萃取法制取硝酸钾的工艺研究
第21卷 第2期 2004年6月
吉 林 化 工 学 院 学 报Vol. 21No. 2J un. 2004
JOURNAL OF J IL IN INSTITU TE OF CHEMICAL TECHNOLOGY
文章编号:100722853(2004) 0220001203
萃取法制取硝酸钾的工艺研究
王振山1, 刘鸿雁1, 郝 杰2, 王玉香1, 孙秀云1, 孙大志1
(11吉林化工学院制药与应用化学系, 吉林吉林132022;2. 吉化五中, 吉林吉林132021)
摘要:由氯化钾和硝酸制取硝酸钾. . 酸和更高浓度的不含钾的盐酸, 母液被一种有机溶剂萃取. 关 键 词:萃取; 萃取剂; 硝酸钾;
中图分类号:TQ 028. 3+3; TQ 11413: 当前, 药物、催化剂等方面, . 国内外工业需求量很大, 并且不断有新的生产方法出现. 目前, 国内较多采用的方法是转化法, 因生产成本较高, 有被新工艺取代的趋势. 随着分离技术的发展, 具有更高经济效益的合成法和硝铵法将受到更多厂家的青睐. 工业上通常采用硝酸酸钠转化法[1~3]、硝铵复分解法[4]及硝铵氯化钾离子交换法[5]. 目前由于硝酸钾价格上涨, 转化法生产硝酸钾经济效益下降甚至亏损, 硝铵复分解法存在着设备腐蚀严重、运转不易控制等问题, 硝铵离子交换法国内研究较多, 工艺路线较先进, 但耗能多. 文献曾报导[6~11]利用硝酸和氯化钾直接合成硝酸钾优于其它方法, 不仅原料硝酸价格低廉, 而且反应过程温度低, 耗能少, 是具有工业化前景的方法.
本文主要研究用硝酸和氯化钾直接法生产硝酸钾, 原料价廉易得, 技术路线可行. 采用溶剂萃取可使硝酸完全利用, 并副产较纯的盐酸. 优化了反应工艺条件, 建立了生产硝酸钾的新方法.
211 原料
1 基本原理
氯化钾和硝酸溶液在温度较低时按下式反应:
(1) KCl +HNO 3→KNO 3+HCl 若反应温度高将有副反应发生:
HNO 3+3HCl →NOCl +Cl 2+2H 2O
(2)
既消耗了原料, 又产生了污染. 反应(1) 被认为是可逆的, 为使反应向右进行, 需将生成物理学盐酸拿走. 根据选取萃取剂的原则, 选择了磷酸三丁脂(TBP ) 作为硝酸的萃取剂, 脱芳烃煤油作为稀释剂.
2 实验数据结果
工业品氯化钾, 杂质(氯化钠、氯化钙、硫酸钾等) 含量应均小于是015%, (杂质高时应进行欲处理) 工业稀硝酸:浓度在40%~70%均可; 磷酸三丁酯(T BP ) :试剂; 煤油, 经浓硫酸处理脱除芳烃. 212 实验记录见表1
表1 实验数据表
KCl :IICl/mol KCl 质量/g
40164015
1∶[1**********]
35151617
52184315
1∶[1**********]-5
46123719
65195512
1∶[1**********]
57174017
抽滤体质量/g 结晶温度/℃
收稿日期:2003-11-11
作者简介:王振山(1946-) , 男, 吉林市人, 吉林化工学院副教授, 主要从事物理化学方面的研究.
2
吉 林 化 工 学 院 学 报2004年
反应前需破碎过筛
.
3 萃取过程
分离出产品硝酸钾后得到的母液中含有过量的硝酸、生成物盐酸和部分钾盐. 回收未反应的硝酸和钾盐, 分离出纯净的盐酸是我们的目标. 这样既可以得到副产品盐酸, 又能使硝酸和钾盐完全利用, 降低了原料消耗.
若能找到一种选择好的萃取剂从母液中直接萃取出盐酸是最好不过的, 但迄今为止还需没有只萃取盐酸不萃取硝酸的萃取剂. 因此在分离出纯度高的盐酸. 本文采用TBP 2进行萃取. 经过三次TBP 2, , , 移走盐酸后的钾盐返回到反应器中.
对载有硝酸的TBP 2煤油用水以萃取, 可以得到含有少量盐酸的稀硝酸, 浓度为5~10%, 这部分稀硝酸返回反应器, 用于溶解粗的氯化钾.
3
图2
反应温度对反应过程的影响
4 实验结果与讨论
(1) 反应部分操作条件的优化, 氯化钾与硝
酸溶液的反应属于固—液非均相反应, 在反应过
程中不断析出硝酸钾晶体. 影响反应的操作因素有氯化钾粒度、硝酸、氯化钾原料配比、硝酸浓度、反应温度、反应时间, 影响产品质量和产量的因素还有结晶温度和结晶时间, 本文拟对以上因素进行优化, 以选择合适的操作条件.
氯化钾与硝酸溶液反应生成硝酸钾这一过程完成的程度, 即氯化钾转化为硝酸的转化率, 可通过测定产品硝酸钾中氯含量(即未转化的氯化钾的量) 而知, 各操作条件对反应的影响程度, 以产品硝酸钾中氯含量的高低表现出来.
氯化钾粒度、硝酸浓度、硝酸与氯化钾的摩尔配比对反应的影响如图1所示, 反应温度的影响如图2所示, 反应时间与结晶时间对过程的影响程度如图3, 结晶温度对产品质量和产量的影响如图4所示.
由图1~4可知:氯化钾粒度对反应影响很大, 随氯化钾粒度的减小, 氯化钾转化率急剧增加, 产品中杂质氯降低幅度很大. 当氯化钾粒度超过160目时, 粒度对过程的影响很小, 因此氯化钾
图3
反应时间和结晶时间对产品质量的影响
图4 结晶温度对产品质量和产量的影响
(2) 硝酸浓度对反应的影响则是随浓度增
大, 产品中杂质氯含量升高, 氯化钾的转化率降低。当硝酸浓度低于40%时, 氯化钾转化率较高。这是因为在其它条件一定时, 浓度越高, 硝酸
第2期王振山, 等:萃取法制取硝酸钾的工艺研究 3
体积越小, 固—液比较大, 不利于固液反应的进行.
(3) 原料摩尔配比严重影响反应的进行, 在低配比下, 产品杂质氯含量很高, 氯化钾转化率低, 这是由反应的可逆性决定, 随硝酸用量增加, 产品杂质氯含量降低, 当原料摩尔比超过114∶1时, 配比对反应的影响很小, 氯化钾转化率较高.
(4) 低温和高温均不利于反应的进行, 温度低, 氯化钾的溶解度小, 分子扩散速度和传质速度小, 反应速度慢, 于反应不利; 温度高, 生成物盐酸与硝酸按反应(2) 进行的副反应加剧, 消耗了部分硝酸, 使原料配比降低, 不利于反应, 另外, 产物污染环境, 且温度愈高, 常温下进行, .
(5) . , 氯化钾和硝. 在所考察的范围内, 反应趋于平衡.
(6) 结晶温度对产品质量影响不大, 但却左右着产品的产量, 随结晶温度的升高, 硝酸钾的产量降低很大, 因此结晶温度低一点好, 但要考虑其它情况如环境温度、制冷成本而定, 结晶时间对产品质量影响不大, 一般取2~4h.
回收硝酸.
(3) 采用此工艺可副产纯度很高的盐酸. (4) 本工艺操作温度为常温、能耗低. (5) 根据实验数据可知配比为1∶114, IINO 3
质量浓度为40%的效果最好, 所以选定此条件为最佳反应条件.
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5 结 论
(1) 氯化钾与硝酸溶液反应制取硝酸钾的适
宜条件为, 氯化钾粒度:通过160目筛; 硝酸与氯
化钾摩尔配比116∶1; 硝酸浓度为35%~40%; 反应温度20~30℃即常温; 结晶时间2~4h ;
(2) 萃取法分离母液中的混合酸, 采取TBP 2煤油作为硝酸的萃取剂, 分离效果较好, 可以完全
Study on the process for preparing KNO 3with extractive method
WAN G Zhen 2shan 1,L IU Hong 2yan 1,HAO Jie 2,WAN G Yu 2xiang 1,SUN Xiu 2yun 1,SUN Da 2zhi 1
(1. Dept. of Pharmacy and Applied Chemistry ,Jilin Institute of Chemical Technology ,Jilin City 132022,China ;2,No. 5Middle School of Jilin Chemical Group Corporation ,Jilin City 132022,China )
Abstract :KNO 3is obtained by the reaction of KCl with HNO 3. The HNO 3and the K 2free HCl solution with rather high concentration are recovered as more as possible. The mother liquor is extracted by an or 2ganic solvent.
K ey w ords :extraction ;extractive agent ; KHO 3