草酸電解制備乙醛酸工藝及動力學(xué)研究.pdf

1、乙醛酸(glyoxylic acid)做為一種重要的化工原料和中間體,廣泛用于醫(yī)藥、造紙、染料、食品等行業(yè).本文以工業(yè)草酸為原料,采用離子膜電解槽進行連續(xù)循環(huán)電解,重點研究了適合工業(yè)應(yīng)用的最佳工藝條件,探索了反應(yīng)機理,得到了該電解過程在一定條件下的宏觀反應(yīng)的動力學(xué)模型,并進行最佳工藝的操作設(shè)計計算. 本文首先用一膜兩室電解面積為10 cm×10 c m的離子膜電解槽進行連續(xù)循環(huán)電解實驗,研究了電極材料、陽離子交換膜以及電解條件:

2、流量、電解液濃度、電流密度、電解溫度以及電解時間對電解過程的影響,確定了當(dāng)采用NF-1型含氟磺酸陽離子交換膜和鉛極板作陰極、鉭-銥作陽極板時電解的效果較好,得到優(yōu)化電解條件范圍為:飽和草酸溶液做陰極液,電流密度1000A/m<'2>,電解溫度25℃,電解時間4.5 h,流量2L/min,此時的電耗為3038.9 Kwh/t,與文獻值比較降低了38﹪. 選擇在溫度17～30℃,電流密度800～1400A/m<'2>的范圍以及其他實

3、驗得出的優(yōu)化條件,計算出相應(yīng)的傳質(zhì)系數(shù),通過對傳質(zhì)系數(shù)與化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)常數(shù)的比較,判斷電解過程的控制步驟為電化學(xué)反應(yīng)步驟,并通過對四種可能的電化學(xué)反應(yīng)機理的分析與實驗研究,確定了在該溫度和電流密度范圍內(nèi)的反應(yīng)機理為:其中A為草酸,B為乙醛酸,D為乙醇酸.建立了包含傳質(zhì)、反應(yīng)和電解過程特性的草酸電解制備乙醛酸動力學(xué)方程:動力學(xué)模型與實驗結(jié)果基本吻合,平均相對誤差2.02﹪. 根據(jù)動力學(xué)模型和串聯(lián)反應(yīng)特點,在優(yōu)化的操作條件電流為10