超重力法胶清脱氨及氨气回收技术基础研究

摘要

胶清是新鲜胶乳离心分离后得到的第二产物，由于其氨含量较高，导致胶清胶在制备过程中存在酸用量大、废水处理困难、成本高等缺陷。为解决此问题，研究者提出了自然通风法、曝气法、机械鼓风法、离心雾化法等方法对胶清进行脱氨处理，虽取得了一定效果，但仍存在脱氨率低、工艺复杂、能耗高、回收困难等不足。基于此，寻找一种简便、高效、经济脱除胶清中氨并实现氨气回收的工艺是本研究的主要目的。 超重力技术是一项新型的过程强化技术，可以将液体分散成液丝、液滴、液膜，并能快速聚并分散，增加单位体积液体气液接触面积，强化微观混合。本研究将超重力技术应用于胶清脱氨领域，引入“超重机+超重机”新工艺对胶清中的氨进行处理研究，在实现高效脱氨的同时方便氨气回收。 脱氨体系中，考察了气体流量G、原料氨含量xw、液体温度TL、超重力因子β、进料流量L、气体温度TG对胶清脱氨性能及传质性能的影响。正交实验研究表明：各因素显著性影响由大到小依次为G＞xw＞TL＞β＞L＞TG。单因素实验研究表明：在其他操作条件不变的前提下，脱氨率η随着G、TL、TG的增大而增大，随着L的增大而减小，随着β的增大呈现先增大后减小的规律，气相体积总传质系数kyae有相同的变化规律；并得出最佳操作条件：G为18m3/h、β为69.25、TL为55℃、L为20L/h、TG为55℃，在此条件下，原料氨含量为0.2963%时，经三次吹脱后η可达70%、出口氨含量xD可降低至0.09%，符合工业应用要求（＜0.1%）。通过分析计算胶清中氨的平衡质量分数和橡胶粒子中氨的质量分数总量为0.082%，说明本研究工艺脱氨效果已接近于极限状态，脱氨效果非常好。 应用无因次分析法，建立了超重力法胶清脱氨过程中各影响因素对脱氨率影响的数学模型，其相关系数R2大于0.95，最大偏差为9.72%，平均偏差为4.88%，说明该关联式与实验数据基本吻合。 在胶清脱氨过程中，对旋转填料床的压降性能进行了研究，实验结果表明：气相压降随着气体流量G、超重力因子β的增大而增大，随着进料流量L的增大变化不明显。本实验中，气相压降范围为10~25Pa。 在氨气回收体系研究中，考察了液体循环量S、超重力因子β'、液体流量L'对氨气吸收率φ的影响。正交实验结果显示：各因素显著性影响由大到小依次为S＞β'＞L'。单因素实验显示：在其他操作条件不变的前提下，吸收率φ随着S、L'的增大而增大，随着β'的增大而先增大后不变；并得出最佳操作条件为：S=11L、β'=69.25、L'=120L/h，在此条件下吸收率可达98.71%。并且回收的氨气可继续用于鲜胶保鲜或者用于其他工艺，实现了资源节约与保护环境的目的。 通过脱氨率及效益计算分析本工艺脱除胶清中氨效果显著。以脱氨率为特征参数进行比较，超重力法是曝气法的1.94倍，是离心雾化法的1.17倍；另外，经计算，利用超重力法处理胶清每天可节省用酸量为891.216kg，是曝气法的2.063倍，是离心雾化法的1.4倍。与传统胶清脱氨方法对比，超重力法具有脱氨率高、操作简单、设备体积小、易于氨气回收等优点。综合研究结果表明，应用超重力法胶清脱氨的工艺工业化适用性较强。

目录

声明

1文献综述

1.1 引言

1.2 胶清来源及简介

1.3 胶清组成分析

1.4 胶清脱氨研究现状

1.4.1 胶清脱氨常用方法

1.4.2 实例说明

1.5 超重力技术

1.5.1 超重力技术简介

1.5.2 超重力技术特点

1.5.3 超重力解吸技术研究现状

1.5.4 超重力吸收技术研究现状

1.5.5 超重力法胶清脱氨理论分析

1.5.6 超重力法胶清脱氨的关键因素

1.6 课题的提出及研究意义

1.6.1 课题的来由

1.6.2 研究目的及意义

1.6.3 课题研究内容

1.6.4 技术路线

2实验方法

2.1实验工艺流程及设备、药品

2.1.1实验工艺流程

2.1.2实验设备、药品

2.2实验操作步骤

2.3实验检测方法及衡量指标

2.3.1检测方法

2.3.2衡量指标

3超重力法吹脱胶清中氨的研究

3.1引言

3.2各影响因素对脱氨效果的显著性分析

3.2.1以β、G、L为参数的正交实验

3.2.2以xw、TL、TG为参数的正交实验

3.2.3系统性正交实验

3.3各影响因素对胶清脱氨的影响规律

3.3.1气体流量的影响分析

3.3.2超重力因子的影响分析

3.3.3进料流量的影响分析

3.3.4液体温度的影响分析

3.3.5气体温度的影响分析

3.3.6吹脱次数的影响分析

3.4模型的建立

3.5实际脱氨与平衡氨浓度对比分析

3.5.1胶清内平衡氨的计算

3.5.2橡胶粒子内部氨的计算

3.6旋转填料床的压降性能研究

3.6.1气体流量的影响

3.6.2超重力因子的影响

3.6.3进料流量的影响

3.7本章小结

4超重力法回收氨气的研究

4.1引言

4.2各影响因素对吸收效果的显著性分析

4.3各影响因素对吸收效果的影响规律

4.3.1液体循环量的影响分析

4.3.2超重力因子的影响分析

4.3.3液体流量的影响分析

4.4本章小结

5脱氨性能及效益对比

5.1引言

5.2不同工艺脱氨性能对比

5.3不同工艺效益对比

5.3.1节省用酸量对比

5.3.2氨气回收量对比

6全文总结

6.1结论

6.2创新点

6.3展望

参考文献

攻读硕士学位期间所取得的成果

致谢