一种制备硫酸钾晶体的新型萃取结晶方法、流化装置及其应用制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种制备硫酸钾晶体的新型萃取结晶方法、流化装置及其应用，采用流化方法代替搅拌产生推动力使晶体在晶种表面生长，让环境更加均匀、稳定，使得晶体的各个晶面在过饱和溶液中得到均匀的溶质供应，溶液相连续不断地流动，使床内溶液的过饱和度基本维持不变，使得到的晶体晶形较好，质量较高。本发明专利技术设计的耦合萃取结晶的流化床分级结晶工艺生产装置，晶体在流化结晶器中晶体与晶体之间、晶体与器壁之间的接触几率也大大减少，从而可以有效地减少二次成核，得到较大尺寸的晶体。该装置的应用极大地简便了生产过程，使操作连贯方便，除了定期清除结晶器中的少量废渣，并无三废排放，工艺流程极为环保。

【技术实现步骤摘要】
一种制备硫酸钾晶体的新型萃取结晶方法、流化装置及其应用
本专利技术涉及无机材料
，具体涉及一种制备硫酸钾晶体的新型萃取结晶方法、流化装置及其应用。
技术介绍
硫酸钾相对分子量为174，通常情况下为无色或者白色的六方形、斜方晶系结晶或者白色颗粒状粉末；化学性质不活泼，在空气中稳定；熔点为1069℃，密度为2.66g·cm-3。常温下，水溶液呈中性，pH约为7；1g硫酸钾溶于8.3mL水、4mL沸水、75mL甘油，但不溶于乙醇。硫酸钾在化工产品及原料中都比较常见，在农业、工业、医药等各个行业领域都存在广泛应用。作为一种钾含量(以K2O计)约为50％，硫含量约为18％，主要适用于各种忌氯作物的种植业中。在工业生产以及相关医药行业中也有着广泛的用途，硫酸钾在玻璃工业中可以用作沉清剂，染料工业中可以用作中间体、香料业中可以用作助剂，还能够用来制造各种钾盐如碳酸钾、过硫酸钾等。硫酸钾在医药行业中可以作为原料生产一些药物比如缓泻剂，甚至还可以用作生化检验。硫酸钾结晶是钾盐工业中非常关键的环节。因为无论是以矿石为原料或者是以卤水为原料，硫酸钾结晶过程都是承前启后的一个关键步骤。在硫酸钾的结晶工艺中最为常见的便是反应结晶，而在反应结晶中最为广泛使用的便是萃取结晶。这种新型结晶工艺是将传统的缔置法工艺与现如今所研究的结晶转化理论结合起来，巧妙地运用了两种工艺操作特点。采用氯化钾与浓硫酸为原料，在一定的反应条件下，将二者放置在萃取结晶器中并加以萃取剂进行搅拌从而充分接触。在搅拌推动力的影响下，会促使硫酸钾晶体不断从混合溶液中析出。然而，现如今绝大多数萃取结晶方式均为搅拌结晶，此体系由于存在搅拌桨和晶体之间的碰撞力，会对最终产品粒度造成一定影响，从而导致得到的硫酸钾晶体的粒度过小，晶体形貌不规则。而在工业生产中，除了对硫酸钾纯度有严格的要求，对硫酸钾晶体的粒度和形貌也有很高的要求，通过加入硬化剂、涂层剂、表面活性剂或粘接剂等使硫酸钾颗粒变大，但这些方法能耗高、损失大、加工场所扬尘污染严重。因此，如何低能耗获得晶体颗粒较大、晶形较好的硫酸钾晶体是本领域技术人员有待解决的技术问题。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述不足，本专利技术的目的在于提供一种制备硫酸钾晶体的新型萃取结晶方法，避免晶体之间的碰撞和破碎、发生二次成核而产生大量细晶、产品晶体粒度过小、晶体形貌不规则的问题。进一步，本专利技术还提供实现所述方法的耦合萃取结晶的流化床分级结晶装置，消除了搅拌作用对晶体粒度产生的影响装置。进一步，本专利技术还提供一种所述制备硫酸钾晶体装置的应用方法。实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种制备硫酸钾晶体的新型萃取结晶方法，包括如下步骤：混合溶解：将浓硫酸与氧化钾混合按比例混合、溶解得到混合溶液；萃取：采用萃取剂对所述混合溶液进行萃取，常温下，用萃取剂将溶液中的氯化氢萃取出来；循环分相：将混合溶液和萃取剂分别进行循环，使硫酸钾晶体在循环过程中不断结晶析出；过滤干燥后结晶：对循环分相后的溶液进行抽滤，将抽滤后的晶体烘干，得到硫酸钾晶体。优选地，所述浓硫酸与氯化钾的比例按摩尔浓度比为1：1～4。优选地，所述萃取剂包括三辛胺、磷酸三丁酯、辛醇，其中，三辛胺、三辛酯和辛醇的质量分数比为5:3:2。优选地，向循环中的混合溶液中加入硫酸钾晶种，所述硫酸钾晶种的粒径为40～50目，晶种加入量为5～10g/L。优选地，所述萃取中还包括对含有氯化氢萃取剂的反萃取，在稀氨水条件下反萃取，并静止分相后上层反馈到萃取液，下层获取副产物氯化铵。一种制备硫酸钾晶体的流化装置，包括水相槽、油相槽、缓冲槽、分相槽和结晶器；所述水相槽与水相循环泵的进水端相连，水相循环泵的出水端与结晶器的底部相连；油相槽与油相循环泵的进水端相连，油相循环泵的出水端与结晶器的底部相连；结晶器的上部通过管道与缓冲槽相连，缓冲槽通过管道与分相槽相连；分相槽的上部通过管道与油相槽相连，分相槽的底部通过管道与水相槽相连；水相槽和油相槽的底部均设有加热装置。优选地，所述结晶器呈漏斗状，且结晶器下段包括多段直径不同的混合段，结晶器出口的直径至少是其进口直径的两倍，分相槽出口的直径至少是其进口直径的两倍。结晶器出口以及分相槽出口尺寸较大，有利于高流速下混合溶液的及时流动，避免出现停滞现象。优选地，所述分相槽内设有一导流筒，导流筒的筒身上开设有若干个导流孔。制备硫酸钾晶体的流化装置的应用，如本专利技术所述制备硫酸钾晶体的流化装置通过本专利技术所述制备硫酸钾晶体的新型萃取结晶方法制备硫酸钾晶体，包括如下步骤：S1：将硫酸钾饱和溶液作为母液加入水相槽中，启动水相循环泵和水浴锅进行水相循环，并对水相槽进行加热，直至温度恒定；S2：当分相槽中的温度达到45℃后，将萃取剂加入分相槽中，直至油相液面上升至能够自动流入油相槽，启动油相循环泵，开始油相循环，直至稳定；S3：观察分相槽中水油两相是否明显分层并且分层界面是否稳定；S4：分相稳定后，另取重新配置的硫酸钾母液，加入浓硫酸和氯化钾，搅拌混合均匀至固体全部溶解，得到混合料液，并将混合料液缓慢加入水相槽中；S5：向水相槽中加入一定量的硫酸钾作为晶种，观察结晶器中晶体结晶过程；S6：每隔一段时间测定结晶器上段混合液的pH值，并观察结晶器内晶体的流化状态，以及流化床结晶器内，分相槽中的分相情况，待原料与萃取剂滴加完毕后，保持混合液pH稳定并最终到达4.5时停止循环系统运行，从结晶器中取出结晶颗粒，并用干净母液进行洗涤去除晶体上粘附的萃取剂；S7：将含有母液的晶体过滤并收集结晶颗粒，烘干后进行筛分，对晶体进行存相观察。优选地，所述步骤S4中，通过蠕动泵将混合料液加入水相槽中，蠕动泵的速率为5～10mL·min-1。相比现有技术，本专利技术具有如下有益效果：1、采用流化方法代替搅拌产生推动力使晶体在晶种表面生长，让环境更加均匀、稳定，使得晶体的各个晶面在过饱和溶液中得到均匀的溶质供应，溶液相连续不断地流动，使床内溶液的过饱和度基本维持不变，晶体基本上以一个恒定的速度生长，使得到的晶体晶形较好，质量较高。2、本专利技术设计的耦合萃取结晶的流化床分级结晶工艺生产装置，由于没有搅拌装置，晶体在流化结晶器中没有晶体与搅拌桨之间的接触，晶体与晶体之间、晶体与器壁之间的接触几率也大大减少，从而可以有效地减少二次成核，得到较大尺寸的晶体；并且本专利技术所述流化装置提供一个流化状态下的循环过程，基本实现闭路循环，萃取以及结晶过程在一个连续的条件下发生，极大地简便了生产过程，使操作连贯方便，除了定期清除结晶器中的少量废渣，并无三废排放，工艺流程极为环保。3、本专利技术所述硫化装置在结晶器的下段设置多段直径不同的混合段，让萃取剂和水相能够充分混合反应，使萃取效果得到进一步改善；缓冲槽延长停留时间，改善水油两相的分相效果，保证整个工艺流程顺利进行；结晶器出口以及分相槽出口尺寸较大，有利于高流速下混合溶液的及时本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备硫酸钾晶体的新型萃取结晶方法，其特征在于，包括如下步骤：/n混合溶解：将浓硫酸与氧化钾混合按比例混合、溶解得到混合溶液；/n萃取：采用萃取剂对所述混合溶液进行萃取，常温下，用萃取剂将溶液中的氯化氢萃取出来；/n循环分相：将混合溶液和萃取剂分别进行循环，使硫酸钾晶体在循环过程中不断结晶析出；/n过滤干燥后结晶：对循环分相后的溶液进行抽滤，将抽滤后的晶体烘干，得到硫酸钾晶体。/n

【技术特征摘要】
1.一种制备硫酸钾晶体的新型萃取结晶方法，其特征在于，包括如下步骤：
混合溶解：将浓硫酸与氧化钾混合按比例混合、溶解得到混合溶液；
萃取：采用萃取剂对所述混合溶液进行萃取，常温下，用萃取剂将溶液中的氯化氢萃取出来；
循环分相：将混合溶液和萃取剂分别进行循环，使硫酸钾晶体在循环过程中不断结晶析出；
过滤干燥后结晶：对循环分相后的溶液进行抽滤，将抽滤后的晶体烘干，得到硫酸钾晶体。


2.根据权利要求1所述制备硫酸钾晶体的新型萃取结晶方法，其特征在于，所述浓硫酸与氯化钾的比例按摩尔浓度比为1：1～4。


3.根据权利要求1所述制备硫酸钾晶体的新型萃取结晶方法，其特征在于，所述萃取剂包括三辛胺、磷酸三丁酯、辛醇，其中，三辛胺、三辛酯和辛醇的质量分数比为5:3:2。


4.根据权利要求1所述制备硫酸钾晶体的新型萃取结晶方法，其特征在于，向循环中的混合溶液中加入硫酸钾晶种，所述硫酸钾晶种的粒径为40～50目，晶种加入量为5～10g/L。


5.根据权利要求1所述制备硫酸钾晶体的新型萃取结晶方法，其特征在于，所述萃取中还包括对含有氯化氢萃取剂的反萃取，在稀氨水条件下反萃取，并静止分相后上层反馈到萃取液，下层获取副产物氯化铵。


6.一种制备硫酸钾晶体的流化装置，其特征在于，包括水相槽、油相槽、缓冲槽、分相槽和结晶器；所述水相槽与水相循环泵的进水端相连，水相循环泵的出水端与结晶器的底部相连；油相槽与油相循环泵的进水端相连，油相循环泵的出水端与结晶器的底部相连；结晶器的上部通过管道与缓冲槽相连，缓冲槽通过管道与分相槽相连；分相槽的上部通过管道与油相槽相连，分相槽的底部通过管道与水相槽相连；水相槽和油相槽的底部均设有加热装置。


7.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑丹，魏敏，王灿灿，贾琳，刘小宇，胡晓敏，陈奇，袁金平，
申请(专利权)人：四川轻化工大学，
类型：发明
国别省市：四川;51