CN104261435A - 一种复分解法硝酸钾结晶系统及结晶工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种复分解法硝酸钾结晶系统及结晶工艺，该系统包括溶解槽、硝酸钾真空结晶装置、稠厚器、第一离心机、混料槽、浓缩装置、氯化钾结晶装置和第二离心机，向溶解槽中加入循环母液、水和氯化钾，料液依次进入硝酸钾真空结晶装置、稠厚器和第一离心机，从第一离心机分离出硝酸钾晶体，经干燥、冷却得硝酸钾成品；硝酸钾结晶母液加入混料槽中并加入硝酸铵混合均匀依次进入浓缩装置、氯化铵结晶装置和第二离心机；从第二离心机分离出氯化铵晶体，经干燥、冷却得到氯化铵成品。本发明开发了一套复分解法硝酸钾结晶新系统和工艺，提高了硝酸钾结晶的稳定性，有效的保障了生产的质量和产量。

Description

一种复分解法硝酸钾结晶系统及结晶工艺
技术领域
本发明涉及一种复分解法硝酸钾结晶系统及结晶工艺，属于化工生产技术领域。
背景技术
国内复分解法生产硝酸钾主要采用硝酸钠-氯化钾法和硝酸铵-氯化钾法。前者原料价格较高，副产氯化钠经济价值较低。硝酸铵-氯化钾复分解工艺广泛应用，又以四步循环法为主：循环母液中加入水和氯化钾，温度降低时，硝酸钾结晶析出。向母液中加入硝酸铵，再经蒸发浓缩后，冷却结晶，析出氯化铵晶体。分离后的母液作为循环母液返回。
目前，国内现有复分解法硝酸钾有以下两种代表性的工艺：专利文献《一种复分解法制备硝酸钾的方法》(CN200510094223.X)中公布了方法如下：原料氯化钾和硝酸铵及工艺水以一定比例完成配制后，送入真空冷却结晶器中，硝酸钾结晶析出并长大；结晶液经稠厚器增稠再经离心机连续分离出产品硝酸钾。该专利硝酸钾结晶采用的真空冷却结晶器是以蒸汽喷射泵连接结晶器形成负压降温而结晶。由于蒸汽喷射真空泵本身在使用过程中有时会出现抽真空时真空度不稳定或达不到真空度要求的情况，因此控制硝酸钾结晶时稳定性不够，产品质量必将受到影响。且蒸汽喷射泵使用反应体系外的水源，增加了污水排放量。专利文献《复分解反应生成硝酸钾和氯化铵的方法》(CN200910044146.5)公布的一种复分解反应生产硝酸钾和氯化铵的方法中描述：在110℃的温度下，将硝酸铵和氯化钾，按铵离子和氯离子为1：2的比例溶于水，继续加入氯化钾和水，边搅拌边加热，达硝酸钾的过饱和状态，停止加热使溶液在真空冷却结晶器内冷却至36-40℃析出硝酸钾晶体。该专利同样使用真空泵(仍为蒸汽喷射泵)连接结晶器形成负压降温而结晶，但其在真空泵后增加了冷凝器，较专利CN200510094223.X有了一定改进，但仍未改变结晶稳定性问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种复分解法硝酸钾结晶系统及结晶工艺，通过对硝酸钾真空冷却结晶装置的设计和工艺参数的优化，达到稳定产品质量、减少污水排放量的目的。
本发明的技术方案如下：
一种复分解法硝酸钾结晶系统，该系统包括溶解槽、硝酸钾真空结晶装置、稠厚器、第一离心机、混料槽、浓缩装置、氯化钾结晶装置和第二离心机，所述的溶解槽设置有第一进料口和第二进料口，所述的第一离心机和第二离心机均设置有第一出料口和第二出料口，所述的混料槽设置有第一进料口和第二进料口；
所述的溶解槽的出料口与硝酸钾真空结晶装置的进料口连接，所述的硝酸钾真空结晶装置的出料口与稠厚器的进料口连接，所述的稠厚器的出料口与第一离心机的进料口连接，所述的第一离心机的第一出料口与混料槽的第一进料口连接，所述的混料槽的出料口与浓缩装置的进料口连接，所述的浓缩装置的出料口与氯化铵结晶器的进料口连接，所述的氯化铵结晶器的出料口与第二离心机的进料口连接，所述的第二离心机的第一出料口与溶解槽的第一进料口连接；
所述的硝酸钾真空结晶装置为2～10级串联结构的装置，每一级串联结构包括结晶器、冷凝器、真空系统、出料泵和水槽，所述的结晶器的上端通过管道与冷凝器的上端连通，所述的冷凝器的下端通过管道与真空系统连接，所述的冷凝器的下端还通过冷凝水管道与水槽连接，所述的结晶器的下端通过管道与出料泵连接，所述出料泵出料口与下一级结晶器进料口相连，所述的溶解槽的出料口与第一级结晶器的进料口连接，所述的最后一级出料泵与稠厚器的进料口连接。
根据本发明，优选的，所述的真空系统为真空泵。
根据本发明，一种利用上述装置复分解法硝酸钾结晶工艺，步骤如下：
向溶解槽中加入循环母液、水和氯化钾，所述的循环母液为氯化铵母液，控制加入的铵离子和氯离子的摩尔比例在1：1～1.2之间，将溶解槽加热至65～90℃并搅拌使物料完全溶解；料液依次进入硝酸钾真空结晶装置、稠厚器和第一离心机，从第一离心机的第二出料口分离出湿相硝酸钾晶体，湿相硝酸钾晶体经干燥、冷却得到硝酸钾成品；硝酸钾结晶母液通过混料槽第一进料口加入到混料槽中，通过混料槽第二进料口加入硝酸铵并混合均匀后物料依次进入浓缩装置、氯化铵结晶装置和第二离心机；从第二离心机的第二出料口分离出湿相氯化铵晶体，湿相氯化铵晶体经干燥、冷却得到氯化铵成品，氯化铵母液作为循环母液通过溶解槽的第一进料口加入到溶解槽中循环使用。
根据本发明，优选的，所述的硝酸钾真空结晶装置为6级串联结构的装置；其中，一级结晶器内温度控制在65～80℃，真空度为0.010～0.030MPa；二级结晶器内温度控制在50～65℃，真空度为0.007～0.010MPa；三级结晶器内温度控制在42～50℃，真空度为0.006～0.007MPa；四级结晶器内温度控制在35～42℃，真空度为0.003～0.006MPa；五级结晶器内温度控制在25～35℃，真空度为0.0023～0.003MPa；六级结晶器内温度控制在15～25℃，真空度为0.0010～0.0023MPa。
根据本发明，优选的，所述的溶解槽加热的方式为蒸汽加热。
根据本发明，第N(1<N<10)级硝酸钾真空结晶装置通过出料泵将物料转移到N+1级硝酸钾真空结晶装置，最后一级硝酸钾真空结晶装置通过出料泵泵向稠厚器。每级冷凝器下端都有冷凝水管道通向水槽，可作为循环用水返回溶解槽。通过控制每级硝酸钾真空结晶装置的真空度可以控制每级硝酸钾真空结晶装置内的温度，以保证硝酸钾结晶的质量和产量。
根据本发明，一种复分解法硝酸钾结晶工艺，步骤如下：
(1)将循环母液、水和氯化钾混合，控制加入的铵离子和氯离子的摩尔比例在1：1～1.2之间，于65～90℃并搅拌使物料溶解完全，所述的循环母液为氯化铵母液；
(2)将步骤(1)得到的物料进行2～10级真空连续结晶；
(3)将步骤(2)真空结晶后的物料进入稠厚器，使得稠厚器出来物料的含水质量含量控制在40％～50％；
(4)将步骤(3)得到的物料进行离心，得固体硝酸钾和硝酸钾离心母液；
(5)向步骤(4)得到的硝酸钾离心母液加入硝酸铵，所述硝酸铵的质量和硝酸钾离心母液的质量之比为(5～10)：1；
(6)将步骤(5)得到的物料进行加热浓缩，使得物料的含水质量含量控制在30％～45％；
(7)将步骤(6)得到的物料进行降温结晶，将结晶后的物料进行离心，得固体氯化铵和循环母液。
根据本发明，优选的，步骤(2)中进行6级真空结晶，控制第一级真空结晶温度在65～80℃，真空度为0.010～0.030MPa，第二级真空结晶温度控制在50～65℃，真空度为0.007～0.010MPa；第三级真空结晶温度控制在42～50℃，真空度为0.006～0.007MPa；第四级真空结晶温度控制在35～42℃，真空度为0.003～0.006MPa；第五级真空结晶温度控制在25～35℃，真空度为0.0023～0.003MPa；第六级真空结晶温度控制在15～25℃，真空度为0.0010～0.0023MPa。
根据本发明，优选的，步骤(7)中所述的氯化铵结晶温度在50～70℃之间。
根据本发明，没有特别说明的均按照现有技术。
本发明具有以下优点和有益效果：
1、本发明开发了一套复分解法硝酸钾结晶新工艺，提高了硝酸钾结晶的稳定性，有效的保障了生产的质量和产量。
2、本发明采用串联式多级结晶设计，能够精确控制每个温度段结晶过程。
3、本发明采用全新的硝酸钾真空结晶设计，真空系统为真空泵，可控制性更强，真空度控制更稳定，比蒸汽喷射泵压力范围更广。
4、本发明使用间接冷凝器，减低循环水消耗，减少污水的排放。
附图说明
图1是本发明复分解法硝酸钾结晶工艺的流程图。
图2是本发明硝酸钾真空结晶装置的结构示意图；其中：A、结晶器，B、冷凝器，C、真空系统，D、出料泵。
具体实施方式
下面通过具体实施例并结合附图对本发明作进一步说明，但本发明的范围并不局限于此。本发明原料未作具体说明的均为市售。
实施例1
一种复分解法硝酸钾结晶系统，该系统包括溶解槽、硝酸钾真空结晶装置、稠厚器、第一离心机、混料槽、浓缩装置、氯化钾结晶装置和第二离心机，所述的溶解槽设置有第一进料口和第二进料口，所述的第一离心机和第二离心机均设置有第一出料口和第二出料口，所述的混料槽设置有第一进料口和第二进料口；
所述的溶解槽的出料口与硝酸钾真空结晶装置的进料口连接，所述的硝酸钾真空结晶装置的出料口与稠厚器的进料口连接，所述的稠厚器的出料口与第一离心机的进料口连接，所述的第一离心机的第一出料口与混料槽的第一进料口连接，所述的混料槽的出料口与浓缩装置的进料口连接，所述的浓缩装置的出料口与氯化铵结晶器的进料口连接，所述的氯化铵结晶器的出料口与第二离心机的进料口连接，所述的第二离心机的第一出料口与溶解槽的第一进料口连接；
所述的硝酸钾真空结晶装置为6级串联结构的装置，每一级串联结构包括结晶器A、冷凝器B、真空系统C、出料泵D和水槽，所述的结晶器A的上端通过管道与冷凝器B的上端连通，所述的冷凝器B的下端通过管道与真空系统C连接，所述的冷凝器B的下端还通过冷凝水管道与水槽连接，所述的结晶器A的下端通过管道与出料泵D连接，所述出料泵D出料口与下一级结晶器A进料口相连，所述的溶解槽的出料口与第一级结晶器A1的进料口连接，所述的第六级出料泵D6与稠厚器的进料口连接。
本实施例中所述的真空系统为真空泵。
实施例2
一种利用实施例1所述的装置复分解法硝酸钾结晶工艺，步骤如下：
向溶解槽中加入循环母液、水和氯化钾，所述的循环母液为氯化铵母液，控制加入的铵离子和氯离子的摩尔比例在1：1，将溶解槽蒸汽加热至75℃并搅拌使物料完全溶解；料液依次进入硝酸钾真空结晶装置、稠厚器和第一离心机，稠厚器出料的含水质量含量控制在45％；
从第一离心机的第二出料口分离出湿相硝酸钾晶体，湿相硝酸钾晶体经干燥、冷却得到硝酸钾成品；硝酸钾结晶母液通过混料槽第一进料口加入到混料槽中，通过混料槽第二进料口加入硝酸铵并混合均匀后物料依次进入浓缩装置、氯化铵结晶装置和第二离心机；所述硝酸铵为工业级硝酸铵，硝酸铵溶液的质量和硝酸钾离心母液的质量之比为5：1；浓缩装置出料的含水质量含量控制在40％；氯化铵结晶温度控制在50℃；
从第二离心机的第二出料口分离出湿相氯化铵晶体，湿相氯化铵晶体经干燥、冷却得到氯化铵成品；
氯化铵母液作为循环母液通过溶解槽的第一进料口加入到溶解槽中循环使用。
通过控制各级真空系统压力来控制一级结晶器A1内温度为70℃，二级结晶器A2内温度为55℃，三级结晶器A3内温度为42℃，四级结晶器A4内温度为35℃，五级结晶器A5内温度为25℃，六级结晶器A6内温度为15℃。第六级结晶器A6内的物料通过第六级出料泵D6将物料泵向稠厚器、第一离心机，分离出湿相硝酸钾结晶，湿相硝酸钾经干燥、冷却得到硝酸钾成品。
本实施例所得硝酸钾产品K2O：44.0wt％，Cl-：1.6wt％，氯化铵产品总氮含量为25.4wt％。
实施例3
如实施例2所述的复分解法硝酸钾结晶工艺，不同的是：铵离子和氯离子的比例为1：1.1，将溶解槽蒸汽加热至80℃；稠厚器出料的含水量控制在45％；所述硝酸铵溶液质量分数为85％，硝酸铵溶液的质量和硝酸钾离心母液的质量之比为8：1；氯化铵浓缩装置出料的含水质量含量控制在45％；氯化铵结晶温度控制在50℃。
通过控制各级真空系统压力来控制一级结晶器A1内温度为75℃，二级结晶器A2内温度为60℃，三级结晶器A3内温度为45℃，四级结晶器A4内温度为38℃，五级结晶器A5内温度为30℃，六级结晶器A6内温度为20℃。
本实施例所得硝酸钾产品K2O：44.2wt％，Cl-：0.9wt％，氯化铵产品总氮含量为25.6wt％。
实施例4
如实施例2所述的复分解法硝酸钾结晶工艺，不同的是：铵离子和氯离子的比例为1：1.2，将溶解槽蒸汽加热至90℃；稠厚器出料的含水量控制在40％；所述硝酸铵溶液质量分数为90％，硝酸铵溶液的质量和硝酸钾离心母液的质量之比为7：1；氯化铵浓缩装置出料的含水质量含量控制在40％；氯化铵结晶温度控制在55℃。
通过控制各级真空系统压力来控制一级结晶器A1内温度为80℃，二级结晶器A2内温度为65℃，三级结晶器A3内温度为50℃，四级结晶器A4内温度为42℃，五级结晶器A5内温度为35℃，六级结晶器A6内温度为25℃。
本实施例所得硝酸钾产品K2O：44.9wt％，Cl-：0.6wt％，氯化铵产品总氮含量为25.1％。
实施例5
如实施例2所述的复分解法硝酸钾结晶工艺，不同的是：铵离子和氯离子的比例为1：1，将溶解槽蒸汽加热至65℃；稠厚器出料的含水量控制在50％；所述硝酸铵溶液质量分数为95％，硝酸铵溶液的质量和硝酸钾离心母液的质量之比为7.5：1；氯化铵浓缩装置出料的含水质量含量控制在35％；氯化铵结晶温度控制在60℃。
通过控制各级真空系统压力来控制一级结晶器A1内温度为60℃，二级结晶器A2内温度为55℃，三级结晶器A3内温度为45℃，四级结晶器A4内温度为40℃，五级结晶器A5内温度为30℃，六级结晶器A6内温度为20℃。
本实施例所得硝酸钾产品K2O：44.5wt％，Cl-：1.1wt％，氯化铵产品总氮含量为25.5％。
实施例6
如实施例2所述的复分解法硝酸钾结晶工艺，不同的是：铵离子和氯离子的比例为1：1.1，将溶解槽蒸汽加热至70℃；稠厚器出料的含水量控制在45％；所述硝酸铵溶液质量分数为75％，硝酸铵溶液的质量和硝酸钾离心母液的质量之比为9：1；氯化铵浓缩装置出料的含水质量含量控制在30％；氯化铵结晶温度控制在65℃。
通过控制各级真空系统压力来控制一级结晶器A1内温度为65℃，二级结晶器A2内温度为55℃，三级结晶器A3内温度为42℃，四级结晶器A4内温度为38℃，五级结晶器A5内温度为30℃，六级结晶器A6内温度为23℃。
本实施例所得硝酸钾产品K2O：44.7wt％，Cl-：0.5wt％，氯化铵产品总氮含量为25.3wt％。

Claims (8)

1.一种复分解法硝酸钾结晶系统，其特征在于，该系统包括溶解槽、硝酸钾真空结晶装置、稠厚器、第一离心机、混料槽、浓缩装置、氯化钾结晶装置和第二离心机，所述的溶解槽设置有第一进料口和第二进料口，所述的第一离心机和第二离心机均设置有第一出料口和第二出料口，所述的混料槽设置有第一进料口和第二进料口；
所述的溶解槽的出料口与硝酸钾真空结晶装置的进料口连接，所述的硝酸钾真空结晶装置的出料口与稠厚器的进料口连接，所述的稠厚器的出料口与第一离心机的进料口连接，所述的第一离心机的第一出料口与混料槽的第一进料口连接，所述的混料槽的出料口与浓缩装置的进料口连接，所述的浓缩装置的出料口与氯化铵结晶器的进料口连接，所述的氯化铵结晶器的出料口与第二离心机的进料口连接，所述的第二离心机的第一出料口与溶解槽的第一进料口连接；
所述的硝酸钾真空结晶装置为2～10级串联结构的装置，每一级串联结构包括结晶器、冷凝器、真空系统、出料泵和水槽，所述的结晶器的上端通过管道与冷凝器的上端连通，所述的冷凝器的下端通过管道与真空系统连接，所述的冷凝器的下端还通过冷凝水管道与水槽连接，所述的结晶器的下端通过管道与出料泵连接，所述出料泵出料口与下一级结晶器进料口相连，所述的溶解槽的出料口与第一级结晶器的进料口连接，所述的最后一级出料泵与稠厚器的进料口连接。
2.根据权利要求1所述的复分解法硝酸钾结晶系统，其特征在于，所述的真空系统为真空泵。
3.一种利用权利要求1或2所述的装置复分解法硝酸钾结晶工艺，步骤如下：
向溶解槽中加入循环母液、水和氯化钾，所述的循环母液为氯化铵母液，控制加入的铵离子和氯离子的摩尔比例在1：1～1.2之间，将溶解槽加热至65～90℃并搅拌使物料完全溶解；料液依次进入硝酸钾真空结晶装置、稠厚器和第一离心机，从第一离心机的第二出料口分离出湿相硝酸钾晶体，湿相硝酸钾晶体经干燥、冷却得到硝酸钾成品；硝酸钾结晶母液通过混料槽第一进料口加入到混料槽中，通过混料槽第二进料口加入硝酸铵并混合均匀后物料依次进入浓缩装置、氯化铵结晶装置和第二离心机；从第二离心机的第二出料口分离出湿相氯化铵晶体，湿相氯化铵晶体经干燥、冷却得到氯化铵成品，氯化铵母液作为循环母液通过溶解槽的第一进料口加入到溶解槽中循环使用。
4.根据权利要求3所述的复分解法硝酸钾结晶工艺，其特征在于，所述的硝酸钾真空结晶装置为6级串联结构的装置；其中，一级结晶器内温度控制在65～80℃，真空度为0.010～0.030MPa；二级结晶器内温度控制在50～65℃，真空度为0.007～0.010MPa；三级结晶器内温度控制在42～50℃，真空度为0.006～0.007MPa；四级结晶器内温度控制在35～42℃，真空度为0.003～0.006MPa；五级结晶器内温度控制在25～35℃，真空度为0.0023～0.003MPa；六级结晶器内温度控制在15～25℃，真空度为0.0010～0.0023MPa。
5.根据权利要求3所述的复分解法硝酸钾结晶工艺，其特征在于，所述的溶解槽加热的方式为蒸汽加热。
6.一种复分解法硝酸钾结晶工艺，步骤如下：
(1)将循环母液、水和氯化钾混合，控制加入的铵离子和氯离子的摩尔比例在1：1～1.2之间，于65～90℃并搅拌使物料溶解完全，所述的循环母液为氯化铵母液；
(2)将步骤(1)得到的物料进行2～10级真空连续结晶；
(3)将步骤(2)真空结晶后的物料进入稠厚器，使得稠厚器出来物料的含水质量含量控制在40％～50％；
(4)将步骤(3)得到的物料进行离心，得固体硝酸钾和硝酸钾离心母液；
(5)向步骤(4)得到的硝酸钾离心母液加入硝酸铵，所述硝酸铵的质量和硝酸钾离心母液的质量之比为(5～10)：1；
(6)将步骤(5)得到的物料进行加热浓缩，使得物料的含水质量含量控制在30％～45％；
(7)将步骤(6)得到的物料进行降温结晶，将结晶后的物料进行离心，得固体氯化铵和循环母液。
7.根据权利要求6所述的复分解法硝酸钾结晶工艺，其特征在于，步骤(2)中进行6级真空结晶，控制第一级真空结晶温度在65～80℃，真空度为0.010～0.030MPa，第二级真空结晶温度控制在50～65℃，真空度为0.007～0.010MPa；第三级真空结晶温度控制在42～50℃，真空度为0.006～0.007MPa；第四级真空结晶温度控制在35～42℃，真空度为0.003～0.006MPa；第五级真空结晶温度控制在25～35℃，真空度为0.0023～0.003MPa；第六级真空结晶温度控制在15～25℃，真空度为0.0010～0.0023MPa。
8.根据权利要求6所述的复分解法硝酸钾结晶工艺，其特征在于，步骤(7)中所述的氯化铵结晶温度在50～70℃之间。
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