperácie tepla.
2. Korózia zariadení:Proces prebieha za vysokých teplôt a kyslých podmienok, čo vedie k opotrebovaniu a problémom s údržbou.
3. Využitie vedľajšieho produktu kyseliny chlorovodíkovej:Trh s kyselinou chlorovodíkovou môže byť nasýtený, čo si vyžaduje výskum alternatívnych použití alebo metód na minimalizáciu produkcie vedľajších produktov.

Výrobný proces síranu draselného v Mannheime zahŕňa dva typy emisií odpadových plynov: výfukové plyny zo spaľovania zemného plynu a vedľajší produkt plynný chlorovodík.

Výfukové plyny zo spaľovania:

Teplota spalín je zvyčajne okolo 450 °C. Toto teplo sa pred vypustením prenáša cez rekuperátor. Avšak aj po výmene tepla zostáva teplota spalín približne 160 °C a toto zvyškové teplo sa uvoľňuje do atmosféry.

Vedľajší produkt plynný chlorovodík:

Plynný chlorovodík sa pred vypustením čistí v prepieracej veži s kyselinou sírovou, absorbuje sa v absorbéri s klesajúcim filmom a čistí sa v čistiacej veži na výfukové plyny. Tento proces vytvára 31 % kyselinu chlorovodíkovú., v ktorom vyššiekoncentrácia môže viesť k emisiámnie ažnormy a spôsobujú jav „odporu chvosta“ vo výfuku.Preto v reálnom časekyselina chlorovodíková meranie koncentrácie sa stáva dôležitým vo výrobe.

Pre dosiahnutie lepších účinkov by sa mohli prijať nasledujúce opatrenia:

Znížte koncentráciu kyseliny: Znížte koncentráciu kyseliny počas procesu absorpciesvstavaný hustomer pre presné monitorovanie.

Zvýšenie objemu cirkulujúcej vody: Zlepšenie cirkulácie vody v absorbéri s klesajúcim filmom pre zlepšenie účinnosti absorpcie.

Znížte zaťaženie čistiacej veže výfukových plynov: Optimalizujte prevádzku s cieľom minimalizovať zaťaženie čistiaceho systému.

Prostredníctvom týchto úprav a správnej prevádzky v priebehu času je možné eliminovať jav odporu chvosta, čím sa zabezpečí, že emisie spĺňajú požadované normy.