二混蜜脱钾钠及钾盐回收利用研究

论文摘要

二混蜜中钾钠和稀汁中钙是甜菜制糖主要无机非糖分。本课题提出一种制糖稀汁和二混蜜离子交换法绿色清净新工艺,回收利用二混蜜中钾盐,并辅之以稀汁脱钙。即:利用钠型树脂分离二混蜜中的K+,再以Na2SO4洗脱树脂上的K+制备钾盐,洗脱钾的同时再生树脂。再以钙型树脂进一步对二混蜜脱钾钠,脱钾钠后的树脂再利用稀汁再生。主要内容摘要如下:静态条件下研究二混蜜中K+在BK001树脂上的饱和吸附量、洗脱率、吸附等温线等,得出BK001型离子交换树脂对K+的吸附性质,即K+在BK001树脂上的平衡吸附能较好拟合Langmuir吸附等温方程式。考察溶液温度、浓度及树脂粒径对二混蜜中K+在树脂上静态交换过程的影响,确定BK001树脂交换二混蜜中K+过程的速度控制步骤、反应级数及活化能,结果表明:交换过程主要受颗粒扩散控制,反应级数为1.389,表观活化能为35.1 kJ/mol,最终确定BK001树脂对二混蜜中K+的吸附动力学方程为:动态条件下研究了K+在离子交换层析柱上的分离和洗脱工艺条件。通过单因素实验和正交实验研究:料液温度、料液中K+浓度、料液流速及树脂柱填充高度对树脂穿透交换容量的影响。研究表明:在实验条件下BK001树脂在层析柱中吸附K+的最佳的工艺条件为:糖蜜锤度50°Bx、温度60℃、操作流速2 BV/h、高径比8:1;各工艺条件对K+的分离影响大小顺序是高径比>温度>浓度>流速。最佳工艺条件下90mL的树脂床对K+的吸附量为5.29g;Na2SO4再生剂对钾的洗脱工艺条件是洗脱剂体积5BV、用量为10.6g、温度80℃、流速2 BV/h,此时钾洗脱率为98.6%。以稀汁制备钙型树脂,再对钙型BK001树脂用于脱钾二混蜜进一步脱盐的工艺条件进行优化,以脱盐效果为指标安排单因素实验优化二混蜜锤度、过柱温度、流速和树脂柱高径比。结果表明:钙型BK001树脂用于二混蜜脱钾钠离子的最佳工艺条件为:二混蜜温度60℃、锤度50°Bx、流速为2 BV/h及树脂高径比8:1。对比保温结晶、自然结晶和快速冷冻结晶等方法对含钾洗脱废液中硫酸钾结晶的影响,并比较所得产品的得率、纯度、晶体粒度和晶体形貌。结果表明:快速冷冻结晶硫酸钾得率最高,晶粒最小;自然结晶纯度最高;保温结晶纯度最低。进行十个周期实验,研究树脂循环用于回收二混蜜中的钾盐及脱钾钠的工艺周期稳定性。结果表明:钠型树脂吸钾在前8个周期比较稳定。随着处理次数的增加,树脂的污染加重,效率降低;钠型树脂每周期处理5BV二混蜜后对K+达到饱和吸附;钙型树脂处理二混蜜在前8个周期比较稳定,随后其吸附效率下降,钙型树脂每个周期能处理二混蜜约7BV,平均脱钠率达到35.26%,脱钾率达48.59%左右。树脂循环使用8个周期后应当采用酸碱再生处理。利用自行设计中试实验设备进行实验,结果表明:以BK001型树脂回收二混蜜中的钾盐及对二混蜜进行脱盐可行。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 二混蜜及甜菜糖工艺概述
• 1.1.1 甜菜制糖工艺概述
• 1.1.2 二混蜜概述
• 1.2 国内外对二混蜜脱盐的研究进展
• 1.2.1 离子交换法
• 1.2.2 电渗析法
• 1.3 国内外从糖蜜发酵废液中提钾方法的研究进展
• 1.3.1 离子交换电渗析法
• 1.3.2 离子交换法
• 1.3.3 化学沉淀法
• 1.4 离子交换树脂概述
• 1.4.1 离子交换树脂简介
• 1.4.2 离子交换树脂结构模型
• 1.4.3 离子交换树脂性质
• 1.4.4 离子交换树脂的分类
• 1.5 国内外对硫酸钾结晶的研究进展
• 1.6 选题意义及主要研究内容
• 1.6.1 选题意义
• 1.6.2 研究内容
• 1.6.3 技术研究路线
• +在树脂柱上的吸附性质及动力学'>第二章 K⁺在树脂柱上的吸附性质及动力学
• 2.1 材料、仪器及方法
• 2.1.1 材料、仪器及设备
• 2.1.2 树脂预处理
• 2.1.3 树脂静态吸附等温线
• 2.1.4 树脂吸附动力学
• 2.2 结果与讨论
• +的静态吸附等温线'>2.2.1 BK001 树脂对K⁺的静态吸附等温线
• +吸附动力学研究'>2.2.2 BK001 树脂对K⁺吸附动力学研究
• 2.3 结论
• +'>第三章 离子交换柱层析法分离和回收二混蜜中K⁺
• 3.1 材料、仪器与方法
• 3.1.1 材料、仪器和设备
• 3.1.2 树脂预处理
• +吸附工艺条件的单因素实验'>3.1.3 K⁺吸附工艺条件的单因素实验
• 3.1.4 正交实验
• +的洗脱'>3.1.5 树脂柱中K⁺的洗脱
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 二混蜜锤度对钾吸附曲线的影响
• 3.2.2 二混蜜温度对钾吸附曲线的影响
• 3.2.3 二混蜜流速对钾吸附曲线的影响
• +吸附曲线的影响'>3.2.4 柱子高径比对二混蜜中K⁺吸附曲线的影响
• 3.2.5 正交实验
• +的洗脱'>3.2.6 树脂柱中K⁺的洗脱
• 3.3 结论
• 第四章 脱钾二混蜜用钙型树脂脱盐工艺优化
• 4.1 材料、仪器与方法
• 4.1.1 材料、仪器与设备
• 4.1.2 利用稀汁脱钙制备钙型树脂
• 4.1.3 料液温度对二混蜜脱盐工艺的影响
• 4.1.4 料液锤度对二混蜜脱盐工艺的影响
• 4.1.5 过柱流速对二混蜜脱盐工艺的影响
• 4.1.6 树脂柱的高径比对二混蜜脱盐工艺的影响
• 4.1.7 二混蜜脱盐前后品质的变化
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 稀汁脱钙制备钙型树脂
• 4.2.2 料液温度对二混蜜脱盐工艺的影响
• 4.2.3 料液锤度对二混蜜脱盐工艺的影响
• 4.2.4 过柱流速对二混蜜脱盐工艺的影响
• 4.2.5 过柱高径比对二混蜜脱盐工艺的影响
• 4.2.6 二混蜜处理前后品质的变化
• 4.3 实验结论
• 第五章 三种结晶方式对硫酸钾结晶的影响
• 5.1 材料、仪器与方法
• 5.1.1 材料
• 5.1.2 仪器与设备
• 5.1.3 硫酸钾洗脱液的浓缩起晶
• 5.1.4 自然结晶、保温结晶、快速冷冻结晶
• 5.1.5 硫酸钾晶体粒度分布
• 5.1.6 硫酸钾晶体形貌分析
• 5.2 结果与讨论
• 5.2.1 结晶方法对晶体质量及纯度的影响
• 5.2.2 结晶方法对所得晶体粒径分布
• 5.2.3 结晶方法对所得晶体外貌比较
• 5.3 结论
• 第六章 二混蜜脱钾钠及钾盐回收工艺在糖厂的中试研究
• 6.1 材料、仪器及方法
• 6.1.1 材料、仪器及设备
• 6.1.2 树脂用于吸附钾离子周期性研究
• 6.1.3 钙型树脂用于脱盐周期性研究
• 6.1.4 二混蜜脱钾钠及钾盐回收中试试验
• 6.2 结果与讨论
• +周期稳定性研究'>6.2.1 钠型树脂用于吸附K⁺周期稳定性研究
• 6.2.2 钙型树脂用于脱钾二混蜜脱盐周期稳定性研究
• 6.2.3 二混蜜脱钾钠及糖分回收中试试验
• 6.3 结论
• 第七章 结论与展望
• 7.1 研究结论
• 7.2 主要创新点
• 7.3 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 附表