《水鹽體系相圖及其應(yīng)用5》由會員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《水鹽體系相圖及其應(yīng)用5(30頁珍藏版)》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,第五章 四元水鹽體系相圖的應(yīng)用,第一節(jié) 硝酸鉀生產(chǎn)的相圖分析,第二節(jié) 加水法從人造光鹵石制取氯化鉀的相圖分析,第一節(jié) 硝酸鉀生產(chǎn)的相圖分析,一、硝酸鉀生產(chǎn)概述,硝酸鉀(,KNO,3,)是含氮、鉀元素的復(fù)合肥料,主要用于園藝作物。硝酸也用于食品工業(yè)和玻璃工業(yè),還用來制造火藥和煙火。,在自然界中天然硝酸鉀的礦藏量不多。我國古代最早制出硝酸鉀并用于制取火藥。直到目前,廣大農(nóng)村仍從草木灰提取硝酸鉀。,第一節(jié) 硝酸鉀生產(chǎn)的相圖分析,一、硝酸鉀生產(chǎn)概述,在實驗室,制取硝酸鉀一般用硝酸中和氫氧化鉀(鉀堿、苛性鉀)來制取硝
2、酸鉀,即,KOH+HNO,3,=KNO,3,+H,2,O,在工業(yè)生產(chǎn)中,用硝酸中和氫氧化鉀的生產(chǎn)方法很少采用,因為所用的原料,鉀堿(或稱苛性鉀、氫氧化鉀)和硝酸都比較貴重。,目前廣泛采用的是轉(zhuǎn)化法制取硝酸鉀。,此外由氮氧化物和氯化鉀制取硝酸鉀,陽離子交換法制取硝酸鉀。,轉(zhuǎn)化法主要用硝酸鈉(,NaNO,3,)和氯化鉀(,KCl,)的復(fù)分解反應(yīng)來制取:,KCl+NaNO,3,=KNO,3,+NaCl,也可用其它硝酸鹽和氯化鉀、硫酸鉀或碳酸鉀進行復(fù)分解反應(yīng)來制取硝酸鉀,例如:,KCl+NH,4,NO,3,=KNO,3,+NH,4,Cl,第一節(jié) 硝酸鉀生產(chǎn)的相圖分析,二、,K,+,、,Na,+,/Cl
3、,-,、,NO,3,-,+H,2,O,系統(tǒng)相圖,1,恒溫圖,單固相溶解度曲面,面積,ae,1,p,1,e,4,a L,A,KNO,3,的飽和面,面積,be,2,p,1,e,1,b L,B,NaNO,3,的飽和面,面積,ce,3,p,2,p,1,e,2,c L,C,NaCl,的飽和面,面積,de,4,p,2,e,3,d L,D,KCl,的飽和面,圖,5-1 K,+,、,Na,+,/Cl,-,、,NO,3,-,+H,2,O,系統(tǒng)于,100,下的恒溫立體相圖,第一節(jié) 硝酸鉀生產(chǎn)的相圖分析,二、,K,+,、,Na,+,/Cl,-,、,NO,3,-,+H,2,O,系統(tǒng)相圖,1,恒溫圖,兩鹽共飽線,e,1
4、,P,1,L,A+B,KNO,3,和,NaNO,3,的共飽線,e,2,P,1,L,C+B,NaCl,和,NaNO,3,的共飽線,e,3,P,2,L,C+D,NaCl,和,KCl,的共飽線,e,4,P,2,L,A+D,KNO,3,和,KCl,的共飽線,P,1,P,2,L,A+C,KNO,3,和,NaCl,的共飽線,圖,5-1 K,+,、,Na,+,/Cl,-,、,NO,3,-,+H,2,O,系統(tǒng)于,100,下的恒溫立體相圖,第一節(jié) 硝酸鉀生產(chǎn)的相圖分析,二、,K,+,、,Na,+,/Cl,-,、,NO,3,-,+H,2,O,系統(tǒng)相圖,1,恒溫圖,三鹽共飽點,P,1,L,A+B+C,KNO,3,、
5、,NaNO,3,和,NaCl,的共飽點,P,2,LA+D+C NaCl,、,KCl,和,KNO,3,的共飽點,圖,5-1 K,+,、,Na,+,/Cl,-,、,NO,3,-,+H,2,O,系統(tǒng)于,100,下的恒溫立體相圖,第一節(jié) 硝酸鉀生產(chǎn)的相圖分析,二、,K,+,、,Na,+,/Cl,-,、,NO,3,-,+H,2,O,系統(tǒng)相圖,1,恒溫圖,幾何體代表的相區(qū),體積,ce,3,p,2,p,1,e,2,Cc L,C,+C NaCl,結(jié)晶及其飽和溶液的兩相區(qū),體積,de,4,p,2,e,3,dD L,D,+D KCl,結(jié)晶及其飽和溶液的兩相區(qū),體積,ae,1,p,1,e,4,aA L,A,+A K
6、NO,3,結(jié)晶及其飽和溶液的兩相區(qū),體積,be,2,p,1,e,1,bB L,B,+B NaNO,3,結(jié)晶及其飽和溶液的兩相區(qū),圖,5-2,多相區(qū)劃分圖,圖,5-1 K,+,、,Na,+,/Cl,-,、,NO,3,-,+H,2,O,系統(tǒng)于,100,下的恒溫立體相圖,第一節(jié) 硝酸鉀生產(chǎn)的相圖分析,二、,K,+,、,Na,+,/Cl,-,、,NO,3,-,+H,2,O,系統(tǒng)相圖,1,恒溫圖,體積,e,2,p,1,BC L,B+C,+,(,B+C,),NaNO,3,、,NaCl,結(jié)晶及其共飽液的三相區(qū),見圖,5-2,(,b,),此外還有四個三相區(qū)。,圖,5-2,多相區(qū)劃分圖,圖,5-1 K,+,、,
7、Na,+,/Cl,-,、,NO,3,-,+H,2,O,系統(tǒng)于,100,下的恒溫立體相圖,第一節(jié) 硝酸鉀生產(chǎn)的相圖分析,二、,K,+,、,Na,+,/Cl,-,、,NO,3,-,+H,2,O,系統(tǒng)相圖,1,恒溫圖,四面體,P,1,ABC L,A+B+C,+,(,A+B+C,)是,KNO,3,、,NaNO,3,和,NaCl,結(jié)晶及其共飽液的四相區(qū),見圖,5-2,(,C,)。另一個四相區(qū)是體積,P,2,ADC L,A+D+C,+,(,A+D+C,)是,KNO,3,、,KCl,和,NaCl,結(jié)晶及其共飽液的四相區(qū)。,圖,5-2,多相區(qū)劃分圖,圖,5-1 K,+,、,Na,+,/Cl,-,、,NO,3,
8、-,+H,2,O,系統(tǒng)于,100,下的恒溫立體相圖,第一節(jié) 硝酸鉀生產(chǎn)的相圖分析,二、,K,+,、,Na,+,/Cl,-,、,NO,3,-,+H,2,O,系統(tǒng)相圖,2,投影圖,圖,6-3 100,下,K,+,、,Na,+,/Cl,-,、,NO,3,-,+H,2,O,系統(tǒng)相圖,第一節(jié) 硝酸鉀生產(chǎn)的相圖分析,二、,K,+,、,Na,+,/Cl,-,、,NO,3,-,+H,2,O,系統(tǒng)相圖,3,多溫圖,可以看出,在所示的溫度范圍內(nèi),系統(tǒng)的性質(zhì)沒有質(zhì)的變化,只有量的變化,即在,5,100,之間,沒有復(fù)鹽和水合物生成,但各種鹽的溶解度都有較大的改變。在高溫下,NaCl,的相對溶解度最小,低溫下,KNO,
9、3,的相對溶解度最?。▽Υ藘煞N鹽而言)。,圖,6-5 K,+,、,Na,+,/Cl,-,、,NO,3,-,+H,2,O,系統(tǒng)多溫相圖,第一節(jié) 硝酸鉀生產(chǎn)的相圖分析,三、轉(zhuǎn)化法制取硝酸鉀生產(chǎn)的基本方法,第一節(jié) 硝酸鉀生產(chǎn)的相圖分析,三、轉(zhuǎn)化法制取硝酸鉀生產(chǎn)的基本方法,圖,5-6,K,+,、,Na,+,/Cl,-,、,NO,3,-,H,2,O,四元交互系統(tǒng),100,和,5,干鹽圖,1.,根據(jù)(手冊提供的)數(shù)據(jù),繪出,100,及,5,的干鹽相圖,如圖,5-6,:,2.,分析相圖,制定出原則流程,由圖我們可以清楚地看出:,由,5,時的恒溫干鹽圖可知,其,KNO,3,的結(jié)晶區(qū)(即飽和面)很大,而,NaC
10、l,的結(jié)晶區(qū)很小。,相反,由,100,時的恒溫干鹽相圖可知,,NaCl,的結(jié)晶區(qū)很大,而,KNO,3,的結(jié)晶區(qū)(即飽和面)很小,根據(jù)以上兩個特點,我們可以確定制取,KNO,3,的流程。,采取,100,時蒸發(fā)法提取,NaCl,;,采取冷卻法析出,KNO,3,。,三、轉(zhuǎn)化法制取硝酸鉀生產(chǎn)的基本方法,圖,5-6,K,+,、,Na,+,/Cl,-,、,NO,3,-,H,2,O,四元交互系統(tǒng),100,和,5,干鹽圖,(一)、不循環(huán)法流程,1.,等當量(,mol,)點配料:,以等當量(,mol,),KCl,和,NaNO,3,混合物為原始組成,其組成點如圖中的點,a,,組成點,a,恰處于,100,時,NaC
11、l,的結(jié)晶區(qū)中,KCl+NaNO,3,a,;,K,NO,3,NaCl,母液返回系統(tǒng),原料,a,(或,a,),蒸發(fā),過濾,冷卻蒸發(fā),過濾,圖,5-7,三、轉(zhuǎn)化法制取硝酸鉀生產(chǎn)的基本方法,圖,6-6,K,+,、,Na,+,/Cl,-,、,NO,3,-,H,2,O,四元交互系統(tǒng),100,和,5,干鹽圖,(一)、不循環(huán)法流程,2.,蒸發(fā):在,100,時蒸發(fā)此溶液,飽和后有,NaCl,的結(jié)晶析出,液相組成點沿,ab,方向移動,達到,b,時,,KCl,也已飽和,但未析出。濾出,NaCl,得到母液,b,,操作線為,ab,。,NaCl,析出量可由直線,Ab,求出,即 ;,K,NO,3,NaCl,母液返回系統(tǒng),
12、原料,a,(或,a,),蒸發(fā),過濾,冷卻蒸發(fā),過濾,圖,6-7,三、轉(zhuǎn)化法制取硝酸鉀生產(chǎn)的基本方法,圖,6-6,K,+,、,Na,+,/Cl,-,、,NO,3,-,H,2,O,四元交互系統(tǒng),100,和,5,干鹽圖,(一)、不循環(huán)法流程,3.,冷卻鹽析:把母液,b,冷卻到,5,,,b,點落入,KNO,3,結(jié)晶區(qū)。,5,蒸發(fā)此溶液,則液相沿,bP,2,方向移動,到達,P,2,時,,NaCl,、,KCl,同時飽和,但未析出。濾去,KNO,3,得母液,P,2,,過程操作線,bP,2,返回系統(tǒng),配入一定量的原料,NaNO,3,和,KCl,可開始第二個循環(huán),每次循環(huán)該過程的液相點都在,b,、,P,2,間變
13、化。,KNO,3,析出量,M,C,可由直線,CP,2,求出,即,K,NO,3,NaCl,母液返回系統(tǒng),原料,a,(或,a,),蒸發(fā),過濾,冷卻蒸發(fā),過濾,圖,6-7,三、轉(zhuǎn)化法制取硝酸鉀生產(chǎn)的基本方法,圖,6-6,K,+,、,Na,+,/Cl,-,、,NO,3,-,H,2,O,四元交互系統(tǒng),100,和,5,干鹽圖,(一)、不循環(huán)法流程,由圖,我們可以看出采用上述方法,由于,a,、,b,兩點很近,即操作線,ab,、,bP,2,很短,每一次循環(huán)所得產(chǎn)品不多,即產(chǎn)率不高。而母液循環(huán)量大,反復(fù)加熱、冷卻很不經(jīng)濟。所以一般將母液廢棄而不進行循環(huán)操作。這樣就勢必造成原料的損失。,K,NO,3,NaCl,母
14、液返回系統(tǒng),原料,a,(或,a,),蒸發(fā),過濾,冷卻蒸發(fā),過濾,圖,6-7,三、轉(zhuǎn)化法制取硝酸鉀生產(chǎn)的基本方法,圖,6-6,K,+,、,Na,+,/Cl,-,、,NO,3,-,H,2,O,四元交互系統(tǒng),100,和,5,干鹽圖,(二)、循環(huán)法流程,1.a,點配料(非等摩爾點配料):,配料點,a,為對角線,BD,和,AP,2,連線的交點,,KCl,和,NaNO,3,的配料比,由圖中可以清楚地看到,NaNO,3,是過量的,也就是說它是非等當量(,mol,)點配料,,a,點處于,100,時的,NaCl,結(jié)晶區(qū)中,KCl+NaNO,3,a,;,K,NO,3,NaCl,母液返回系統(tǒng),原料,a,(或,a,)
15、,蒸發(fā),過濾,冷卻蒸發(fā),過濾,圖,6-7,三、轉(zhuǎn)化法制取硝酸鉀生產(chǎn)的基本方法,圖,6-6,K,+,、,Na,+,/Cl,-,、,NO,3,-,H,2,O,四元交互系統(tǒng),100,和,5,干鹽圖,(二)、循環(huán)法流程,2.,蒸發(fā)鹽析(,NaCl,):,在,100,時蒸發(fā)溶液,液相組成點由,a,到達,P,2,點時,KCl,、,KNO,3,同時飽和但未析出,,NaCl,析出量可由直線,AaP,2,求出,即,濾去,NaCl,得母液,P,2,,過程操作線,aP,2,。,與不循環(huán)法中該過程相比,從圖中顯見操作線比,ab,長的多,而線段,Aa,與,Aa,相差無幾,因此,與不循環(huán)流程相比較,,NaCl,析出量增多
16、了,而母液量,P,2,相應(yīng)減少了。,K,NO,3,NaCl,母液返回系統(tǒng),原料,a,(或,a,),蒸發(fā),過濾,冷卻蒸發(fā),過濾,圖,6-7,圖,6-6,K,+,、,Na,+,/Cl,-,、,NO,3,-,H,2,O,四元交互系統(tǒng),100,和,5,干鹽圖,(二)、循環(huán)法流程,3.,冷卻鹽析(,KNO,3,):,將母液,P,2,冷卻到,5,,,P,2,點落入,KNO,3,結(jié)晶區(qū),,5,時蒸發(fā)此溶液,液相沿,P,2,d,移動,到達,d,時,,NaCl,也飽和但未析出,,KNO,3,析出量,M,C,可由直線,Cd,求出,即,從圖中可見,操作線,P,2,d,比,P,2,b,長,而,CP,2,又比,Cb,短,故,KNO,3,的產(chǎn)率比不循環(huán)法中的大為增加,濾去,KNO,3,,得母液,d,,過程操作線為,P,2,d,K,NO,3,NaCl,母液返回系統(tǒng),原料,a,(或,a,),蒸發(fā),過濾,冷卻蒸發(fā),過濾,圖,6-7,圖,6-6,K,+,、,Na,+,/Cl,-,、,NO,3,-,H,2,O,四元交互系統(tǒng),100,和,5,干鹽圖,(二)、循環(huán)法流程,母液,d,再加等當量(,mol,)物料(,NaNO,3,