《化工原理》创新实验教学设计--双极膜电渗析产酸产碱过程解析

本文设计了一个搭建双极膜电渗析装置并分析其产酸产碱过程的化工原理教学实验。首先,将双极膜、阴离子交换膜和阳离子交换膜交替排列于具有相同有效面积的电极之间,搭建双极膜电渗析装置。其次,向电渗析装置中通入料液并利用蠕动泵循环,在电场作用下进行酸和碱的生产。最后,对所采集的数据进行分析,计算双极膜电渗析过程产酸产碱的能耗和电流效率。本实验中,搭建双极膜电渗析装置的部分可锻炼学生的动手能力,实验操作部分有助于学生熟悉实验仪器,数据分析部分可强化学生对电膜分离过程的理解。

SBS双极膜的制备及在成对电解合成乙醛酸中的应用

以SBS(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物)作为基膜材料,采用自由基接枝聚合反应,在SBS主链上引入丙烯酸(AA)链段和苯乙烯磺酸钠(StSO3Na)作为阳膜(记为SBS-g-(AA/StSO3Na));在SBS主链上接枝N,N-二甲胺基丙烯酸乙酯(DMAEMA)链段作为阴膜(记为SBS-g-DMAEMA),用流延法制备了SBS-g-(AA/StSO3Na)/SBS-g-DMAEMA双极膜(记为SBSBPM)。用红外光谱、热重和扫描电镜对膜成分与形态进行了表征,测定了SBS-g-(AA/StSO3Na)阳膜(接枝量40.0%)的含水率、接触角、离子交换容量分别为98.1%、32.7°、3.71mmol/g;SBS-g-DMAEMA(接枝量26.7%)阴膜的含水率、接触角、离子交换容量分别为71.1%、23.08°、1.42mmol/g。将SBSBPM作为阴阳两室隔膜,电流密度为16mA/cm2常温下电解,阴极电流效率最大可达83.2%,阳极电流效率最大可达80.3%,电压维持在3.4V。

双极膜制酸碱的实验

本文报导了自制双极膜的工作性能，利用双极膜水解离效应将盐转化成相应的酸和碱，对此工艺及操作方式进行了探索，研究了各种工艺参数如电流密度、膜电压降、电流效率之间的关系。

双极膜制酸制碱电流效率的测定

双极膜制酸制碱的电流效率是反映双极膜性能的重要参数，它主要取决于双极膜阴、阳膜层对离子的选择性。本文设计了测试双极膜阴、阳膜层对离子的选择性和制酸制碱电流效率的简单、可靠方法，并用该方法完成了自制双极膜和上海产异相双极膜电流效率的测试实验。

SBS双极膜在成对电解制备葡萄糖酸和山梨醇中的应用

以SBS(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物)作为基膜材料,将SBS磺化后与丙烯酸(AA)自由基接枝聚合,作为阳膜(SSBS-g-AA);在SBS主链上接枝N,N-二甲胺基丙烯酸乙酯(DMAEMA)作为阴膜(SBS-g-DMAEMA);流延法制备了SSBS-g-AA/SBS-g-DMAEMA双极膜(SBSBPM)。用红外光谱、热重分析对膜的成分和热性能进行表征;测定了膜的离子交换容量、I-V曲线和膜阻抗。结果表明,SBSBPM具较低的工作电压和膜阻抗。将SBSBPM作为电解槽隔膜,应用于成对电解制备葡萄糖酸和山梨醇,结果显示,在10mA/cm2的电流密度下电解90min,阴极生成山梨醇的平均产率为86.85%,平均电流效率为91.50%;阳极生成葡萄糖酸的平均产率为84.42%,平均电流效率为88.91%。

双极性膜电渗析法回收钨酸钠溶液中的游离氢氧化钠

以游离碱,氢氧化钠的迁移率、电能消耗、电流效率、渗析槽电压、温度等经济、技术指标为目标函数,对制约双极性离子交换膜电渗析的重要变量进行了试验,其中包括:电流密度和碱液初始浓度等。结果表明,电能消耗(E/kWh/T)与电流效率(η/%),彼此成反比关系;游离碱氢氧化钠的初始浓度与电流密度是制约电能消耗与电流效率的主要参数;提高游离碱初始浓度,不仅有利于提高电流效率,也有利于减少电能消耗;但是,当游离碱初始浓度增加到2.0 mol/L时,开始出现拐点,此后,电流效率略有下降,然而,电能消耗维持恒定。对于6级并联渗析槽而言,如果电流密度与游离碱初始浓度分别设定为:电流密度i=73.3 mA/cm2、游离碱初始浓度C=2.0～2.5 mol/L,那么电能消耗低于2 500～3 000 kWh/t氢氧化钠溶液。

离子膜法烧碱电耗升高原因的查定及解决措施

查定离子膜法烧碱生产中的盐水品质和电流效率,分析了引起电耗升高的各种因素,提出了提高盐水品质和电流效率的整改措施。

无刷电动舵机功率驱动电路发热特性分析

针对小型大功率无刷电动舵机由于大电流、高功率密度引起的散热困难问题,开展其功率驱动电路发热特性研究。根据所使用的H-PWM-L-ON型半桥调制模式,分析了IGBT三相桥式功率逆变电路的功率损耗,基于RC热网络模型方法建立了该电路的热传导模型,并使用英飞凌FS50R06W1E3型功率模块开展了功率驱动电路发热特性仿真分析和实验验证。结果表明,所给出的功率驱动电路功率损耗分析结果合理可信,通过该热传导模型可有效计算功率器件工作温度。在无刷电动舵机设计过程中,可使用此方法进行功率器件工作温度计算,在确保低于最高工作结温的情况下提高可用输出功率。

有膜法电化学合成丁二酸的研究

研究了有膜法电化学合成丁二酸的电解过程，探讨了硫酸浓度、电流密度、初始马来酸浓度、温度对转化率、电流效率、电能的影响，获得适宜的阴极电解条件为硫酸浓度0．6—0．9kmol／m^3，电流密度0．15A／cm^2，马来酸浓度1．0-1．5kmol／m^3，温度50-55℃。

影响离子膜电解槽电压因素

介绍了离子膜法生产烧碱中影响槽电压的因素及控制措施以降低电耗。

烧碱装置性能状况与经济运行分析

对离子膜烧碱电解装置的性能状况优劣进行了说明,重点说明了吨碱电耗是装置性能状况的终极指标,并对性能状况与生产运行成本的关系进行了分析。说明了离子膜购买成本和电价的变化导致生产成本的构成发生的变化。强调了离子膜或电极更新年限的判定依据是性能状态和生产成本是否达到经济运行指标。

双极膜电渗析提取乳酸的影响因素

针对乳酸传统生产工艺废水排放多、产品质量较差的问题,提出两室型双极膜电渗析生产工艺,探索适合工业生产的操作条件。研究结果表明:电流密度对电渗析过程影响最大,提高初始浓度和增加极室盐溶液浓度均能使能耗降低。对1.24 mol/L的乳酸钠溶液,控制电流密度为500 A/m2,流量为80 L/h,极室盐质量浓度为50 g/L时,乳酸收率93%,浓度1.42 mol/L,电流效率72.5%,能耗1.05 kW.h/kg。

双极膜法软化海水制备酸碱的研究

文章对双极膜电渗析制备酸和碱的工艺参数进行了研究,以产品浓度、电流效率、产能和能耗为指标因素,考察了海水体系下海水盐量、操作电压、流量等因素对双极膜性能的影响。结果表明,操作电压、流量和盐室浓度是影响制碱效果的关键因素,利用总盐量为2.96%的软化海水,在恒压25 V、极室流量20 L/h及盐室、酸室和碱室流量9 L/h的条件下进行双极膜电渗析实验,电流效率可达86.22%,氢氧化钠浓度可达10.08%,盐酸浓度可达8.36%。

伍迪离子膜电解槽电流效率与电耗匹配情况及优化管理

通过对比伍德迪诺拉公司BM-2.7型第4代和第5代离子膜电解槽稳定运行过程的电流效率和直流电耗数据,分析了BM-2.7型5代电解槽相比4代的节电优势及运行中存在的电流效率和吨碱电耗不匹配的问题。提出改进运行情况和完善电解槽管理的措施。