專利名稱：：復分解反應結晶法制硝酸鉀的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明屬于化合物的制備方法，尤其涉及一種以氯化鉀和硝酸銨為原料、用復分解反應結晶法制取硝酸鉀的方法。硝酸鉀在工業(yè)上主要作為火藥、玻璃、搪瓷等工業(yè)的原料，并與其它硝酸鹽和亞硝酸鹽混合后大量用于熔鹽浴，作為高溫傳熱媒介。在農業(yè)上它被認為是一種非常有發(fā)展前途的特種化肥，生產方法主要有低溫萃取法、高溫蒸餾法、復分解法、離子交換法等，其中復分解反應流程簡單，設備也不復雜，目前國內有不少小廠均采用復分解法生產硝酸鉀。美國專利US3595609也公開了一種以KCl和NH4NO3為原料制備KNO3的溶液循環(huán)分解法，其流程如圖1所示。美國專利和國內小廠生產方法的主要缺點是采用先混合后冷卻結晶。雖然美國專利冷卻溫度范圍為0℃～30℃，但由于KNO3溶解度在0℃～30℃之間差別很大，所以實際上冷卻溫度往往選在0℃附近，需要采用低溫冷卻結晶，其缺點是需要用冷凍設備，既增加投資，又消耗能量，而且由于結晶必然是從冷卻面上開始，冷卻效果會迅速下降，致使不得不頻繁清洗，所以冷卻結晶器往往只能間斷操作。為消除上述方法的弊端，本發(fā)明的目的是提供一種制取硝酸鉀的復分解反應結晶法，結晶溫度為室溫，不需要冷凍設備，既可節(jié)省投資，又可減少能量，并可以大大延長清洗時間，將間斷結晶過程變?yōu)檫B續(xù)操作。本發(fā)明的制取硝酸鉀的復分解反應結晶法，以氯化鉀和硝酸銨為原料，其特征在于復分解反應與結晶操作同時進行，且結晶是在室溫下進行，所說的室溫為20-40℃。本發(fā)明的制取硝酸鉀的復分解反應結晶法，其流程如圖2所示。圖1為美國專利US3595609的工藝流程圖2為本發(fā)明的工藝流程；圖3為基于K+,NH4+||Cl-,NO3--H2O體系相平衡圖；圖4為復分解結晶法相圖；圖5為“復分解反應結晶”連續(xù)結晶流程；圖6為小型中試流程；圖7為冷卻結晶器；圖8為NH4Cl真空蒸發(fā)結晶系統(tǒng)。以下通過圖表對本發(fā)明進行詳細描述在美國專利和國內小廠的生產方法中，經過蒸發(fā)過濾掉NH4Cl的母液組成如圖3中的d點，加KNO3和水后其組成將達a點。經冷凍至0℃后，KNO3析出，母液組成將在0℃NH4Cl與KNO3的共晶線(E0F0線)上b點。加入NH4NO3后其組成將達到c點。經過蒸發(fā)后NH4Cl析出，母液回至d點。如此在d-a-b-c-d間不斷循環(huán)。本發(fā)明的制取硝酸鉀的復分解反應結晶法是在一個室溫結晶器內同時加入KCl、NH4NO3、母液和水，結晶出KNO3，加入的KCl和結晶出來的KNO3當量相等，所以進出結晶器的母液中的K+和NH4-離子的mol比保持不變。如圖4所示，進入復分解反應器的母液組成為d，已分離KNO3而出結晶器的母液組成為b。采用室溫下(20℃)復分解反應結晶，一面加入KNO3，同時KNO3結晶出來，則母液將達到20℃時的E20F20線上的b點?？梢钥吹絛點和b點的K+和NH4+之間比例保持不變，只是b點的Cl-濃度增加而NO3-濃度減少，也就是說加入1molKCl產出1molKNO3。b點母液按流程繼續(xù)進行，加入NH4NO3其組成將達到c點，在60℃下真空蒸發(fā)結晶出NH4Cl，則母液將回至d點。d點在E60F60線上。在圖2上為d-b-c-d。與美國專利不同的是，本發(fā)明中母液沒有進行混合，而直接進行結晶操作，在圖2中表現(xiàn)為不需經a點(混合)而一步達到b點。以下表1-5分別為美國專利采用的0℃KNO3冷卻結晶與本發(fā)明的復分解反應結晶在20℃、30℃、40℃的結果及對比。表10℃KNO3冷卻結晶-60℃下NH4Cl蒸發(fā)結晶結果表220℃KNO3復分解反應結晶-60℃下NH4Cl蒸發(fā)結晶結果表330℃KNO3復分解反應結晶-60℃下NH4Cl蒸發(fā)結晶結果表440℃KNO3復分解反應結晶-60℃下NH4Cl蒸發(fā)結晶結果表5不同溫度下冷卻結晶結果對比從以上表1-5可見，采用復分解反應結晶生產KNO3不但可在室溫下操作，而且每生產1kg硝酸鉀需要蒸發(fā)的水量與在0℃下冷卻結晶法相差不多，只是母液循環(huán)量要增大一些。室溫越高，循環(huán)量越大，在40℃時幾乎大到4倍。但由于母液總的循環(huán)量并不算大，以年產10萬噸硝酸鉀計，即以每小時15噸計，在40℃條件下結晶時母液循環(huán)量也僅為120t/h，所以不成其為問題。從以上發(fā)明的描述，可得本發(fā)明的制取硝酸鉀的復分解反應結晶法具有以下有益效果1、簡化了流程，可節(jié)約投資；2、不用冷凍，節(jié)省能耗；3、將間斷操作變?yōu)檫B續(xù)操作；4、清洗周期大大延長；5、可得到很好的結晶，便于過濾、洗滌、干燥；6、產品純度高。以下是具體實施例方式實施例1KCl+NH4NO3制KNO3+NH4Cl循環(huán)復分解全流程驗證首先在上列裝置做全流程0℃冷凍結晶出KNO3、60℃真空蒸發(fā)制NH4Cl循環(huán)復分解試驗，以驗證我們的計算方法。所用原料為農用級，詳見表1。表1原料組成試驗結果如下A)冷卻結晶硝酸鉀冷卻結晶的試驗結果如表2所列。產品化學組成如表3所列。表3產品化學組成將上述試驗結果進行全流程生產平衡后，與我們根據Janeeke發(fā)表的實驗數據用計算機進行回歸計算的結果進行比較如表4所列。表4試驗與計算結果對比情況B)將上述冷凍結晶后的母液在60℃左右真空蒸發(fā)結晶，結果如表5所列。表2硝酸鉀冷卻結晶結果表5母液在60℃左右真空蒸發(fā)結晶結果<tablesid="table5"num="008"><table>試驗編號中-6-2中-6-3蒸發(fā)真空度mm68.368.2蒸發(fā)溫度℃59.060.0NH4Cl得率％60.2563.93水份蒸發(fā)率％81.2383.01產品氯化銨純度％94.4294.31</table></tables>可見，我們根據相平衡數據計算的結果與試驗數據基本相符。另外說明在60℃下真空結晶真空度不高，易于操作。實施例2本發(fā)明的“復分解反應結晶法”在室溫下操作-采用40℃下驗證，因在一般情況下室溫不會超過40℃。40℃條件下試驗驗證結果如表6。表640℃條件下試驗驗證結果<tablesid="table6"num="009"><table>進料重量，kgK2O％Cl-％NH4+-N％NO3-N％H2O％M1母液137.2511.9311.506.415.4346.32M2母液76.2511.608.326.476.6454.70農用KCl61.5559.3044.79農用NH4NO355.1317.4617.47KNO3晶種2.0044.901.000.9313.91出料KNO378.75NH4Cl44.13剩余M1母液198剩余M2母液46</table></tables>連續(xù)試驗時間(扣除間隙停車)共62小時。KNO3(干基)產品平均含K2O44.6％,NH4+-N1.0％,Cl-0.8％,NO3-N14.0％，含水1.71％。裝置流程如圖1。復分解反應結晶流程如圖1。反應器型式為DTB型。物料停留時間約1小時。權利要求1.一種制取硝酸鉀的復分解反應結晶法，以氯化鉀和硝酸銨為原料，其特征在于復分解反應與結晶操作同時進行，且結晶是在室溫下進行。2.如權利要求1所述的復分解反應結晶法，其特征在于室溫為20-40℃。全文摘要一種制取硝酸鉀的復分解反應結晶法,是氯化鉀和硝酸銨為原料,其特征在于復分解反應與結晶操作同時進行,且結晶是在室溫下進行。不需要冷凍設備,既可節(jié)省投資,又可減少能量,并可以大大延長清洗時間,將間斷結晶過程變?yōu)檫B續(xù)操作。文檔編號C01C1/16GK1301667SQ9912499公開日2001年7月4日申請日期1999年12月27日優(yōu)先權日1999年12月27日發(fā)明者陳冠榮,劉寧申請人:北京普特實鉀化工技術開發(fā)有限責任公司