磷酸三钠结晶过程研究

摘要

磷酸三钠是一种非常重要的磷酸盐，广泛应用于化工、纺织、印染、造纸、发电、食品等领域。磷酸三钠有十二水合物和无水物两种形式存在，一般采用冷却结晶的方法对其进行精制。本文对磷酸三钠冷却结晶过程进行了较为系统的研究，其中主要包括磷酸三钠结晶热力学、十二水合物脱水机理、结晶动力学和工艺优化四个方面。
　　热力学数据为磷酸三钠结晶工艺的进行提供了重要的基础理论依据。本文通过动态激光法测定了磷酸三钠在283.65-344.55K温度范围内在不同pH溶剂中的溶解度，并用Apelblat溶解度经验方程进行了拟合，拟合结果与实验结果关联性较好。通过得到的溶解度数据进一步计算得到磷酸三钠在不同pH溶剂中的溶解焓和溶解熵。此外，本文还测定了磷酸三钠在三种不同pH溶剂中的超溶解度，进而得到其介稳区范围。
　　磷酸三钠水合物脱水过程的对于其在工业上的储存和运输等有重要指导作用。为了探讨水合物的热稳定性，本文通过热重分析（TG）、差热分析（DSC）、X射线粉末衍射（PXRD）和扫描电镜（SEM）研究了磷酸三钠十二水合物（Na3PO4·12H2O）在303.15K-413.15K温度范围内的脱水过程。研究结果发现，磷酸三钠十二水合物在303.15K-393.15K温度范围内逐渐脱去约11个结晶水，且脱水过程包含多步反应。分别通过Ozawa方程和Friedman方程计算其在不同脱水率下的活化能。整个脱水过程可以分为四个阶段，其脱水机理有所不同。不同温度下脱水产物的PXRD和SEM图表明其属于通道型包容水合物，在脱水过程中晶格结构发生了变化。
　　磷酸三钠结晶动力学中成核速率和生长速率是影响结晶产品粒度分布的重要因素，对于结晶过程和工业放大具有指导作用。根据磷酸三钠结晶工艺的要求，采用间歇动态法对磷酸三钠结晶动力学进行了分析，利用最小二乘法对实验数据进行回归得到磷酸三钠在纯水结晶过程中的成核和生长速率方程，对于结晶过程模拟和工业放大提供了重要的理论支撑。
　　在对磷酸三钠结晶热力学、水合物脱水和结晶动力学研究的基础上，对磷酸三钠结晶过程进行了优化，考察了搅拌速度、冷却温度、pH等因素对结晶产品收率、最终粒度分布和晶形质量的影响，并且最终确定了磷酸三钠结晶过程的最优工艺条件。

目录

声明

第一章 前言

1.1工业结晶

1.2磷酸三钠性质及用途

1.3磷酸三钠制备技术

1.4本文的主要工作

第二章 磷酸三钠结晶热力学及介稳区研究

2.1文献综述

2.2实验部分

2.3实验结果与讨论

2.4本章小结

第三章 磷酸三钠十二水合物脱水过程研究

3.1理论基础

3.2实验部分

3.3实验结果

3.4本章小结

第四章 磷酸三钠结晶动力学研究

4.1文献综述

4.2磷酸三钠结晶动力学实验

4.3实验结果与分析

4.4本章小结

第五章 磷酸三钠结晶工艺过程研究

5.1磷酸三钠概述

5.2磷酸三钠结晶工艺研究

5.3结果与讨论

5.4本章小结

第六章 结论和展望

6.1主要结论

6.2展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

附录

致谢