張玉翠

（運(yùn)城鹽化設(shè)計(jì)院，山西運(yùn)城044000）

芒硝法生產(chǎn)硫酸鉀水平衡問題討論

張玉翠

（運(yùn)城鹽化設(shè)計(jì)院，山西運(yùn)城044000）

芒硝法生產(chǎn)硫酸鉀是利用兩段轉(zhuǎn)化、一次蒸發(fā)來完成硫酸鉀及副產(chǎn)品工業(yè)鹽的生產(chǎn)，整個(gè)系統(tǒng)封閉循環(huán)。在實(shí)際生產(chǎn)中，進(jìn)入系統(tǒng)的水和流出系統(tǒng)的水達(dá)到平衡時(shí)整個(gè)系統(tǒng)才能穩(wěn)定運(yùn)行，但是二者受產(chǎn)品質(zhì)量的制約很難達(dá)到平衡。對(duì)水不平衡問題進(jìn)行了理論分析。詳細(xì)論述了水不平衡對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和整個(gè)系統(tǒng)的影響。找出了產(chǎn)生水不平衡的原因，并提出解決辦法，即可通過調(diào)整一轉(zhuǎn)化配料點(diǎn)提高鉀芒硝質(zhì)量、加開真空結(jié)晶器和強(qiáng)化蒸發(fā)提高殘液質(zhì)量、掌握工藝水和非工藝水的加入等一系列措施，解決系統(tǒng)的水不平衡問題。

硫酸鉀；芒硝法；水平衡

芒硝法生產(chǎn)硫酸鉀是利用兩段轉(zhuǎn)化、一次蒸發(fā)來完成硫酸鉀及副產(chǎn)品工業(yè)鹽的生產(chǎn)，其主要原料是芒硝、氯化鉀、水，整個(gè)系統(tǒng)封閉循環(huán)。進(jìn)入系統(tǒng)的水主要有二轉(zhuǎn)化加入的工藝水、原料芒硝帶入的結(jié)晶水；流出系統(tǒng)的水主要是蒸發(fā)蒸出的水。只有二者達(dá)到平衡整個(gè)系統(tǒng)才能穩(wěn)定運(yùn)行。但是，二者受產(chǎn)品質(zhì)量的制約很難達(dá)到平衡。筆者就工藝水平衡問題進(jìn)行分析、討論。

1 芒硝法生產(chǎn)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(chǎn)硫酸鉀依據(jù)的相圖如圖2所示。一轉(zhuǎn)化：直接配料時(shí)，O1′為配料點(diǎn)，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(diǎn)，鉀母液c+鹽母液a+芒硝→鉀芒硝母液a+鉀芒硝e。二轉(zhuǎn)化：O2為配料點(diǎn)，鉀芒硝e+氯化鉀+水→硫酸鉀+鉀母液c（鉀母液全部返回一轉(zhuǎn)化化硝）。蒸發(fā)系統(tǒng)：鉀芒硝母液a→鹽+鹽母液a+水（鹽母液全部返回一轉(zhuǎn)化化硝）。整個(gè)系統(tǒng)封閉循環(huán)。但是，根據(jù)理論上的鉀芒硝母液a、鉀母液c、鹽母液a指數(shù)進(jìn)行計(jì)算，系統(tǒng)循環(huán)一周，每出1 mol硫酸鉀，一轉(zhuǎn)化將富余水量2.265 5 mol。因此，芒硝法生產(chǎn)硫酸鉀存在的水不平衡問題有其先天性。而且，在實(shí)際生產(chǎn)中配料點(diǎn)也偏離理想點(diǎn)。取實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)標(biāo)于圖3?；旌弦海ㄒ畠?nèi)克指數(shù) K+，48.6；Cl-，91.86。 水指數(shù) 1 329.8）， 配料點(diǎn)（耶內(nèi)克指數(shù) K+，38.6；Cl-，72.9。 水指數(shù) 1 261.64），清液點(diǎn)（耶內(nèi)克指數(shù) K+，33.45；Cl-，88.73。 水指數(shù)，1 553.64）。A、B、C、D、E 分別代表理想點(diǎn)、清液點(diǎn)、配料點(diǎn)、混合液點(diǎn)、鉀芒硝點(diǎn)，A′、B′、C′代表理想母液點(diǎn)水指數(shù)（1 465）、清液點(diǎn)水指數(shù)（1 553.64）、配料點(diǎn)水指數(shù)（1 261.64），C″為配料點(diǎn)理想水指數(shù)，C′C″段即為富余水量。

3 富余水量對(duì)生產(chǎn)的影響

3.1 富余水量對(duì)鉀芒硝母液點(diǎn)的影響

圖4為富余水量對(duì)鉀芒硝母液的影響。D為混合液點(diǎn)，與芒硝生成鉀芒硝E及理想點(diǎn)A，其中C為配料點(diǎn)，A′為A的水指數(shù)點(diǎn)，E′是根據(jù)6.220 2 g水溶解1 g鉀芒硝求出來的水指數(shù)點(diǎn)5 763.4，C′為C點(diǎn)理想水指數(shù)，事實(shí)上C點(diǎn)的水指數(shù)偏高，究竟高多少直接影響到鉀芒硝母液點(diǎn)的位置。若C點(diǎn)水指數(shù)在C1′，根據(jù)相圖，鉀芒硝母液點(diǎn)的水指數(shù)點(diǎn)在B1′，對(duì)應(yīng)鉀芒硝母液點(diǎn)為 B1；若 C 點(diǎn)水指數(shù)在 C2′，根據(jù)相圖，鉀芒硝母液點(diǎn)的水指數(shù)點(diǎn)在B2′，對(duì)應(yīng)鉀芒硝母液點(diǎn)為B2。也就是說，配料點(diǎn)的水越富余，鉀芒硝母液點(diǎn)就越偏離理想點(diǎn)。因?yàn)樗挥嗟闹苯雍蠊撬芙饬瞬糠肘浢⑾酰簿褪悄敢築變成了母液A與鉀芒硝的飽和液，影響了鉀芒硝的產(chǎn)量和鉀芒硝母液的質(zhì)量。

3.2 富余水量對(duì)系統(tǒng)的的影響

圖5為富余水量對(duì)系統(tǒng)的影響。由于富余水的存在，使鉀芒硝母液點(diǎn)由a點(diǎn)偏離至b點(diǎn)，而為了保證鹽的質(zhì)量，蒸發(fā)終點(diǎn)不能超過c點(diǎn)。根據(jù)相圖的杠桿原理可知，相同質(zhì)量的a、b兩種鉀芒硝母液，b點(diǎn)的出鹽量、蒸發(fā)水量低于a點(diǎn)，而鹽母液量則高于a點(diǎn)，過量的鹽母液，返回一轉(zhuǎn)化，系統(tǒng)水量越來越富余，整個(gè)系統(tǒng)也會(huì)越來越大，造成惡性循環(huán)。這就使得在實(shí)際生產(chǎn)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(tǒng)的出水量，或者出次品硫酸鉀的方式來減少系統(tǒng)的加水量，以強(qiáng)制壓縮系統(tǒng)。這樣，給整個(gè)生產(chǎn)的穩(wěn)定運(yùn)行造成困難，同時(shí)也嚴(yán)重影響了產(chǎn)品質(zhì)量、原料消耗。

4 水不平衡問題的實(shí)際處理

水不平衡導(dǎo)致整個(gè)生產(chǎn)不能連續(xù)、穩(wěn)定運(yùn)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(zhuǎn)化鉀芒硝的質(zhì)量、二轉(zhuǎn)化反應(yīng)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(zhì)量、蒸發(fā)終點(diǎn)的控制。針對(duì)此，可以采取以下措施來解決水不平衡問題。1）一轉(zhuǎn)化選取合理的工藝控制點(diǎn)，提高鉀芒硝及其母液質(zhì)量。依據(jù)相圖理論，一轉(zhuǎn)化配料點(diǎn)靠近硫酸鈉結(jié)晶區(qū)時(shí)，過量的芒硝造成鉀芒硝鉀鈉比低、鉀芒硝母液水指數(shù)高；當(dāng)配料點(diǎn)靠近氯化鉀結(jié)晶區(qū)時(shí)，過量的氯化鉀又會(huì)使其不能完全反應(yīng)而直接進(jìn)入二轉(zhuǎn)化，造成高氯根鉀芒硝，調(diào)整不及時(shí)直接產(chǎn)生高級(jí)次品。因此，結(jié)合實(shí)際情況將配料點(diǎn)確定在靠近氯化鉀3相點(diǎn)2/3處，兼顧保證鉀芒硝及其母液質(zhì)量。2）一轉(zhuǎn)化終了部分加開真空結(jié)晶器。物料經(jīng)過真空結(jié)晶器，部分水分吸熱蒸發(fā)，鉀芒硝進(jìn)一步析出，可明顯提高鉀芒硝母液質(zhì)量。同時(shí)蒸發(fā)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(zhì)量。3）強(qiáng)化蒸發(fā)操作，保證出鹽量，控制殘液終點(diǎn)，提高殘液質(zhì)量?？梢哉f蒸發(fā)操作關(guān)系著整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，殘液質(zhì)量的好壞直接影響著系統(tǒng)的平衡。在蒸發(fā)工序，若蒸不到點(diǎn)，應(yīng)該蒸出的水量沒有蒸夠，該出的鹽沒能出夠，導(dǎo)致殘液質(zhì)量不好；若蒸過了，雜鹽進(jìn)入產(chǎn)品，既影響鹽質(zhì)量，又影響系統(tǒng)原料消耗。在蒸發(fā)操作方面，可以通過檢測密度、現(xiàn)場觀察、取樣分析，再結(jié)合出鹽量，采取多方面控制，杜絕蒸發(fā)不到點(diǎn)殘液進(jìn)入一轉(zhuǎn)化工序，避免由于操作不到位造成人為水不平衡。4）嚴(yán)格控制工藝水、非工藝水的加入。在實(shí)際生產(chǎn)中，在做好措施（1）的情況下，嚴(yán)格掌握二轉(zhuǎn)化工藝水的溫度、水量，保證反應(yīng)時(shí)間，保證鉀母液質(zhì)量，同時(shí)控制好非工藝水的加入，確保系統(tǒng)水的平衡。

5 結(jié)果與結(jié)論

芒硝法生產(chǎn)硫酸鉀，造成系統(tǒng)水不平衡的因素較多，有其先天性，也受一轉(zhuǎn)化溫度、配料點(diǎn)的選擇、蒸發(fā)終點(diǎn)的控制、鉀芒硝質(zhì)量、工藝水的影響，同時(shí)芒硝、氯化鉀原料質(zhì)量，系統(tǒng)鈣、鎂含量，非工藝水的加入也會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)水的不平衡。在生產(chǎn)實(shí)踐中，可通過調(diào)整一轉(zhuǎn)化配料點(diǎn)提高鉀芒硝質(zhì)量、加開真空結(jié)晶器和強(qiáng)化蒸發(fā)提高殘液質(zhì)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(tǒng)的水不平衡問題。在生產(chǎn)優(yōu)級(jí)品硫酸鉀時(shí)，系統(tǒng)常有收縮趨勢，這更說明芒硝法生產(chǎn)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(yè)于太原理工大學(xué)，現(xiàn)就職于鹽化設(shè)計(jì)院。

聯(lián)系方式：664185711@qq.com