Производство бихромата калия

Содержание:

Введение.

Основная часть:

1. Сырье для производства бихромата калия.
2. Принципиальная технологическая схема.
3. Физико-химические основы процесса обменного разложения.
4. Отдельные стадий производства. Обменное разложение.
5. Технико-экономические показатели производства бихромата калия.
6. Использование отхода.

Заключение.

Список использованных литератур.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

Ранее для производства бихромата  калия использовали процесс, аналогичный  существующему процессу производства бихромата натрия прокаливали известково-поташную шихту и выщелачиванием спека  получали раствор хромата калия, который серной кислотой переходили в бихромат. Дороговизна поташа послужили причиной вытеснения бихромата калия дешевым бихроматом натрия. В настоящее время его применяют, главным образом, там, где бихромат натрия неприменим из-за гигроскопичности и наличия кристаллизационной воды.

    С появлением  на рынке дешевого хлорида калия, бихромат калия начала получать методом обменного разложения (конверсия) бихромата натрия хлоридом калия. Недостатком этого метода является получение отбросного, загрязненного бихроматом, хлорида натрия.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 1. Сырье для производства бихромата калия.

    Бихромат натрия – в виде концентрированных растворов, которые должны содержать не менее 925 г/л, быть нейтральными по индикатору конго красный и прозрачными на вид (содержание нерастворимого остатка – не более 0,3 г/л). Примерный состав (среднегодовые данные), в %: NC- 68.4, – 0.3, - 0.9, O – 30.4.

   Хлорид калия. Белый мелкокристаллический порошок, слабо гигроскопичный, склонный к слеживанию. Плотность 1,988 г/с; с плава.776; растворимость в воде: 34,35% при 20, 45,6% при 60 и 56,20% при 100. Применяется продукт второго сорта марки К, который должен содержать (ГОСТ 4568 - 65): не менее 95,0% (60,0% ), не более 4,5% , в пересчете на сухое вещество, и не более 1,0% влаги. Перевозите навалом. Технологически возможно применение, вместо хлорида калия, сильвинита, т.е.  смеси и . Кроме основных видов сырья, применяются серная кислота – башенная или контактная техническая – и хлорная известь или гипохлорит кальция, характеристика которых дана в главе VI.

 

2. Принципиальная технологическая схема.

      Стадии процесса производства.

Здесь дана принципиальная технологическая схема производства бихромата калия методом обменного  разложения. Стадии процесса производства.

    Обменное разложение  бихромата натрия хлоридом калия  (в горячем растворе):

                  C+2 = C+2                                   (1)

После операции обменного  разложения раствор дотравливают серной кислотой для перевода имеющегося небольшого количества хромата натрия в бихромат, осветляют (окисляют хроми-хроматы) хлорной известью или гипохлоритом кальция и отстаивают выпавший .

 

• Определение хлорида натрия.
• Кристаллизация бихромата калия охлаждением раствора со 100-105 до 30-30.
• Определение кристаллов бихромата калия.
• Сушка кристаллов бихромата калия.
• Концентрирование маточного раствора и промывных вод.

        Пооперационная схема производства бихромата калия.

          

Упаренный оборотный раствор  возвращают на стадию обменного разложения.

Рис. 1. Аппаратурно-технологическая  схема производства C:

1-грейферный кран; 2,23-бункеры; 3,25,33-шнеки; 4-автовесы; 5,9-приемные баки; 6-растворитель; 7-промежуточный бак; 8-бак-репульпатор; 10-расходный бак; 11,14,19-баки-питатели; 12,20-центрифуги; 13-теплообменник; 15-конденсатор трубчатый; 16-ловушка; 17-вакуум-кристаллизатор; 18-паро-эжекторный блок; 21-сборник маточных растворов; 22-элеватор; 24-тарельчатый питатель; 26-циркуляционный бак; 27-барабанная сушилка; 28-скруббер;  29-бак предварительного нагрева; 30-питатель вакуум-выпарной установки; 31- вакуум-выпарная установка; 32-паровой и электрический калориферы; 34-промежуточный сборник.

В аппарат 4 задают оборотный  раствор из сборника 33 и упаривают  до концентрации 190-210 г/л . (Концентрирование оборотного раствора можно производить и в отдельном вакуум-выпарном аппарате). К этому раствору добавляют раствор бихромата натрия из расходного бака 3 в таком количестве, чтобы концентрация в смешанном растворе достигла 260-280 г/л. Раствор нагревают примерно до 105 и в него вводят хлорид калия в количестве, необходимом для перевода бихромата натрия в бихромат калия. Затем раствор обрабатывают хлорной известью или гипохлоритом кальция с целью осветления, и ему дают отстояться от кристаллов .

Отстоявшийся раствор  спускают из аппарата 4 в сборник 6,куда предварительно задано небольшое количество «скрубберной воды» для снижения концентрации и предотвращения его выпадения при кристаллизации бихромата калия. Из сборника 6раствор откачивают через питательный бак 12 в охлаждаемый водой барабанный вращающийся кристаллизатор 7. Суспензия кристаллов C в маточном растворе поступает через приемный бак 8 и питательный бак 10 на центрифугу 11. Отфугованный и промытый холодной водой бихромат калия передают элеватором 13 в бункер 14, а маточный раствор в промывную воду направляют через сборники 15 и 33 на обменное разложение. Оборотный раствор возможно  очистить от нерастворимых примесей, пропуская через фильтрпресс 29.

Из бункера 14 кристаллы  сырого бихромата калия поступают  через тарельчатый питатель 16 и  шнек 17 в барабанную сушилку 18, обогреваемую воздухом, подогретом в паровом калорифе 20. Сухой бихромат калия упаковывают  в железные барабаны. Отсасываемый из сушильного барабана воздух очищают  от бихроматной пыли в скруббере 22, орошаемом слабым бихроматным  раствором в замкнутом цикле.

Осадок, остающийся в аппарате 4 после спуска осветленного раствора состоящий в основном из хлорида  натрия, репульпируют оборотным раствором и откачивают через питательный бак 26 на центрифугу 27. Отжатый осадок промывают оборотной водой, содержащей 3-5 г/л , из бака 25. Промытый осадок репульпируют оборотной водой в репульпаторе 28 и откачивают в отстойный пруд, а маточный раствор и промывную воду направляют через сборники 31 и 33 на обменное разложение. При необходимости оборотный раствор дотравливают серной кислотой из бака 32.

 

3. Физико-химические основы процесса обменного разложения.

Современный хлоридный  процесс  обменного разложения обычно выражают уравнением реакции:

                 NC+2KCl =C+2                                                     (1)

В будущем, при организации  крупного производства сульфата калия, может оказаться целесообразным обменное разложение согласно уравнению:

                   C+ =C+                                                (2)         

Сульфатный способ по сравнению  с хлоридным имеет то преимущество, что в нем в качестве отхода получается не отбросный продукт, а имеющий не в четырехкомпонентной системе, выражаемой уравнением (1)или (2), а в пятикомпонентной взаимной системе . Это вызвано наличием  в исходном растворе бихромата натрия, которые накапливаются в оборотном растворе в результате цикличности производства. Таким образом, теоретической основой процесса обменного разложения являются равновесия, существующие в пятикомпонентной системе . Эта система, а также четверная взаимная система изучены при 25 и 98 в УНИХИМ Л.А.Боровских и Я.Е. Вильнянским. Приведем пример квадратных диаграмм растворимости четверной хлоридной системы при 25 (рис. 2) и 100 (рис. 3) и четверной сульфатной системы при 25 (рис. 4)и 98 (рис. 5).

 

Рис. 2 Изотерма системы C+2 =C+2 при 25.

Состав солевой части  жидкой фазы на диаграммах выражен  в молекулярных (ионных) процентах; содержание воды в моль на 100 моль солей, видно по изогидратам. Из диаграмм хлоридной системы видно, что стабильной парой солей в системе является C и . Наибольшим полем кристаллизации и, следовательно, наименьшей растворимостью, как при 100 так и особенно при 25, обладает C. Сульфатная система осложнена образованием твердых растворов глазерита и После этих твердых растворов занимает, особенно при 98 , большую часть диаграммы.

Циклический процесс производства C обменным разложением должен удовлетворять следующим требованиям:

1) отсутствие совместного  выпадения C и натриевой соли; 2) получение достаточно крупных, хорошо фильтруемых и отмываемых кристаллов.3) высокая производительность цикла, т.е высокий съем кристаллов с единицы веса или объема оборачивающихся в цикле растворов; 4) минимальное удельное количество выпариваемой воды.

Рис. 3. Изотерма системы C+2 =C+2 при 100.

 

На основе диаграмм растворимости расчеты циклов хлоридной и сульфатной систем. Сравнение полученных результатов показывает, что в циклах с большим выходом Cприходится нередко выпаривать больше воды. Поэтому выбор оптимального цикла необходимо производить на основании технико-экономического расчета с учетом конкретных условий. На рисунке 63 показано построение примера циклов в хлоридной системе. В качестве примера рассмотрим построение цикла Е-G-H-E.

Насыщенный бихроматом калия  и хлоридом натрия Е охлаждают от 100 до 25. Кристаллизацию C доводят до точки G, немного не доходящей до изотермы 25, во избежание выпадения   и загрязнения им бихромата калия. Отделяют кристаллы бихромата от маточного раствора, нагревают последний и выпаривают до 100 до достижения точки Н. При этом выпадает . Точка Н находится как пересечение луча кристаллизации 2-L с прямой AE. Выход C за цикл определяется графически: если провести прямую , параллельную прямой G-, то отрезок дает прямо выход C-0,242 г-экв или отрицательный выход 46,1%. Количество выпариваемой воды на 1 кг C составляет, по данным графоаналитического расчета, 1,80 ат.

Аналитический расчет цикла  K-G-L-K, отличающегося от предыдущего цикла тем, что из оборотного раствора отделяют выпавший перед смешением с исходными реагентами, дает более высокий выход C за цикл, а именно, 0,346 илии несколько большее количество выпариваемой воды.

 Из диаграммы (рис. 4) видно, что оптимальным по выходу кристаллов за один цикл является проведение процесса на стабильной диагонали: именно на этой диагонали отношение расстояния между изотермами 100 и 25 к длине луча кристаллизации, соответствующее выходу кристаллического продукта, является максимальным.

 

Рис. 4. Диаграмма растворимости  четырехкомпонентной системы

C+ =C+ при 25.

Рис. 5. Диаграмма растворимости  четырехкомпонентной системы 

C+ =C+ при 98.

Исходя из этого обстоятельства, Я. Е. Вильнянский и З. С. Банных разработали относительно простой метод графического расчета процесса обменного разложения. Стабильной паре солей трехкомпонентная система C. Для изображения ее использован прямоугольный треугольник, в котором составы изображаются в весовых процентах и расчеты изменения фазового состава производятся по правилу рычага.

В пятикомпонентной взаимной системе  диаграммы растворимости сложны и затруднительны для графоаналитических расчетов. По диаграммам растворимости пятерной системы в работе определено влияние на обменное разложение с . Найдено, что при содержании в системе более 14% от суммы анионов + условия процесса значительно ухудшаются. При большом содержании снижается выход C за цикл, возможно  загрязнение продукта глазеритом и возможны потери калия в виде глазерита с хлоридом и сульфатом натрия.

 

4. Отдельные стадий производства. Обменное разложение.

Аппарат обменного разложения представляет собой стальной цилиндрический бак с коническим дном (D = 2,5; = 2,5 м; V = 13 ), снабженный рамной

(n = 30 об/мин) или пропеллерной мешалкой и паровым змеевиком (Р = 14 ). Аппарат должен быть хорошо теплоизолирован. Ранее процесс обменного разложения проводили периодически. Перевод на непрерывную работу повысил в несколько раз производительность аппарата. Концентрацию раствора поддерживают 260-280 г/л (регулировка подачей оборотного раствора).

  вводят из расчета=75% от веса в растворе C

При содержании 260-280 г/л в растворе, поступающем на кристаллизацию, после охлаждения eгo до 30 выпадают кристаллы C 240-270 или 160-180 г/л в пересчете на , т. е. 636%, что является оптимальным. Уменьшение концентрации < 260 г/л влечет за собой снижение производительности аппаратуры, а увеличение концентрации >280 г/л ведет к образованию большого количества «муки», т. е. мелких кристаллов, что ухудшает фильтруемость и их отмывку от . Количество корректируют, если необходимо, по результатам контрольной пробы на «выпадение».

Процесс обменного разложения автоматизирован: автоматически регулируются заполнение баковой аппаратуры и бункера , расход растворов и , концентрация и температура (105-110 ).

Отделение . Раствор из аппарата обменного разложения направляют через промежуточный и питательный бак в центрифугу типа AГ-1800. Отжатый осадок промывают оборотной водой, нaгpeтой до температуры не менее 70 .