Proses Mannheim untuk Kalium Sulfat (K₂SO₄) Produksi

Metode Produksi Utama Kalium Sulfat

Proses Mannheim is proses industri untuk produksi K2SO4,reaksi dekomposisi antara 98% asam sulfat dan kalium klorida pada suhu tinggi dengan produk sampingan asam klorida. Langkah-langkah spesifiknya meliputi pencampuran kalium klorida dan asam sulfat dan reaksinya pada suhu tinggi untuk membentuk kalium sulfat dan asam klorida.

Kristalisasispemisahanmenghasilkan kalium sulfat melalui pemanggangan alkali seperti kulit biji tung dan abu tanaman, kemudian diikuti olehpelindian, penyaringan, pemekatan, pemisahan sentrifugal dan pengeringan untuk mendapatkan kalium sulfat.

Reaksi dariKalium KloridaDanAsam sulfat pada suhu tertentu dalam rasio tertentu adalah metode lain untuk mendapatkan kalium sulfat.Langkah-langkah spesifiknya meliputi melarutkan kalium klorida dalam air hangat, menambahkan asam sulfat untuk reaksinya, dan kemudian mengkristalkan pada suhu 100–140°C, diikuti dengan pemisahan, netralisasi, dan pengeringan untuk menghasilkan kalium sulfat.

Keunggulan Kalium Sulfat Mannheim

Proses Mennheim merupakan metode utama produksi kalium sulfat di luar negeri. Metode yang andal dan canggih ini menghasilkan kalium sulfat pekat dengan kelarutan air yang unggul. Larutan asam lemah cocok untuk tanah alkali.

Prinsip Produksi

Proses Reaksi:

1. Asam sulfat dan kalium klorida diukur secara proporsional dan dimasukkan secara merata ke dalam ruang reaksi tungku Mannheim, tempat mereka bereaksi menghasilkan kalium sulfat dan hidrogen klorida.

2. Reaksi terjadi dalam dua langkah:

i. Langkah pertama bersifat eksotermik dan terjadi pada suhu yang lebih rendah.

ii. Langkah kedua melibatkan konversi kalium bisulfat menjadi kalium sulfat, yang bersifat sangat endotermik.

Kontrol Suhu:

1. Reaksi harus terjadi pada suhu di atas 268°C, dengan kisaran optimal 500-600°C untuk memastikan efisiensi tanpa dekomposisi asam sulfat yang berlebihan.

2. Dalam produksi aktual, suhu reaksi biasanya dikontrol antara 510-530°C untuk stabilitas dan efisiensi.

Pemanfaatan Panas:

1. Reaksinya sangat endotermik, membutuhkan pasokan panas yang konsisten dari pembakaran gas alam.

2. Sekitar 44% panas tungku hilang melalui dinding, 40% terbawa oleh gas buang, dan hanya 16% yang digunakan untuk reaksi sebenarnya.

Aspek Utama Proses Mannheim

Perapiandiameter merupakan faktor penentu kapasitas produksi. Tungku terbesar di dunia memiliki diameter 6 meter.Pada saat yang sama, sistem penggerak yang andal adalah jaminan reaksi yang berkelanjutan dan stabil.Bahan tahan api harus tahan terhadap suhu tinggi, asam kuat, dan memberikan perpindahan panas yang baik. Bahan untuk mekanisme pengadukan harus tahan terhadap panas, korosi, dan keausan.

Kualitas Gas Hidrogen Klorida:

1.Menjaga sedikit vakum dalam ruang reaksi memastikan bahwa udara dan gas buang tidak mengencerkan hidrogen klorida.

2. Penyegelan dan pengoperasian yang tepat dapat mencapai konsentrasi HCl 50% atau lebih tinggi.

Spesifikasi Bahan Baku:

1.Kalium Klorida:Harus memenuhi persyaratan kelembaban, ukuran partikel, dan kandungan kalium oksida tertentu untuk efisiensi reaksi yang optimal.

2.Asam sulfat:Membutuhkan konsentrasi 99% untuk kemurnian dan reaksi yang konsisten.

Kontrol Suhu:

1.Ruang Reaksi (510-530°C):Memastikan reaksi lengkap.

2.Ruang pembakaran:Menyeimbangkan masukan gas alam untuk pembakaran yang efisien.

3.Suhu Gas Ekor:Dikendalikan untuk mencegah penyumbatan pembuangan dan memastikan penyerapan gas yang efektif.

Alur Kerja Proses

• Reaksi:Kalium klorida dan asam sulfat terus menerus dimasukkan ke dalam ruang reaksi. Kalium sulfat yang dihasilkan dibuang, didinginkan, disaring, dan dinetralkan dengan kalsium oksida sebelum dikemas.
• Penanganan Produk Sampingan:
  • Gas hidrogen klorida suhu tinggi didinginkan dan dimurnikan melalui serangkaian scrubber dan menara penyerapan untuk menghasilkan asam klorida tingkat industri (31-37% HCl).
  • Emisi gas buangan diolah untuk memenuhi standar lingkungan.

Tantangan dan Perbaikan

1. Kehilangan Panas:Panas yang signifikan hilang melalui gas buang dan dinding tungku, menyoroti perlunya peningkatan sistem pemulihan panas.
2. Korosi Peralatan:Proses ini beroperasi pada suhu tinggi dan kondisi asam, yang menimbulkan tantangan keausan dan pemeliharaan.
3. Pemanfaatan Produk Sampingan Asam Klorida:Pasar asam klorida dapat jenuh, sehingga memerlukan penelitian terhadap penggunaan atau metode alternatif untuk meminimalkan hasil produk sampingan.

Proses produksi kalium sulfat Mannheim melibatkan dua jenis emisi gas buang: gas buang hasil pembakaran gas alam dan gas sampingan hidrogen klorida.

Knalpot Pembakaran:

Suhu gas buang hasil pembakaran umumnya sekitar 450°C. Panas ini dipindahkan melalui recuperator sebelum dibuang. Akan tetapi, bahkan setelah pertukaran panas, suhu gas buang tetap sekitar 160°C, dan panas sisa ini dilepaskan ke atmosfer.

Produk Sampingan Gas Hidrogen Klorida:

Gas hidrogen klorida mengalami pembersihan di menara pencucian asam sulfat, penyerapan di penyerap film jatuh, dan pemurnian di menara pemurnian gas buang sebelum dibuang. Proses ini menghasilkan 31% asam klorida, di mana lebih tinggiKonsentrasi dapat menyebabkan emisitidak sampaistandar dan menyebabkan fenomena “hambatan ekor” pada knalpot.Oleh karena itu, waktu nyataasam klorida pengukuran konsentrasi berubah menjadi penting dalam produksi.

Langkah-langkah berikut dapat diambil untuk mendapatkan efek yang lebih baik:

Mengurangi Konsentrasi Asam: Turunkan konsentrasi asam selama proses penyerapandenganpengukur kepadatan sebaris untuk pemantauan yang akurat.

Meningkatkan Volume Sirkulasi Air: Tingkatkan sirkulasi air dalam penyerap film jatuh untuk meningkatkan efisiensi penyerapan.

Kurangi Beban pada Menara Pemurnian Gas Buang: Optimalkan operasi untuk meminimalkan beban pada sistem pemurnian.

Melalui penyesuaian ini dan pengoperasian yang tepat dari waktu ke waktu, fenomena hambatan ekor dapat dihilangkan, memastikan emisi memenuhi standar yang disyaratkan.