一种高氯酸钾的生产设备及方法与流程

本发明属于化工领域，尤其涉及一种高氯酸钾的生产设备及方法。

背景技术：

用氯酸钾做复分解原料生产高氯酸钾比较困难，主要的难点是复分解后氯酸钾和高氯酸钾两种晶形均为单斜晶体，从溶解到结晶的过程中极易相伴生成，使高氯酸钾的提纯非常困难，由此造成设备投入的大大增加，运行成本提高，对蒸汽的需求大。所以行业中主流生产工艺是用氯化钾与高氯酸钠复分解生成高氯酸钾，而这种方法又形成母液盐水排放等影响环保的问题，同时因排放造成物耗成本增加。用氯酸钾复分解法共有四步使用蒸汽的工段，固液分离三次，即三次溶解与结晶及三次离心。此传统方法流程长，设备投资大，岗位定员又多。所以虽然没有母液的排放，产品质量也优异，但很少有企业采用。

此外高氯酸钾制作过程中，常有的电解液降温装置为传统的盘管水冷系统，但是此系统只能降温，而不能对电解液产生浓缩作用。

此外氯酸钾是制作高氯酸钾的原料，但是传统的氯酸钾制作工艺是使用的固(氯化钾)-液(电解液)配置方法。这样不仅计量不够准确，质量不容易控制，容易出现夹心料；而且需要传统的除杂工艺，采用纯碱烧碱联用，使氯化钾的杂质Ca²⁺和Mg²⁺生成的CaCO₃和Mg(OH)₂沉降下来，再用静沉清或精密过滤的方式使盐水中的Ca²⁺和Mg²⁺总量控制在5ppm以内，可视为合格盐水。但传统工艺的溶液环境是多元系，是比较复杂的混合物，如在液相中有NaCI、NaCIO3、KCIO3、Na2Cr2O7，固相有CaCO3、Mg(OH)2及其它水不溶物。那么在溶解过滤过程中，盐泥杂质中会带有一定量的NaCI、NaCIO3、KCIO3和Na2Cr2O7这是不可避免的，尤其是少量的作为添加剂的Na2Cr2O7为重金属，这样的固废是危险固废。

如何使危险固废变成普通的固废，使杂质无毒化无害化是我们需要解决的问题。

此外，传统的氯酸钾制作工艺中，结晶时，各级换热器之间的温差较大，因此容易形成结晶挂壁现象，为了防止阻塞，需要经常清理列管及盘管，费时费力。

再次，化工生产中固液分离效率非常重要，晶相与液相比很大程度决定了分离效率，在离心机形式确定后分离速度、产品质量、水份含量都直接由固液比决定。一般氯酸盐生产中经过结晶后固液比在10-25％相对比较稀，而推料离心机最佳固液比为40-70％，需要在物料进入离心前要适当增浓，以减轻离心机的压力提高处理能力。

最后氯酸盐生产中与酸、碱发生关联的工序有：盐水除钙镁、电解PH值调节、电解尾气除去余氯。按照正常的设计，以上三个工序完全独立，而物料及中间体在流程中流转过程中酸碱频繁变换，则每一个单独的工序均为净加入酸或净加入碱，此种方法造成非常大的酸碱的浪费。

技术实现要素：

为解决上述问题本发明提供了一种高氯酸钾的生产设备及方法。本发明通过抽气降温装置对高氯酸钾生产中的电解液进行浓缩降温，通过研磨装置将高氯酸钾重新打碎结晶，再次结晶的方式，生成了纯度很高的高氯酸钾晶体，且简化了工艺流程；通过液-液系统的配置方式使得氯化钾生产中计量准，质量易控制，无夹心料，且容易除去固体废弃物，防止有害固废的产生，还通过氯气去除装置的设置，节省了酸碱原料；通过溶液浓缩装置去除了溶液中多余的水分，通过旋流增浓系统增加了结晶效率。

一种高氯酸钾的生产设备，包括循环电解槽，循环电解槽连通第一反应器，第一反应器通过第三循环泵连通第二反应器的底部，第二反应器上部连通第一反应器；第二反应器的顶部连通抽气降温装置。

进一步的改进，所述第一反应器连通有高氯酸钾复分解罐，高氯酸钾复分解罐，高氯酸钾复分解罐底部通过第四循环泵连通研磨装置，研磨装置连通高氯酸钾复分解罐上部形成循环。

进一步的改进，所述研磨装置为乳化器。

进一步的改进，所述循环电解槽通过整流柜连接变压器；所述抽气降温装置包括引风机，引风机连接有变频器；高氯酸钾复分解罐连通高氯酸钾离心装置，高氯酸钾离心装置连通循环电解槽。

进一步的改进，第一反应器连接有氯酸钾生产系统，所述氯酸钾生产系统包括碱性氯化钠溶解装置和氯化钾溶解装置，氯化钾溶解装置通过第一过滤器连通复分解反应设备；碱性氯化钠溶解装置连通有电解槽，电解槽连通氯气去除装置和复分解反应设备，复分解反应设备连通有结晶器，结晶器连通离心装置，离心装置连通碱性氯化钠溶解装置；结晶器连通有溶液浓缩装置；碱性氯化钠溶解装置和氯化钾溶解装置均连接有流量计。

所述氯气去除装置包括与碱性氯化钠溶解装置连通的喷淋罐，喷淋罐连通电解槽和碱液除氯系统，碱液除氯系统连通有水净化罐，碱液除氯系统包括三个顶部和底部串联连接的碱液除氯罐；喷淋罐、碱液除氯罐和水净化罐中部均固定有减缓氯气流动速度的填料层。

所述溶液浓缩装置包括与结晶器顶部连通的真空冷却系统和与结晶器底部连通的第一循环泵，第一循环泵通过加热装置与结晶器的顶部连通。

真空冷却系统包括与结晶器顶部连通的主冷凝器，主冷凝器连通有深冷器，深冷器连通有真空泵。

加热装置为散热器，散热器通过冷却电解槽的电解余热水作为热源，电解余热水通过循环水管循环流动。

进一步的改进，所述结晶器底部连通有旋流增浓系统，所述旋流增浓系统包括与结晶器底部连通的冷却罐，冷却罐通过第二循环泵连通增浓罐的顶部，增浓罐内设有转速为15-20转/min的第一螺旋桨；增浓罐上部连通冷冻罐，增浓罐底部连通有离心装置，离心装置连通晶体烘干装置和冷冻罐顶部；冷冻罐的底部连通冷却罐，冷冻罐的上部设有出液口，出液口连通碱性氯化钠溶解装置；冷冻罐内设有转速为15-20转/min的第二螺旋桨。

进一步的改进，所述结晶器上设有三个竖向排列的透明观察孔，结晶器内设有分散帽；碱性氯化钠溶解装置通过液体泵、加热器和第二过滤器与电解槽连通。

一种高氯酸钾的生产方法，包括如下步骤：

步骤一、氯酸钠溶液加入循环电解槽依靠电解产生的氢气，自动循环电解，第一反应器和第二反应器循环连通，通过抽气降温装置浓缩电解液；氯酸钾固体直接投入第一反应器与电解液混合；

步骤二、第一反应器内的电解液进入高氯酸钾复分解罐形成高氯酸钾结晶，含高氯酸钾结晶的溶液循环进入研磨装置，经高氯酸钾结晶打碎重新结晶，高氯酸钾复分解罐内的溶液循环次数≥三次；然后经离心、溶解、再次离心后得到纯净高氯酸钠。

进一步的改进，所述研磨装置将高氯酸钾结晶打碎为≤10μm的微粒。

进一步的改进，所述氯酸钾的生产方法包括如下步骤包括如下步骤：

1.1.溶解氯化钠形成氯化钠溶液，加入NAOH或KOH调解氯化钠溶液PH值为10-11；溶解氯化钾形成氯化钾溶液；氯化钾溶液中加入Na₂CO₃和NaOH除去杂质；

1.2.氯化钠溶液通过喷淋罐进入电解槽电解，电解产生的混合气体经过氯气去除装置过滤除氯；电解液进入复分解反应设备，氯化钾溶液通过第一过滤器进入复分解反应设备，形成混合溶液；

1.3.混合溶液进入结晶器，然后通过溶液浓缩装置进行降温浓缩形成结晶液，结晶器内温度为30-45℃，结晶液经冷却罐进入增浓罐，冷却罐的温度比结晶器低5-10℃；增浓罐的温度比结晶器低5-10℃；增浓罐底部设有15-20转/min的第一螺旋桨；增浓罐底部浓度高的结晶溶液进入离心装置离心形成氯酸钾晶体；离心装置离心后的离心液和增浓罐上部浓度低的结晶溶液进入冷冻罐；冷冻罐底部浓度较高的溶液返回冷却罐；冷冻罐上部浓度较低的溶液返回氯化钾溶解装置；冷冻罐的温度比增浓罐的温度低5-10℃；冷冻罐内设有转速为15-20转/min的第二螺旋桨。

本发明抽气降温装置对高氯酸钾生产中的电解液进行浓缩降温，通过研磨装置将高氯酸钾重新打碎结晶，再次结晶的方式，生成了纯度很高的高氯酸钾晶体，且简化了工艺流程；通过液-液系统的配置方式使得氯化钾生产中计量准，质量易控制，无夹心料，且容易除去固体废弃物，防止有害固废的产生，还通过氯气去除装置的设置，节省了酸碱原料；通过溶液浓缩装置去除了溶液中多余的水分，通过旋流增浓系统增加了结晶效率。

附图说明

图1为本生产氯酸钾的总体结构示意图；

图2为溶液浓缩装置的连接结构示意图；

图3为旋流增浓系统的连接结构示意图；

图4为生产高氯酸钾的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定发明。

实施例1

如图1-图4所示的一种高氯酸钾的生产设备，包括循环电解槽18，循环电解槽18连通第一反应器19，第一反应器19通过第三循环泵20连通第二反应器21的底部，第二反应器21上部连通第一反应器19；第二反应器21的顶部连通抽气降温装置22。

通过引风机和变频器222实现温度控制，代替传统的盘管水冷系统，通过液体散热来蒸发水分得到更高浓度的电解液，同时取消循环冷却水。而第一反应器底部的经浓缩降温的晶体通过底阀排除系统，回到结晶系统提纯得到高氯酸钾产品。

第一反应器19连通有高氯酸钾复分解罐25，高氯酸钾复分解罐25，高氯酸钾复分解罐25底部通过第四循环泵26连通研磨装置27，研磨装置27连通高氯酸钾复分解罐25上部形成循环。

这样通过研磨，将晶体核心处包裹的氯酸钾晶体暴露到溶解中，重新溶解，每次研磨循环后，使得高氯酸钾结晶的纯度更高。而浓度较低的复分解完成液在电解系统作为反应物的同时又作为换热介质大流量循环，得到需要的电解液浓度。本工艺大大简化流程，定员减半，能耗成本非常节约，而不依赖蒸汽又保证了安全生产。

研磨装置27为乳化器。

循环电解槽18通过整流柜23连接变压器24；所述抽气降温装置22包括引风机221，引风机221连接有变频器222；高氯酸钾复分解罐25连通高氯酸钾离心装置29，高氯酸钾离心装置29连通循环电解槽18。

第一反应器19连接有氯酸钾生产系统28，所述氯酸钾生产系统28包括碱性氯化钠溶解装置和氯化钾溶解装置，包括碱性氯化钠溶解装置1和氯化钾溶解装置2，氯化钾溶解装置2通过第一过滤器3连通复分解反应设备5；碱性氯化钠溶解装置1连通有电解槽4，电解槽4连通氯气去除装置6和复分解反应设备5，复分解反应设备5连通有结晶器7，结晶器7连通离心装置8，离心装置8连通碱性氯化钠溶解装置1；结晶器7连通有溶液浓缩装置9；碱性氯化钠溶解装置1和氯化钾溶解装置2均连接有流量计14。

氯气去除装置6包括与碱性氯化钠溶解装置2连通的喷淋罐61，喷淋罐61连通电解槽4和碱液除氯系统62，碱液除氯系统62连通有水净化罐63，碱液除氯系统62包括三个顶部和底部串联连接的碱液除氯罐621；喷淋罐61、碱液除氯罐621和水净化罐63中部均固定有减缓氯气流动速度的填料层64。

溶液浓缩装置9包括与结晶器7顶部连通的真空冷却系统10和与结晶器7底部连通的第一循环泵11，第一循环泵11通过加热装置12与结晶器7的顶部连通。

真空冷却系统10包括与结晶器7顶部连通的主冷凝器101，主冷凝器101连通有深冷器102，深冷器102连通有真空泵103。

加热装置12为散热器，散热器通过冷却电解槽4的电解余热水作为热源，电解余热水通过循环水管121循环流动。

结晶器7底部连通有旋流增浓系统13，所述旋流增浓系统13包括与结晶器7底部连通的冷却罐131，冷却罐131通过第二循环泵132连通增浓罐133的顶部，增浓罐133内设有转速为15-20转/min的第一螺旋桨134；增浓罐133上部连通冷冻罐135，增浓罐133底部连通有离心装置8，离心装置8连通晶体烘干装置137和冷冻罐135顶部；冷冻罐135的底部连通冷却罐131，冷冻罐135的上部设有出液口138，出液口138连通碱性氯化钠溶解装置1；冷冻罐135内设有转速为15-20转/min的第二螺旋桨136。

结晶器7上设有三个竖向排列的透明观察孔71，结晶器7内设有分散帽72；碱性氯化钠溶解装置1通过液体泵15、加热器17和第二过滤器16与电解槽4连通。加热器17用于将氯化钠溶液加热到与电解槽产生的混合气体温度相同或相近，从而防止气体遇冷回缩引起倒吸，也可防止冬天时溶液过冷结晶堵塞喷淋罐61。

实施例2

如图4所示的一种高氯酸钾的生产方法，包括如下步骤：

步骤一、氯酸钠溶液加入循环电解槽18依靠电解产生的氢气，自动循环电解，第一反应器19和第二反应器21循环连通，通过抽气降温装置22浓缩电解液；氯酸钾固体直接投入第一反应器19与电解液混合；

步骤二、第一反应器19内的电解液进入高氯酸钾复分解罐25，形成高氯酸钾结晶，含高氯酸钾结晶的溶液循环进入研磨装置27，经高氯酸钾结晶打碎重新结晶，高氯酸钾复分解罐25内的溶液循环次数≥三次；然后经离心、溶解、再次离心后得到纯净高氯酸钠；

其中氯酸钾的生产，包括如下步骤：

1.1.溶解氯化钠形成氯化钠溶液，加入NAOH或KOH调解氯化钠溶液PH值为10-11；溶解氯化钾形成氯化钾溶液；氯化钾溶液中加入Na₂CO₃和NaOH除去杂质。

本专利在氯化钾溶解为均相后，溶液中仅有KCI一种溶质与少量钙镁离子，在加入Na2CO3和NaOH后将生产CaCO3和Mg(OH)2沉降。与多元系除杂相比，没有NaCIO3、KCIO3等危险物和Na2Cr2O7重金属盐带入盐泥中，则固废中仅有少量KCI为一般工业固废，无环保隐患和处理的麻烦，并且固废带走物料少，节约又清洁。

此外由于本专利采用了液-夜配的方法，因此计量准，质量易控制，无夹心料。复分解反应设备及盐水处理工艺设备变得非常简单且设备投入大大减少，容易实现连续化大规模生产设计，但液—液配方法给系统带进了更多的水，生产流程的设计一定要围绕着水平衡制定针对性的方案，以保证母液系统不膨胀。本工艺在这个问题上采取了用电解余热80℃水作为低温热源，通过真空浓缩的办法很好的得到了解决。

1.2.氯化钠溶液通过喷淋罐61进入电解槽4电解，电解产生的混合气体[包括氢气、氧气和氯气]经过氯气去除装置6过滤除氯；电解液进入复分解反应设备5，氯化钾溶液通过第一过滤器3进入复分解反应设备5，形成混合溶液。

采用盐水余碱吸收电解尾气余氯的方法，则大大节约总的酸碱使用量，总量减少为原工艺的三分之一，即盐水PH值为10-11，用来吸收氢气中0.15％-0.2％的氯气，使这部分氯气变成NaCLO和HCL，一方面酸性回流液替代了相当一部分应补给电解的盐酸，另一方面尾气净化需要的补充碱已降至不足十分之一，因为在PH值＝10-11的盐水喷淋后，尾气中余氯降至0.02％以下。此项工艺仅增加一段吸收填料，在气体向上与盐水向下的对流过程中实现传质。

1.3.混合溶液进入结晶器7，然后通过溶液浓缩装置9进行降温浓缩形成结晶液，结晶器7内温度为30-45℃，结晶液经冷却罐131进入增浓罐133，冷却罐131的温度比结晶器7低5-10℃；增浓罐133的温度比结晶器7低5-10℃；增浓罐133底部设有15-20转/min的第一螺旋桨134；增浓罐133底部浓度高的结晶溶液[晶体浓度为40％-50％]进入离心装置8离心形成氯酸钾晶体；离心装置8离心后的离心液和增浓罐133上部浓度低的结晶溶液[晶体浓度为1-5％]进入冷冻罐135；冷冻罐135底部浓度较高的溶液返回冷却罐131；冷冻罐135上部浓度较低的溶液返回氯化钾溶解装置2；冷冻罐135的温度比增浓罐133的温度低5-10℃；冷冻罐135内设有转速为15-20转/min的第二螺旋桨136。

本步骤采用连续的热交换及物料循坏，使浓缩结晶高效实现，冷却介质仅有循坏冷却水和冷冻水7℃，产生了四个温度梯度每一降温梯度温差不大，约5-10℃可调，使晶体的溶解与结晶连续进行，效率高、晶形均匀，并且各级换热器因温差小不易形成结晶挂壁现象，减少了清理列管及盘管的特殊作业，同时对制冷量的要求连续稳定，冷水机组达到最高的制冷效率。第一螺旋桨134和第二螺旋桨136低速转动，即可防止结晶堵塞装置，有可防止将溶液搅拌过于激烈，影响底部结晶溶液的浓度。

而且本专利采用旋流增浓的方式，即在一定体积的罐内物料进入后经过一定速比的强制旋转，上部含少量晶体的部分从增浓罐133的上部流出，旋转落向底部的浓物料通过阀门开度进入离心机，效果非常理想、产能大，且设备运转稳定，产品含水率控制在3％左右。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。