3.3. Двухстадийная технологическая схема получения сульфата калия.
В научно – исследовательском институте галургии разработана двухстадийная схема поучения сульфата калия.
На первой стадии процесса в реакторе проводят реакцию (3.3.1).
KCl + H2SO4 = KHSO4 + HCl (3.3.1)
На второй стадии гидросульфат калия реагирует с хлоридом калия. Этот процесс можно описать уравнение реакции (3.3.2).
KHSO4 + KCl = K2SO4 + HCl (3.3.2)
Согласно технологической схеме (рис. 9) исходная серная кислота из напорного бака (1) подается в электропечь (5), куда из бункера (2) загружается также и сульфат калия. В результате смешения H2SO4 с K2SO4 в соотношении 1:3 при температуре от 150 до 200 оС образуется трикалийгидросульфат (K3H(SO4)2). Продолжительность процесса составляет 10 минут.
Рис. 9. Двухстадийная технологическая схема получения сульфата калия из серной кислоты и хлорида калия:
1 – напорный бак серной кислоты; 2 – бункер для сульфата калия; 3 – бункер для хлорида калия; 4 – барабан для сушки хлорида кальция; 5, 7 – электропечи; 6 – шаровая мельница; 8 – циклон; 9 – барабанная вращающая печь; 10 – холодильник
Далее образующийся K3H(SO4)2 направляется в шаровую мельницу (6), в которой смешивается с высушенным во вращающейся горизонтальной сушилке (4) хлоридом калия. Образующаяся при смешении исходных реагентов масса поступает в электропечь (7) на первую стадию процесса. Процесс термообработки смеси продолжается от 5 до 10 минут при температуре от 350 до 400 оС. При этом степень превращения хлорида калия в его сульфат составляет 0,6. Образующийся при этом хлороводород направляется на абсорбцию, а твердая часть, представляющая собой смесь K3H(SO4)2 + KCl + K2SO4 + H2SO4 – в барабанную вращающуюся печь (9). В печи (9) происходит нагревание полупродуктов до 450 или 500 оС топочными газами от сжигания природного газа. Продолжительность процесса термообработки массы составляет один час. Образующийся при этом хлороводород, пройдя через циклон (8), направляется на абсорбцию. Сульфат калия охлаждается в барабане (10) до 70 оС и направляется на склад готовой продукции, а часть его – в расходный бункер (2) для получения промежуточного продукта – трикалийгидросульфата.
3.4. Характеристика используемых химических реакторов
В данном производстве сульфата калия сернокислым способом основными химическими реакторами являются:
электропечь для образования трикалийгидросульфата при температуре от 150 до 200 оС;
электропечь для нагревания реакционной массы до температуры 350 или 400 оС после предварительного совместного измельчения и перемешивания хлористого калия и трикалийгидросульфата (I стадия конверсии);
печь для нагревания реакционной массы до 500 оС с вращающимся барабаном (II стадия конверсии).
Электропечь для образования трикалийгидросульфата, изображенная на рис. 9 под номером (5); электропечь для нагревания реакционной массы (используемая после предварительного совместного измельчения и перемешивания хлористого калия и трикалийгидросульфата), изображенная на рис. 9 под номером (7); печь для нагревания реакционной массы с вращающимся барабаном, изображенная на рис. 9 под номером (9); представляют собой химические реакторы, которые классифицируется по способу организации процесса производства как политермические реакторы полного смешения и периодического действия, поскольку определенные количества реагентов загружают единовременно, и которые находятся в нем до тех пор, пока не будет достигнута желаемая степень превращения. Данный реактор является политермическим, так как он характеризуется частичным подводом теплоты извне.
Необходимые реакторы для получения сульфата калия являются реакторами смешения с наличием теплообменных элементов, в которых часть теплоты подводится или отводится, также изотермичны.