碳酸钾生产工艺中离子交换过程的实验研究

论文摘要

目前国内碳酸钾生产的主要方法是离子交换法。这种方法工艺流程简单,技术成熟可靠,投资少,产品质量好,成本较低。但也存在一些明显的不足:一是低浓度并含有少量碳酸氢铵的离子交换液使得除氨、干燥等后续过程能耗大大增加;二是低浓度的氯化铵废水全部回收利用较难,不符合环保要求;三是在离子交换过程中,成本比较高的氯化钾的利用率不高,而钾离子的回收工作又比较困难,从而造成了钾离子的大量流失,增加了生产成本。针对上述问题,本文提出在不改变生产工艺的前提下,结合工厂实际生产,对该方法最初的离子交换工艺进行实验研究。在实验过程中,对铵钾摩尔比、料液流速、再生液PH值等三个因素对离子交换效果的影响进行了研究,重点对铵钾摩尔比进行了实验研究。确定实验方案,选用黄金分割法在铵钾比1:1～2:1之间进行插值,按插值点比例进行实验;根据离子交换原理,通过改变料液流速和再生液PH值改变离子交换的平衡状态。实验结果表明,钾离子利用率随铵钾比的增大而增大,但上升趋势逐渐变缓;铵根离子转化率随铵钾比的增加先增后减;交换液中钾离子浓度在铵钾比大于1.25:1后开始降低;铵根离子浓度在铵钾比1.15:1～1.25:1之间时最低;料液流速越慢,钾离子利用率越高,交换液浓度也越大;碱性环境可以大大提高离子交换树脂的再生率,降低钾离子的泄漏量。综合考虑生产效率和经济因素可以得出:最佳的铵钾比例为1.25:1～1.3:1,料液线速在2.5×10-2～3.2×10-2m/min之间。在此参数区间内,可以保证单柱钾离子回收率达到91%以上,而离子交换液中的钾离子浓度较高,碳酸氢铵含量较低。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 综述
• §1-1 世界及我国碳酸钾生产的发展
• §1-2 碳酸钾生产方法
• 1-2-1 草木灰法
• 1-2-2 电解法
• 1-2-3 有机胺法
• 1-2-4 改进的有机胺法
• 1-2-5 沸石法
• 1-2-6 溶剂萃取法
• 1-2-7 离子膜—流化床法
• 1-2-8 连续离子交换法
• 1-2-9 间歇离子交换法
• §1-3 研究背景
• 1-3-1 现有生产工艺存在的问题
• 1-3-2 目前的研究现状
• 1-3-3 对离子交换过程进行实验研究的设想
• §1-4 研究的目的、意义、主要内容及预期目标
• 1-4-1 研究的目的、意义
• 1-4-2 研究的主要内容
• 1-4-3 研究的预期目标
• §1-5 本章小结
• 第二章 实验原理
• §2-1 吸附原理
• §2-2 离子交换原理
• 2-2-1 离子交换过程的化学基础
• 2-2-2 离子交换步骤
• §2-3 离子交换平衡
• 2-3-1 树脂颗粒中的双电层
• 2-3-2 离子交换过程中的Donnan平衡
• 2-3-3 离子交换平衡等温线
• 2-3-4 离子交换的选择性
• §2-4 离子交换动力学
• 2-4-1 离子交换动力学模型
• 2-4-2 离子交换速率控制机理
• 2-4-3 离子交换速率影响因素
• §2-5 本章小结
• 第三章 实验流程及设备
• §3-1 实验流程及主要设备
• 3-1-1 实验流程简述
• 3-1-2 实验主要设备
• §3-2 实验影响因素
• 3-2-1 铵钾摩尔比的影响
• 3-2-2 料液流速的影响
• 3-2-3 再生液PH值的影响
• §3-3 实验条件的确定
• 3-3-1 一次上钾量的计算
• 3-3-2 一次上铵量的计算
• 3-3-3 流速控制
• 3-3-4 铵钾摩尔比插值点的确定
• §3-4 本章小结
• 第四章 实验结果分析
• §4-1 铵钾摩尔比对离子交换过程的影响
• 4-1-1 不同铵钾比时的离子交换液回收曲线
• 4-1-2 铵钾比对铵、钾离子回收率的影响
• 4-1-3 铵钾比对交换液中铵、钾离子浓度的影响
• §4-2 料液流速对离子交换过程的影响
• §4-3 再生液PH值对离子交换平衡的影响
• §4-4 本章小结
• 第五章 结论
• 建议
• 参考文献
• 附录A
• 附录B
• 附录C
• 致谢
• 攻读学位期间所取得的相关科研成果