离子交换膜电解制取过硫酸铵的研究
发布时间：2023-03-05 05:46
过硫酸铵因含有活性氧而广泛应用于化工、电子、石油以及蓄电池工业等领域,主要用作有机合成工业的引发剂、印刷线路的刻蚀剂、石油压裂剂的添加剂等。目前工业制取过硫酸铵主要是采用电解法。我国电解法制取过硫酸铵工业化设备电解槽所用的隔膜都是陶瓷膜,而陶瓷膜的寿命较短、电阻较高,造成电解法制取过硫酸铵的电流效率较低、电耗较高、生产成本增加。离子交换膜的电阻较低、寿命较长,因此研究离子交换膜在电解制取过硫酸铵中的电解性能,对于提高工业电解制取过硫酸铵的电流效率、降低其电耗有一定的实际应用价值。本文研究了电解制取过硫酸铵的理论基础,搭建了小试实验装置,并通过数值模拟,优化了小试实验电解槽的进液管结构。小试实验采用自制电解槽,以镀铂钛极板为阳极,以铅锑锡合金为阴极,以离子交换膜为电解槽隔膜。小试实验电解槽采用内径为1 mm、外径为2 mm的聚四氟乙烯管作为进液管与出液管。模拟结果表明,当进液管结构为:进液管深度为18 mm,在距离电解液进口 12 mm处增加一个孔径为1 mm的进液小孔,在进口处再增加一个孔径为0.5 mm的进液小孔时,电极表面的流场分布较为均匀、电流密度的分布较为均匀,电解槽的电流效率...
【文章页数】：126 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 电解制取过硫酸铵的研究进展
1.2.1 阳极材料的研究进展
1.2.2 阴极材料的研究进展
1.2.3 电解制取过硫酸铵所用隔膜的研究进展
1.2.4 阳极添加剂的研究进展
1.2.5 电解槽结构的研究进展
1.2.6 共用阴极液的电解系统的研究进展
1.3 离子交换膜的研究进展
1.4 离子交换膜电解槽数值模拟的研究现状
1.5 本文的研究内容
第二章 电解制取过硫酸铵的理论基础与小试实验的设计
2.1 电解制取过硫酸铵的理论基础
2.1.1 电解制取过硫酸铵的理论电耗
2.1.2 电解制取过硫酸铵的基本理论概念
2.1.3 电解制取过硫酸铵的氢阴极还原
2.1.4 电解制取过硫酸铵的氧阳极氧化
2.1.5 阳离子交换膜电解制取过硫酸铵的原理
2.1.6 阴离子交换膜电解制取过硫酸铵的原理
2.1.7 陶瓷膜电解制取过硫酸铵的原理
2.2 小试实验设备的选择
2.2.1 电极材料的选择
2.2.2 离子交换膜的选择
2.3 小试实验试剂与仪器
2.3.1 小试实验试剂
2.3.2 小试实验仪器
2.4 小试实验电解槽
2.5 小试实验装置与方法
2.5.1 小试实验装置与小试实验方法
2.5.2 小试实验的分析方法
2.6 本章小结
第三章 电解制取过硫酸铵小试电解槽的结构优化与数值模拟
3.1 电解槽的几何模型
3.2 电解槽模型的简化
3.3 数学模型
3.3.1 多相流模型的选择
3.3.2 基本控制方程
3.3.3 电压与电流密度的计算
3.3.4 电流效率与电耗的计算
3.3.5 边界条件
3.4 小试实验电解槽数值模拟的结果与分析
3.4.1 进液管结构对阳离子交换膜电解槽的流场分布与电解性能的影响
3.4.2 进液管结构对阴离子交换膜电解槽的流场分布与电解性能的影响
3.4.3 阴极液(NH4)2SO4浓度对阴离子交换膜电解槽电流效率与电耗的影响
3.5 本章小结
第四章 电解制取过硫酸铵小试实验的结果与分析
4.1 阳离子交换膜小试实验的结果与分析
4.1.1 槽电压对电流效率与电耗的影响
4.1.2 电解液流量对电流效率与电耗的影响
4.2 阴离子交换膜小试实验的结果与分析
4.2.1 槽电压对电流效率与电耗的影响
4.2.2 电解液流量对电流效率与电耗的影响
4.2.3 阴极液(NH4)4SO4浓度对电流效率与电耗的影响
4.3 离子交换膜最优电解性能的对比
4.4 本章小结
第五章 电解制取过硫酸铵中试实验的研究
5.1 实验试剂与仪器
5.2 中试实验电解槽
5.3 中试实验装置与方法
5.3.1 中试实验装置与中试实验方法
5.3.2 中试实验的分析方法
5.4 中试实验的结果与分析
5.4.1 槽电压对电流效率与电耗的影响
5.4.2 电解液流量对电流效率与电耗的影响
5.4.3 电解液的电解级数对电流效率与电耗的影响
5.5 本章小结
第六章 共用阴极液对电解制取过硫酸铵影响的研究
6.1 实验电解槽与电解槽的等效电路模型
6.1.1 实验电解槽
6.1.2 单个隔膜电解槽的等效电路模型
6.1.3 共用阴极液电解系统的等效电路模型
6.2 实验试剂与实验仪器
6.3 HDGN膜与陶瓷膜的性能测试
6.3.1 微观形貌
6.3.2 热稳定性
6.4 实验装置与方法
6.4.1 实验装置
6.4.2 实验方法
6.4.3 实验的分析方法
6.5 HDGN膜与陶瓷膜性能测试的结果与分析
6.6 电解系统的等效电路模型的数值模拟方法
6.7 等效电路模型数值模拟的结果与分析
6.7.1 共用阴极液对等效电路模型电流的影响
6.7.2 偏流电阻对偏流电流的影响
6.8 实验的结果与分析
6.9 本章小结
第七章 电解制取过硫酸铵工业电解槽的结构设计与数值模拟
7.1 电解制取过硫酸铵新型工业电解槽的结构设计
7.1.1 设计要求
7.1.2 外形结构、组装与紧固方式
7.1.3 单元槽结构
7.1.4 阳极端单元槽与阴极端单元槽结构
7.1.5 电解槽的结构特点
7.2 新型工业电解槽中单元槽的数值模拟分析
7.2.1 单元槽的几何模型
7.2.2 单元槽模型的简化
7.2.3 数学模型
7.3 单元槽数值模拟的结果与分析
7.3.1 单元槽槽框内导流筋板结构的优化
7.3.2 槽电压对单元槽电流效率与电耗的影响
7.3.3 电解液流量对单元槽电流效率与电耗的影响
7.4 本章小结
第八章 结论与展望
8.1 结论
8.2 主要创新点
8.3 展望
参考文献
致谢
研究成果及发表的学术论文
作者和导师简介
附件
本文编号：3755825
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【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 电解制取过硫酸铵的研究进展
1.2.1 阳极材料的研究进展
1.2.2 阴极材料的研究进展
1.2.3 电解制取过硫酸铵所用隔膜的研究进展
1.2.4 阳极添加剂的研究进展
1.2.5 电解槽结构的研究进展
1.2.6 共用阴极液的电解系统的研究进展
1.3 离子交换膜的研究进展
1.4 离子交换膜电解槽数值模拟的研究现状
1.5 本文的研究内容
第二章 电解制取过硫酸铵的理论基础与小试实验的设计
2.1 电解制取过硫酸铵的理论基础
2.1.1 电解制取过硫酸铵的理论电耗
2.1.2 电解制取过硫酸铵的基本理论概念
2.1.3 电解制取过硫酸铵的氢阴极还原
2.1.4 电解制取过硫酸铵的氧阳极氧化
2.1.5 阳离子交换膜电解制取过硫酸铵的原理
2.1.6 阴离子交换膜电解制取过硫酸铵的原理
2.1.7 陶瓷膜电解制取过硫酸铵的原理
2.2 小试实验设备的选择
2.2.1 电极材料的选择
2.2.2 离子交换膜的选择
2.3 小试实验试剂与仪器
2.3.1 小试实验试剂
2.3.2 小试实验仪器
2.4 小试实验电解槽
2.5 小试实验装置与方法
2.5.1 小试实验装置与小试实验方法
2.5.2 小试实验的分析方法
2.6 本章小结
第三章 电解制取过硫酸铵小试电解槽的结构优化与数值模拟
3.1 电解槽的几何模型
3.2 电解槽模型的简化
3.3 数学模型
3.3.1 多相流模型的选择
3.3.2 基本控制方程
3.3.3 电压与电流密度的计算
3.3.4 电流效率与电耗的计算
3.3.5 边界条件
3.4 小试实验电解槽数值模拟的结果与分析
3.4.1 进液管结构对阳离子交换膜电解槽的流场分布与电解性能的影响
3.4.2 进液管结构对阴离子交换膜电解槽的流场分布与电解性能的影响
3.4.3 阴极液(NH4)2SO4浓度对阴离子交换膜电解槽电流效率与电耗的影响
3.5 本章小结
第四章 电解制取过硫酸铵小试实验的结果与分析
4.1 阳离子交换膜小试实验的结果与分析
4.1.1 槽电压对电流效率与电耗的影响
4.1.2 电解液流量对电流效率与电耗的影响
4.2 阴离子交换膜小试实验的结果与分析
4.2.1 槽电压对电流效率与电耗的影响
4.2.2 电解液流量对电流效率与电耗的影响
4.2.3 阴极液(NH4)4SO4浓度对电流效率与电耗的影响
4.3 离子交换膜最优电解性能的对比
4.4 本章小结
第五章 电解制取过硫酸铵中试实验的研究
5.1 实验试剂与仪器
5.2 中试实验电解槽
5.3 中试实验装置与方法
5.3.1 中试实验装置与中试实验方法
5.3.2 中试实验的分析方法
5.4 中试实验的结果与分析
5.4.1 槽电压对电流效率与电耗的影响
5.4.2 电解液流量对电流效率与电耗的影响
5.4.3 电解液的电解级数对电流效率与电耗的影响
5.5 本章小结
第六章 共用阴极液对电解制取过硫酸铵影响的研究
6.1 实验电解槽与电解槽的等效电路模型
6.1.1 实验电解槽
6.1.2 单个隔膜电解槽的等效电路模型
6.1.3 共用阴极液电解系统的等效电路模型
6.2 实验试剂与实验仪器
6.3 HDGN膜与陶瓷膜的性能测试
6.3.1 微观形貌
6.3.2 热稳定性
6.4 实验装置与方法
6.4.1 实验装置
6.4.2 实验方法
6.4.3 实验的分析方法
6.5 HDGN膜与陶瓷膜性能测试的结果与分析
6.6 电解系统的等效电路模型的数值模拟方法
6.7 等效电路模型数值模拟的结果与分析
6.7.1 共用阴极液对等效电路模型电流的影响
6.7.2 偏流电阻对偏流电流的影响
6.8 实验的结果与分析
6.9 本章小结
第七章 电解制取过硫酸铵工业电解槽的结构设计与数值模拟
7.1 电解制取过硫酸铵新型工业电解槽的结构设计
7.1.1 设计要求
7.1.2 外形结构、组装与紧固方式
7.1.3 单元槽结构
7.1.4 阳极端单元槽与阴极端单元槽结构
7.1.5 电解槽的结构特点
7.2 新型工业电解槽中单元槽的数值模拟分析
7.2.1 单元槽的几何模型
7.2.2 单元槽模型的简化
7.2.3 数学模型
7.3 单元槽数值模拟的结果与分析
7.3.1 单元槽槽框内导流筋板结构的优化
7.3.2 槽电压对单元槽电流效率与电耗的影响
7.3.3 电解液流量对单元槽电流效率与电耗的影响
7.4 本章小结
第八章 结论与展望
8.1 结论
8.2 主要创新点
8.3 展望
参考文献
致谢
研究成果及发表的学术论文
作者和导师简介
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