فرآیند مانهایم برای سولفات پتاسیم (K₂SO₄) تولید

روش‌های اصلی تولید سولفات پتاسیم

فرآیند مانهایم is فرآیند صنعتی برای تولید K2SO4،یک واکنش تجزیه بین اسید سولفوریک ۹۸٪ و کلرید پتاسیم در دماهای بالا با محصول جانبی اسید هیدروکلریک. مراحل خاص شامل مخلوط کردن کلرید پتاسیم و اسید سولفوریک و واکنش آنها در دماهای بالا برای تشکیل سولفات پتاسیم و اسید هیدروکلریک است.

تبلورsجداسازیسولفات پتاسیم را از طریق برشته کردن مواد قلیایی مانند پوسته دانه تونگ و خاکستر گیاه تولید می‌کند، سپسشستشو، فیلتر کردن، تغلیظ، جداسازی گریز از مرکز و خشک کردن برای به دست آوردن سولفات پتاسیم.

واکنشکلرید پتاسیمواسید سولفوریک در دماهای خاص با نسبت خاص، روش دیگری برای بدست آوردن است. سولفات پتاسیم.مراحل خاص شامل حل کردن کلرید پتاسیم در آب گرم، افزودن اسید سولفوریک برای واکنش و سپس تبلور در دمای ۱۰۰ تا ۱۴۰ درجه سانتیگراد و به دنبال آن جداسازی، خنثی‌سازی و خشک کردن برای تولید سولفات پتاسیم است.

مزایای سولفات پتاسیم مانهایم

فرآیند منهایم روش اصلی تولید سولفات پتاسیم در خارج از کشور است. این روش قابل اعتماد و پیشرفته، سولفات پتاسیم غلیظی با حلالیت عالی در آب تولید می‌کند. محلول اسید ضعیف برای خاک قلیایی مناسب است.

اصول تولید

فرآیند واکنش:

۱. اسید سولفوریک و کلرید پتاسیم به طور متناسب اندازه‌گیری و به طور مساوی به محفظه واکنش کوره مانهایم تغذیه می‌شوند، جایی که واکنش می‌دهند و سولفات پتاسیم و کلرید هیدروژن تولید می‌کنند.

۲. واکنش در دو مرحله رخ می‌دهد:

۱. مرحله اول گرمازا است و در دمای پایین‌تری رخ می‌دهد.

مرحله دوم شامل تبدیل بی‌سولفات پتاسیم به سولفات پتاسیم است که به شدت گرماگیر است.

کنترل دما:

۱. واکنش باید در دماهای بالاتر از ۲۶۸ درجه سانتیگراد رخ دهد، و محدوده بهینه ۵۰۰ تا ۶۰۰ درجه سانتیگراد است تا راندمان بدون تجزیه بیش از حد اسید سولفوریک تضمین شود.

۲. در تولید واقعی، دمای واکنش معمولاً برای پایداری و کارایی بین ۵۱۰ تا ۵۳۰ درجه سانتیگراد کنترل می‌شود.

استفاده از گرما:

۱. این واکنش بسیار گرماگیر است و نیاز به تأمین مداوم گرما از احتراق گاز طبیعی دارد.

۲. حدود ۴۴٪ از گرمای کوره از طریق دیوارها هدر می‌رود، ۴۰٪ توسط گازهای خروجی خارج می‌شود و تنها ۱۶٪ برای واکنش واقعی استفاده می‌شود.

جنبه‌های کلیدی فرآیند مانهایم

کورهقطر عامل تعیین کننده ظرفیت تولید است. بزرگترین کوره‌های جهان قطری معادل ۶ متر دارند.در عین حال، سیستم رانندگی قابل اعتماد، تضمین کننده واکنش مداوم و پایدار است.مواد نسوز باید در برابر دماهای بالا و اسیدهای قوی مقاومت کنند و انتقال حرارت خوبی ارائه دهند. مواد مورد استفاده در مکانیزم‌های همزن باید در برابر گرما، خوردگی و سایش مقاوم باشند.

کیفیت گاز کلرید هیدروژن:

۱. حفظ خلاء جزئی در محفظه واکنش تضمین می‌کند که هوا و گازهای دودکش، کلرید هیدروژن را رقیق نمی‌کنند.

۲. آب‌بندی و عملکرد مناسب می‌تواند به غلظت HCl 50٪ یا بالاتر دست یابد.

مشخصات مواد اولیه:

1.کلرید پتاسیم:برای راندمان بهینه واکنش، باید الزامات رطوبت، اندازه ذرات و میزان اکسید پتاسیم خاص را برآورده کند.

2.اسید سولفوریک:به غلظت ۹ نیاز دارد9% برای خلوص و واکنش پایدار.

کنترل دما:

1.محفظه واکنش (510-530 درجه سانتیگراد):واکنش کامل را تضمین می‌کند.

2.محفظه احتراق:ورودی گاز طبیعی را برای احتراق کارآمد متعادل می‌کند.

3.دمای گاز دم:برای جلوگیری از انسداد اگزوز و اطمینان از جذب مؤثر گاز، کنترل می‌شود.

گردش کار فرآیند

• واکنش:کلرید پتاسیم و اسید سولفوریک به طور مداوم به محفظه واکنش تغذیه می‌شوند. سولفات پتاسیم حاصل تخلیه، خنک، غربال و قبل از بسته‌بندی با اکسید کلسیم خنثی می‌شود.
• مدیریت محصولات جانبی:
  • گاز کلرید هیدروژن با دمای بالا از طریق یک سری اسکرابر و برج‌های جذب، خنک و تصفیه می‌شود تا اسید هیدروکلریک با درجه صنعتی (31-37٪ HCl) تولید شود.
  • گازهای خروجی از اگزوز مطابق با استانداردهای زیست‌محیطی تصفیه می‌شوند.

چالش‌ها و بهبودها

1. اتلاف گرما:گرمای قابل توجهی از طریق گازهای خروجی و دیواره‌های کوره از دست می‌رود که نیاز به سیستم‌های بازیابی حرارت بهبود یافته را برجسته می‌کند.
2. خوردگی تجهیزات:این فرآیند تحت دماهای بالا و شرایط اسیدی عمل می‌کند و منجر به چالش‌های سایش و نگهداری می‌شود.
3. استفاده از محصول جانبی اسید هیدروکلریک:بازار اسید هیدروکلریک می‌تواند اشباع شود و این امر مستلزم تحقیق در مورد کاربردهای جایگزین یا روش‌هایی برای به حداقل رساندن تولید محصولات جانبی است.

فرآیند تولید سولفات پتاسیم مانهایم شامل دو نوع انتشار گازهای زائد است: گازهای خروجی از احتراق گاز طبیعی و گاز کلرید هیدروژن به عنوان محصول جانبی.

اگزوز احتراق:

دمای گازهای خروجی از احتراق عموماً حدود ۴۵۰ درجه سانتیگراد است. این گرما قبل از تخلیه از طریق یک ریکوپراتور منتقل می‌شود. با این حال، حتی پس از تبادل گرما، دمای گاز خروجی تقریباً در ۱۶۰ درجه سانتیگراد باقی می‌ماند و این گرمای باقیمانده در جو آزاد می‌شود.

محصول جانبی گاز کلرید هیدروژن:

گاز کلرید هیدروژن قبل از تخلیه، در یک برج شستشوی اسید سولفوریک، شستشو، در یک جاذب فیلم در حال ریزش جذب و در یک برج تصفیه گاز خروجی تصفیه می‌شود. این فرآیند 31٪ اسید هیدروکلریک تولید می‌کند.که در آن بالاترغلظت می‌تواند منجر به انتشار گازهای گلخانه‌ای شودنه در حداستانداردها و ایجاد پدیده "کشیدگی دم" در اگزوز.بنابراین، زمان واقعیاسید هیدروکلریک اندازه‌گیری غلظت در تولید اهمیت پیدا می‌کند.

برای اثرات بهتر می‌توان اقدامات زیر را انجام داد:

کاهش غلظت اسید: کاهش غلظت اسید در طول فرآیند جذببادستگاه سنجش چگالی درون خطی برای نظارت دقیق.

افزایش حجم آب در گردش: گردش آب را در جاذب لایه‌ی در حال ریزش افزایش دهید تا راندمان جذب بهبود یابد.

کاهش بار برج تصفیه گاز خروجی: عملیات را بهینه کنید تا بار سیستم تصفیه به حداقل برسد.

از طریق این تنظیمات و عملکرد صحیح در طول زمان، پدیده‌ی پسای دم می‌تواند حذف شود و اطمینان حاصل شود که انتشار گازهای گلخانه‌ای مطابق با استانداردهای مورد نیاز است.