钾碱生产工艺解析及其过程自动化仪表的应用

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一、钾碱介绍

钾碱，即氢氧化钾又名苛性钾，分子量56.11，呈白色斜方结晶态，属强碱，腐蚀性强，易溶于水，熔点360.4℃，沸点1320~1324℃。在工业中常见的钾碱原料为粉末或片状的固态钾碱与钾碱溶液。钾碱极易吸收空气中水分而潮解，且在空气中暴露会吸收CO2逐渐转变为K2CO3，因此钾碱的储存要求较为严格。密封保存，避免与空气中的水、二氧化碳反应;储存于阴凉、干燥、通风良好的环境中。远离火种、热源，环境湿度最好不大于85％，与易（可）燃物、酸类等分开存放，切忌混储。

二、生产过程

氢氧化钾的主要生产方式是电解法，其中电解法又分为水银电解法和隔膜电解法两种。前者水银电解法逐渐因为汞污染问题无法得到较好解决而遭到淘汰，而隔膜法也因材料技术的进步得到了改进，发展为新的离子膜法电解，可以制得纯度高的氢氧化钾。

钾碱生产设备中常用的仪表包含压力、温度、流量、液位及成分分析全部五类仪表。关于具体的仪表选型需要结合仪表所安装的设备、管道等位置的操作条件，即被检测的是何种介质，测量范围，测量环境的温度压力、介质密度等。同时对于化工生产来说，仪表接触介质的选择也十分重要。

在钾碱厂涉及到的介质和推荐的耐腐蚀材料如下图图一所示。

图一 腐蚀性介质及耐腐蚀材质推荐表

其生产流程如下图所示,主要包含三个部分，第一部分是精制氯化钾溶液，第二部分是电解，第三部分则是蒸发制成工序。

图二 隔膜电解法制氢氧化钾流程图

（1）氯化钾溶液的精制

氢氧化钾制取的主要原料是氯化钾，原料氯化钾在精制前含有其它杂质需经过除杂处理。将原料氯化钾在化盐槽中溶化，制成浓度为280~315g/L的氯化钾饱和溶液，加热至90℃时分别加入碳酸钾和氯化钡后经过滤装置去除溶液中的钙、镁、硫酸根等杂质，过滤后的溶液进入中和槽，通过盐酸中和至PH7-8。

（2）电解

精制盐水在电解槽中被电解，过程中阳极产生氯气与淡盐水，阴极产生氢气和氢氧化钾溶液。在选择仪表接触材质时需要额外注意，氢气接触不锈钢有氢脆现象会造成膜片穿孔损坏，氯气则需要用特定材质的耐腐蚀材料，氯气分为干湿两种状态，干氯气一般用316不锈钢、哈氏合金和钽，316的腐蚀速度较快，可以用在一些方便维护和更换的位置，重要的测量位置需要使用钽材质，此外钛材虽然对湿氯气有更高的耐腐蚀性，但钛会与干氯气发生化学反应，在氯气干湿状态无法明确的状态下不推荐使用钛材质。

（3）蒸发浓缩与最终固碱工序

隔膜法经过电解后得到的氢氧化钾溶液浓度为10%~11%，通过蒸发浓缩、冷却澄清后可制得45%~50%的氢氧化钾溶液，此后在熬碱锅中熬制，继续浓缩，得到固碱。

三、仪表选用

关于仪表选用，大部分测量位置都有多种仪表选型方案，需要结合具体情况判断，以下仅对一些关键性位置的仪表选型做出说明。

在精制过程中主要对溶液成分进行监控测量，使用的仪表主要为在线PH监测仪，ORP分析仪，密度仪，浊度仪。PH监测仪的传感器探头选型时需要注意流体温度，这一参数对PH计探头的使用寿命有极大影响。

在电解过程中的重要过程参数是电解槽两级进液口的流量，过去常用转子流量计而非电磁流量计，这时因为流量计的安装位置一般距离电解槽较近，杂散电流可能会影响电磁流量计。但是进液口的直径一般较大，在80~100mm之间，所以虽然转子流量计可以解决这一问题，但会造成新的成本和安装问题。但电磁流量计目前有了应对杂散电流影响的功能，可根据实际需要在两者之间进行选择。