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1、單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,第五章 四元水鹽體系相圖的應用,第一節 硝酸鉀生產的相圖分析,第二節 加水法從人造光鹵石制取氯化鉀的相圖分析,第一節 硝酸鉀生產的相圖分析,一、硝酸鉀生產概述,硝酸鉀（,KNO,3,）是含氮、鉀元素的復合肥料，主要用于園藝作物。硝酸也用于食品工業和玻璃工業，還用來制造火藥和煙火。,在自然界中天然硝酸鉀的礦藏量不多。我國古代最早制出硝酸鉀并用于制取火藥。直到目前，廣大農村仍從草木灰提取硝酸鉀。,第一節 硝酸鉀生產的相圖分析,一、硝酸鉀生產概述,在實驗室，制取硝酸鉀一般用硝酸中和氫氧化鉀（鉀堿、苛性鉀）來制取硝
2、酸鉀，即,KOH+HNO,3,=KNO,3,+H,2,O,在工業生產中，用硝酸中和氫氧化鉀的生產方法很少采用，因為所用的原料,鉀堿（或稱苛性鉀、氫氧化鉀）和硝酸都比較貴重。,目前廣泛采用的是轉化法制取硝酸鉀。,此外由氮氧化物和氯化鉀制取硝酸鉀，陽離子交換法制取硝酸鉀。,轉化法主要用硝酸鈉（,NaNO,3,）和氯化鉀（,KCl,）的復分解反應來制?。?KCl+NaNO,3,=KNO,3,+NaCl,也可用其它硝酸鹽和氯化鉀、硫酸鉀或碳酸鉀進行復分解反應來制取硝酸鉀，例如：,KCl+NH,4,NO,3,=KNO,3,+NH,4,Cl,第一節 硝酸鉀生產的相圖分析,二、,K,+,、,Na,+,/Cl
3、,-,、,NO,3,-,+H,2,O,系統相圖,1,恒溫圖,單固相溶解度曲面,面積,ae,1,p,1,e,4,a L,A,KNO,3,的飽和面,面積,be,2,p,1,e,1,b L,B,NaNO,3,的飽和面,面積,ce,3,p,2,p,1,e,2,c L,C,NaCl,的飽和面,面積,de,4,p,2,e,3,d L,D,KCl,的飽和面,圖,5-1 K,+,、,Na,+,/Cl,-,、,NO,3,-,+H,2,O,系統于,100,下的恒溫立體相圖,第一節 硝酸鉀生產的相圖分析,二、,K,+,、,Na,+,/Cl,-,、,NO,3,-,+H,2,O,系統相圖,1,恒溫圖,兩鹽共飽線,e,1
4、,P,1,L,A+B,KNO,3,和,NaNO,3,的共飽線,e,2,P,1,L,C+B,NaCl,和,NaNO,3,的共飽線,e,3,P,2,L,C+D,NaCl,和,KCl,的共飽線,e,4,P,2,L,A+D,KNO,3,和,KCl,的共飽線,P,1,P,2,L,A+C,KNO,3,和,NaCl,的共飽線,圖,5-1 K,+,、,Na,+,/Cl,-,、,NO,3,-,+H,2,O,系統于,100,下的恒溫立體相圖,第一節 硝酸鉀生產的相圖分析,二、,K,+,、,Na,+,/Cl,-,、,NO,3,-,+H,2,O,系統相圖,1,恒溫圖,三鹽共飽點,P,1,L,A+B+C,KNO,3,、
5、,NaNO,3,和,NaCl,的共飽點,P,2,LA+D+C NaCl,、,KCl,和,KNO,3,的共飽點,圖,5-1 K,+,、,Na,+,/Cl,-,、,NO,3,-,+H,2,O,系統于,100,下的恒溫立體相圖,第一節 硝酸鉀生產的相圖分析,二、,K,+,、,Na,+,/Cl,-,、,NO,3,-,+H,2,O,系統相圖,1,恒溫圖,幾何體代表的相區,體積,ce,3,p,2,p,1,e,2,Cc L,C,+C NaCl,結晶及其飽和溶液的兩相區,體積,de,4,p,2,e,3,dD L,D,+D KCl,結晶及其飽和溶液的兩相區,體積,ae,1,p,1,e,4,aA L,A,+A K
6、NO,3,結晶及其飽和溶液的兩相區,體積,be,2,p,1,e,1,bB L,B,+B NaNO,3,結晶及其飽和溶液的兩相區,圖,5-2,多相區劃分圖,圖,5-1 K,+,、,Na,+,/Cl,-,、,NO,3,-,+H,2,O,系統于,100,下的恒溫立體相圖,第一節 硝酸鉀生產的相圖分析,二、,K,+,、,Na,+,/Cl,-,、,NO,3,-,+H,2,O,系統相圖,1,恒溫圖,體積,e,2,p,1,BC L,B+C,+,（,B+C,）,NaNO,3,、,NaCl,結晶及其共飽液的三相區，見圖,5-2,（,b,），此外還有四個三相區。,圖,5-2,多相區劃分圖,圖,5-1 K,+,、,
7、Na,+,/Cl,-,、,NO,3,-,+H,2,O,系統于,100,下的恒溫立體相圖,第一節 硝酸鉀生產的相圖分析,二、,K,+,、,Na,+,/Cl,-,、,NO,3,-,+H,2,O,系統相圖,1,恒溫圖,四面體,P,1,ABC L,A+B+C,+,（,A+B+C,）是,KNO,3,、,NaNO,3,和,NaCl,結晶及其共飽液的四相區，見圖,5-2,（,C,）。另一個四相區是體積,P,2,ADC L,A+D+C,+,（,A+D+C,）是,KNO,3,、,KCl,和,NaCl,結晶及其共飽液的四相區。,圖,5-2,多相區劃分圖,圖,5-1 K,+,、,Na,+,/Cl,-,、,NO,3,
8、-,+H,2,O,系統于,100,下的恒溫立體相圖,第一節 硝酸鉀生產的相圖分析,二、,K,+,、,Na,+,/Cl,-,、,NO,3,-,+H,2,O,系統相圖,2,投影圖,圖,6-3 100,下,K,+,、,Na,+,/Cl,-,、,NO,3,-,+H,2,O,系統相圖,第一節 硝酸鉀生產的相圖分析,二、,K,+,、,Na,+,/Cl,-,、,NO,3,-,+H,2,O,系統相圖,3,多溫圖,可以看出，在所示的溫度范圍內，系統的性質沒有質的變化，只有量的變化，即在,5,100,之間，沒有復鹽和水合物生成，但各種鹽的溶解度都有較大的改變。在高溫下,NaCl,的相對溶解度最小，低溫下,KNO,
9、3,的相對溶解度最?。▽Υ藘煞N鹽而言）。,圖,6-5 K,+,、,Na,+,/Cl,-,、,NO,3,-,+H,2,O,系統多溫相圖,第一節 硝酸鉀生產的相圖分析,三、轉化法制取硝酸鉀生產的基本方法,第一節 硝酸鉀生產的相圖分析,三、轉化法制取硝酸鉀生產的基本方法,圖,5-6,K,+,、,Na,+,/Cl,-,、,NO,3,-,H,2,O,四元交互系統,100,和,5,干鹽圖,1.,根據（手冊提供的）數據，繪出,100,及,5,的干鹽相圖，如圖,5-6,：,2.,分析相圖，制定出原則流程，由圖我們可以清楚地看出：,由,5,時的恒溫干鹽圖可知，其,KNO,3,的結晶區（即飽和面）很大，而,NaC
10、l,的結晶區很小。,相反，由,100,時的恒溫干鹽相圖可知，,NaCl,的結晶區很大，而,KNO,3,的結晶區（即飽和面）很小，根據以上兩個特點，我們可以確定制取,KNO,3,的流程。,采取,100,時蒸發法提取,NaCl,；,采取冷卻法析出,KNO,3,。,三、轉化法制取硝酸鉀生產的基本方法,圖,5-6,K,+,、,Na,+,/Cl,-,、,NO,3,-,H,2,O,四元交互系統,100,和,5,干鹽圖,（一）、不循環法流程,1.,等當量（,mol,）點配料：,以等當量（,mol,）,KCl,和,NaNO,3,混合物為原始組成，其組成點如圖中的點,a,，組成點,a,恰處于,100,時,NaC
11、l,的結晶區中,KCl+NaNO,3,a,；,K,NO,3,NaCl,母液返回系統,原料,a,（或,a,）,蒸發,過濾,冷卻蒸發,過濾,圖,5-7,三、轉化法制取硝酸鉀生產的基本方法,圖,6-6,K,+,、,Na,+,/Cl,-,、,NO,3,-,H,2,O,四元交互系統,100,和,5,干鹽圖,（一）、不循環法流程,2.,蒸發：在,100,時蒸發此溶液，飽和后有,NaCl,的結晶析出，液相組成點沿,ab,方向移動，達到,b,時，,KCl,也已飽和，但未析出。濾出,NaCl,得到母液,b,，操作線為,ab,。,NaCl,析出量可由直線,Ab,求出，即 ；,K,NO,3,NaCl,母液返回系統,
12、原料,a,（或,a,）,蒸發,過濾,冷卻蒸發,過濾,圖,6-7,三、轉化法制取硝酸鉀生產的基本方法,圖,6-6,K,+,、,Na,+,/Cl,-,、,NO,3,-,H,2,O,四元交互系統,100,和,5,干鹽圖,（一）、不循環法流程,3.,冷卻鹽析：把母液,b,冷卻到,5,，,b,點落入,KNO,3,結晶區。,5,蒸發此溶液，則液相沿,bP,2,方向移動，到達,P,2,時，,NaCl,、,KCl,同時飽和，但未析出。濾去,KNO,3,得母液,P,2,，過程操作線,bP,2,返回系統，配入一定量的原料,NaNO,3,和,KCl,可開始第二個循環，每次循環該過程的液相點都在,b,、,P,2,間變
13、化。,KNO,3,析出量,M,C,可由直線,CP,2,求出，即,K,NO,3,NaCl,母液返回系統,原料,a,（或,a,）,蒸發,過濾,冷卻蒸發,過濾,圖,6-7,三、轉化法制取硝酸鉀生產的基本方法,圖,6-6,K,+,、,Na,+,/Cl,-,、,NO,3,-,H,2,O,四元交互系統,100,和,5,干鹽圖,（一）、不循環法流程,由圖，我們可以看出采用上述方法，由于,a,、,b,兩點很近，即操作線,ab,、,bP,2,很短，每一次循環所得產品不多，即產率不高。而母液循環量大，反復加熱、冷卻很不經濟。所以一般將母液廢棄而不進行循環操作。這樣就勢必造成原料的損失。,K,NO,3,NaCl,母
14、液返回系統,原料,a,（或,a,）,蒸發,過濾,冷卻蒸發,過濾,圖,6-7,三、轉化法制取硝酸鉀生產的基本方法,圖,6-6,K,+,、,Na,+,/Cl,-,、,NO,3,-,H,2,O,四元交互系統,100,和,5,干鹽圖,（二）、循環法流程,1.a,點配料（非等摩爾點配料）：,配料點,a,為對角線,BD,和,AP,2,連線的交點，,KCl,和,NaNO,3,的配料比,由圖中可以清楚地看到,NaNO,3,是過量的，也就是說它是非等當量（,mol,）點配料，,a,點處于,100,時的,NaCl,結晶區中,KCl+NaNO,3,a,；,K,NO,3,NaCl,母液返回系統,原料,a,（或,a,）
15、,蒸發,過濾,冷卻蒸發,過濾,圖,6-7,三、轉化法制取硝酸鉀生產的基本方法,圖,6-6,K,+,、,Na,+,/Cl,-,、,NO,3,-,H,2,O,四元交互系統,100,和,5,干鹽圖,（二）、循環法流程,2.,蒸發鹽析（,NaCl,）：,在,100,時蒸發溶液，液相組成點由,a,到達,P,2,點時,KCl,、,KNO,3,同時飽和但未析出，,NaCl,析出量可由直線,AaP,2,求出，即,濾去,NaCl,得母液,P,2,，過程操作線,aP,2,。,與不循環法中該過程相比，從圖中顯見操作線比,ab,長的多，而線段,Aa,與,Aa,相差無幾，因此，與不循環流程相比較，,NaCl,析出量增多
16、了，而母液量,P,2,相應減少了。,K,NO,3,NaCl,母液返回系統,原料,a,（或,a,）,蒸發,過濾,冷卻蒸發,過濾,圖,6-7,圖,6-6,K,+,、,Na,+,/Cl,-,、,NO,3,-,H,2,O,四元交互系統,100,和,5,干鹽圖,（二）、循環法流程,3.,冷卻鹽析（,KNO,3,）：,將母液,P,2,冷卻到,5,，,P,2,點落入,KNO,3,結晶區，,5,時蒸發此溶液，液相沿,P,2,d,移動，到達,d,時，,NaCl,也飽和但未析出，,KNO,3,析出量,M,C,可由直線,Cd,求出，即,從圖中可見，操作線,P,2,d,比,P,2,b,長，而,CP,2,又比,Cb,短，故,KNO,3,的產率比不循環法中的大為增加，濾去,KNO,3,，得母液,d,，過程操作線為,P,2,d,K,NO,3,NaCl,母液返回系統,原料,a,（或,a,）,蒸發,過濾,冷卻蒸發,過濾,圖,6-7,圖,6-6,K,+,、,Na,+,/Cl,-,、,NO,3,-,H,2,O,四元交互系統,100,和,5,干鹽圖,（二）、循環法流程,母液,d,再加等當量（,mol,）物料（,NaNO,3,
水鹽體系相圖及其應用5
