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从相图出发浅谈硝酸钾生产工艺问题
学号: 姓名:余平高
摘 要
文章依据硝酸钾生产中实际情况，利用K+ 、NH //Cl+ 、NO - H2O四元水盐体系相图，计算了硝酸钾生产中各过程理论值，分析了硝酸钾生产工艺问题，并提出了具体方法。
关键词: 相图分析; 硝酸钾; 温度; 方法
1 序言
硝酸钾是一个双元高端化肥，含氮13.5%，钾45%，养分总含量为60%左右，适适用于多种粮食作物及蔬菜、棉花、瓜果、烟草等经济作物，可提升作物抗旱、抗寒、抗病性能，近几年来，因为无氯钾肥在农业上施用量不停增加，作为优质无氯钾肥硝酸钾产品市场需求也在不停扩大，硝酸钾已成为中国化工行业热点投资项目。柳州 化 工 股份投资了一套硝酸钾生产装置，年设计能力为1万口a。其工艺原理是利用氯化钾和硝酸钱为原料复分解循环法生产农用硝酸钾。同时副产农用氯化按，依据相关资料，硝酸钾生产三步循环法节能降耗，控制操作较为简单，故企业采取三步循环法生产，其工艺步骤图用方框图图1所表示，其工艺步骤关键包含KN03冷却结晶和NH4Cl蒸发结晶两个过程。
说明 : 二 次滤液和KCI、NH4N03、H20按一定百分比溶解后得到二次母液硝酸钾冷却结晶采取真空冷却结晶器蒸汽抽真空降温方法进行。析出硝酸钾后母液为一次母液，进人NH4Cl蒸发结晶系统，NH4CI蒸发结晶采取一效，二效蒸发器循环蒸发到一定浓度后从一效取出，进NH4Cl冷却搅拌装置冷却至60℃。析出NH4Cl后得到二次滤液。

2 问题提出
中国部分工厂自2 0 5年 9月份投产以来，产量低，每个班仅为It一Zt产量，远远达不到设计能力，而且产品质量很不稳定。硝酸钾产品K20含量不够，氯根高，氯化钱质量有时连续不合格，氯化铰含凡0多，达成ro%一20%，含氮量低，总氮含量低于2.5%，而且生产一定时间后，氯化钱稠厚器晶浆细，氯化钱离心机根本分离不出来，造成母液成份很差，没法开下去，不得不停止投料，重新调整母液。初步分析一次母液，二次母液组成未控制好，尤其是钾离子浓度未控制好。为此，依据实际情况，对K+ 、NH //Cl+ 、NO - H2O四元水盐体系相图进行了分析，确定各母液理论组成。据相关资料介绍，三步循环法中，KNO3冷却应冷却到0℃，所得产量多。不过考虑到实际情况，本套装置硝酸钾在真空冷却结晶器里冷却0℃所需时间为3.sh，而且冷却到0℃过程中，已经有大量结晶析出品，真空泵不易打量，反而效果不好。而且耗蒸汽多，实际生产中，我们选硝酸钾冷却至20℃，约2.sh。每个班可生产2槽，每槽st产量，基础上达成年设计生产能力。步骤示意图图2。

3 生产过程相图分析
依据选 定 工艺步骤及温度，在相图上表示为A*B*C神A母液循环过程(见图3)。
A点 为 加 入氯化钾，硝酸钱后二次母液组成(干基)从上海化工研究院发表论文《氯化钾一硝酸钱氯分解法制硝酸钾生产技术开发》来看，要求A点组成KCI:NH4N03(摩尔比)=0.4:0.6水丫(KCI+NH4N03)=4.23在相图上对应A点x钾二0.4，Y氯二0.4 经计算 ， A点溶液组成为(以100g溶液含多少摩尔离子表示):
K+=0 .4 x39=15.6，NH4+=18xo.6=10.8，
Cl-=0.4x35.5=14.2，N03-=62x0.6=37.2H20=18x4.2=76.14 ,
K += 0. 4/(15.6+10.8+14.2+37.2+76.14)=0.26mol/100g溶液
同理 :
CI- = 0. 26mol/ 100g溶液，
NO= 0. 39mol/100g溶液
NH + =0 .39mol/l00g溶液，
H2O=2.75mol/100g溶液
B点 : 硝 酸钾析出后溶液组成，从相图上可查得:
X钾离子 =0.26，Y氯离子=0.47，X按离子=0.74，Y硝酸根离子=0.53
从 A 点到 B点析出硝酸钾，可得

故可得 l mol B点干盐对应水份为4.68mol，经计算B点溶液组成为:
K+= 0. 16mol/ 100g溶液，CI- =0.30mo/100g溶液，NH了=0.46mol/100g溶液，
NO= 0.29mol/100g溶液，H2O=3.17mol/100g溶液
C点 : (为 二次滤液组成)从相图上可查得:
X钾 =0 .34，Y氯=0.35，X铵离子=0.68，Y硝酸根离子=0.65
由上海化工研究院论文《氯化钾一硝酸钱氯分解法制硝酸钾生产技术开发》要求，二次滤液水
份含量为28%，经计算C点溶液组成为:K+ = 0.31mol/100g溶液，CI一=0.32mol/100g溶液，NH =0.6lmol/100g溶液，NO =0.60mol/100g溶液，H2O =1.6mol/l00g溶液
经过相图分析，我们发觉产品氯化钱(含钾高，含氮量低于2.5%)不合格时，一次母液(二次母液析出硝酸钾后母液)组成跟理论值相差很大，深入分析，其关键原因是每槽粗钾产量低，硝酸钾析出不完全，造成一次母液含钾量高于理论值，再经一效蒸发很轻易同氯化按一起析出来，稠厚器易溢流带料，既破坏了系统离子平衡，又造成离心机有时根本不能分离出氯化钱，再配料生产时很轻易形成恶性循环。
4 采取方法
从相图 出 发对氯化铵含钾高原因分析后，我们采取方法是:一是严格控制一次母液，二次母液组成。二是严格控制硝酸钾冷却结晶温度及氯化铵冷却结晶温度。三是严格控制一效蒸发出口溶液浓度。四是因为真空泵中途停易引发二次母液冷却不均匀，或配料水量过大原因，每槽硝酸钾产量低于一定产量而造成一次母液组成不合格，即跟理论值相差很大，将这部分不合格一次母液用备用槽装起来，而是跟合格一次母液掺着用，不再直接进人一效、二次蒸发系统，以免氯化按析出含钾量高，破坏系统离子间平衡。经过 这 些 方法，硝酸钾，氯化钱产量及质量大幅度提升。硝酸钾含钾量高，氯根小于1.5%，硝酸钾班产最高达成巧“班，氯化铰质量显著提升，含氮量高，总氮含量达成23.5%，含钾量为3%一6%，显著低于以前投料时氯化铵含钾10%一12%范围，硝酸钾含有了大规模连续生产条件。

批次
产老卤
(ml)
老卤成份（g/100ml）
老卤颜色
老卤比重（g/ml）
终止沸点（。C）
CaSO4
MgSO4
MgCl2
NaCl
1
200

微黄色
1.292

2
245

微黄色
1.286

3
697
0.03
5.93
23.19
8.16
微黄色
1.276
104.3
4
685
0.03
5.78
22.84
8.36
微黄色
1.278
104.5

5 结论
(1) 盐田饱和卤水中Ca2+能够采取D4I2赘合树脂部分去除。有利于传热蒸发，延缓垢层生成;
(2 ) 非极性大孔吸附树脂对饱和卤水脱色有
显著效果;
(3) 加 人NaCO3和轻质碳酸镁，更有利于改善NaCl物性。处理吸潮结块间题，又不含有有害亚铁氰化钾;
(4 )室 内 试验产出成品盐粒大、流动性好、白度高。这是饱和卤水净化结果。同时还保留了营养元素，富含镁，口感鲜美;
(5) 该工艺完全适于工业化。
综上实 验 结果及讨论，采取盐田饱和卤水生产高品质食盐工艺合理，产品品质愈加好，技术指标更高，更适于食用.
〔参考文件〕
[1]李天文.复分解法硝酸钾生产中相图分析[J].海湖盐和化工(现 《盐业和化工》)，，30(2):7一10.
[2]张建策.复分解法生产硝酸钾工艺研究[J].海湖盐和化工(现《盐 业 和 化工》)，，31(4):12一14.
[3]陈明良，周志英，陈国华.氯化钾一硝酸铵复分解法制硝酸钾生产技 术 开 发[J].化肥工业，1999(6):21-24.