芒硝法生產硫酸鉀水平衡問題討論

張玉翠

（運城鹽化設計院，山西運城044000）

芒硝法生產硫酸鉀水平衡問題討論

張玉翠

（運城鹽化設計院，山西運城044000）

芒硝法生產硫酸鉀是利用兩段轉化、一次蒸發來完成硫酸鉀及副產品工業鹽的生產，整個系統封閉循環。在實際生產中，進入系統的水和流出系統的水達到平衡時整個系統才能穩定運行，但是二者受產品質量的制約很難達到平衡。對水不平衡問題進行了理論分析。詳細論述了水不平衡對產品質量和整個系統的影響。找出了產生水不平衡的原因，并提出解決辦法，即可通過調整一轉化配料點提高鉀芒硝質量、加開真空結晶器和強化蒸發提高殘液質量、掌握工藝水和非工藝水的加入等一系列措施，解決系統的水不平衡問題。

硫酸鉀；芒硝法；水平衡

芒硝法生產硫酸鉀是利用兩段轉化、一次蒸發來完成硫酸鉀及副產品工業鹽的生產，其主要原料是芒硝、氯化鉀、水，整個系統封閉循環。進入系統的水主要有二轉化加入的工藝水、原料芒硝帶入的結晶水；流出系統的水主要是蒸發蒸出的水。只有二者達到平衡整個系統才能穩定運行。但是，二者受產品質量的制約很難達到平衡。筆者就工藝水平衡問題進行分析、討論。

1 芒硝法生產硫酸鉀工藝流程（見圖1）

2 水不平衡問題理論分析

芒硝法生產硫酸鉀依據的相圖如圖2所示。一轉化：直接配料時，O1′為配料點，氯化鉀+芒硝+水→鉀芒硝母液a+鉀芒硝e；二次配料，O1為配料點，鉀母液c+鹽母液a+芒硝→鉀芒硝母液a+鉀芒硝e。二轉化：O2為配料點，鉀芒硝e+氯化鉀+水→硫酸鉀+鉀母液c（鉀母液全部返回一轉化化硝）。蒸發系統：鉀芒硝母液a→鹽+鹽母液a+水（鹽母液全部返回一轉化化硝）。整個系統封閉循環。但是，根據理論上的鉀芒硝母液a、鉀母液c、鹽母液a指數進行計算，系統循環一周，每出1 mol硫酸鉀，一轉化將富余水量2.265 5 mol。因此，芒硝法生產硫酸鉀存在的水不平衡問題有其先天性。而且，在實際生產中配料點也偏離理想點。取實際生產數據標于圖3。混合液（耶內克指數 K+，48.6；Cl-，91.86。 水指數 1 329.8）， 配料點（耶內克指數 K+，38.6；Cl-，72.9。 水指數 1 261.64），清液點（耶內克指數 K+，33.45；Cl-，88.73。 水指數，1 553.64）。A、B、C、D、E 分別代表理想點、清液點、配料點、混合液點、鉀芒硝點，A′、B′、C′代表理想母液點水指數（1 465）、清液點水指數（1 553.64）、配料點水指數（1 261.64），C″為配料點理想水指數，C′C″段即為富余水量。

3 富余水量對生產的影響

3.1 富余水量對鉀芒硝母液點的影響

圖4為富余水量對鉀芒硝母液的影響。D為混合液點，與芒硝生成鉀芒硝E及理想點A，其中C為配料點，A′為A的水指數點，E′是根據6.220 2 g水溶解1 g鉀芒硝求出來的水指數點5 763.4，C′為C點理想水指數，事實上C點的水指數偏高，究竟高多少直接影響到鉀芒硝母液點的位置。若C點水指數在C1′，根據相圖，鉀芒硝母液點的水指數點在B1′，對應鉀芒硝母液點為 B1；若 C 點水指數在 C2′，根據相圖，鉀芒硝母液點的水指數點在B2′，對應鉀芒硝母液點為B2。也就是說，配料點的水越富余，鉀芒硝母液點就越偏離理想點。因為水富余的直接后果是它溶解了部分鉀芒硝，也就是母液B變成了母液A與鉀芒硝的飽和液，影響了鉀芒硝的產量和鉀芒硝母液的質量。

3.2 富余水量對系統的的影響

圖5為富余水量對系統的影響。由于富余水的存在，使鉀芒硝母液點由a點偏離至b點，而為了保證鹽的質量，蒸發終點不能超過c點。根據相圖的杠桿原理可知，相同質量的a、b兩種鉀芒硝母液，b點的出鹽量、蒸發水量低于a點，而鹽母液量則高于a點，過量的鹽母液，返回一轉化，系統水量越來越富余，整個系統也會越來越大，造成惡性循環。這就使得在實際生產中不得不采取極端手段，比如采取出次品鹽的方式來增加系統的出水量，或者出次品硫酸鉀的方式來減少系統的加水量，以強制壓縮系統。這樣，給整個生產的穩定運行造成困難，同時也嚴重影響了產品質量、原料消耗。

4 水不平衡問題的實際處理

水不平衡導致整個生產不能連續、穩定運行，其主要原因是加入的水量過多，蒸出的水量偏少。加入的水量取決于一轉化鉀芒硝的質量、二轉化反應的溫度與效果；蒸出的水量在很大程度上依賴于鉀芒硝母液的質量、蒸發終點的控制。針對此，可以采取以下措施來解決水不平衡問題。1）一轉化選取合理的工藝控制點，提高鉀芒硝及其母液質量。依據相圖理論，一轉化配料點靠近硫酸鈉結晶區時，過量的芒硝造成鉀芒硝鉀鈉比低、鉀芒硝母液水指數高；當配料點靠近氯化鉀結晶區時，過量的氯化鉀又會使其不能完全反應而直接進入二轉化，造成高氯根鉀芒硝，調整不及時直接產生高級次品。因此，結合實際情況將配料點確定在靠近氯化鉀3相點2/3處，兼顧保證鉀芒硝及其母液質量。2）一轉化終了部分加開真空結晶器。物料經過真空結晶器，部分水分吸熱蒸發，鉀芒硝進一步析出，可明顯提高鉀芒硝母液質量。同時蒸發富余水量，可降低鉀芒硝母液溫度，減少鉀芒硝的溶解，從而提高鉀芒硝母液質量。3）強化蒸發操作，保證出鹽量，控制殘液終點，提高殘液質量。可以說蒸發操作關系著整個系統的運行，殘液質量的好壞直接影響著系統的平衡。在蒸發工序，若蒸不到點，應該蒸出的水量沒有蒸夠，該出的鹽沒能出夠，導致殘液質量不好；若蒸過了，雜鹽進入產品，既影響鹽質量，又影響系統原料消耗。在蒸發操作方面，可以通過檢測密度、現場觀察、取樣分析，再結合出鹽量，采取多方面控制，杜絕蒸發不到點殘液進入一轉化工序，避免由于操作不到位造成人為水不平衡。4）嚴格控制工藝水、非工藝水的加入。在實際生產中，在做好措施（1）的情況下，嚴格掌握二轉化工藝水的溫度、水量，保證反應時間，保證鉀母液質量，同時控制好非工藝水的加入，確保系統水的平衡。

5 結果與結論

芒硝法生產硫酸鉀，造成系統水不平衡的因素較多，有其先天性，也受一轉化溫度、配料點的選擇、蒸發終點的控制、鉀芒硝質量、工藝水的影響，同時芒硝、氯化鉀原料質量，系統鈣、鎂含量，非工藝水的加入也會導致系統水的不平衡。在生產實踐中，可通過調整一轉化配料點提高鉀芒硝質量、加開真空結晶器和強化蒸發提高殘液質量、掌握工藝水和非工藝水的加入等一系列的措施解決系統的水不平衡問題。在生產優級品硫酸鉀時，系統常有收縮趨勢，這更說明芒硝法生產硫酸鉀的水不平衡問題可以解決。

Discussion on water balance for production of potassium sulfate by Glauber′s salt method

Zhang Yucui
（Y uncheng Design Institute of Chemical Salt Industry，Y uncheng 044000，China）

Twice-conversion and once-evaporation are used during the production process of potassium sulfate and its byproduct industrial salts by Glauber′s salt method，which is closed in a loop system.In the practical production，the whole system cannot reach the steady-state until the inflow and outflow of the water from the system get the balance.But it is hard to reach the balance due to the restriction of the product quality.In order to find out the cause and effect of the water imbalance and its corresponding solution，the effect of water imbalance on production quality and whole system was discussed on the basis of the theoretical analysis.That is，the water imbalance was expected to be solved through the following aspects， such as the adjustment of the conversion batching to improve the quality of potassium Glauber′s salt， the addition of vacuum crystallizer，the enhancement of evaporation to improve the quality of residue，the control of the addition of the process and non-process waters etc..

potassium sulfate；Glauber′s salt method；water balance

TQ131.13

A

1006-4990（2012）03-0036-03

2011-10-18

張玉翠（1973— ），女，畢業于太原理工大學，現就職于鹽化設計院。

聯系方式：664185711@qq.com