光卤石生产氯化钾结晶动力学研究

光卤石生产氯化钾结晶动力学研究

1氯化钾结晶动力学模型采用msmpr（混合悬浮式混合排水）结晶器，对氯化钾和光刻酸钾的结晶过程进行动态研究，分析了钠和镁离子对氯化钾结晶过程的影响，总结了氯化钾结晶的基本模型。研究了氯化钾结晶过程中生长速率与成核率之间的关系。现在还是采用MSMPR结晶器系统,研究在纯氯化钾及加入光卤石精钾母液后的溶液中,用不同的搅拌速度及不同的桨叶材料对其动力学过程进行实验,研究其结晶过程中不同搅拌速度与成核速率的动力学模型、不同桨叶材料对结晶过程的影响程度,分析氯化钾结晶过程中成核速率与生长速率之间的关系,为在氯化钾的生产过程中采用合理的搅拌速度,获得较高的收率及增大晶体粒度、改进生产方法提供理论依据,也为井、矿盐生产氯化钠的工艺改进提供了一条重要的途径。2实验方法2.1胶凝剂的制备结晶器:为连续流动的混合悬浮混合排料式冷却结晶器,夹套内走冷水。结晶器中设有搅拌装置。饱和器:为外有保温水夹套的玻璃管,筛板上装有氯化钾片,循环液流过时填料层可达饱和。循环槽:为搪瓷桶,浸没式离心泵置于其中。预热器:用蛇管冷却器制成,使溶液温度稳定在饱和温度之上。灭晶器:与预热器相同,使溶液中所含晶粒加热溶解,保证进入结晶器的溶液不含细小晶体。溶晶器:三口圆底烧瓶,电炉加热,温度自控,将混合液中的晶体全部溶解。2.2实验过程由于实验装置中设备较多,所以采用实验流程表示实验装置的组成。实验流程图见图1。2.3处理数据2.3.1精钾母液的含量用试剂氯化钾配制氯化钾纯溶液,从江苏省黄海化工厂取光卤石精钾母液,其含量为KCl:6.67%,NaCl:9.42%,MgCl2:12.75%,MgSO4:4.17%,Br2:2.22%。2.3.2基本动力学关系式的建立(1)生长速率与成核速率动力学模型数据处理筛分数据采用Rosin-Rammler-sperling(RRS)图将粒度与筛上累计百分数关联成一条直线。由此直线求出平均粒度L(μm)与各级重量百分数的关系。再由各级重量百分数和平均粒度按下式计算各级的粒数密度n(粒度/mm·l)n=1016⋅Mt⋅ΔmρKνL3⋅ΔL(1)n=1016⋅Μt⋅ΔmρΚνL3⋅ΔL(1)式中:Mt——悬浮液密度,g/100ml;Δm——各级重量百分数;ρ——晶体的真比重,g/cm3;Kν——体积形状因子;ΔL——各筛级的粒度变化范围,μm。将L与logn进行线性回归,即可由公式求出n0与G:n=n0exp−LG⋅τ(2)n=n0exp-LG⋅τ(2)式中:n0——晶核数密度,晶核数/mm·l;G——晶体生长速度,μm/min;τ——停留时间,min;L——粒度,μm。将不同停留时间(20min、40min、60min)时得到的n0与G值,用logn0作横坐标、logG作纵坐标做图,可回归成一条直线,根据直线的截距和斜率,可确定公式n0=KGi-1(3)式中:K——成核速率的比例常数和(i-1)(i为成核与生长的阶数之比)因为B0=n0G(4)式中:B0——成核速率(晶核数/min·l),故B0=KGi(5)式(5)即为结晶的基本动力学关系式。(2)搅拌速度与成核速率动力学模型确定采用氯化钾结晶的基本动力学模型B0=KGi的形式,作为氯化钾结晶过程中成核速率与搅拌速度的动力学模型,用式子表示为B0=KNi,将模型进行整理:logB0=ilogN+logK,再在不同转速下测得的数据计算出B0值,在直角坐标作图,从图上模拟出的直线来确定模型的准确性,如果模拟的直线误差很小,表示动力学模型准确度较高。3结果与讨论3.1氯化钾结晶动力学模拟(1)40℃饱和氯化钾纯溶液,结晶停留时间20min,桨叶采用不锈钢材质,在不同转速下氯化钾动力学实验,测定结果示于表1。根据表1的数值作出图2,在图2上回归出的直线误差极小,可认为在不同搅拌速度下氯化钾结晶动力学模型基本准确,其模拟的直线方程形式为:y=1.901x+0.089,计算出模型中的K=1.23,i=1.90,那么在不同搅拌速度下氯化钾结晶动力学模型为:B0=1.23N1.9,成核速率与转速的1.9次方成正比。实验表明:搅拌器的转速对二次成核有决定性的影响,转速的增大有利于颗粒的生长,但晶核数也增加。(2)40℃光卤石母液溶液,结晶停留时间20min,桨叶采用不锈钢材质,在不同转速下氯化钾动力学实验,测定结果示于表2。根据表2的数值作出图3,在图3上回归出的直线误差极小,可认为在不同搅拌速度下氯化钾结晶动力学模型基本准确,其模拟的直线方程式为:y=1.152x+1.802,计算出模型中的K=63.39,i=1.15,那么在不同搅拌速度下氯化钾结晶动力学模型为:B0=63.39N1.15,成核速率与转速的1.15次方成正比。实验表明:搅拌器的转速对二次成核有决定性的影响,但在光卤石母液中表现出来的影响小于在纯氯化钾溶液,这可能由于搅拌速度对打碎大的粒子的影响较大而引起的缘故。3.2动力学模型的建立40℃光卤石母液溶液,结晶停留时间20min,桨叶采用不锈钢材质时在(300r/min及450r/min)与桨叶采用橡胶板材质时进行氯化钾动力学实验,测定结果示于表3。根据表3的数值,由氯化钾的动力学模型n0=KGi-1取对数后作出图4,在图4上回归出去条直线误差较小,其中1、2、3条直线分别代表橡胶板、不锈钢(300r/min及450r/min)的实验结果,其晶核密度数与生长速率关系的直线方程形式为:y=0.647x-4.033,y=0.687x-4.346,y=0.758x-5.126,整合成各自的动力学模型B0=KGi,直线1是:B0=1.71×106G2.55,直线2是:B0=2.12×106G2.46,直线3是:B0=5.79×106G2.32,它们的动力学阶数i分别为2.55、2.46、2.32,成核速率的比例常数K分别是1.71×106、2.12×106、5.79×106相差不大。实验表明桨叶材料的不同对二次成核的影响很小,转速的改变影响稍大,采用橡胶板有利于晶核的生长,但转速的增大虽有利于晶体生长,但二次成核数也在增加。4光卤石精钾母液结晶比对(1)通过实验确定了在纯氯化钾溶液和光卤石精钾母液不同转速对氯化钾结晶动力学的影响,其动力学模型分别是B0=1.23N1.9、B0=63.39N1.15。(2)在