芒硝法生产硫酸钾水平衡问题讨论

张玉翠

（运城盐化设计院，山西运城044000）

芒硝法生产硫酸钾水平衡问题讨论

张玉翠

（运城盐化设计院，山西运城044000）

芒硝法生产硫酸钾是利用两段转化、一次蒸发来完成硫酸钾及副产品工业盐的生产，整个系统封闭循环。在实际生产中，进入系统的水和流出系统的水达到平衡时整个系统才能稳定运行，但是二者受产品质量的制约很难达到平衡。对水不平衡问题进行了理论分析。详细论述了水不平衡对产品质量和整个系统的影响。找出了产生水不平衡的原因，并提出解决办法，即可通过调整一转化配料点提高钾芒硝质量、加开真空结晶器和强化蒸发提高残液质量、掌握工艺水和非工艺水的加入等一系列措施，解决系统的水不平衡问题。

硫酸钾；芒硝法；水平衡

芒硝法生产硫酸钾是利用两段转化、一次蒸发来完成硫酸钾及副产品工业盐的生产，其主要原料是芒硝、氯化钾、水，整个系统封闭循环。进入系统的水主要有二转化加入的工艺水、原料芒硝带入的结晶水；流出系统的水主要是蒸发蒸出的水。只有二者达到平衡整个系统才能稳定运行。但是，二者受产品质量的制约很难达到平衡。笔者就工艺水平衡问题进行分析、讨论。

1 芒硝法生产硫酸钾工艺流程（见图1）

2 水不平衡问题理论分析

芒硝法生产硫酸钾依据的相图如图2所示。一转化：直接配料时，O1′为配料点，氯化钾+芒硝+水→钾芒硝母液a+钾芒硝e；二次配料，O1为配料点，钾母液c+盐母液a+芒硝→钾芒硝母液a+钾芒硝e。二转化：O2为配料点，钾芒硝e+氯化钾+水→硫酸钾+钾母液c（钾母液全部返回一转化化硝）。蒸发系统：钾芒硝母液a→盐+盐母液a+水（盐母液全部返回一转化化硝）。整个系统封闭循环。但是，根据理论上的钾芒硝母液a、钾母液c、盐母液a指数进行计算，系统循环一周，每出1 mol硫酸钾，一转化将富余水量2.265 5 mol。因此，芒硝法生产硫酸钾存在的水不平衡问题有其先天性。而且，在实际生产中配料点也偏离理想点。取实际生产数据标于图3。混合液（耶内克指数 K+，48.6；Cl-，91.86。 水指数 1 329.8）， 配料点（耶内克指数 K+，38.6；Cl-，72.9。 水指数 1 261.64），清液点（耶内克指数 K+，33.45；Cl-，88.73。 水指数，1 553.64）。A、B、C、D、E 分别代表理想点、清液点、配料点、混合液点、钾芒硝点，A′、B′、C′代表理想母液点水指数（1 465）、清液点水指数（1 553.64）、配料点水指数（1 261.64），C″为配料点理想水指数，C′C″段即为富余水量。

3 富余水量对生产的影响

3.1 富余水量对钾芒硝母液点的影响

图4为富余水量对钾芒硝母液的影响。D为混合液点，与芒硝生成钾芒硝E及理想点A，其中C为配料点，A′为A的水指数点，E′是根据6.220 2 g水溶解1 g钾芒硝求出来的水指数点5 763.4，C′为C点理想水指数，事实上C点的水指数偏高，究竟高多少直接影响到钾芒硝母液点的位置。若C点水指数在C1′，根据相图，钾芒硝母液点的水指数点在B1′，对应钾芒硝母液点为 B1；若 C 点水指数在 C2′，根据相图，钾芒硝母液点的水指数点在B2′，对应钾芒硝母液点为B2。也就是说，配料点的水越富余，钾芒硝母液点就越偏离理想点。因为水富余的直接后果是它溶解了部分钾芒硝，也就是母液B变成了母液A与钾芒硝的饱和液，影响了钾芒硝的产量和钾芒硝母液的质量。

3.2 富余水量对系统的的影响

图5为富余水量对系统的影响。由于富余水的存在，使钾芒硝母液点由a点偏离至b点，而为了保证盐的质量，蒸发终点不能超过c点。根据相图的杠杆原理可知，相同质量的a、b两种钾芒硝母液，b点的出盐量、蒸发水量低于a点，而盐母液量则高于a点，过量的盐母液，返回一转化，系统水量越来越富余，整个系统也会越来越大，造成恶性循环。这就使得在实际生产中不得不采取极端手段，比如采取出次品盐的方式来增加系统的出水量，或者出次品硫酸钾的方式来减少系统的加水量，以强制压缩系统。这样，给整个生产的稳定运行造成困难，同时也严重影响了产品质量、原料消耗。

4 水不平衡问题的实际处理

水不平衡导致整个生产不能连续、稳定运行，其主要原因是加入的水量过多，蒸出的水量偏少。加入的水量取决于一转化钾芒硝的质量、二转化反应的温度与效果；蒸出的水量在很大程度上依赖于钾芒硝母液的质量、蒸发终点的控制。针对此，可以采取以下措施来解决水不平衡问题。1）一转化选取合理的工艺控制点，提高钾芒硝及其母液质量。依据相图理论，一转化配料点靠近硫酸钠结晶区时，过量的芒硝造成钾芒硝钾钠比低、钾芒硝母液水指数高；当配料点靠近氯化钾结晶区时，过量的氯化钾又会使其不能完全反应而直接进入二转化，造成高氯根钾芒硝，调整不及时直接产生高级次品。因此，结合实际情况将配料点确定在靠近氯化钾3相点2/3处，兼顾保证钾芒硝及其母液质量。2）一转化终了部分加开真空结晶器。物料经过真空结晶器，部分水分吸热蒸发，钾芒硝进一步析出，可明显提高钾芒硝母液质量。同时蒸发富余水量，可降低钾芒硝母液温度，减少钾芒硝的溶解，从而提高钾芒硝母液质量。3）强化蒸发操作，保证出盐量，控制残液终点，提高残液质量。可以说蒸发操作关系着整个系统的运行，残液质量的好坏直接影响着系统的平衡。在蒸发工序，若蒸不到点，应该蒸出的水量没有蒸够，该出的盐没能出够，导致残液质量不好；若蒸过了，杂盐进入产品，既影响盐质量，又影响系统原料消耗。在蒸发操作方面，可以通过检测密度、现场观察、取样分析，再结合出盐量，采取多方面控制，杜绝蒸发不到点残液进入一转化工序，避免由于操作不到位造成人为水不平衡。4）严格控制工艺水、非工艺水的加入。在实际生产中，在做好措施（1）的情况下，严格掌握二转化工艺水的温度、水量，保证反应时间，保证钾母液质量，同时控制好非工艺水的加入，确保系统水的平衡。

5 结果与结论

芒硝法生产硫酸钾，造成系统水不平衡的因素较多，有其先天性，也受一转化温度、配料点的选择、蒸发终点的控制、钾芒硝质量、工艺水的影响，同时芒硝、氯化钾原料质量，系统钙、镁含量，非工艺水的加入也会导致系统水的不平衡。在生产实践中，可通过调整一转化配料点提高钾芒硝质量、加开真空结晶器和强化蒸发提高残液质量、掌握工艺水和非工艺水的加入等一系列的措施解决系统的水不平衡问题。在生产优级品硫酸钾时，系统常有收缩趋势，这更说明芒硝法生产硫酸钾的水不平衡问题可以解决。

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

张玉翠（1973— ），女，毕业于太原理工大学，现就职于盐化设计院。

联系方式：664185711@qq.com