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乙醛酸(glyoxylic acid)做为一种重要的化工原料和中间体,广泛用于医药、造纸、染料、食品等行业。本文以工业草酸为原料,采用离子膜电解槽进行连续循环电解,重点研究了适合工业应用的最佳工艺条件,探索了反应机理,得到了该电解过程在一定条件下的宏观反应的动力学模型,并进行最佳工艺的操作设计计算。本文首先用一膜两室电解面积为10cm×10cm的离子膜电解槽进行连续循环电解实验,研究了电极材料、阳离子交换膜以及电解条件:流量、电解液浓度、电流密度、电解温度以及电解时间对电解过程的影响,确定了当采用NF-1型含氟磺酸阳离子交换膜和铅极板作阴极、钽-铱作阳极板时电解的效果较好,得到优化电解条件范围为:饱和草酸溶液做阴极液,电流密度1000A/m2,电解温度25℃,电解时间4.5h,流量2L/min,此时的电耗为3038.9Kwh/t,与文献值比较降低了38%。选择在温度17~30℃,电流密度800~1400A/m2的范围以及其他实验得出的优化条件,计算出相应的传质系数,通过对传质系数与化学反应动力学常数的比较,判断电解过程的控制步骤为电化学反应步骤,并通过对四种可能的电化学反应机理的分析与实验研究,确定了在该温度和电流密度范围内的反应机理为:其中A为草酸,B为乙醛酸,D为乙醇酸。建立了包含传质、反应和电解过程特性的草酸电解制备乙醛酸动力学方程:其中:kf1=8.417×10-9e8693.5/TRe[-5.530×10-3]nfE kf2=522.278e-48989/RTe[-8.4755×10-3]nfE动力学模型与实验结果基本吻合,平均相对误差2.02%。根据动力学模型和串联反应特点,在优化的操作条件电流为1000A/m3,流量2L/min,温度为2.5℃下,计算确定最佳反应时间t=3.4h,此时,产品乙醛酸浓度达到最大值124.76mol/m3,相应的转化率30.46%,收率为12.39%,电流效率83.61%。研究结果为工业设计提供了参考数据。