El proceso de obtención de nitrato potásico a partir de nitrato amónico y de cloruro potásico se puede dividir en cinco secciones o bloques principales, tal y como aparece en el diagrama de bloques simplificado de la figura. estas secciones son:
- Sección 1: Mezclado de KCl.
- Sección2: Cristalización y acondicionamiento del nitrato potásico.
- Sección 3: Mezclado del NH4NO3.
- Sección 4: Evaporación.
- Sección 5: Cristalización y acondicionamiento del cloruro amónico.
Diagrama de bloques simplificado del proceso de obtención de KNO3
El proceso utiliza dos mezcladores y las materias primas son añadidas en etapas alternativas. El cloruro amónico precipita a una temperatura mayor y a partir de una concentración mayor que el nitrato potásico. Por lo tanto la evaporación realiza antes que la cristalización del cloruro amonio, siendo el condensado cristalizado antes de producirse la cristalización del nitrato potásico.
A continuación se va a realizar una breve descripción del diagrama de bloques en función de cada una de las etapas en que se ha dividido el proceso global.
Mezclado del KCl
La etapa de mezclado del KCl supone la mezcla del condensado (H2O) procedente del evaporador y las aguas madres recirculadas con el KCl alimentado en estado sólido, la mezcla se realizará en un tanque agitado a la temperatura de 56ºC. El cloruro potásico contiene un pequeño porcentaje de cloruro sódico y cloruro de magnesio, todos estos compuestos se disuelven en agua con facilidad a dicha temperatura. Las concentraciones de la corriente de salida del tanque permiten la cristalización del KNO3 a bajas temperaturas. La corriente de salida del tanque se dirige a la sección de cristalización y acondicionamiento del nitrato potásico.
Cristalización y acondicionamiento del KNO3
La salida del mezclador de KCl se introduce en el cristalizador, formándose nitrato potásico que precipita en forma de cristales. El cristalizador opera a 11.5ºC y 1 bar de presión.
El magma de salida del cristalizador, formado por cristales de nitrato potásico en una disolución saturada de esta sal, (14%w cristales 86%w de disolución), es conducido a las etapas down-streams de acondicionamiento de los cristales para su comercialización.
Las etapas down-streams consisten en un sedimentador y una centrífuga.
El magma de salida del cristalizador, formado por cristales de nitrato potásico es conducido a un sedimentador donde se separarán los cristales del clarificado. La salida de sólidos estará compuesta al 50%w de cristales y al 50%w de disolución
Posteriormente la corriente de sólidos se somete a una centrifugación con lavado para eliminar la mayor parte del líquido. El producto sólido de salida de estas etapas se almacena en un silo, antes de su transporte y posterior comercialización.
El producto sólido cristalizado (KNO3) retendrá una pequeña cantidad de disolución (un 8% del producto total), la cual contiene tanto agua como todos los iones disueltos, los cuales constituyen las impurezas del producto final, entre dichas impurezas están los cloruros de sodio y magnesio, se ha calculado la concentración a la cual recirculan para que la cantidad de salida como impureza de estos cloruros sea igual a la cantidad introducida con el KCl, de esta manera se cumple el balance de materia a los cloruros de sodio y magnesio sin que sea requerida una cristalización de los mismos.
Mezclado del NH4NO3
Esta etapa consiste en la mezcla del nitrato amónico alimentada con las aguas madres salientes de la sección de cristalización de nitrato potásico. Si utilizásemos nitrato amónico sólido como materia prima esta etapa sería similar a la del mezclado del KCl, pero debido a que introducimos el nitrato amónico en forma de licor acuoso al 93 % de NH4NO3 en peso no será necesario el tanque de mezclado, por lo que en nuestra planta no existirá la sección de mezclado de NH4NO3. La solución a 11.5ºC pasará a la sección de evaporación.
Evaporación
Previamente a la cristalización del cloruro amónico es necesario evaporar un 46.3% del agua de la disolución, se utilizará un evaporador de quíntuple efecto con alimentación hacia delante, los evaporadores de múltiple efecto se utilizan para obtener una mejor economía del vapor, funcionan reduciendo la presión de evaporación en cada efecto por medio de un válvula y un separador flash situados entre cada evaporador, esta caída de presión permite que el vapor saliente del efecto anterior caliente y evapore la salida líquida del separador flash.
En la sección de evaporación también están incluidos los condensadores los cuales calentarán la disolución de 11.5ºC a 126ºC condensando vapor que se extraíra de alguno de los efectos.
La alimentación al evaporador se hace a 126ºC y 7.16 bar, para evaporar la alimentación se intruce en el primer efecto vapor saturado procedente de las instalaciones de Fertiberia a 184ºC y 10.96 bar.
Al utilizar un evaporador de múltiple se obtiene una economía de vapor de 7.15 kg vapor producido/kg vapor vivo .
De la sección de evaporación saldrá la disolución a la temperatura de 84ºC a la cual comienza a cristalizar el cloruro amónico en las condiciones de nuestra disolución.
Cristalización y acondicionamiento del NH4CL
El núcleo del proceso es la cristalización del cloruro amónico. La salida del evaporador se introduce en el cristalizador, formándose cloruro amónico que precipita en forma de cristales. El cristalizador opera a 28ºC y 1 bar de presión. Junto con el cloruro amónico también cristaliza una pequeña cantidad de cloruro sódico y cloruro de magnesio.
El magma de salida del cristalizador, formado por cristales de nitrato potásico en una disolución saturada de esta sal, (10.7%w cristales 89.3%w de disolución), es conducido a las etapas down-streams de acondicionamiento de los cristales para su comercialización.
Las etapas down-streams consisten en un sedimentador y una centrífuga.
El magma de salida del cristalizador, formado por cristales de cloruro amónico es conducido a un sedimentador donde se separarán los cristales del clarificado. La salida de sólidos estará compuesta al 50%w de cristales y al 50%w de disolución
Posteriormente la corriente de sólidos se somete a una centrifugación con lavado para eliminar la mayor parte del líquido. El producto sólido de salida de estas etapas se almacena en un silo, antes de su transporte y posterior comercialización.
El producto sólido cristalizado (NH4Cl) retendrá una pequeña cantidad de disolución (un 7.5 % del producto total), la cual contiene tanto agua como todos los iones disueltos, los cuales constituyen las impurezas del producto final, entre dichas impurezas están los cloruros de sodio y magnesio, se ha calculado la concentración a la cual recirculan para que la cantidad de salida como impureza de estos cloruros sea igual a la cantidad introducida con el KCl, de esta manera se cumple el balance de materia a los cloruros de sodio y magnesio sin que sea requerida una cristalización de los mismos.