电复分解法制备无氯钾肥的研究

发布时间：2020-06-20 03:04

【摘要】：无氯钾肥是指一类不含氯离子的钾肥,主要包括硫酸钾、硝酸钾、碳酸钾。作为一些忌氯作物的主要钾源,无氯钾肥在番茄、烟草、土豆等作物种植的过程中有着广泛的应用。然而,现有的无氯钾肥制备工艺具有一定的局限性,如操作条件复杂、能耗高和存在严重的环境污染等。本论文中,使用KC1和酸根盐(硝酸盐、碳酸盐和硫酸盐)作为原料,设计一种四隔室电渗析膜堆,通过电复分解的方法制备无氯钾肥。首先,探讨了在间歇操作模式下通过电复分解的方法制备三种无氯钾肥(硫酸钾、碳酸钾和硝酸钾)的过程;其次,在间歇操作模式的基础上,设计了电复分解法连续生产无氯钾肥的工艺路线,为无氯钾肥的生产开辟出一条绿色、高效、经济之路。第一章为绪论部分,主要阐述了无氯钾肥的生产现状以及现有生产方法的优缺点,介绍了几种不同类型的电渗析装置以及传质过程,分析了电复分解法生产无氯钾肥的优势,提出了本论文的研究目的与意义以及研究内容。第二章主要探讨了电流密度、原料Ⅰ中阳离子种类、原料Ⅰ中阴离子种类等因素对电复分解法间歇操作制备无氯钾肥过程中的产品性能与过程能耗、电流效率的影响。结果表明:首先,当电流密度从10增加到25 mA/cm2时,能量消耗从0.41增加到0.64kW·h/kg,KNO3的产品纯度从92.36%提高到95.91%;其次,与MgSO4、Na2SO4相比,使用(NH4)2SO4作为硫酸根源时,产品品质与过程的电流效率相对较高,而能耗相对较低;再次,探讨不同阴离子原料NaNO3、Na2CO3和Na2SO4的影响时,结果显示平均能耗排序为EK2CO3EK2SO4≈EKNO3,平均电流效率排序为ηK3SO4ηK2CO37KNO3,此外,与其它两种肥料相比,KNO3产品纯度相对较高;最后,经济评价结果表明,电复分解法在制备无氯钾肥方面具有很好的应用前景,特别是对于KNO3和K2CO3这两种产品。第三章主要探讨了电流密度、KN03隔室溶液初始浓度、KNO3隔室通水流量等因素对电复分解法连续操作制备硝酸钾过程中的产品品质、过程能耗、电流效率等的影响。结果显示:首先,随着电流密度从10上升到25 mA/cm2时,KNO3产品纯度由92.70%上升到95.93%,同时产品溶液Cl-含量降低、能耗上升、电流效率升高;其次,随着KNO3隔室溶液初始浓度上升,最终产品隔室中溶液KNO3浓度上升,有利于降低产品后期蒸发成本,而产品中K+的百分含量、杂质Cl-的百分含量和过程电流效率几乎不受影响;;最后,KNO3产品隔室通水流量越大、产量越大,且通水流量对电流效率以及产品中K+的百分含量、杂质Cl-的百分含量几乎没有影响,但过大的通水流量会导致产品浓度很低,本部分建议流量为7.5 mL/min。采用石墨电解法对产品进行提纯,实验考察了电压降和Cl-初始含量对产品提纯的影响。结果显示,提高电压降可以有效缩短产品达标时间;Cl-初始含量低,产品达标时间也相对缩短。第四章为本论文的总结与展望、实验创新与特色之处。综上所述,本论文结果表明电复分解法是一种绿色、高效、经济的制备无氯钾肥的工艺路线。然而,本论文所涉及的实验均是实验室内初步研究,真正实现工业化生产还需要进一步中试乃至工业大型化生产研究。
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ443
【图文】：

示意图,电渗析器,示意图

第一章绪论因此相比于传统普通电渗析装置，膜堆的电阻上，同时试验装置运行稳定、脱盐速率快，在备领域应用广泛［１７，２７］。逡逑析逡逑验装置和卷式反渗透试验装置相似，如图１．３卷装在同心圆筒内，圆筒中心为阳极，阴极安浓液与淡液，管道垂直于图平面，淡液的进出

电渗析过程,传质过程

阳离子向阴极迁移，到达电极发生电极反应。电渗析过程除了阴阳离逡逑子定向迁移和电极反应之外，往往还伴随着其他过程，这些过程不利于正常电渗逡逑析过程，如图１．４所示：逡逑ｍｍ逦阳膜逡逑主逦淡室逡逑【离子迁‘逡逑逦逡逑次逡逑＾（Ｈ．ＯＮａ－邋＾邋名离子邋ｅｉ－（Ｈｉ0）逡逑＂＾逦ＣＪ逡逑阳极ｇ逦二：＾逦４？二逦阴极逡逑＊邋Ｈ＾＋ＮａＣｌ逦，逦Ｈ，（ＨＮａＣｌ逡逑过逦邋？渗漏逦？｛逦逡逑程讯Ｍｊ－极化ｆ邋Ｈ‘逡逑图１．４电渗析过程涉及的基本传质过程逡逑Ｆｉｇ邋１．４邋Ｂａｓｉｃ邋ｍａｓｓ邋ｔｒａｎｓｆｅｒ邋ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ邋ｄｕｒｉｎｇ邋ｔｈｅ邋ｅｌｅｃｔｒｏｄｉａｌｙｓｉｓ．逡逑（１）

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