10公斤级五氧化二氮硝酸溶液电解装置设计
发布时间：2021-11-24 07:26
五氧化二氮,是一种公认的性能优异、清洁的绿色硝化剂。五氧化二氮用于硝化反应,具有温度易控制、废酸成分单一、选择性高、无氧化副反应目标产物、收率高的特点。本文是在实验室规模（100克/批）四氧化二氮电解制备五氧化二氮技术和原理样机基础上,计算出最大电流密度、循环液保留时间、分析出降低比能的方法;以此为依据,设计并搭建了具有挡板解结构公斤级电解制备五氧化二氮装置;研究了挡板的形状、挡板间距以及电解液流动方式对电解的影响,结果表明,当挡板形状为折流、挡板间距为40mm,电解液流动方式为并流时,电解收率高、比能低;进行了公斤级电解装置的条件优化实验,当电解电压为2.5V,电解液流量为100ml,电解2.5h,比能最低达到1.18kWh/kgN2O5,收率为75.8%,达到了设计要求,且均优于实验室电解装置;在此基础上,设计了具有8个挡板的10kg级五氧化二氮电解制备装置。
【文章来源】：西北大学陕西省 211工程院校
【文章页数】：53 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
实验室电解槽结构示意图
西北大学硕士学术论文82.3.2实验室规模电解装置流程实验室电解制备装置示意图如下图2：阳极液泵将阳极液槽的阳极液输入到电解槽的阳极中进行电解[20]，并进行循环；阴极液泵将阴极液槽的阴极液输入到电解槽的阴极中进行电解，并进行循环；阳极液槽和阳极液槽均有夹层，通过低温浴槽进行冷却；直流电源的正负极分别连接电解槽的阳极和阴极。1-阳极室2-阴极室3-阳极储罐4阴极储罐图2电解制备五氧化二氮装置流程示意图2.3.3电解过程的评价指标电流密度、比能和收率是电解过程重要的评价指标。1）电流密度电流密度[15]是浸于电解液的电极表面积A与通过的电流强度i的比值。在电解的过程中，电流密度越大，电解时间越短。A=2）比能比能[16]是得到每单位电解产物所消耗的能量，产能越低，能耗越少。W=（2.2）式中：W－比能，kW·h·kg-1N2O5；U－电压，V；I－电流，A；
西北大学硕士学术论文22电压的压降和电阻有关，和实验室规模电解槽相比，隔膜、电极、电解质均未改变，只有电解槽结构不同，放大电解槽结构进行了优化，缩小了膜极距，使得溶液电阻降低，而溶液欧姆降是电解电压降的重要组成部分，实验室规模电解槽电压降为2~5V，因此本设计电解槽的单槽电压降应在2.5~4V之间。在实际操作过程中，由于还会存在接线电阻，前期研究发现其约为0.5~1V。前期研究发现，使得电极材料具有较经济性的电流密度为700~1100A/m2，最大电流密度1100A/m2，由此可以确定电解槽最大电流为1100×0.032×70%=24.6A。根据上述计算可以确定直流稳压电源应满足上述电流电压需求，同时根据数据处理需要，能够电流、电压数据可以通过电脑采集和控制输出。根据上述要求可以选择的电源有WYK-30100-H和WWL-LDX系列。如图五所示图6直流稳压电源3.7电解控制系统3.7.1泵数据采集系统电解过程需要采集电源输出的电流、电压、过程控制温度以及密度测量数据和选装的流动分析仪数据，因此要求上述各设备在选择时具备数据信号输出功能。3.7.2在线分析系统电解过程的在线分析主要是采用在线密度计分析阴阳极液的密度组成变化。由前期研究可知，电解过程中阳极液的密度变化范围为1.574~1.65g/cm3，阴极液密度为1.51~1.56g/cm3，溶液温度为5~10℃；另外，从上面的范围可以看出，密度变化较小，而电解过程中组成变化却很大，因此需要密度计具有较高的精度才可以进行实时反映电解过程。因此在线密度可以选用antonpaarDMA5000配备在线取样分析系统，精确度可以达
本文编号：3515505
【文章来源】：西北大学陕西省 211工程院校
【文章页数】：53 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
实验室电解槽结构示意图
西北大学硕士学术论文82.3.2实验室规模电解装置流程实验室电解制备装置示意图如下图2：阳极液泵将阳极液槽的阳极液输入到电解槽的阳极中进行电解[20]，并进行循环；阴极液泵将阴极液槽的阴极液输入到电解槽的阴极中进行电解，并进行循环；阳极液槽和阳极液槽均有夹层，通过低温浴槽进行冷却；直流电源的正负极分别连接电解槽的阳极和阴极。1-阳极室2-阴极室3-阳极储罐4阴极储罐图2电解制备五氧化二氮装置流程示意图2.3.3电解过程的评价指标电流密度、比能和收率是电解过程重要的评价指标。1）电流密度电流密度[15]是浸于电解液的电极表面积A与通过的电流强度i的比值。在电解的过程中，电流密度越大，电解时间越短。A=2）比能比能[16]是得到每单位电解产物所消耗的能量，产能越低，能耗越少。W=（2.2）式中：W－比能，kW·h·kg-1N2O5；U－电压，V；I－电流，A；
西北大学硕士学术论文22电压的压降和电阻有关，和实验室规模电解槽相比，隔膜、电极、电解质均未改变，只有电解槽结构不同，放大电解槽结构进行了优化，缩小了膜极距，使得溶液电阻降低，而溶液欧姆降是电解电压降的重要组成部分，实验室规模电解槽电压降为2~5V，因此本设计电解槽的单槽电压降应在2.5~4V之间。在实际操作过程中，由于还会存在接线电阻，前期研究发现其约为0.5~1V。前期研究发现，使得电极材料具有较经济性的电流密度为700~1100A/m2，最大电流密度1100A/m2，由此可以确定电解槽最大电流为1100×0.032×70%=24.6A。根据上述计算可以确定直流稳压电源应满足上述电流电压需求，同时根据数据处理需要，能够电流、电压数据可以通过电脑采集和控制输出。根据上述要求可以选择的电源有WYK-30100-H和WWL-LDX系列。如图五所示图6直流稳压电源3.7电解控制系统3.7.1泵数据采集系统电解过程需要采集电源输出的电流、电压、过程控制温度以及密度测量数据和选装的流动分析仪数据，因此要求上述各设备在选择时具备数据信号输出功能。3.7.2在线分析系统电解过程的在线分析主要是采用在线密度计分析阴阳极液的密度组成变化。由前期研究可知，电解过程中阳极液的密度变化范围为1.574~1.65g/cm3，阴极液密度为1.51~1.56g/cm3，溶液温度为5~10℃；另外，从上面的范围可以看出，密度变化较小，而电解过程中组成变化却很大，因此需要密度计具有较高的精度才可以进行实时反映电解过程。因此在线密度可以选用antonpaarDMA5000配备在线取样分析系统，精确度可以达
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