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过硫酸铵连续结晶工艺与设备研究

作　者: 华和维
导　师: 樊玉光
学　校: 西安石油大学
专　业: 化工过程机械
关键词: 过硫酸铵结晶结晶热力学结晶动力学结晶器
分类号: TQ113.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

结晶是指固体物质以晶体的状态从溶液、蒸汽或熔融物性中析出的过程。工业上制取过硫酸铵的过程就属于结晶过程。目前国内生产过硫酸铵的工艺都是间歇结晶，依靠经验控制结晶的温度，而不是按照过硫酸铵结晶热力学和结晶动力学来设计开发结晶工艺。研究过硫酸铵的参数对连续结晶的工艺有很大的指导作用，并且对过硫酸铵的生产有重要的意义。研究了过硫酸铵的结晶过程。分析了影响过硫酸铵结晶介稳区宽度的因素，其中主要的因素是降温速率、温度场、流场和搅拌等等。通过电阻法对过硫酸铵结晶热力学实验的研究，得出了过硫酸铵的介稳区宽度，根据不同的季节，选取不同的介稳区宽度来进行过硫酸铵的生产。最后得到流入结晶器的过硫酸铵母液温度为20-25℃，流出结晶器的温度为2-5℃。分析了影响过硫酸铵晶体生长速率的因素，其中悬浮密度和过饱和度对过硫酸铵晶体生长速率影响最大。通过电阻法对过硫酸铵结晶动力学实验的研究，得出了过硫酸铵晶核的成核速率和生长速率公式。并且研究了不同的搅拌形式、温度、流场等因素对过硫酸铵结晶动力学的影响。本次设计的过硫酸铵连续结晶器的直径为1.786m，高度2.5m，容积6.35m~3，采用内盘管的方式换热，放置多个径向流搅拌器，搅拌速率控制在60r/m-120r/m之间。根据以上对过硫酸铵结晶的研究，得到了影响过硫酸铵结晶热力学和动力学的重要影响因素，初步设计出了过硫酸铵连续结晶的工艺和设备，为以后过硫酸铵的连续生产提供了参考。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第一章绪论  9-16
  1.1 结晶学概论  9
  1.2 工业结晶技术  9-11
    1.2.1 工业结晶概述  9-10
    1.2.2 结晶分离技术在生产过硫酸铵过程中的特点  10
    1.2.3 工业结晶技术发展趋势  10-11
  1.3 结晶设备  11-13
    1.3.1 结晶器发展概述  11-12
    1.3.2 工业结晶设备  12-13
  1.4 本文研究的背景与意义  13-16
    1.4.1 本课题的研究体系与研究意义  13-14
    1.4.2 本文的研究内容  14-16
第二章过硫酸铵结晶过程中的理论基础  16-25
  2.1 结晶与结晶曲线  16-18
  2.2 过硫酸铵溶解度的研究  18
  2.3 过饱和溶液与介稳区  18-21
  2.4 晶核的形成  21-22
  2.5 二次成核  22-24
  2.6 晶体生长的理论模型  24-25
第三章过硫酸铵结晶热力学的研究  25-32
  3.1 固－液平衡理论－溶解度的模拟与关联  25-26
  3.2 超溶解度测定方法  26-27
  3.3 过硫酸铵结晶热力学数据的测定  27-32
    3.3.1 实验试剂与仪器  27-28
    3.3.2 实验操作  28
    3.3.3 实验结果与数据处理  28-30
    3.3.4 讨论与总结  30-32
第四章过硫酸铵结晶动力学的研究  32-44
  4.1 结晶动力学的理论  32-33
  4.2 考虑晶体的生长  33-34
    4.2.1 单晶研究法  33
    4.2.2 质量增加法  33-34
    4.2.3 粒度分布法  34
    4.2.4 降过饱和曲线法  34
  4.3 同时考虑晶体的成核和生长  34-36
    4.3.1 连续稳态法  34-35
    4.3.2 连续动态法  35-36
  4.4 研究动力学的数学基础  36-38
    4.4.1 经验模型法  36
    4.4.2 Laplace 变换法  36-37
    4.4.3 矩量变换法  37-38
  4.5 过硫酸铵的结晶动力学数据测定  38-44
    4.5.1 实验试剂与仪器  38-39
    4.5.2 实验操作步骤  39
    4.5.3 实验数据结果与数据处理  39-41
    4.5.4 成核与生长动力学参数的确定  41-42
    4.5.5 实验结果的讨论  42-44
第五章过硫酸铵结晶过程的研究  44-48
  5.1 不同的搅拌形式对过硫酸铵结晶的影响  44-47
    5.1.1 径向流对过硫酸铵结晶的影响  44-45
    5.1.2 轴向流对过硫酸铵结晶的影响  45-46
    5.1.3 切向流对过硫酸铵结晶的影响  46
    5.1.4 过硫酸铵结晶过程中最优的搅拌形式  46-47
  5.2 温度场对过硫酸铵结晶的影响  47
  5.3 PH 值对过硫酸铵结晶的影响  47-48
第六章过硫酸铵连续结晶器工艺尺寸的研究  48-61
  6.1 冷却结晶过程与装置  48-52
  6.2 过硫酸铵结晶器的设计  52-61
    6.2.1 过硫酸铵结晶过程中的传热计算  54-57
    6.2.2 过硫酸铵结晶器直径和高度的确定  57-61
第七章结论  61-62
致谢  62-63
参考文献  63-66
攻读学位期间发表的论文  66-67
详细摘要  67-83

过硫酸铵连续结晶工艺与设备研究

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