中空纤维膜法提溴过程研究

摘要

溴素是重要的化工原料之一，广泛用于医药、农药、染料、石油炼制、有机合成、摄影材料高分子材料和军工。目前国内外提溴的方法主要有水蒸汽蒸馏法、空气吹出法，对离子交换树脂法、溶剂萃取法已有研究。多数提溴厂采用空气吹出法，但该法具有设备庞大、能耗多、影响制盐效果等缺点。因此亟待开发一种新型高效节能的提溴工艺。
　　 膜吸收技术是将膜分离与传统吸收过程相结合的一种新型分离技术，具有投资少、能耗低、高效、使用方便和操作简单等特点，此外膜吸收法具有传质面积大的优点，且无雾沫夹带、液泛、沟流、鼓泡等现象发生。膜吸收在CO2、SO2等气体吸收领域已得到较深入地研究，而在提溴领域的研究仍有待深入。
　　 本文利用自制的疏水性聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维膜，进行膜吸收提溴过程研究。首先验证了PVDF膜在含溴浓盐水中具有良好的稳定性，并用光学显微镜和扫描电镜对PVDF膜进行了结构表征。设计了鼓气膜吸收脱溴工艺，并对直接接触式膜吸收(CDMA)、减压膜吸收(VMA)和鼓气法脱溴工艺进行研究与对比。系统运行15min时，DCMA法中脱溴率为67.7％，减压—蒸馏法为27.6％，减压—吸收为60.7％，而鼓气法达到了87.4％，确定了鼓气法为最佳提溴工艺；进而，针对鼓气膜吸收法(ABMA)，研究了操作条件，如：鼓气强度、原液溴浓度、吸收液浓度、吸收液温度、吸收柱液位高度和吸收液侧附加鼓气等因素对提溴效果和效率的影响，并初步探索了鼓气膜吸收传质机理。实验结果表明，在空气鼓气强度为500mol/m2·h，吸收液浓度为0.010mol/L、吸收柱液位高度76.0cm的情况下，溴的吸收率和总收率分别为78.4％和69.6％，当吸收液侧附加空气鼓气强度480mol/m2·h时，溴吸收率和总收率可分别达到最大值89.9％和80.0％，脱溴率一直保持在90％左右。
　　 探讨了膜及膜组件结构型式对提溴的影响。设计了上端为自由端的直型吸收膜组件，结果显示，相同条件下，直型膜组件对溴的吸收率高于U型膜组件，且适当增大直型膜组件的装填分率和有效长度对提高吸收率有效。

目录

文摘

英文文摘

声明

学位论文的主要创新点

第一章 前言

1.1 溴及其应用

1.2 国内外溴素生产工艺

1.2.1 水蒸汽蒸馏法

1.2.2 空气吹出法

1.2.3 离子交换树脂法

1.2.4 溶剂萃取法

1.2.5 液膜法

1.2.6 气态膜法

1.3 膜及膜吸收技术

1.3.1 膜与膜分离过程

1.3.2 膜吸收及其应用现状

1.3.3 膜吸收基本原理

1.3.4 膜吸收传质模型

1.4 选题的目的和意义

1.4.1 本课题的目的和意义

1.4.2 本课题主要研究内容

第二章 膜吸收用PVDF中空纤维疏水膜的表征与性能研究

2.1 实验部分

2.1.1 实验材料与仪器

2.1.2 实验方法

2.2 结果与讨论

2.2.1 膜在含溴浓盐水中的稳定性

2.2.2 膜形态结构及其内径和壁厚

2.2.3 膜丝的几何及性能参数

2.3 本章小结

第三章 三种提溴工艺的研究与对比

3.1 实验部分

3.1.1 实验仪器与药品

3.1.2 实验装置示意图及过程基本原理

3.2 分析方法与数据处理

3.3 结果与讨论

3.3.1 直接接触式膜吸收法脱溴工艺

3.3.2 减压膜吸收法脱溴工艺

3.3.3 鼓气法脱溴工艺

3.3.4 三种提溴方法脱溴工艺对比

3.4 本章小结

第四章 鼓气膜吸收法提溴过程与机理研究

4.1 实验部分

4.1.1 实验主要仪器和药品

4.1.2 实验装置简图及过程基本原理

4.2 分析方法与数据处理

4.3 结果与讨论

4.3.1 鼓气强度对提溴的影响

4.3.2 运行时间对提溴结果的影响

4.3.3 吸收柱不同液位高度处溴离子浓度的变化

4.3.4 吸收液浓度对提溴结果的影响

4.3.5 原液含溴浓度对提溴结果的影响

4.3.6 吸收柱液位高度对提溴结果的影响

4.3.7 吸收液温度对提溴结果的影响

4.3.8 吸收液附加鼓气对提溴结果的影响

4.4 本章小结

第五章 吸收膜及膜组件结构对ABMA法提溴的影响

5.1 实验部分

5.1.1 实验主要仪器和药品

5.1.2 实验装置简图及过程基本原理

5.2 分析方法与数据处理

5.3 结果与讨论

5.3.1 膜丝厚度对提溴的影响

5.3.2 膜组件结构形式及其提溴结果的对比研究

5.3.3 装填分率对提溴的影响

5.3.4 膜组件有效长度对提溴的影响

5.4 本章小结

第六章 结论

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致 谢