连续层熔融结晶分离净化磷酸研究

发布时间：2017-04-13 05:25

  本文关键词：连续层熔融结晶分离净化磷酸研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：磷酸是许多磷酸盐精细化学品的基础生产原料,本身及其衍生物在很多行业中有着广泛的应用和良好的市场需求。热法或湿法工艺生产的磷酸需要经过净化精制,提高磷酸的纯度,满足不同领域对磷酸纯度的要求。层熔融结晶是一种极具潜力的绿色环保、高效的分离技术,具有节能、不需引入溶剂、易于放大等优点,适用于磷酸的分离纯化。然而,目前层熔融结晶研究和中试规模生产中一般采用间歇操作模式,即在同一结晶设备中时序性地进行结晶和发汗纯化过程,其工艺步骤复杂,流程长。同时,间歇模式对操作有着许多限制,例如结晶过程降温速率不宜过快,易造成晶层疏松多孔,降低生产能力；发汗过程中的发汗温度不能充分接近组分熔点以避免晶层断裂或滑落,发汗时间很长,产品收率较低,分离效率会因杂质包埋现象而骤降等。层结晶技术低效的产能和复杂的流程不利于层熔融分离净化磷酸的工业化应用。因此,使层结晶连续化是工业应用层熔融结晶技术分离净化磷酸的关键之一。本文旨在应用开发的连续层熔融结晶法实现磷酸的连续性分离净化和生产,将结晶和纯化过程分离操作,实现连续化分离净化磷酸的目标。本研究中,首先对磷酸层熔融结晶过程进行了系统性的实验研究,包括测定不同磷酸初始浓度和降温速率下磷酸晶层的生长速率,以传热系数法计算磷酸晶层有效导热系数等。同时,论文还探究了磷酸层结晶的起始成核和初始磷酸结晶层的制备过程,低过冷度下重结晶可以有效改变晶体尺寸和晶层结构,制得厚度均匀分布、完全覆盖冷却面的初始磷酸晶层,便于实验过程晶层厚度的测量。另外,通过在磷酸原料中添加各类杂质离子,研究了逐步冻凝过程杂质组分在晶层和液相的分配系数变化,探究分离效果。对发汗过程的发汗温度、晶层形貌等做了研究。其次,在磷酸层熔融结晶过程结晶阶段的实验研究基础上提出合理的实验假定建立并简化磷酸晶层生长模型,得到结晶体系各部分的定性温度分布,推导出磷酸晶层生长速率的表达式。由晶层生长模型可以分析降温速率、熔体侧对流状况等对晶层生长的影响,用于指导实验过程和生产。此外,根据发汗模型分析了磷酸发汗纯化的机理。最后,研制实验室规模的小型磷酸转鼓熔融结晶器,用于连续化分离纯化磷酸,考察了磷酸转鼓熔融结晶的生产能力和杂质分离效率,应用多种进一步纯化方法,提出多级转鼓熔融结晶、转鼓结晶-逆流洗涤纯化(湿法发汗)、转鼓熔融结晶-干法发汗纯化三种可连续化操作工艺,具有工业应用前景。
【关键词】：磷酸 层熔融结晶 连续 晶层生长 模型 转鼓熔融结晶器
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ126.35
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 前言11-27
• 1.1 研究背景11-15
• 1.1.1 磷酸生产工艺12
• 1.1.2 磷酸净化精制技术12-14
• 1.1.3 磷酸物性及应用14-15
• 1.2 熔融结晶简介15-20
• 1.2.1 方法简介15-16
• 1.2.2 分离纯化原理16-19
• 1.2.3 操作分类19
• 1.2.4 应用19-20
• 1.3 层熔融结晶技术20-24
• 1.3.1 操作模式20-21
• 1.3.2 理论研究21-22
• 1.3.3 结晶器及过程22-24
• 1.4 磷酸熔融结晶研究24-25
• 1.4.1 悬浮结晶分离磷酸24
• 1.4.2 层熔融结晶分离磷酸24-25
• 1.5 本研究的技术路线和内容25-26
• 1.5.1 需要解决的关键技术问题25
• 1.5.2 本研究的技术路线25-26
• 1.5.3 研究内容26
• 1.6 创新点26-27
• 第2章 实验设备及方法27-34
• 2.1 实验试剂与仪器27-28
• 2.2 实验分析方法28-34
• 2.2.1 磷酸质量分数测定28-30
• 2.2.2 铁离子测定30-31
• 2.2.3 氟离子测定31-32
• 2.2.4 磷酸晶层平均厚度测定32-34
• 第3章 磷酸层熔融结晶过程实验研究34-56
• 3.1 实验部分34-37
• 3.1.1 主要化学试剂34
• 3.1.2 实验装置34-36
• 3.1.3 实验内容及步骤36-37
• 3.2 理论37-39
• 3.2.1 晶层生长速率37
• 3.2.2 磷酸晶层有效导热系数计算37-39
• 3.2.3 杂质分配系数39
• 3.3 实验结果与讨论39-55
• 3.3.1 体系温度分布39-42
• 3.3.2 成核和初始晶层42-44
• 3.3.3 晶层生长速率44-46
• 3.3.4 磷酸晶层平均厚度46-48
• 3.3.5 晶层有效导热系数48-50
• 3.3.6 液相包埋现象50-51
• 3.3.7 H_2O、Fe~(3+)和F~-的分配系数51-53
• 3.3.8 发汗过程53-55
• 3.4 实验小结55-56
• 第4章 磷酸层结晶过程数学模型56-65
• 4.1 层结晶过程体系温度分布56-58
• 4.1.1 模型假设与温度分布56-57
• 4.1.2 实验比较57-58
• 4.2 晶层生长过程58-62
• 4.2.1 模型生长假定58
• 4.2.2 热量衡算58-61
• 4.2.3 分析与结论61-62
• 4.3 晶层有效导热系数62-63
• 4.4 发汗纯化过程63-65
• 4.4.1 包埋与杂质63
• 4.4.2 发汗纯化机理63-65
• 第5章 磷酸转鼓熔融结晶器实验研究与多级连续工艺65-74
• 5.1 磷酸转鼓熔融过程及设备65-68
• 5.1.1 工作原理65
• 5.1.2 设计要求65-66
• 5.1.3 具体规格参数66-68
• 5.2 试验运行68-71
• 5.2.1 成核和初始晶膜68-69
• 5.2.2 生产能力69-70
• 5.2.3 分离效率和液体包埋70-71
• 5.3 连续性层熔融分离净化磷酸工艺71-74
• 5.3.1 多级转鼓结晶72
• 5.3.2 转鼓熔融结晶-湿法发汗纯化72-73
• 5.3.3 转鼓熔融结晶-干法发汗73-74
• 第6章 结论与展望74-76
• 6.1 结论74
• 6.2 实验展望和建议74-76
• 参考文献76-79
• 致谢79-80
• 硕士研究生期间发表论文80

【参考文献】

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本文编号：302922