ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ, 2014, том 48, № 1, с. 122-124
КРАТКИЕ ^^^^^^^^^^^^^^^^ СООБЩЕНИЯ
УДК 66.021.2.065.5
ПРОЦЕСС ПОЛУЧЕНИЯ ХЛОРИДА КАЛИЯ МЕТОДОМ РАЗЛОЖЕНИЯ КАРНАЛЛИТА ВОДОЙ (ХОЛОДНОЙ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ)
© 2014 г. Л. А. Моргенштерн
Израиль lazarmor@gmail.com Поступила в редакцию 11.03.2013 г.
БО1: 10.7868/80040357114010060
ВВЕДЕНИЕ
Данный процесс — разложение карналлита водой с одновременной кристаллизацией хлорида калия — описан в [1]. Карналлит — двойная соль KCl • MgCl2 • 6H2O [2] — растворяется инконгру-ентно: в процессе растворения отношение компонентов MgCl2/KCl в растворе увеличивается одновременно с увеличением количества кристаллизующегося хлорида калия (данные по диаграмме растворимости системы KCl—MgCl2—H2O собраны в [3]).
Важным обстоятельством является то, что, ввиду ограниченной производительности кристаллизатора, для обеспечения требуемой производительности в промышленном масштабе используется параллельное соединение кристаллизаторов, в каждом из которых реализуется одноступенчатый процесс растворения—кристаллизации (рис. 1). Поскольку в одноступенчатом реакторе невозможно достичь полного насыщения по растворяемому компоненту и вследствие экстремально высокого уровня пересыщения по KCl, достигаемые технологические параметры следующие: извлечение KCl ~56%, средний размер получаемых кристаллов ~0.2 мм (см. www.ourchemical.com/ catalog_40/405230-79-7.html).
Предлагается новое технологическое решение для процесса холодной кристаллизации хлорида
калия из карналлита (многоступенчатый процесс), обеспечивающее практически полное насыщение конечного раствора, состав которого определяется термодинамическими данными (рис. 2, 3).
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
В предлагаемой схеме параллельно работающие кристаллизаторы соединены последовательно. При этом маточный раствор с предыдущей ступени является раствором, разлагающим карналлит на последующей ступени кристаллизации (рис. 2). Увеличение числа ступеней многоступенчатой кристаллизационной установки холодного растворения карналлита приводит к увеличению среднего размера кристаллов хлорида калия из-за соответствующего уменьшения пересыщения раствора по хлориду калия на каждой ступени.
Производительность каждой ступени определяется загрузкой карналлита (рассчитывается на основании данных о составе поступающего на данную стадию раствора). Конструктивные параметры кристаллизаторов выбираются исходя из начальных данных: производительность установки по хлориду калия, требуемая крупность получаемых кристаллов на каждой ступени, плотность суспензии, время пребывания твердой фазы в кристаллизаторе.
Вода
Карналлит Вода
OF1
Карналлит
KCl
OF
Вода {} »
N - 1\
KCl
Карналлит Карналлит Вода
OF
n - 1
N
OFn
А/
KCl
KCl
Рис. 1. Схема одноступенчатого процесса холодной кристаллизации хлорида калия из карналлита: N кристаллизаторов работают параллельно и независимо друг от друга.
1
2
ПРОЦЕСС ПОЛУЧЕНИЯ ХЛОРИДА КАЛИЯ МЕТОДОМ РАЗЛОЖЕНИЯ КАРНАЛЛИТА
Карналлит Карналлит Карналлит Карналлит
Л
123
Вода
К
KCl
N — 1\
KCl
М.
N
OF
KCl
KCl
Рис. 2. Схема многоступенчатого процесса холодной кристаллизации хлорида калия из карналлита: N кристаллизаторов соединены последовательно.
При приближении состава раствора к насыщению по карналлиту — термодинамическому равновесию (последние ступени установки), уменьшается движущая сила процесса растворения карналлита. В связи с этим лимитирующей стадией процесса становится стадия растворения. При этом время пребывания твердой фазы в кристаллизаторе определяется требованием полного растворения карналлита.
На рис. 3 показан существующий и предлагаемый процесс многоступенчатой кристаллизации KCl методом холодной кристаллизации карналлита. Изображена диаграмма растворимости KCl—MgCl2—H2O (25°C). Состав указанного раствора с максимальным содержанием MgCl2 является предельно возможным и соответствует мак-
С, %
100 А-к
80 - ч
60 -
40 -
Kp
20 ■>'M 2
0 1 1 ■'"4,M0 ¡-о--, Г. 1
5 10 15 20 25 30 35
Cm, %
Рис. 3. Геометрическое представление процесса холодной кристаллизации хлорида калия из карналлита: 1 — кривая насыщения по хлориду калия; 2 — кривая насыщения по карналлиту; М — точка состава раствора, насыщенного по обеим солям; К — точка состава хлорида калия; Кр — точка состава карналлита; Мо — точка состава конечного раствора в одностадийном процессе; М^, М2, ... Ми — точки составов промежуточных и конечного растворов в многостадийном процессе.
симальному извлечению хлорида калия (~80%) из карналлита.
Смешение карналлита с водой (или с раствором, насыщенным хлоридом калия) приводит к высаливанию хлорида калия и образованию раствора М§С12. Так, для одноступенчатого процесса смешение карналлита с водой (линия смешения 0—Кр) приводит к образованию хлорида калия (точка К) и маточного раствора (точка Мо), состав которого далек от насыщения по карналлиту (точка М). Для предлагаемого многоступенчатого процесса подача карналлита на каждую ступень рассчитывается таким образом, что состав маточного раствора перемещается по кривой 1 на диаграмме в сторону увеличения концентрации М§С12: Мь М2, ... Ми. Степень насыщения конечного раствора состава Ми составляет 95—98%, что позволяет достичь значения извлечения хлорида калия, близкого к теоретически возможному.
Из рис. 3 видно, что уровень пересыщения на каждой ступени значительно меньше в случае многоступенчатого процесса и может быть оценен как
АСВ ~ АС0/N.
Уровень пересыщения в предлагаемом процессе может быть уменьшен до необходимой величины путем увеличения числа ступеней N и таким образом оказывается возможным значительно увеличить размер получаемых кристаллов.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Принцип многоступенчатости применяется в многотоннажном процессе горячего растворения — вакуумной охладительной кристаллизации хлорида калия с целью достижения высокого извлечения хлорида калия и получения крупных кристаллов [4]. В настоящей работе предложена принципиальная схема многоступенчатого процесса холодной кристаллизации хлорида калия из карналлита, которая обеспечивает значительное
1
2
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ том 48 № 1 2014
124
МОРГЕНШТЕРН
увеличение извлечения и получение более крупного продукта по сравнению с существующим процессом.
ОБОЗНАЧЕНИЯ
Ck, Cm — концентрации KCl, MgCl2 в растворе и твердой фазе, мас. %;
ACo, ACn — пересыщение по KCl в одноступенчатом и многоступенчатом процессе, мас. %;
N — число ступеней.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Epstein J., Ravide B., Zisna T. Method and apparatus for producing potassium chloride from carnallite. Pat. 99100893 China. 2000.
2. Emons H., Voight H. Carnallite — Ein Beitrag zur Chemie anorganisher Doppelsalze // Kali und Steinsalz. 1995. B. 11. H. 12. S. 404.
3. Справочник экспериментальных данных по растворимости многокомпонентных водно-солевых систем. Т. 1, 2 / Под ред. Пельша А.Д. Л.: Химия, 1973-1975.
4. Amira J., Barajakaly Y. Arab Potash Company: operation and waste management system // 2000 IFA Technical Conference. New Orleans, 2000. P. 15.
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ том 48 № 1 2014
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.