磷酸二氫鉀實驗報告計劃

磷酸二氫鉀實驗報告計劃磷酸二氫鉀實驗報告計劃18/18磷酸二氫鉀實驗報告計劃氯化鉀與85%磷酸制備磷酸二氫鉀實驗報告技術(shù)研發(fā)部熱法磷酸制備磷酸二氫鉀實驗報告1.1實驗?zāi)康囊勒枕椖拷ㄗh書解析，依照現(xiàn)有市場情況采用氫氧化鉀或碳酸鉀與高純酸（85%）中和生產(chǎn)磷酸二氫鉀（MKP）不擁有較高經(jīng)濟效益，必定采用氯化鉀作為生產(chǎn)原料。本實驗研究以三正丁胺（TBA）為萃取劑，利用熱法磷酸與氯化鉀生產(chǎn)磷酸二氫鉀（MKP）的最優(yōu)工藝指標(biāo)及路線。實驗原理萃取法分有機萃取法和無機萃取法兩種，有機萃取法是目前工業(yè)化常用的方法。有機萃取法是將磷酸的凈化過程與磷酸二氫鉀的提取過程結(jié)合為一體。在結(jié)晶法生產(chǎn)磷酸二氫鉀基礎(chǔ)上，依照磷酸二氫鉀在不同樣溶劑中擁有不同樣的溶解度特點，選擇性地使用溶劑將磷酸二氫鉀從混雜物中分別出來。本實驗采用高純酸與氯化鉀作為原料，經(jīng)過增加三正丁胺萃取鹽酸，生產(chǎn)磷酸二氫鉀。經(jīng)過氯化鉀和磷酸反應(yīng)，生成的鹽酸幾乎全部被萃取到有機溶劑中，待分相、分別后，磷酸二氫鉀從水相中結(jié)晶出來，沖洗干燥即得產(chǎn)品磷酸二氫鉀，分別后母液及鹽酸由反萃劑從有機相中反萃出來的萃取劑在工藝過程中循環(huán)使用。反應(yīng)方程式可S·H3PO4+KCl=KH2PO4+S·HCl（S表示萃取劑）三正丁胺作為萃取劑的反應(yīng)詳盡原理以下：磷酸與氯化鉀發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)生產(chǎn)磷酸二氫鉀與HCl混雜溶液，三正丁胺能與HCl反應(yīng)生成可溶性鹽“鹽酸三正丁胺”(R3N·HCl)，其完好溶于水且能使磷酸二氫鉀溶解度銳減，從而結(jié)晶析出，過濾得產(chǎn)品磷酸二氫鉀和濾液。其反應(yīng)式以下：R3N+HCl+KH2PO4→R3N·HCl+KH2PO4↓濾液中主要含有鹽酸三正丁胺，其與氨發(fā)生反應(yīng)：R3N·HCl+NH3→R3N+NH4Cl反應(yīng)產(chǎn)物三正丁胺為有機溶劑不溶于水，氯化銨完好溶解于水，故反應(yīng)后溶液分層，從而實現(xiàn)萃取劑的回收。經(jīng)過實驗原理解析能夠確定實驗進(jìn)行的方向：提高P2O5及K2O收率，降低胺耗費。實驗過程歸納1.3.1實驗器材燒杯（1000ml×4）,量筒(100ml×2、500ml×1),稱量天平(精度0.02g)，分液漏斗（500ml×4），攪拌器（轉(zhuǎn)速0～1400、槳葉半徑30mm），抽濾機，離心計，玻璃棒。1.3.2實驗原料磷酸（熱法酸，P2O5質(zhì)量分?jǐn)?shù)%比重）；氯化鉀（解析純，質(zhì)量分?jǐn)?shù)：%；工業(yè)級，質(zhì)量分?jǐn)?shù)：95%）；三正丁胺TBA（解析純，質(zhì)量分?jǐn)?shù)：99%比重：～）；氨水（解析純，質(zhì)量分?jǐn)?shù)：25%-28%比重）。無水乙醇（解析純，質(zhì)量分?jǐn)?shù)：98%）1.3.3實驗步驟（方框圖）熱法磷酸

三正丁胺攪拌

原料液

攪拌

過濾氯化鉀成品80℃烘干沖洗MKP晶體洗液三正丁上層靜置攪拌三正丁胺絡(luò)胺合HCl溶液基層氯化銨蒸餾氯化銨氨水固體溶液如采用工業(yè)級氯化鉀必定增加過濾單元操作1.3.4實驗過程稱取100g高純酸，加熱至60℃，在攪拌條件下，向其中加入氯化鉀固體65g以及60℃的蒸餾水150mL。連續(xù)緩慢加熱保持溫度，直至固體氯化鉀完好溶解，制成原料溶液。向原料溶液中加入210mL三正丁胺，攪拌反應(yīng)1h直至反應(yīng)上層溶液澄清且中間層消失。冷卻至室溫后過濾。將所得磷酸二氫鉀晶體醇洗兩次后，在60℃條件下烘干，即獲取磷酸二氫鉀成品；向濾液中加入125mL氨水，緩慢攪拌15min,靜置分液，上層有機相為三正丁胺，基層則NH4Cl溶液。（未特別注明產(chǎn)品采用醇洗）磷酸二氫鉀產(chǎn)品圖以下：產(chǎn)品照片實驗數(shù)據(jù)解析經(jīng)過研究實驗（各指標(biāo)均為理論值100%）解析，發(fā)現(xiàn)反應(yīng)初始溫度影響反應(yīng)速率以及TBA的耗費率；水含量及三正丁胺影響P2O5及K2O收率；由于此反應(yīng)缺少有效晶體生長過程，攪拌成為影響晶體大小的要點因素；所得晶體為直接從有機相分別，從降低胺耗費角度，如何沖洗也是要點。1.4.1沖洗本項目磷酸二氫鉀產(chǎn)品為直接從鹽酸三正丁胺中過濾獲取，產(chǎn)品表面附著有少量有機溶劑，若是直接進(jìn)行干燥不但造成三正丁胺的損失而且所得產(chǎn)品帶有少量異味，因此必定將產(chǎn)品進(jìn)行沖洗。沖洗是要點工段，沖洗收效直接影響產(chǎn)質(zhì)量量和外觀。本實驗分別對三種沖洗劑方法：水洗，磷酸二氫鉀飽和溶液洗，醇洗進(jìn)行了研究。實驗比較表以下項目優(yōu)點缺點MKP易溶于水，常溫沖洗劑方便易得，所下溶解度為：水洗得沖洗廢液可循環(huán)使水，水洗用時MKP耗費率高達(dá)%，且沖洗收效不牢固。必定配置磷酸二氫鉀沖洗廢液可循環(huán)使飽和溶液，引入大量磷酸二氫鉀飽和溶液的水，水的引入將降用，不會造成產(chǎn)品損洗失低產(chǎn)品收率，并加大后期氯化銨辦理難度。沖洗劑方便易得，不會造成產(chǎn)品損失，產(chǎn)采用醇洗增加了工藝醇洗品外觀晶瑩剔透，而路線，必定增加小型且產(chǎn)品易于烘干，洗蒸餾設(shè)備回收乙醇，滌廢液也能夠經(jīng)過蒸且乙醇易燃易爆。餾方式回收利用。經(jīng)過三種沖洗方法比較，實驗室認(rèn)為采用醇洗和飽和溶液洗均能夠?qū)崿F(xiàn)最正確沖洗，醇洗利用了有機化工中“相似相溶”原理，沖洗收效理想而且醇還擁有沖刷晶體表面的收效，產(chǎn)品中大部分雜質(zhì)離子是附著于晶體表面。飽和溶液沖洗能夠縮短操作流程，工藝路線無廢水產(chǎn)生，且沖洗后的飽和溶液能夠作為溶解氯化鉀溶劑。本項目影響產(chǎn)質(zhì)量量主若是Cl-，下表為產(chǎn)品中氯離子比較表，從中能夠明顯發(fā)現(xiàn)氯離子含量直接受沖洗單元影響。產(chǎn)品中氯離子比較表項目

氯離子含量（

%）水洗醇洗一醇洗二醇洗三飽和溶液沖洗一飽和溶液沖洗二標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定注：此表非完好比較表僅做參照。1.4.2飽和溶液沖洗一、乙醇及飽和磷酸二氫鉀(常溫下)沖洗能力測試以溶解三正丁胺鹽酸鹽能力判斷：每50ml三正丁胺鹽酸鹽耗資75ml磷酸二氫鉀飽和溶液；每50ml三正丁胺鹽酸鹽耗資乙醇135ml。以重復(fù)沖洗所得產(chǎn)質(zhì)量量判斷：乙醇溶液進(jìn)行重復(fù)沖洗（第二次）時，產(chǎn)品沖洗不完好，能夠判斷飽和溶液較好。二、實驗測定采用飽和磷酸二氫鉀溶液對產(chǎn)品進(jìn)行沖洗。每110g產(chǎn)品使用100ml磷酸二氫鉀飽和溶液分兩次進(jìn)行浸泡沖洗。1、使用磷酸二氫鉀溶液沖洗，會增加產(chǎn)量，以100g高純磷酸產(chǎn)量為計，產(chǎn)量為116g，多出6g。2、沖洗液所實用于溶解氯化鉀。沖洗液125g，磷酸100g，氯化鉀65g，其中溶解過程中需要用水量為120ml。以過分理論值10%加入三正丁胺的量，反應(yīng)不充分。3、完好使用飽和磷酸二氫鉀溶解氯化鉀。需200g飽和磷酸二氫鉀溶液才能滿足條件，且額外加水70ml，以過分10%條件加入三正丁胺，反應(yīng)不充分。4、以部分飽和溶液溶解氯化鉀反應(yīng)。由于每批次產(chǎn)品需要100ml磷酸二氫鉀溶液沖洗，以部分沖洗液溶解氯化鉀，部分沖洗液連續(xù)循環(huán)沖洗的方式進(jìn)行，詳盡以下：磷酸100g，氯化鉀65g，25℃條件下62.55g飽和磷酸二氫鉀溶液。在70℃條件下加入水165ml，以過分理論值5%的量加入三正丁胺（206ml）。該條件下能夠完好反應(yīng)。綜上：實驗條件為，沖洗液一半進(jìn)入循環(huán)沖洗系統(tǒng)，一半進(jìn)入反應(yīng)系統(tǒng)溶解氯化鉀。其用水量增加理論值10%，溶解溫度為70℃，當(dāng)比重在時反應(yīng)則完好進(jìn)行。1.4.3溫度本實驗中所講反應(yīng)溫度為三正丁胺萃取鹽酸反應(yīng)溫度，反應(yīng)溫度主要對兩個方面產(chǎn)生影響一、反應(yīng)速率，反應(yīng)溫度越高，本反應(yīng)達(dá)到反應(yīng)終點所用時間越短，即反應(yīng)速度越快，下表為反應(yīng)時間隨反應(yīng)溫度變化曲線，能夠發(fā)現(xiàn)反應(yīng)溫度為22℃反應(yīng)完好需要60min，反應(yīng)溫度為70℃時反應(yīng)時間只需要30min。反應(yīng)時間隨反應(yīng)溫度變化數(shù)據(jù)表反應(yīng)溫度℃反應(yīng)時間min2260304550387030二、TBA耗費，TBA耗費主要為反應(yīng)初期揮發(fā)，且溫度越高揮發(fā)量越大，在無胺回收裝置的情況下，反應(yīng)溫50℃時，三正丁胺耗費為%；反應(yīng)溫70℃時，三正丁胺損失率則達(dá)到%。胺耗費隨反應(yīng)溫度變化數(shù)據(jù)表反應(yīng)溫度℃胺耗費22%30%50%70%注：依照先期研究實驗確定胺用量為210ml，胺耗費%即為，折算到產(chǎn)品即為·磷酸二氫鉀，此處詳盡實驗數(shù)據(jù)不做負(fù)擔(dān)。上表為胺耗費隨反應(yīng)溫度變化曲線，從中能夠發(fā)現(xiàn)在選擇較低的反應(yīng)溫度是降低胺耗費的主要條件。經(jīng)過對反應(yīng)溫度的解析，實驗獲取看似完好相反的結(jié)論，實則不然，經(jīng)過對實驗數(shù)據(jù)解析，綜合各種因素，我們獲取一重要結(jié)論：反應(yīng)溫度直接決定著反應(yīng)進(jìn)行的快慢，胺的耗費是由反應(yīng)溫度決定的，胺的耗費主若是物理揮發(fā)而非化學(xué)耗費（結(jié)合后續(xù)實驗并未發(fā)現(xiàn)胺），也就是若是設(shè)置胺回收裝置便能夠在較高溫度下進(jìn)行快速反應(yīng)，胺的耗費也將極大降低，但是此時需要反應(yīng)的胺過分。1.4.4水用量水用量是整個反應(yīng)要點影響因素。反應(yīng)過程中帶入水主要由三部分構(gòu)成：①高純酸；②溶解氯化鉀；③氨水。影響反應(yīng)過程的主若是①②部分水。先期試驗是將氯化鉀配制成飽和溶液加入到高純酸中反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)品收率基本保持在88%～89%，后采用將氯化鉀加入高純酸中緩慢滴加蒸餾水直至氯化鉀完好溶解，測定產(chǎn)品收率為92%～94%。胺與鹽酸生成鹽酸三正丁胺油狀物，此油狀物又與水結(jié)合生成以氫鍵為載體的“油包水狀化合物”從而使游離態(tài)的水急劇減少，這就是鹽酸三正丁胺促使磷酸二氫鉀溶解性降低的原因，也能夠講解用水量是影響反應(yīng)收率的因素。1.4.5胺用量三正丁胺的用量是決定磷酸二氫鉀收率的要點因素，且該用量存在極值，在過分理論值5%-7%時擁有最高收率，低于理論值或是高出10%時P2O5及K2O的收率均下降。胺用量與產(chǎn)品收率關(guān)系數(shù)據(jù)表胺用量產(chǎn)品收率73%84%96%%%綜合反應(yīng)溫度對胺耗費的影響，若是存在胺回收裝置，胺用量應(yīng)該為理論量的10%.1.4.6氯化鉀用量氯化鉀用量是相對于高純酸而言，實驗分別對5組不同樣過分系數(shù)：、、、、下產(chǎn)品收率進(jìn)行解析，假定氯化鉀與磷酸等摩爾比為基數(shù)1。氯化鉀過分系數(shù)與產(chǎn)品收率數(shù)據(jù)表氯化鉀過分系數(shù)產(chǎn)品收率79%87%95%%%1.4.6攪拌解析攪拌條件是該實驗成功的重要因素之一，它對反應(yīng)程度，晶體大小及形狀都有很大的影響。由于實驗條件限制，反應(yīng)過程中需要調(diào)整攪拌槳的高度，以期保證能完好反應(yīng)和磷酸二氫鉀晶漿能全部結(jié)晶。同時控制攪拌速率，以防范由于攪拌速率過慢以致晶體聚積結(jié)塊，或是由于攪拌速率過高，影響結(jié)晶速率延長反應(yīng)時間以及影響晶體的形狀與大小，但由于條件有限，目前暫不能夠得出詳盡數(shù)據(jù)。氯化銨實驗1.5.1實驗原理氯化銨的生產(chǎn)方法有冷凍法和蒸發(fā)法，而從廢水中回收氯化銨目前國內(nèi)平時采用的是蒸發(fā)法工藝。蒸發(fā)法是直接將母液蒸發(fā)濃縮，利用溶液中不同樣物質(zhì)隨溫度變化關(guān)系不同樣而分步析出，從而達(dá)到分其他目的。過程簡單易操作，因此，本實驗采用直接蒸餾法。1.5.2實驗過程歸納量取350ml的氯化銨溶液（比重），直接放入1000ml的三口燒瓶進(jìn)行真空蒸餾。待氯化銨溶液濃縮溫度達(dá)到約116℃，比重時，停止加熱。冷卻結(jié)晶至30℃過濾，在40℃下干燥，得氯化銨晶體，稱重，送樣解析。圖為氯化銨產(chǎn)品外觀：1.5.3實驗數(shù)據(jù)解析原始氯化銨溶液解析數(shù)據(jù)表項目NClP252OKO含量%氯化銨產(chǎn)品解析結(jié)果表項目NClP2522OKOHO含量%經(jīng)過以上解析，原始氯化銨溶液含ωN%為%，ωCl%為%，以N為基準(zhǔn)計算理論氯化銨晶體為m=V×ρ×ωN%×MNH4Cl/MN；對氯化銨產(chǎn)品解析，獲取氯化銨，其中含P2O53.33g，K2，回收率=實質(zhì)產(chǎn)量/理論產(chǎn)量××100%=%。產(chǎn)品解析一、產(chǎn)品執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)HG2321-90工業(yè)級農(nóng)業(yè)級項目一等品合格品一等品合格品磷酸二氫鉀（以干基計）%≧水分%≦PH值%≦——水不溶物含量%≦氯化物含量（Cl）%≦—鐵（Fe）含量%≦—砷（As）含量%≦—重金屬（以Pb計）含量%≦氧化鉀（K2O干基）含量%≧依照實驗流程進(jìn)行實驗所得產(chǎn)質(zhì)量量解析，能夠獲取實驗室產(chǎn)品各項指標(biāo)均優(yōu)于工業(yè)一等品。產(chǎn)質(zhì)量量比較表樣品名稱P2O5（%）K2O（%）Cl-水分純MKP——樣品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定（工業(yè)級≥≥≤≤一等品）二、產(chǎn)品粒徑解析收集必然產(chǎn)品，從中取樣107.4g進(jìn)行篩分，結(jié)果以下產(chǎn)品粒度分布粒度質(zhì)量g百分比%≥20目40目～20目≤40目經(jīng)過解析能夠獲取產(chǎn)品粒徑主要分布在40目～20目，大于40目產(chǎn)品所占比重%。實驗經(jīng)濟解析產(chǎn)品耗資表項目名稱單耗t/t單價/元耗資/元95%氯化鉀3000-181885%高純酸5000-4450液氨4000-520三正丁胺18000-360磷酸二氫鉀18000+8000氯化銨1300+536工業(yè)乙醇3200-32總計1356注：經(jīng)過對實驗過程解析，由于溫度是使三正丁胺揮發(fā)的主要原因，能夠經(jīng)過控制條件將胺耗費近一步降低結(jié)論（1）能夠經(jīng)過氯化鉀與高純酸在三正丁胺作為萃取劑條件下進(jìn)行反應(yīng)制備磷酸二氫鉀，產(chǎn)品能夠滿足國家一等品標(biāo)準(zhǔn)。（2）此工藝未涉及高溫高壓設(shè)