氨碱法制碱中膜吸收氨回用过程研究

发布时间：2017-09-16 01:07

  本文关键词：氨碱法制碱中膜吸收氨回用过程研究

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【摘要】：近年来我国制碱行业产能过剩,供求矛盾日益加剧。进行技术革新,降低生产成本,正在成为企业努力的方向。氨碱法制碱中,为回收氨,氨冷却塔产生的冷凝氨液需经二次蒸氨工序,因此过程能耗高；循环回用氨含水率高,会降低氨化工序中精盐水的浓度,最终限制了钠利用率的提高。因此,如何降低蒸氨过程能耗及回用氨的含水率,从而降低生产成本,正在成为当前企业的重大技术需求。本文针对氨冷却塔所产生的冷凝氨液,采用疏水性较强的PVDF中空纤维膜,以精盐水为吸收液,研究基于逆向直接接触膜蒸馏原理的膜吸收氨回用过程(R-DCMD-MAAR)。将模拟冷凝氨液中的氨转移到精盐水中而被吸收,同时抑制与氨传质同向的水传质过程,从而降低回用氨的含水率,节省水的汽化相变热,从而降低过程能耗并大幅提高氨化工序中精盐水的浓度。该过程有效结合了精盐水氨化工序,避免了常规膜吸收之后吸收液需要进行膜解吸的复杂性。为节省精盐水的使用量,实验研究了吸收氨后的吸收液(氨盐水)在海藻式膜曝气组件中的膜曝气过程,以确定其中的曝气量及纯水补充量,使精盐水得到循环回用。在此基础上,研究了膜吸收组件结构参数(膜丝内径ri、装填密度δ)、膜吸收运行工艺参数(原料液温度T、吸收液与原料液进入膜组件时的温度差△T、原料液浓度CA及原料液流速vA)对R-DCMD.MAAR性能(氨通量JA、水通量JW、分离因子a、回用氨中含水率Rw)的影响,建立了描述过程氨传质系数kA的半理论半经验公式,确立了过程优化参数。运行工艺的正交实验研究表明,在实验范围内,各因素对JA的影响大小顺序为：CATΔTvA；各因素对JW的影响大小顺序为：TΔTCAvA；各因素对α的影响大小顺序为：CAΔTTvA。kA的半理论半经验计算值与实验值接近,相对偏差在±8.00%以内。经R-DCMD-MAAR过程性能优化,当T为40℃,△T为15℃,CA为5.5 wt%,vA为0.15 m/s时,JA高达0.86 kg/(m2·h),而JW为-0.11 kg/(m2.h),水与氨传质反向,回用氨中含水率Rw为0。R-DCMD-MAAR过程,在不显著降低氨吸收效率的情况下,回用氨的含水率及过程能耗均较低,因此该工艺具有可行性,可为氨碱法制碱行业的技术改进提供理论支持和技术支撑。
【关键词】：膜吸收 直接接触膜蒸馏 氨回用 含水率 氨碱法制碱
【学位授予单位】：天津工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X781.2
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 文献综述9-25
• 1.1 氨碱法制碱概述9-13
• 1.1.1 氨碱法技术介绍9-11
• 1.1.2 制碱企业传统氨回用过程11-13
• 1.2 直接接触膜蒸馏与渗透蒸馏概述13-16
• 1.2.1 直接接触膜蒸馏概念及原理14
• 1.2.2 渗透蒸馏概念及原理14-15
• 1.2.3 直接接触膜蒸馏与渗透蒸馏的温度极化现象15-16
• 1.2.4 直接接触膜蒸馏与渗透蒸馏的浓度极化现象16
• 1.3 膜吸收技术概述16-22
• 1.3.1 膜吸收原理16-17
• 1.3.2 膜吸收特点与分类17-19
• 1.3.3 膜吸收用膜材料与吸收剂19-21
• 1.3.4 膜吸收技术的应用研究21-22
• 1.4 本论文工作的提出22-25
• 第二章 理论部分25-35
• 2.1 直接接触膜蒸馏过程传热传质机理25-29
• 2.1.1 传热机理25-27
• 2.1.2 传质机理27-29
• 2.2 膜吸收过程传质机理29-32
• 2.2.1 跨膜传质机理30-31
• 2.2.2 气相传质机理31-32
• 2.2.3 液相传质机理32
• 2.3 本章小结32-35
• 第三章 膜吸收氨回用过程实验研究平台构建35-45
• 3.1 实验设备及仪器35
• 3.2 实验用材料35-36
• 3.2.1 PVDF中空纤维疏水膜35-36
• 3.2.2 膜组件36
• 3.2.3 实验药品及试剂36
• 3.3 实验装置及运行36-39
• 3.3.1 实验流程图37
• 3.3.2 实验原理与方法37-38
• 3.3.3 实验步骤38-39
• 3.4 校准曲线绘制及氨氮浓度测定39-41
• 3.4.1 实验用试剂配制39
• 3.4.2 校准曲线绘制39-40
• 3.4.3 样品中氨氮浓度测定40-41
• 3.5 数据处理41-43
• 3.6 吸收液膜曝气脱氨过程曝气量、纯水补充量的确定43-44
• 3.7 本章小结44-45
• 第四章 膜吸收氨回用过程研究45-69
• 4.1 膜吸收氨回用过程理论研究45-48
• 4.1.1 等温膜吸收氨回用过程理论研究45-47
• 4.1.2 有温差存在的膜吸收氨回用过程理论研究47-48
• 4.2 膜组件结构对膜吸收氨回用过程性能的影响48-50
• 4.2.1 膜吸收组件膜丝内径对膜吸收氨回用过程性能的影响48-49
• 4.2.2 膜吸收组件装填密度对膜吸收氨回用过程性能的影响49-50
• 4.3 运行工艺正交实验研究50-54
• 4.3.1 正交实验设计51
• 4.3.2 正交实验结果与分析51-54
• 4.4 运行工艺单因素实验研究54-61
• 4.4.1 原料液温度对膜吸收氨回用过程性能的影响54-55
• 4.4.2 吸收液与原料液入口温差对膜吸收氨回用过程性能的影响55-57
• 4.4.3 原料液浓度对膜吸收氨回用过程性能的影响57-59
• 4.4.4 原料液流速对膜吸收氨回用过程性能的影响59-61
• 4.5 氨传质系数k_A半理论半经验公式的建立与验证61-64
• 4.6 膜吸收氨回用过程性能优化64-66
• 4.7 本章小结66-69
• 第五章 结论69-71
• 参考文献71-77
• 发表论文和参加科研情况说明77-79
• 致谢79

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