عملية مانهايم لكبريتات البوتاسيوم (K₂SO₄) إنتاج

طرق الإنتاج الرئيسية لكبريتات البوتاسيوم

عملية مانهايم is العملية الصناعية لإنتاج K2SO4،تفاعل تحلل بين حمض الكبريتيك بتركيز 98% وكلوريد البوتاسيوم عند درجات حرارة عالية، وينتج عنه حمض الهيدروكلوريك كناتج ثانوي. تتضمن الخطوات المحددة خلط كلوريد البوتاسيوم وحمض الكبريتيك، ثم تفاعلهما عند درجات حرارة عالية لتكوين كبريتات البوتاسيوم وحمض الهيدروكلوريك.

بلورةsفصلتنتج كبريتات البوتاسيوم من خلال تحميص القلويات مثل قشور بذور التونغ ورماد النبات، ثم يتبع ذلكالاستخلاص، الترشيح، التركيز، الفصل بالطرد المركزي والتجفيف للحصول على كبريتات البوتاسيوم.

رد فعلكلوريد البوتاسيوموحمض الكبريتيك في درجات حرارة محددة وبنسبة محددة هي طريقة أخرى للحصول على كبريتات البوتاسيوم.وتتضمن الخطوات المحددة إذابة كلوريد البوتاسيوم في الماء الدافئ، وإضافة حمض الكبريتيك للتفاعل، ثم التبلور عند درجة حرارة تتراوح بين 100 و140 درجة مئوية، يليه الفصل والتحييد والتجفيف لإنتاج كبريتات البوتاسيوم.

مزايا كبريتات البوتاسيوم مانهايم

عملية مينهايم هي الطريقة الرئيسية لإنتاج كبريتات البوتاسيوم في الخارج. تُنتج هذه الطريقة الموثوقة والمتطورة كبريتات بوتاسيوم مركزة ذات قابلية ذوبان عالية في الماء. محلول الحمض الضعيف مناسب للتربة القلوية.

مبادئ الإنتاج

عملية التفاعل:

1. يتم قياس حمض الكبريتيك وكلوريد البوتاسيوم بشكل متناسب ويتم إدخالهما بالتساوي إلى غرفة التفاعل في فرن مانهايم، حيث يتفاعلان لإنتاج كبريتات البوتاسيوم وكلوريد الهيدروجين.

2. يحدث التفاعل في خطوتين:

أ. الخطوة الأولى هي طاردة للحرارة وتحدث عند درجة حرارة أقل.

ii. تتضمن الخطوة الثانية تحويل ثنائي كبريتات البوتاسيوم إلى كبريتات البوتاسيوم، وهي مادة ماصة للحرارة بشدة.

التحكم في درجة الحرارة:

1. يجب أن يحدث التفاعل عند درجات حرارة أعلى من 268 درجة مئوية، مع النطاق الأمثل 500-600 درجة مئوية لضمان الكفاءة دون تحلل مفرط لحمض الكبريتيك.

2. في الإنتاج الفعلي، يتم التحكم في درجة حرارة التفاعل عادةً بين 510-530 درجة مئوية لتحقيق الاستقرار والكفاءة.

استخدام الحرارة:

1. التفاعل ماص للحرارة بدرجة كبيرة، ويتطلب إمدادًا ثابتًا بالحرارة من احتراق الغاز الطبيعي.

2. يتم فقدان حوالي 44% من حرارة الفرن من خلال الجدران، ويتم حمل 40% منها عن طريق غازات العادم، ويتم استغلال 16% فقط للتفاعل الفعلي.

الجوانب الرئيسية لعملية مانهايم

فرنالقطر هو العامل الحاسم في قدرة الإنتاج. أكبر الأفران في العالم يبلغ قطرها 6 أمتار.في نفس الوقت، نظام القيادة الموثوق به هو ضمان رد الفعل المستمر والمستقر.يجب أن تتحمل المواد المقاومة للحرارة درجات الحرارة العالية والأحماض القوية، وأن توفر نقلًا جيدًا للحرارة. كما يجب أن تكون مواد آليات التحريك مقاومة للحرارة والتآكل والتلف.

جودة غاز كلوريد الهيدروجين:

1. إن الحفاظ على فراغ طفيف في غرفة التفاعل يضمن عدم تخفيف الهواء وغازات الدخان لكلوريد الهيدروجين.

2.يمكن تحقيق تركيزات حمض الهيدروكلوريك بنسبة 50% أو أعلى من خلال الختم والتشغيل المناسبين.

مواصفات المواد الخام:

1.كلوريد البوتاسيوم:يجب أن يفي بمتطلبات محددة من الرطوبة وحجم الجسيمات ومحتوى أكسيد البوتاسيوم لتحقيق كفاءة التفاعل المثلى.

2.حمض الكبريتيك:يتطلب تركيز 99% للنقاء والتفاعل المتسق.

التحكم في درجة الحرارة:

1.غرفة التفاعل (510-530 درجة مئوية):ضمان رد الفعل الكامل.

2.غرفة الاحتراق:يوازن مدخلات الغاز الطبيعي لتحقيق احتراق فعال.

3.درجة حرارة غاز الذيل:يتم التحكم بها لمنع انسداد العادم وضمان امتصاص الغاز بشكل فعال.

سير عمل العملية

• رد فعل:يُغذّى كلوريد البوتاسيوم وحمض الكبريتيك باستمرار في حجرة التفاعل. تُفرّغ كبريتات البوتاسيوم الناتجة، وتُبرّد، وتُغربل، وتُحايَد بأكسيد الكالسيوم قبل التعبئة.
• التعامل مع المنتجات الثانوية:
  • يتم تبريد غاز كلوريد الهيدروجين عالي الحرارة وتنقيته من خلال سلسلة من أجهزة التنظيف وأبراج الامتصاص لإنتاج حمض الهيدروكلوريك الصناعي (31-37٪ حمض الهيدروكلوريك).
  • يتم معالجة انبعاثات الغازات الخلفية لتلبية المعايير البيئية.

التحديات والتحسينات

1. فقدان الحرارة:يتم فقدان كمية كبيرة من الحرارة من خلال غازات العادم وجدران الفرن، مما يسلط الضوء على الحاجة إلى تحسين أنظمة استعادة الحرارة.
2. تآكل المعدات:تتم هذه العملية في درجات حرارة عالية وظروف حمضية، مما يؤدي إلى تحديات التآكل والصيانة.
3. استخدام المنتج الثانوي لحمض الهيدروكلوريك:قد يكون سوق حمض الهيدروكلوريك مشبعًا، مما يستلزم البحث عن استخدامات أو طرق بديلة لتقليل إنتاج المنتج الثانوي.

تتضمن عملية إنتاج كبريتات البوتاسيوم في مانهايم نوعين من انبعاثات الغاز المهدرة: عادم الاحتراق من الغاز الطبيعي وغاز كلوريد الهيدروجين الثانوي.

عادم الاحتراق:

تبلغ درجة حرارة غازات الاحتراق الناتجة عادةً حوالي 450 درجة مئوية. تُنقل هذه الحرارة عبر مُسترجع قبل تفريغها. ومع ذلك، حتى بعد تبادل الحرارة، تبقى درجة حرارة غازات العادم عند حوالي 160 درجة مئوية، وتُطلق هذه الحرارة المتبقية في الغلاف الجوي.

المنتج الثانوي: غاز كلوريد الهيدروجين

يخضع غاز كلوريد الهيدروجين لعملية تنقية في برج غسيل بحمض الكبريتيك، ثم امتصاص في جهاز امتصاص بغشاء متساقط، وتنقية في برج تنقية غاز العادم قبل تفريغه. تُنتج هذه العملية حمض هيدروكلوريك بتركيز 31%.، حيث أعلىيمكن أن يؤدي التركيز إلى انبعاثاتليس على مستوىالمعايير وتسبب ظاهرة "سحب الذيل" في العادم.لذلك، في الوقت الحقيقيحمض الهيدروكلوريك قياس التركيز يلعب دورًا مهمًا في الإنتاج.

يمكن اتخاذ التدابير التالية لتحقيق تأثيرات أفضل:

تقليل تركيز الحمض: خفض تركيز الحمض أثناء عملية الامتصاصمعمقياس الكثافة الخطي للمراقبة الدقيقة.

زيادة حجم المياه المتداولة: تعزيز دوران المياه في ممتص الفيلم المتساقط لتحسين كفاءة الامتصاص.

تقليل الحمل على برج تنقية غاز العادم: تحسين العمليات لتقليل العبء على نظام التنقية.

ومن خلال هذه التعديلات والتشغيل السليم بمرور الوقت، يمكن القضاء على ظاهرة السحب الذيلي، مما يضمن أن الانبعاثات تلبي المعايير المطلوبة.