液相氧化法铬盐清洁工艺铬酸钠结晶分离应用基础研究

【摘要】：铬盐及铬系列化合物为重要的基础化工原料。针对传统有钙焙烧法铬盐生产工艺过程存在的资源利用率低和环境污染严重等问题，中国科学院过程工程研究所研发了具有我国自主知识产权的液相氧化法铬盐清洁生产工艺。中间产品铬酸钠的结晶相分离为该工艺的重要组成部分，其纯度和形貌将直接影响下游产品的质量和生产成本。本文选择了Na2CrO4-NaOH-NaAlO2-H2O体系，对铬酸钠结晶分离过程的相平衡、介稳区、动力学及工艺过程优化等问题进行了系统的应用基础研究。主要取得了以下创新性进展： 1)测定了Na2CrO4-NaOH-H2O三元体系在90℃、120℃和130℃时以及Na2CrO4-NaOH-NaAlO2-H2O四元体系在90℃、120℃和130℃时的相平衡数据，绘制了Na2CrO4-NaOH-H2O三元体系在90℃以及Na2CrO4-NaOH-NaAlO2-H2O四元体系在120℃和130℃的相图，为铬酸钠结晶分离提供了基础数据； 2)研究了铬酸钠在Na2CrO4-NaOH-H2O体系中的结晶介稳区以及杂质(NaAlO2)含量对介稳区宽度的影响，分别讨论了不同碱浓度下真空蒸发结晶过程中的压力与沸点的关系，同一溶液浓度体系下，真空度越高，溶液的沸点越低，随着体系浓度的升高，沸点上升，所需真空度也升高； 3)采用间歇动态法研究了铬酸钠蒸发结晶过程动力学，用最小二乘法进行回归分析，得到了相应的结晶动力学方程，阐述了悬浮密度、搅拌速率、过饱和度和杂质对蒸发结晶过程的影响规律，随着悬浮密度、搅拌速率、过饱和度和杂质含量的增大均更有利于晶体的成核； 4)开展了铬酸钠蒸发结晶工艺优化研究，系统分析讨论了蒸发结晶过程中搅拌强度、蒸发速度、结晶温度、杂质含量、晶种添加对产品平均粒度及粒度分布、纯度和晶习的影响规律，确定出铬酸钠蒸发结晶的最优工艺条件为：搅拌速度为300r/min；蒸发速率约为150~200mL；结晶温度为90℃；杂质含量小于3g/L；添加晶种，在以上操作条件下可制备出粒度分布均匀，纯度可达97.5%以上的铬酸钠产品。 【关键词】：铬酸钠 铝酸钠 相平衡 热力学 动力学 蒸发结晶
【学位授予单位】：河北科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TQ136.11
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 论文的研究背景10
• 1.2 铬盐的生产方法概述10-14
• 1.2.1 有钙焙烧法10-11
• 1.2.2 少钙焙烧法11-12
• 1.2.3 无钙焙烧法12-13
• 1.2.4 熔盐液相氧化法13
• 1.2.5 亚熔盐液相氧化法13-14
• 1.3 钠系亚熔盐法铬盐清洁生产方法概述14-15
• 1.4 工业结晶15-16
• 1.4.1 冷却法15
• 1.4.2 蒸发法15-16
• 1.4.3 真空冷却法16
• 1.4.4 盐析法16
• 1.4.5 反应结晶法16
• 1.5 本文研究内容16-18
• 第2章 Na_2CrO_4-NaOH-NaAlO_2-H_2O 体系相平衡研究18-34
• 2.1 引言18-20
• 2.1.1 相图简介18
• 2.1.2 水盐体系相图的研究方法18-19
• 2.1.3 Na_2CrO_4相关体系相图19-20
• 2.2 实验方法20-33
• 2.2.1 主要试剂与仪器20
• 2.2.2 Na_2CrO_4-NaOH-NaAlO_2-H_2O 体系相平衡研究方法20
• 2.2.3 分析方法20-21
• 2.2.4 结果与讨论21-33
• 2.3 本章小结33-34
• 第3章 铬酸钠结晶分离介稳区研究34-42
• 3.1 引言34-36
• 3.1.1 超溶解度与介稳区简介34-35
• 3.1.2 介稳区的测定方法35-36
• 3.2 铬酸钠结晶介稳区的测定36-39
• 3.2.1 主要试剂与装置36-37
• 3.2.2 实验原理37
• 3.2.3 实验步骤37
• 3.2.4 实验结果与讨论37-39
• 3.3 蒸发过程中真空度与沸点关系39-40
• 3.4 本章小结40-42
• 第4章 铬酸钠结晶动力学研究42-57
• 4.1 引言42-46
• 4.1.1 晶核的形成42-44
• 4.1.2 晶体的生长44-45
• 4.1.3 结晶动力学的测试方法45-46
• 4.2 铬酸钠结晶动力学研究46-48
• 4.2.1 主要试剂与仪器46-47
• 4.2.2 实验步骤47
• 4.2.3 取样与分析47-48
• 4.3 实验结果与讨论48-55
• 4.3.1 动力学分析48-49
• 4.3.2 模型的建立49-50
• 4.3.3 模型参数的计算50-53
• 4.3.4 结晶动力学影响因素53-55
• 4.4 本章小结55-57
• 第5章 铬酸钠蒸发结晶工艺研究57-68
• 5.1 相图分析57-58
• 5.2 实验部分58
• 5.2.1 实验主要试剂与仪器58
• 5.2.2 实验步骤58
• 5.3 实验结果与讨论58-66
• 5.3.1 搅拌强度的影响58-60
• 5.3.2 蒸发速度的影响60-62
• 5.3.3 结晶温度的影响62-63
• 5.3.4 杂质（NaAlO_2）含量的影响63-64
• 5.3.5 晶种添加的影响64-66
• 5.4 本章小结66-68
• 结论68-70
• 参考文献70-76
• 攻读硕士学位期间所发表的论文76-78
• 致谢78

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