[发明专利]一种金属钾的连续生产装置及工艺

说明书

本发明提供了一种金属钾的连续生产装置及工艺，包括反应器，所述的反应器包括管式反应筒体，管式反应筒体内安装有螺旋体，所述的管式反应筒体内设置有依次相连通的给料段、预热段、反应段和保温出渣段；所述的给料机构设置在给料段，所述的精馏机构设置在反应段，所述的接收机构与精馏机构相连，所述的出渣回收机构设置在保温出渣段；所述的精馏机构包括精馏塔，精馏塔底部设置有与反应段相连通的汽液分离过渡段，精馏塔顶部设置有第一冷凝器，第一冷凝器的底部与接收机构相连通。本发明金属钾的制备工艺采用连续反应装置，以氯化钾、金属钠为初始原料，通过连续生产的工艺彻底消除了生产过程中所有安全隐患，设备投资小。

技术领域

本发明属于化工领域，涉及金属钾的生产，具体涉及一种金属钾的连续生产装置及工艺。

背景技术

金属钾及其衍生产品是化工、航天、水下装备供氧、危险状况供氧自救、制药等领域非常有用的原料。关于金属钾的合成方法目前能工业化的只有一种氯化钾金属钠高温置换反应法。这种方法反应条件比较苛刻，首先是需要850℃左右的反应温度，在这种温度下对反应器的材质要求比较高，既要耐高温还要耐腐蚀，设备投入成本比较高；由于置换反应是可逆反应要保证反应的转化率必须在真空下不断地将生成的钾从系统蒸馏分出去，这就需要解决真空密封的难题；由于高温下金属钾、钠都与氧、氮剧烈反应，这就要求系统绝氧、绝氮并在氩气保护下进行，这同样需要解决密封的问题；由于氯化钾的熔点为770℃，钾的沸点为774℃，反应的温度必须高于这个温度，而且生成的钾非常容易溶解在氯化钾中不易逃逸，这就需要足够的温度、足够的蒸发面积和足够的搅拌强度才能保证反应不断地进行，增加反应器的蒸发面积传热问题就暴露出来了，增加搅拌强度可以解决传热问题但高温下搅拌真空密封问题至今无法解决，另外，该反应是放热反应，当反应起动后控制反应的温度又是一个难题，温度过高带出去的钠就多，副反应也多，温度降低又非常容易出现“僵锅”现象造成整个反应失败，原料损失；由于反应副产物中残余的钾、钠对反应副产物的后处理有重大安全隐患，所以现有技术都是将生成的钾和未反应的钠先一起蒸出来，然后再通过精馏再分离生成纯钾，这又增加了生产成本和设备投入。

基于以上技术瓶颈现有工艺是设计成小反应器，不带搅拌间歇操作，这样传热和密封的问题就好解决了，但是反应的转化率不高，反应的效率不高，产能无法提高，每次需要反复的置换空气，需要消耗大量的氩气，更重要的是安全隐患比较多，最大的安全隐患是当反应结束后反应残余物是一种含金属钠、钾的氯化钾、氯化纳混合物，必须在氩气保护下将反应混合物转移到另外一个容器中，然后再冷却，这样这种混合物就成为一种大块不能直接从容器中放出来，只能将容器移到别的地方用大量的水将其中的混合物溶解出来，这时非常容易出现爆燃，无法控制，而且即便安全的处置了对设备的腐蚀也比较大（主要是水体系氯离子的腐蚀），设备也易变形再次利用率低，同时产生大量的含氯化钾、氯化纳稀溶液废水处置成本比较高。这也是金属钾国内外不能大规模生产、成本高的主要原因。

因此，如何消除安全隐患、降低成本、解决搅拌机械密封问题、降低能耗、降低污染、大规模生产一直以来是金属钾及钾利用领域企业关注和研究的难题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种金属钾的连续生产装置及工艺，实现金属钾制备过程的连续化大规模生产，解决现有的金属钾生产过程中存在的安全隐患和生产效率之间相互矛盾，难以兼具的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种金属钾的连续生产装置，包括反应器，还包括给料机构、精馏机构、接收机构和出渣回收机构；

所述的反应器包括管式反应筒体，管式反应筒体内安装有螺旋体，所述的管式反应筒体内设置有依次相连通的给料段、预热段、反应段和保温出渣段；所述的给料机构设置在给料段，所述的精馏机构设置在反应段，所述的接收机构与精馏机构相连，所述的出渣回收机构设置在保温出渣段；