Библиографическое описание:

Рахматов Х. Б., Самадий М. А., Джураева Ш. Д. Исследование процесса конверсии хлорида калия с нитратом аммония в зависимости от технологических параметров // Молодой ученый. — 2015. — №19. — С. 63-67.

Калийно-аммиачная селитра, выпускаемая в довольно значительном количестве в ряде зарубежных стран, содержит 16–16,5 % N и 25 % К2О. Ее изготавливают следующими способами:

1) механическим смешением сухих или увлажненных нитрата аммония и хлорида калия;

2) совместным выпариванием растворов нитрата аммония и хлорида калия;

3) введением в концентрированный раствор или плавь аммиачной селитры тонкоизмельченного хлорида калия с последующим гранулированием плава в грануляционных башнях. Последний способ представляет наибольший интерес, так как позволяет получить более однородное по составу удобрение [1].

При получении калийно-аммиачной селитры по любому способу в той или иной мере протекает реакция обменного разложения:

КС1 + NH4N03 = KNO3 + NH4CI

Получаемый продукт содержит тесно сросшиеся кристаллы KNO3 и NH4C1. В результате образования KNO2 — почти не гигроскопичной соли, — калийно-аммиачная селитра имеет лучшие физические свойства, чем чистый нитрат аммония.

В зависимости от условий приготовления калийно-аммиачная селитра содержит различное количество KNO3. При механическом смешении увлажненных компонентов (2 % влаги) образуется около 7 % KNO3, в случае совместного выпаривания растворов нитрата аммония и хлорида калия реакция образования KNO3 протекает почти нацело.

При смешении плава аммиачной селитры, состоящего из 45 вес. ч. нитрата аммония и 5 вес. ч. воды, с 55 вес. ч. размолотого хлорида калия, около 88 % нитрата аммония превращается в KNO3. При этом получается сухое рассыпчатое удобрение, которое не слеживается и легко рассеивается.

Производство нитрата калия конверсионным способом основано на обменном разложении:

NH4NO3 + KCl = KNO3 + NH4C1

Диаграмма растворимости в системе NH4NO3 + KCl = KNO3 + NH4Cl показывает, что поле кристаллизации KNO3 сильно увеличивается при понижении температуры. Поэтому легко подобрать условия, обеспечивающие кристаллизацию большей части KNO3 при охлаждении концентрированного раствора, полученного смешением NH4NO3 и КСl. Использование этого способа затрудняется необходимостью после выделения KNO3 выпаривания раствора хлористого аммония, интенсивно разрушающего выпарные аппараты. Кроме того, потребность в хлористом аммонии относительно невелика, как удобрение хлористый аммоний имеет весьма ограниченное применение.

Изучено [2] взаимодействие нитрата аммония (NH4NO3), плава карбамида (CO(NH2)2) с хлоридом калия (KCI). Исследование проводили методом дифференциально-термического анализа (ДТА) от комнатной температуры до 400°С. Приготовлены механические смеси NH4NO3, CO(NH2)2, и KCI в различных соотношениях исходных компонентов, которые затем расплавляли на специальной установке. Температура плавления смесей была ниже по сравнению с температурой плавления исходных компонентов и составляла 80°С. Дериватограммы образцов с соотношением компонентов 1:1:1: и 1:3:1 (соотношение N:K 1:1) показали их стабильность вплоть до начала температуры плавления 75°С. Отсутствие фазовых переходов нитрата аммония IV ↔ III ↔ II объясняется образованием твердого раствора в системе нитрата аммония, нитрата калия (образующегося в плаве в результате обменной реакции между нитратом аммония и хлоридом калия) и образованием эвтектики в системе нитрата аммония-карбамид, что хорошо согласуется с литературными данными.

Физико-химической основой процесса конверсии послужила диаграмма растворимости системы K+; NH4+ // CI; NO3– — H2O, из которой следует, что конверсия начинается при введении в систему насыщенного нитрата аммония и хлорида калия. Максимальной конверсии можно достичь лишь при повышенных температурных условиях.

Для исследования использовали кристаллический нитрат аммония и хлорид калия. Опыты проводили в круглодонной колбе, снабженной мешалкой, в которую загружали 7,11г KCl, 6,59г NH4NO3 и 11,30г H2O. Колбу с раствором помещали в термостат с заданной температурой и интенсивно перемешивали. Через определенный промежуток времени проводили анализы химического состава жидкой и твердой фаз. Из результатов анализов следует, что степень конверсии зависит от температуры и увеличивается с ее ростом [3].

Процесс в основном заканчивается в течение 60 минут, при этом степень конверсии при 50, 75 и 100 °С составляет соответственно 66,0, 74,8 и 95,6 %. Дальнейшее увеличение продолжительности процесса практически не приводит к повышению степени конверсии. При 100 °С выход по калию достигает 55,53 %.

Таблица

Зависимость степени конверсии нитрата аммония с хлоридом калия от температуры и продолжительности процесса

Температура, °С

Время, мин

Степень конверсии, %

Содержания, нитрата калия в жидкой фазе, %

50

30

45,6

40,41

50

60

66,0

48,81

50

90

67,2

49,48

75

30

50,8

43,56

75

60

74,8

51,66

75

90

75,0

53,82

100

30

80,9

54,00

100

60

95,6

58,76

100

90

96,3

59,14

 

Из таблицы видно, что температура и время конверсии нитрата калия из хлорида калия и нитрата аммония играет ключевую роль. При температуре 500С степень конверсии составляет в 30 мин 45,6 %, в 60 минут конверсия 66 % и 90 минут конверсия 67,2 %. При такой температуре проведение конверсии не дает экономический эффект. При температуре 750С степень конверсии составляет в 30 мин конверсии 50,8 %, в 60 минут конверсии 74,8 % и 90 минут конверсии 75 %. Здесь можно увидеть положительное влияние температуры на конверсию. При температуре 1000С степень конверсии составляет в 30мин конверсии 80,9 %, в 60 минут конверсии 95,6 % и 90 минут конверсии 96,3 %. Анализируя эти данные, можно сделать вывод, что получение нитрата калия в промышленных масштабах вполне приемлемо и нитрат калия имеет большой спрос как на отечественном, так и на зарубежном рынках.

Физико-химические свойства готовой продукции.

Рис. 1. Рентгеновская дифрактограмма нитрата калия, полученного конверсией хлорида калия с нитратом аммония

 

Рис. 2. ИК-спектр нитрата калия, полученного конверсией хлорида калия с нитратом аммония

 

На рис. 1 и 2 представлены дифрактограммы и ИК-спектры нитрата калия.

По лабораторным данным разработана принципиальная блок-схема технологии производства нитрата калия и составлен материальный баланс на производство 1-ой тонны нитрата калия конверсионным методом.

Рис. 3. Принципиальная блок-схема технологии производства нитрата калия конверсионным методом

 

Технологическая схема получения нитрата калия включает следующие операции:

1. Растворение хлористого калия в горячем растворе.

2. Фильтрация полученного раствора в целях отделения нерастворимых примесей.

3. Обменное разложение между KCI и NH4NO3 с получением раствора KNO3.

KCI + NH4NO3 = KNO3 + NH4CI.

4. Охлаждение полученного раствора в целях кристаллизации нитрата калия.

5. Отделение кристаллов нитрата калия методом центрифугирования.

6. Сушка полученного нитрата калия.

7. Маточный раствор после отделения нитрата калия подвергается упарке с целью отделения от маточника хлорида аммония.

8. Выделение из маточного раствора выпавших кристаллов NH4CI.

9. Сушка выделенного хлорида аммония.

Материальный баланс получения нитрата калия из хлорида калия и нитрата аммония

Рис. 4. Материальный баланс получения нитрата калия конверсионным методом из хлорида калия Тюбегатанского месторождения и нитрата аммония местного производства.

 

Литература:

1.                  Химическая энциклопедия: в 5 т., т. 3 // Под общ. ред. И. Л. Кнунянц. — М.: Сов. энцикл., 1992. — 639с

2.                  Исследование взаимодействия в системе плавкости карбамид-хлорид калия-нитрата аммония. Ершенко Н. А., Таранушич В. А. Всероссийская научно-техн. конф. По тех. ТНВ, Казан — Менделеевск, 19–22 июня, 2001.Казан. 211–212.

3.                  Самадий М., Мирзакулов Х. Ч., Кучаров Б., Хужамкулов С. Разработка технологии получения нитрата калия конверсионным методом на основе местного сырья. // Аналитик киме фанининг долзарб муаммолари- 2010: III-Республиканская научно-техническая конференция. 31–23 апреля 2010. — Термиз, 2010. с.226–227.

Основные термины (генерируются автоматически): нитрата аммония, аммония и хлорида калия, нитрата аммония и хлорида, нитрата калия, конверсии хлорида калия, степень конверсии, минут конверсии, растворов нитрата аммония, процесса конверсии, процесса конверсии хлорида, нитрата калия конверсионным, Исследование процесса конверсии, нитратом аммония, нитрат аммония, конверсии нитрата аммония, аммония и хлоридом калия, конверсии нитрата калия, аммония и хлорид калия, калия и нитрата аммония, с хлоридом калия.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle
Задать вопрос