過硫酸銨因含有活性氧而廣泛應(yīng)用于化工、電子、石油以及蓄電池工業(yè)等領(lǐng)域,主要用作有機(jī)合成工業(yè)的引發(fā)劑、印刷線路的刻蝕劑、石油壓裂劑的添加劑等。目前工業(yè)制取過硫酸銨主要是采用電解法。我國電解法制取過硫酸銨工業(yè)化設(shè)備電解槽所用的隔膜都是陶瓷膜,而陶瓷膜的壽命較短、電阻較高,造成電解法制取過硫酸銨的電流效率較低、電耗較高、生產(chǎn)成本增加。離子交換膜的電阻較低、壽命較長,因此研究離子交換膜在電解制取過硫酸銨中的電解性能,對(duì)于提高工業(yè)電解制取過硫酸銨的電流效率、降低其電耗有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。本文研究了電解制取過硫酸銨的理論基礎(chǔ),搭建了小試實(shí)驗(yàn)裝置,并通過數(shù)值模擬,優(yōu)化了小試實(shí)驗(yàn)電解槽的進(jìn)液管結(jié)構(gòu)。小試實(shí)驗(yàn)采用自制電解槽,以鍍鉑鈦極板為陽極,以鉛銻錫合金為陰極,以離子交換膜為電解槽隔膜。小試實(shí)驗(yàn)電解槽采用內(nèi)徑為1 mm、外徑為2 mm的聚四氟乙烯管作為進(jìn)液管與出液管。模擬結(jié)果表明,當(dāng)進(jìn)液管結(jié)構(gòu)為:進(jìn)液管深度為18 mm,在距離電解液進(jìn)口 12 mm處增加一個(gè)孔徑為1 mm的進(jìn)液小孔,在進(jìn)口處再增加一個(gè)孔徑為0.5 mm的進(jìn)液小孔時(shí),電極表面的流場(chǎng)分布較為均勻、電流密度的分布較為均勻,電解槽的電流效率...

【文章頁數(shù)】：126 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 研究背景
    1.2 電解制取過硫酸銨的研究進(jìn)展
        1.2.1 陽極材料的研究進(jìn)展
        1.2.2 陰極材料的研究進(jìn)展
        1.2.3 電解制取過硫酸銨所用隔膜的研究進(jìn)展
        1.2.4 陽極添加劑的研究進(jìn)展
        1.2.5 電解槽結(jié)構(gòu)的研究進(jìn)展
        1.2.6 共用陰極液的電解系統(tǒng)的研究進(jìn)展
    1.3 離子交換膜的研究進(jìn)展
    1.4 離子交換膜電解槽數(shù)值模擬的研究現(xiàn)狀
    1.5 本文的研究?jī)?nèi)容
第二章 電解制取過硫酸銨的理論基礎(chǔ)與小試實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)
    2.1 電解制取過硫酸銨的理論基礎(chǔ)
        2.1.1 電解制取過硫酸銨的理論電耗
        2.1.2 電解制取過硫酸銨的基本理論概念
        2.1.3 電解制取過硫酸銨的氫陰極還原
        2.1.4 電解制取過硫酸銨的氧陽極氧化
        2.1.5 陽離子交換膜電解制取過硫酸銨的原理
        2.1.6 陰離子交換膜電解制取過硫酸銨的原理
        2.1.7 陶瓷膜電解制取過硫酸銨的原理
    2.2 小試實(shí)驗(yàn)設(shè)備的選擇
        2.2.1 電極材料的選擇
        2.2.2 離子交換膜的選擇
    2.3 小試實(shí)驗(yàn)試劑與儀器
        2.3.1 小試實(shí)驗(yàn)試劑
        2.3.2 小試實(shí)驗(yàn)儀器
    2.4 小試實(shí)驗(yàn)電解槽
    2.5 小試實(shí)驗(yàn)裝置與方法
        2.5.1 小試實(shí)驗(yàn)裝置與小試實(shí)驗(yàn)方法
        2.5.2 小試實(shí)驗(yàn)的分析方法
    2.6 本章小結(jié)
第三章 電解制取過硫酸銨小試電解槽的結(jié)構(gòu)優(yōu)化與數(shù)值模擬
    3.1 電解槽的幾何模型
    3.2 電解槽模型的簡(jiǎn)化
    3.3 數(shù)學(xué)模型
        3.3.1 多相流模型的選擇
        3.3.2 基本控制方程
        3.3.3 電壓與電流密度的計(jì)算
        3.3.4 電流效率與電耗的計(jì)算
        3.3.5 邊界條件
    3.4 小試實(shí)驗(yàn)電解槽數(shù)值模擬的結(jié)果與分析
        3.4.1 進(jìn)液管結(jié)構(gòu)對(duì)陽離子交換膜電解槽的流場(chǎng)分布與電解性能的影響
        3.4.2 進(jìn)液管結(jié)構(gòu)對(duì)陰離子交換膜電解槽的流場(chǎng)分布與電解性能的影響
        3.4.3 陰極液(NH₄)₂SO₄濃度對(duì)陰離子交換膜電解槽電流效率與電耗的影響
    3.5 本章小結(jié)
第四章 電解制取過硫酸銨小試實(shí)驗(yàn)的結(jié)果與分析
    4.1 陽離子交換膜小試實(shí)驗(yàn)的結(jié)果與分析
        4.1.1 槽電壓對(duì)電流效率與電耗的影響
        4.1.2 電解液流量對(duì)電流效率與電耗的影響
    4.2 陰離子交換膜小試實(shí)驗(yàn)的結(jié)果與分析
        4.2.1 槽電壓對(duì)電流效率與電耗的影響
        4.2.2 電解液流量對(duì)電流效率與電耗的影響
        4.2.3 陰極液(NH₄)₄SO₄濃度對(duì)電流效率與電耗的影響
    4.3 離子交換膜最優(yōu)電解性能的對(duì)比
    4.4 本章小結(jié)
第五章 電解制取過硫酸銨中試實(shí)驗(yàn)的研究
    5.1 實(shí)驗(yàn)試劑與儀器
    5.2 中試實(shí)驗(yàn)電解槽
    5.3 中試實(shí)驗(yàn)裝置與方法
        5.3.1 中試實(shí)驗(yàn)裝置與中試實(shí)驗(yàn)方法
        5.3.2 中試實(shí)驗(yàn)的分析方法
    5.4 中試實(shí)驗(yàn)的結(jié)果與分析
        5.4.1 槽電壓對(duì)電流效率與電耗的影響
        5.4.2 電解液流量對(duì)電流效率與電耗的影響
        5.4.3 電解液的電解級(jí)數(shù)對(duì)電流效率與電耗的影響
    5.5 本章小結(jié)
第六章 共用陰極液對(duì)電解制取過硫酸銨影響的研究
    6.1 實(shí)驗(yàn)電解槽與電解槽的等效電路模型
        6.1.1 實(shí)驗(yàn)電解槽
        6.1.2 單個(gè)隔膜電解槽的等效電路模型
        6.1.3 共用陰極液電解系統(tǒng)的等效電路模型
    6.2 實(shí)驗(yàn)試劑與實(shí)驗(yàn)儀器
    6.3 HDGN膜與陶瓷膜的性能測(cè)試
        6.3.1 微觀形貌
        6.3.2 熱穩(wěn)定性
    6.4 實(shí)驗(yàn)裝置與方法
        6.4.1 實(shí)驗(yàn)裝置
        6.4.2 實(shí)驗(yàn)方法
        6.4.3 實(shí)驗(yàn)的分析方法
    6.5 HDGN膜與陶瓷膜性能測(cè)試的結(jié)果與分析
    6.6 電解系統(tǒng)的等效電路模型的數(shù)值模擬方法
    6.7 等效電路模型數(shù)值模擬的結(jié)果與分析
        6.7.1 共用陰極液對(duì)等效電路模型電流的影響
        6.7.2 偏流電阻對(duì)偏流電流的影響
    6.8 實(shí)驗(yàn)的結(jié)果與分析
    6.9 本章小結(jié)
第七章 電解制取過硫酸銨工業(yè)電解槽的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與數(shù)值模擬
    7.1 電解制取過硫酸銨新型工業(yè)電解槽的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
        7.1.1 設(shè)計(jì)要求
        7.1.2 外形結(jié)構(gòu)、組裝與緊固方式
        7.1.3 單元槽結(jié)構(gòu)
        7.1.4 陽極端單元槽與陰極端單元槽結(jié)構(gòu)
        7.1.5 電解槽的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
    7.2 新型工業(yè)電解槽中單元槽的數(shù)值模擬分析
        7.2.1 單元槽的幾何模型
        7.2.2 單元槽模型的簡(jiǎn)化
        7.2.3 數(shù)學(xué)模型
    7.3 單元槽數(shù)值模擬的結(jié)果與分析
        7.3.1 單元槽槽框內(nèi)導(dǎo)流筋板結(jié)構(gòu)的優(yōu)化
        7.3.2 槽電壓對(duì)單元槽電流效率與電耗的影響
        7.3.3 電解液流量對(duì)單元槽電流效率與電耗的影響
    7.4 本章小結(jié)
第八章 結(jié)論與展望
    8.1 結(jié)論
    8.2 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)
    8.3 展望
參考文獻(xiàn)
致謝
研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文
作者和導(dǎo)師簡(jiǎn)介
附件



本文編號(hào)：3755825