近年来,工业及农业市场对KNO₃的需求量日益增加,而目前国内KNO₃生产工艺主要采用NH₄NO₃和KCl复分解法,所得产品中含大量NH₄Cl,且纯度低、粒度差,不能实现较高的经济效益。因此,急需开发低能耗,高效率的KNO₃生产新工艺。本文基于沸石离子交换技术,提出了一种以改型沸石作为离子交换剂,以Na NO₃为洗脱剂的苦卤钾富集及富钾卤水中Na NO₃与KNO₃节能分离新工艺。该工艺对洗脱液中钾离子分段回收,循环利用,并将硝酸钠产品作为洗脱剂回用至钾富集过程,具有高效、低能耗的优势,对降低生产成本具有应用研究意义。本论文首先研究了钾富集过程,包括K⁺吸附及Na NO₃洗脱两个阶段,其中洗脱阶段是得到富含KNO₃卤水的关键过程,因此,考察了洗脱剂浓度、洗脱温度对洗脱过程的影响。结果表明,在46wt%的硝酸钠溶液作为洗脱剂、90°C的洗脱温度的条件下,沸石有效交换容量为24.17 mg（K⁺）/g（沸石）。开发了叠加吸附、分段洗脱并回收洗脱液循环利用的新技术,使富钾卤水的交换率和沸石有效交换能力分别提升7.5%和2%。之后根据Na⁺、K⁺//NO₃^--H₂O相图采用蒸发浓缩、冷却结晶的方法分离硝酸钠和硝酸钾溶液。考察了不同蒸发终点温度及沉降温度对硝酸钠纯度的影响,确定蒸发终止温度为126°C,保温沉降温度为80°C,冷却结晶温度为5°C,得到的Na NO₃粗盐纯度为98.77%,可直接作为洗脱剂回用至钾富集过程。又利用硝酸钾母液洗涤KNO₃粗盐,使KNO₃纯度提高到99%。并在此基础上,创新性提出了Na NO₃溶解与KNO₃冷却结晶耦合的方案,利用Aspen plus软件进行了热流模拟,实现了温度收敛,该方法有效利用了Na NO₃溶解吸热和KNO₃结晶过程放热之间的热量交换,降低了过程能耗。最后利用FBRM及PVM对混合体系中KNO₃冷却结晶过程进行实时在线分析研究,运用矩阵转化实现了弦长分布（CLD）与粒度密度分布（PSD）之间的转换,进而根据粒度衡算公式以及矩量法建立了KNO₃结晶动力学方程,表明了KNO₃晶体生长符合L定律。并探究了搅拌速率、冷却速率及终点温度对晶体粒度、纯度及产率的影响,为动态控制KNO₃结晶工艺提供理论基础。