电渗析法由甲酸钠制备甲酸钙的工艺研究

摘要

研究了三室离子交换膜渗析法将甲酸钠与氢氧化钙转化为甲酸钙的实验过程，以浓度差为推动力使HCOOˉ与OHˉ通过阴离子交换膜进行交换，使Ca2+与HCOOˉ结合生成甲酸钙。考察了甲酸钠初始浓度及膜使用周期对离子交换率的影响。甲酸钠的浓度为15g/L时，产物中HCOOˉ含量最高；在相同的实验条件下，膜效率随着离子交换膜使用周期的增加而下降，第一次实验中Ca2+最高含量为第四次的1.68倍，HCOOˉ最高含量为2.13倍。
　　 实验在渗析法合成甲酸钙的基础上研究了电渗析法由甲酸钠制备甲酸钙的工艺。在室温(25℃)下，甲酸钠初始浓度、操作电压以及物料流量对电渗析器工作效率的均有影响。室温下电渗析的最佳操作条件为：甲酸钠浓度为1mol/L，操作电压为50V，物料流量为10L/h。在此条件下运行10h后，其产品收率为87.5％，电流效率为96％，转化率为52.1g/h，能耗为1.005kW.h/kg。由电渗析法制备的质量分数为60％的甲酸与氢氧化钙的摩尔比为1:0.42进行反应，反应终点pH值控制为7～8，反应完全后，溶解，过滤，滤液浓缩结晶，55～65℃下干燥可制得符合企业质量标准的甲酸钙。
　　 基于光电显微技术和数字图像分析技术的可视化手段，从亚微观视角，研究了甲酸钙晶体的结晶动力学。环境温度25±1℃，溶液温度为22℃，初始过饱和度为0.076条件下，得到甲酸钙的晶体生长速率常数K=0.31um.s-1。
　　 根据环境温度为25℃下实验数据，仿照螺旋错位生长(BCF)机理，定义R为晶体生长速率，S为溶液过饱和度。总结得到甲酸钙结晶生长动力学方程为：R=0.97S2.02。

目录

文摘

英文文摘

引言

第1章 文献综述

1.1 甲酸钙及其工业生产现状

1.1.1 性质

1.1.2 用途

1.1.3 生产方法和工业现状

1.1.4 市场展望

1.2 电渗析技术的研究进展

1.2.1 电渗析的基本原理和发展状况

1.2.2 电渗析技术的特点

1.3 结晶

1.3.1 晶核形成机理

1.3.2 晶体生长机理

1.3.3 结晶动力学的研究方法

1.4 可视化技术

第2章 渗析法合成甲酸钙的研究

2.1 实验方法

2.2 实验材料与仪器

2.2.1 实验材料

2.2.2 实验仪器

2.3 实验装置与原理及工艺

2.3.1 实验装置与原理

2.3.2 工艺流程

2.4 HCOOˉ与CA2+的测定方法

2.4.1 HCOOˉ的测定方法

2.4.2 Ca2+的测定方法

2.5 实验过程

2.6 实验结果与讨论

2.6.1 甲酸钠及氢氧化钙的溶解度

2.6.2 渗析时间对转化率的影响

2.6.3 甲酸钠浓度对离子交换的影响

2.6.4 离子交换膜的使用周期对离子交换的影响

2.7 本章小结

第3章 电渗析法合成甲酸钙的工艺研究

3.1 实验材料与仪器

3.1.1 实验材料

3.1.2 实验仪器

3.2 实验装置原理及工艺流程

3.2.1 实验装置原理

3.2.2 实验原理

3.1.2 工艺流程

3.3 甲酸钙的测定方法及电渗析的评价指标

3.3.1 甲酸钙的测定

3.3.2 评价指标

3.4 实验过程

3.4.1 实验方法

3.4.2 甲酸钙合成方法

3.5 结果与讨论

3.5.1 不同浓度下甲酸钠的转化率

3.5.2 不同电压下甲酸钠转化率

3.5.3 不同流量下甲酸钠的转化率

3.5.4 最适操作条件下对电渗析实验的评价

3.5.5 甲酸钙合产品分析

3.6 本章小结

第4章 甲酸钙晶体生长动力学的研究

4.1 微可视化仪器

4.2 图像分析软件

4.2.1 粒子速度测量软件

4.3 实验方法

4.4 实验原理

4.4.1 从溶液中生长晶体的方法

4.4.2 晶体生长动力学

4.5 实验过程

4.5.1 饱和溶液的制备

4.5.2 晶体拍摄过程

4.5.3 数据处理

4.6 实验结果与讨论

4.6.1 晶体生长速率

4.6.2 结晶线速率方程

4.6.3 晶体生长动力学

4.7 本章小结

第5章 结论

参考文献

符号说明

攻读硕士期间发表论文情况

致谢