电解法制备高纯二氧化氯的技术研究

论文摘要

二氧化氯是一种日益受到人们的关注和亲睐的绿色杀菌消毒剂,对各种细菌和病毒等具有广谱、高效、安全的消毒杀灭特点和优势,被世界卫生组织(WHO)确认为第四代Al型消毒剂。其应用于纸浆漂白、饮用水净化和工业废水处理等领域。在中国,有关化学法制备二氧化氯的研究较多,而电解法制备二氧化氯的研究则较少。因此,研究具有特色的先进二氧化氯生产工艺是目前非常急迫也非常有意义的一项工作。本文首先通过电解氯酸盐自动催化循环制备高纯二氧化氯的实验研究,讨论了氯酸盐浓度、硫酸的酸度、电解液温度、电流密度以及电解液中二氧化氯剩余浓度对产品气体中二氧化氯纯度的影响。研究结果表明,实验产生的产品气体,二氧化氯的纯度均在90%以上,当在最佳条件下,即氯酸盐浓度约为1.0mol/L,硫酸的酸度约为4.90mol/L,电解液温度约为28℃,电流密度约为975A/m2的条件下,产生二氧化氯的纯度可达98%左右。同时对废酸的循环利用以及二氧化氯的杀菌消毒进行了实验,达到了很好的效果。在实验成功实现生产高纯二氧化氯的基础上,进一步对系统的各个参数进行了优化设计计算,对阳极的硫酸溶液、阴极的氯酸钠溶液的供给浓度和循环速率进行优化控制,同时也对冷却水的温度和流速进行优化控制。为了使过程更智能化,参数更精确化,设计了自动控制的部分来对进行各个参数进行精确控制。根据实验和计算得到的各个参数,设计了电解氯酸盐制备高纯二氧化氯的工艺,进而设计了生产二氧化氯的成套设备。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 二氧化氯的基本特性及其应用
• 1.2.1 二氧化氯的物理性质
• 1.2.2 二氧化氯的化学性质
• 1.2.3 二氧化氯的生物性质
• 1.2.4 二氧化氯的应用
• 1.2.5 二氧化氯的优越性
• 1.3 二氧化氯的发生技术
• 1.3.1 化学法相关领域的历史、现状和前沿发展情况
• 1.3.2 电解法相关领域的历史、现状和前沿发展情况
• 1.4 本课题研究的内容、目的和意义
• 第二章 电解法制备高纯二氧化氯的工艺方案
• 2.1 制备原理
• 2.2 电解法制备二氧化氯的工艺流程
• 2.2.1 制备二氧化氯的工艺简述
• 2.2.2 整个流程描述
• 2.3 二氧化氯发生器的设计
• 2.3.1 电解槽材料的选择
• 2.3.2 反应器结构的设计
• 2.3.3 离子交换膜的选取
• 2.3.4 阴极板的选取
• 2.3.5 阳极板的选取
• 2.3.6 电解液的供给形式
• 2.3.7 连接管道和阀门的选择
• 2.3.8 发生器的基本结构和主要作用
• 2.4 工艺流程成套装置
• 第三章 实验方法和分析技术
• 3.1 实验试剂和仪器
• 3.1.1 实验试剂
• 3.1.2 实验仪器设备
• 3.2 实验方法
• 3.3 实验条件
• 3.4 实验分析
• 3.4.1 原料氯酸钠含量的测定
• 3.4.2 原料硫酸分析
• 3.4.3 连续碘量法
• 3.4.4 紫外线分光光度计测量二氧化氯含量
• 3.4.5 电解液浓度的测定
• 第四章 电解法制备高纯二氧化氯的实验
• 4.1 电解发生二氧化氯系统
• 4.1.1 电解液的配制
• 4.1.2 实验装置
• 4.1.3 操作步骤
• 4.2 试验方案及其数据记录
• 4.2.1 选因素、定水平
• 4.2.2 选择正交表并编制试验方案
• 4.3 各反应参数对二氧化氯纯度的影响规律
• 4.3.1 氯酸钠溶液浓度对二氧化氯纯度的影响
• 4.3.2 电解液的酸度对二氧化氯纯度的影响
• 4.3.3 电解液温度对二氧化氯纯度的影响
• 4.3.4 电流密度对二氧化氯纯度的影响
• 4.3.5 二氧化氯剩余浓度对电化学反应速率的影响
• 4.3.6 电化学过程的耗电
• 4.4 反应废液的循环利用
• 4.5 二氧化氯生产成本及应用成本分析
• 第五章 工艺优化设计
• 5.1 电压衡算
• 5.2 阴极电流效率
• 5.3 物料衡算
• 5.4 热衡算
• 5.4.1 电解槽的热量平衡
• 5.4.2 热平衡结果的几点讨论
• 5.4.3 阴极液冷却器
• 第六章 电解槽的优化控制以及仪表的选型
• 6.1 电解槽的优化控制
• 6.1.1 进电解槽盐水流量控制
• 6.1.2 电解槽电压监控控制
• 6.1.3 阳极硫酸溶液配制控制系统
• 6.1.4 阴极箱酸浓度控制系统
• 6.1.5 冷却温度调节控制
• 6.1.6 二氧化氯和氧气压力控制系统
• 6.2 仪表的选用
• 6.2.1 进电解槽盐水的仪表选型
• 6.2.2 进水槽纯水的仪表选型
• 6.2.3 电解槽二氧化氯差压系统的仪表选型
• 6.2.4 电解槽测温系统的仪表选型
• 第七章 总结与展望
• 7.1 研究内容总结
• 7.2 对课题研究的建议
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者和导师简介
• 北京化工大学硕士研究生学位论文答辩委员会决议书