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磷酸二氢钾结晶性质研究

发布时间：2023-03-17 06:46:04 来源：文档文库

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第５期　磷酸二氢钾结晶性质研究　４１　磷酸二氢钾结晶性质研究　胡秀英　党亚固　郑纯智　唐建华　（１．江苏技术师范学院化学４Ｅ：ｒ－学院，江苏常州，２１３００１；　２．四川大学化工学院，成都，６１００６５）　摘　要　采用间歇结晶实验方法，研究了结晶器型式、搅拌速度、降温方式与降温速率、ｐＨ值及晶种对　磷酸二氢钾结晶影响规律。结晶器挡板数为４，搅拌速度为４００ｒ／ｍｉｎ时，料浆悬浮均匀，所得粒径　最大；线性降温方式所得晶体粒度分布较窄，随着降温速率的增加，析晶温度及平均粒径逐渐减小；　ｐＨ值等于３．０时，介稳区宽度最小，结晶量最大，晶体规则，流动性和分散性好；随着晶种加入量　的增大，产品粒度分布趋于集中，加入晶种的温度在５６￣Ｃ时可得到较好的粒度分布。　关键词：磷酸二氢钾结晶　晶种粒度分布　中图分类号：ＴＱ　１２６．３　文献标识码：Ａ　，　磷酸二氢钾（ＫＤＰ）是无色或白色带光泽的斜　１．２实验方法　方晶体，在工业、农业、医药、食品行业均有广泛的应　在带机械搅拌装置的结晶器中用二次蒸馏水配　用。近年来以磷酸二氢钾为基础的高效无氯复合化　置６０＂Ｃ的ＫＤＰ饱和溶液，在一定搅拌速度下按一　肥的市场越来越大，极大地促进了其发展。磷酸二　定速率进行降温结晶，记录刚析出晶体的温度，此温　氢钾生产中，结晶过程是其工业生产中至关重要的　度与饱和温度差即为介稳区宽度Ｅ¨。溶液降至指定　一步，结晶过程控制的优劣，将直接影响产品的质　温度时，养晶１Ｏ分钟，趁热抽滤，然后用此温度下的　量。实际生产中工艺条件的控制都是围绕如何获得　的无水乙醇洗涤２～３次，将滤饼放人烘箱烘至恒　粗大、整齐、均匀的磷酸二氢钾晶体来进行。因此，　重。用标准分样筛筛分测定粒径，用显微镜观察产　本文研究结晶器型式、搅拌速度、降温方式与降温速　品晶形。　率、ｐＨ值及晶种对磷酸二氢钾结晶过程的影响，将　对磷酸二氢钾的生产操作控制提供必要的理论指　２　结果与讨论　导。　２．１结晶器型式对ＫＤＰ结晶的影响　１　实验　采用带导流筒的无挡板、三挡板及四挡板三种　型式的平底结晶器进行试验。实验结果如表１所　１．１实验原料与仪器　不。　原料：磷酸二氢钾，分析纯，主要质量指标：Ｗ　由表１看出，结晶器中无挡板时，料浆循环能力　（ＫＨ２ＰＯ，）≥９９．５　，Ｗ（Ｃ１）≤０．００１　，Ｗ（ＳＯ　）　下降，其中的晶体由于重力的沉降作用发生粒度分　≤Ｏ．００３　，Ｗ（Ｎ）≤Ｏ．００１　，Ｗ（Ｎａ）≤Ｏ．０２％，　级，大部分集中在结晶器的中下部，只有一小部分细　（Ｆｅ）≤０．００１　，Ｗ（Ａｓ）≤０．０００５　，Ｗ（Ｐｂ）≤　小的晶体能上升到结晶器上部参加循环。晶体难于　０．００１　。　悬浮均匀，结晶器上部的溶液过饱和度未能及时消　仪器：ＣＳ５０１超级恒温器，手持式离心转速表，　除而积累，由成核理论可知，在较高的过饱和度下，　标准分样筛，显微镜。　易发生初级成核，从而使晶体成核速率急剧增大，产　
４２　四川化工　第１１卷３　４　４‘ｕ　２００８年第５期　５　生大量晶核，造成细小的晶体所占比例增大，所得晶　ｖ越憾　嚣　区宽度变窄，晶体成核速率增大。这与经典成核理　５　０　０　５　０　Ｏ　Ｏ　５　Ｏ　０　１　Ｏ　９　８　７　体粒径较小，晶体主粒度主要集中在４０￣６０目。加　入三挡板后，圆周流动的流型遭到破坏，液体的轴向　流动加强，有利于消除结晶器上部的过饱和度波动，　消除了初级成核现象，减小了晶体的成核速率，得到　的产品颗粒较大。当挡板数为４时，料浆悬浮均匀，　悬浮密度达最大，颗粒生长均匀，所得粒径最大，主　论的预测是一致的Ｌ２］。当搅拌速度为３５０ｒ／ｍｉｎ时，　Ｌ　Ｌ　ｎ　晶浆分层，结晶器底部出现微量晶体沉积，晶核间由　１　１　３　６　ｎｕ　Ｏ　１　２　８　６　于无法得到良好的分散而粘附在一起，使产品粒度　５　４　４　３　２　，ｄ　３　分布较差，影响产品质量。当搅拌速度大于４００ｒ／　２　１　ｕ５　，ｕ　５２　８　０　６　０　８　６　ｍｉｎ时，结晶内晶浆循环良好，晶体生长均匀。随着　搅拌速度的增大，晶体与器壁及晶体与晶体问的碰　５　Ｏ　２，ＪＯ　１　３　１　６　５　，　３　３　４　４　粒度在２０￣４０目间，晶形及长径比无明显变化。　表１　结晶器型式对ＫＤＰ结晶影响　２．２搅拌速度对ＫＤＰ结晶的影响　搅拌速度对ＫＤＰ结晶的影响见表２及图ｌ。　表２　搅拌速度对ＫＤＰ粒度分布及晶形的影响　搅拌速度　墼壁坌塑！　长径　（ｒ／ｍｉｎ）＞２０目２０￣４０目４０￣６０目６０￣８０目＜８０目　比　１．２　１．３　１．２　１．２　１．３　图１搅拌速度对ＫＤＰ结晶介稳区宽度及平均粒径的影响　由表２及图１可知：随着搅拌速度的增加，介稳　区宽度逐渐减小，晶体平均粒径和主粒径下降幅度　较大，晶体粒度分布变化明显，晶形及长径比无明显　变化。随着搅拌速度的增大，ＫＤＰ分子碰撞成核的　几率增大，同时传热速率也增大，有利于热量的扩　散，从而使过饱和度减小结晶发生的时间提前，介稳　７　９　９　９　Ｓ　撞几率和碰撞强度较大，过程的二次成核速率增加，　且伴随晶体大量破碎，粒度分布不集中，粒径大的晶　５　６　７　８　８　６　２　４　Ｏ　３　体所占比例下降，而小晶体所占的比例上升。当搅　４　ｌ　７　１　９　拌速率增大到５５０ｒ／ｍｉｎ时，不但成核数量大大增　＆。；　∞　∞　加　∞　幼　０　０　Ｏ　０　加，生成的晶体在搅拌器高速旋转时，被打碎的机率　＂曲曲　舍　翼露　也较大，因此平均粒径最小。但搅拌速率增大，降低　了晶体聚积的程度。当搅拌速率为４００ｒ／ｒａｉｎ时，　晶浆循环良好，料浆悬浮均匀，能得到大颗粒高质量　的产品。　．　２．３　降温方式及降温速率对结晶的影响　２．３．１　降温方式对ＫＤＰ结晶影响　采取图２所示的降温程序对６Ｏ℃ＫＤＰ饱和溶　液在６０￣４０￣Ｃ分别进行自然降温及线性降温，搅拌　速度４００ｒ／ｍｉｎ。实验结果如表３所示。　６５．０　６０．０　５５．０　５０．０　赠　４５．０　Ｏ　４　８　ｌ２　ｌ６　２０　２４　２８　３２　３６　４Ｏ　４４　４８　５２　降温时间（ｍｉ　ｎ）　图２　不同降温方式的降温程序图　表３降温方式对ＫＤＰ结晶影响　粒度分布（　）　长径　～黼触　　（℃）（ｍ）　—＞２０　且２０　４～０　目４０　６～０　目６０　８～０耳　＜８０　目　几　自然降温　１２　４８９　３．７４　３７．２６　３８．３４　１５．９１　４．７６　１．３　线性降温　１０　４０５　１．３３　２４．４４　４４．１１　２４．２１　５．８９　１．２　由表３看出，自然降温方式与线性降温方式比　较，前者介稳区宽度及平均粒比后者大，粒度分布比　０　
第５期　磷酸二氢钾结晶性质研究　４３　后者宽。前者主要集中在２０￣６０目，后者主要集中　２．３．２降温速率对ＫＤＰ结晶影响　在４０￣６０目。降温方式对ＫＤＰ晶形及长径比无明　降温速率对ＫＤＰ结晶影响如表４所示。　显影响。　表４　降温速率对ＫＤＰ结晶影响　。　从表４看出，随着降温速率的增加，析晶温度逐　小。另外，降温速率增大，需要迅速使结晶热从固相　渐降低，过饱和度比逐渐增大，晶体平均粒径逐渐减　中散逸，因而生成细粒状晶体比生成粗粒状晶体更　小，晶体的粒度分布主要集中在４０￣６０目间，但当　能适应这个目的。　降温速率增大至０．８℃／ｒａｉｎ时；晶体的主粒度为６Ｏ　２．４　ｐＨ值对ＫＤＰ结晶的影响　～８０目，产生大量细晶。ＫＤＰ的晶形及长径比无　６０＂ＣＫＤＰ饱和溶液ｐＨ值为３．０，采用Ｈ。Ｐｏ４　明显变化。由成核速率公式［３］Ｂ。一　ｅｘｐ［一　或Ｋ。ＣＯ。调节ｐＨ值，按０．６＂Ｃ／ｒａｉｎ的降温速率进　瓦发繁　］可知，随着过饱和度比ｓ的增大，　行冷却结晶。实验结果见表５。　晶核生成速ＢＤ增大，晶核数增多，晶体平均粒径减　表５　ｐＨ值对ＫＤＰ结晶影响　由表５看出，在试验范围的各ｐＨ值条件下，当　ＫＨ　ＰＯ　浓度降低更多，在降温结晶的过程中，过饱　ｐＨ值小于３．０时，　随着ｐＨ值的降低，介稳区宽度　和度降低，介稳区宽度增大，生成晶体量也相应减　显著增大，结晶量显著减小；当ｐＨ值大于３．０时，　少。当ｐＨ值大于３．０时，随着ｐＨ值的增加，　随着ｐＨ值的增大，介稳区宽度显著增大，结晶量显　Ｈ。ＰＯ４一离子占有的百分数降低，ＨＰＯ４。一占有的百　著减小。ｐＨ值等于１和５时晶体聚集明显，流动　分数增大，而Ｋ。ＨＰＯ４的溶解度比ＫＨｚＰ（）４大，从而　性很差。ｐＨ值等于３．０时，介稳区宽度最小，结晶　ＫＨ　ＰＯ４溶液过饱和度减小，介稳区宽度增大，生成　量最大，晶体为规则四棱柱带双锥状，流动性和分散　晶体量也相应减少。　性好。这是因为该溶液中Ｈ。Ｐｏ４一离子占有的百分　２．５　晶种对ＫＤＰ结晶的影响　数最多，结晶质点密度最大，吸附质点的平均自由程　２．５．１　晶种加入量对ＫＤＰ结晶的影响　短，因此在单位时间内扩散到晶面上的结晶质点的　向６０℃ＫＤＰ饱和溶液中加入不同数量的２Ｏ　数目要多余其它ｐＨ值，使得结晶产量最大。当ｐＨ　４０目的晶种，按０．６＂Ｃ／ｍｉｎ的冷却速率进行降温结　值小于３．０时，随着ｐＨ值降低，溶液中Ｈ。Ｐ０４一离　晶，搅拌速度为４００ｒ／ｒａｉｎ。实验结果见图３。　子数逐渐减少，Ｈ。ＰＯ４占的百分数逐渐增大，溶液中　部分ＫＨ２Ｐ０４与Ｈ。ＰＯ４生成了ＫＨ　（ＰＯ４）２，使得　在结晶操作过程中，晶种的加入可使成核能量　

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