本文關(guān)鍵詞：硫酸銨間歇冷卻結(jié)晶過程研究及晶體粒度與形態(tài)調(diào)控

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【摘要】：硫酸銨是一種重要的化工副產(chǎn)品,廣泛應(yīng)用于肥料、蛋白質(zhì)提純等行業(yè)。為解決硫酸銨工業(yè)結(jié)晶產(chǎn)品粒度小、粒度分布不均勻、晶體形態(tài)不理想等問題。本文對硫酸銨的冷卻結(jié)晶過程進(jìn)行了系統(tǒng)研究,并提出一種新的硫酸銨晶體粒度和形態(tài)調(diào)控方法。首先對硫酸銨在結(jié)晶過程中的熱力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了研究。采用動態(tài)法測定了硫酸銨在不同溶劑中的溶解度數(shù)據(jù),并運(yùn)用Apelblat改進(jìn)方程和多項(xiàng)式方程對硫酸銨溶解度數(shù)據(jù)進(jìn)行了擬合。通過范特霍夫方程和Apelblat改進(jìn)方程,計(jì)算得到硫酸銨溶解焓,溶解熵以及吉布斯自由能。結(jié)果表明,兩種模型都能很好的關(guān)聯(lián)硫酸銨在不同溶劑中的溶解度與溫度的關(guān)系；在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)硫酸銨的溶解過程是吸熱且非自發(fā)的。其次,對硫酸銨的介穩(wěn)區(qū)寬度以及成核動力學(xué)進(jìn)行了研究。利用直接法測定了不同溫度下硫酸銨在水中的介穩(wěn)區(qū)寬度,并研究了冷卻速率、溶液初始組成、攪拌速率、晶種、溶液體積、雜質(zhì)離子以及pH對介穩(wěn)區(qū)寬度的影響。采用自洽Nyvlt型方程及新3D成核理論方程,計(jì)算得到硫酸銨臨界成核動力學(xué)參數(shù)。結(jié)果表明,硫酸銨介穩(wěn)區(qū)寬度隨溶液初始組成,攪拌速率,晶種質(zhì)量,pH的增加而降低；隨冷卻速率,雜質(zhì)離子含量的提高而變寬；溶液體積則對介穩(wěn)區(qū)寬度沒有影響。硫酸銨-水體系的成核級數(shù)約為4.5,成核所需活化能約為16.4kJ/mol。在熱力學(xué)和動力學(xué)的研究基礎(chǔ)上,對硫酸銨的冷卻結(jié)晶工藝進(jìn)行了優(yōu)化。綜合考察了各種操作條件,如溶液的初始組成、冷卻方式、攪拌速率、晶種以及間歇時(shí)間,對結(jié)晶過程的影響,并確定了最佳結(jié)晶工藝條件,得到了粒度較大、粒度分布均勻且純度較高的產(chǎn)品。在已優(yōu)化的操作條件下,通過添加微米級CaCO3顆粒制備了強(qiáng)度較高的均勻大顆粒(NH4)2SO4晶體,研究了CaCO3對(NH4)2SO4晶體粒度和形態(tài)的影響,并且分析了顆粒粒度對最大抗壓強(qiáng)度的影響。結(jié)果表明,CaCO3顆粒充當(dāng)了(NH4)2SO4非均相成核的催化劑,減少了(NHO2SO4 (001)晶面方向的生長時(shí)間。此外,CaCO3顆粒表面優(yōu)先占據(jù)了(NH4)2SO4(001)晶面的活性生長點(diǎn)位,抑制了(001)晶面方向的生長。
【關(guān)鍵詞】：硫酸銨 結(jié)晶熱力學(xué) 結(jié)晶動力學(xué) 粒度 形態(tài)調(diào)控
【學(xué)位授予單位】：華東理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ113.73
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-26
• 1.1 硫酸銨簡介11-16
• 1.1.1 硫酸銨的物化性質(zhì)11-12
• 1.1.2 硫酸銨的應(yīng)用12
• 1.1.3 硫酸銨的生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)展12-15
• 1.1.4 硫酸銨的國內(nèi)外生產(chǎn)現(xiàn)狀15-16
• 1.2 結(jié)晶基本原理16-23
• 1.2.1 晶體結(jié)構(gòu)16-17
• 1.2.2 晶習(xí)17
• 1.2.3 溶解度,過飽和與介穩(wěn)區(qū)寬度17-18
• 1.2.4 成核18-21
• 1.2.5 晶體生長21-23
• 1.2.6 結(jié)晶中的二次現(xiàn)象23
• 1.3 工業(yè)結(jié)晶簡介23-24
• 1.4 本文主要研究內(nèi)容24
• 1.5 課題創(chuàng)新點(diǎn)24-26
• 第2章 硫酸銨結(jié)晶熱力學(xué)研究26-35
• 2.1 溶解度26
• 2.2 溶解度的測定方法及原理26-27
• 2.2.1 平衡法26
• 2.2.2 熱分析法26-27
• 2.2.3 動態(tài)法27
• 2.3 實(shí)驗(yàn)部分27-29
• 2.3.1 實(shí)驗(yàn)藥品、試劑與儀器27-28
• 2.3.2 實(shí)驗(yàn)方法28
• 2.3.3 實(shí)驗(yàn)步驟28-29
• 2.3.4 可靠性實(shí)驗(yàn)29
• 2.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論29-34
• 2.4.1 硫酸銨在不同溶劑中的溶解度29-30
• 2.4.2 溶解度數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)30-33
• 2.4.3 硫酸銨溶液熱力學(xué)性質(zhì)33-34
• 2.5 本章小結(jié)34-35
• 第3章 硫酸銨介穩(wěn)區(qū)寬度及成核動力學(xué)研究35-49
• 3.1 介穩(wěn)區(qū)寬度35
• 3.2 介穩(wěn)區(qū)寬度的測定35-36
• 3.2.1 直接法35
• 3.2.2 間接法35
• 3.2.3 誘導(dǎo)期法35-36
• 3.3 硫酸銨結(jié)晶成核動力學(xué)研究36-38
• 3.3.1 Nyvlt方程36
• 3.3.2 自洽Nyvlt型方程36-37
• 3.3.3 新3D成核理論方程37-38
• 3.4 實(shí)驗(yàn)部分38-40
• 3.4.1 主要藥品、試劑及儀器38
• 3.4.2 實(shí)驗(yàn)過程38-40
• 3.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論40-48
• 3.5.1 冷卻速率對硫酸銨介穩(wěn)區(qū)寬度的影響40-41
• 3.5.2 溶液初始組成對硫酸銨介穩(wěn)區(qū)寬度的影響41
• 3.5.3 攪拌速率對硫酸銨介穩(wěn)區(qū)寬度的影響41-42
• 3.5.4 晶種對硫酸銨介穩(wěn)區(qū)寬度的影響42-44
• 3.5.5 溶液體積對硫酸銨介穩(wěn)區(qū)寬度的影響44
• 3.5.6 雜質(zhì)離子對硫酸銨介穩(wěn)區(qū)寬度的影響44-45
• 3.5.7 pH對硫酸銨介穩(wěn)區(qū)寬度的影響45
• 3.5.8 硫酸銨成核動力學(xué)45-48
• 3.6 本章小結(jié)48-49
• 第4章 硫酸銨冷卻結(jié)晶工藝研究49-62
• 4.1 結(jié)晶產(chǎn)品的粒度分析49-50
• 4.1.1 篩分法49
• 4.1.2 顯微鏡法49
• 4.1.3 電區(qū)感應(yīng)法49-50
• 4.1.4 激光衍射法50
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分50-52
• 4.2.1 試劑與儀器50-51
• 4.2.2 實(shí)驗(yàn)步驟51-52
• 4.3 結(jié)果與討論52-59
• 4.3.1 XRD分析52
• 4.3.2 pH的影響52-53
• 4.3.3 冷卻方式的影響53-54
• 4.3.4 攪拌速率的影響54-55
• 4.3.5 溶液初始組成的影響55-56
• 4.3.6 晶種的影響56-58
• 4.3.7 間歇時(shí)間的影響58-59
• 4.4 適宜工藝條件的確定59-61
• 4.5 本章小結(jié)61-62
• 第5章 硫酸銨晶體的粒度和形態(tài)調(diào)控62-74
• 5.1 添加劑的分類62
• 5.2 添加劑對晶體粒度和形態(tài)的影響62-63
• 5.3 實(shí)驗(yàn)部分63-65
• 5.3.1 材料、試劑和儀器63-64
• 5.3.2 實(shí)驗(yàn)過程64-65
• 5.3.3 產(chǎn)品晶體最大抗壓強(qiáng)度測試65
• 5.4 結(jié)果與討論65-73
• 5.4.1 含添加劑制備的(NH_4)_2SO_4晶體形態(tài)65-66
• 5.4.2 CaCO_3添加時(shí)間對(NH_4)_2SO_4晶體形態(tài)和粒度的影響66-67
• 5.4.3 CaCO_3顆粒粒度對(NH_4)_2SO_4晶體形態(tài)和粒度的影響67-68
• 5.4.4 CaCO_3添加量對(NH_4)_2SO_4晶體形態(tài)和粒度的影響68-69
• 5.4.5 CaCO_3對(NH_4)_2SO_4晶體粒度和形態(tài)的影響機(jī)理69-72
• 5.4.6 產(chǎn)品晶體的最大抗壓強(qiáng)度72-73
• 5.5 本章小結(jié)73-74
• 第6章 結(jié)論74-75
• 參考文獻(xiàn)75-81
• 致謝81-82
• 攻讀碩士期間發(fā)表論文82

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：946296