离子膜工艺技术规程

离子膜工艺技术规程
离子膜电解工艺技术规程
前言
本标准是按照《规程类技术标准编制规定》中《生产安全技术标准编写规定》的要求，结合本厂生产实际情况，在原标准基础上修订而成。

离子膜电解工艺技术规程
1 范围
本标准规定离子膜法电解生产氢氧化钠的原料及中间产品的性质和规格，生产的基本原理、公用工程、生产工艺流程、生产工艺技术条件、原料中间品的动力消耗定额、生产工艺流程图和生产设备内容。

本标准适用于年产5万吨、离子膜电解生产氢氧化钠的生产工艺。

2 引用标准
《规程类技术标准编制规定》
GB/T11199-2006 《高纯氢氧化钠》
3 术语、符号、代号
3.1术语
总管——分别指氯气汇总管、氯气汇总管或氢氧化钠汇总管。

一次精盐水——经盐水工段处理的饱和NaCl水溶液。

二次精盐水——一次盐水经离子交换树脂塔处理降低Ca2+、Mg2+后的饱和NaCl水溶液。

标准状况——指压力为1个大气压，温度为0℃时的状况。

淡盐水——浓度在190～230g/l的盐水。

阴极液——精盐水经过离子膜电槽电解后从阴极口溢流出来含氢氧化钠为32%的溶液。

阳极液——精盐水经过离子膜电槽电解后从阳极口溢流出来含氯化钠为190～230g/l的溶液。

脱氯——在一定温度和压力下使溶解在淡盐水中的氯气溢出。

3.2 符号、代号
ppm —质量分数，百万分之一
ppb —质量分数，十亿分之一
μS/cm —微西门子每厘米（导电率单位）
H2/Cl2 —氯中含氢（V/V）
O2/Cl2 —氯中含氧（V/V）
4 产品说明
4.1 产品名称:液碱
4.1.1 化学名称：氢氧化钠，俗名：烧碱，又名苛性钠、火碱
4.1.2 分子式：NaOH
4.1.3 结构式：Na–O–H
4.1.4 分子量：39.99
4.1.5 物理化学性质
本工段所生产的32％的离子膜碱为无色透明液体，相对密度1.33kg/l，易溶于水。

本产品有很强的腐蚀性，能与许多有机、无机化合物起反应，其反应有中和、水化、皂化、置换、醇化等反应。

4.1.6 产品的用途
烧碱是国民经济各部门用途极广的基本化工原料。

主要用于：轻纺工业、合成洗涤剂、玻璃、陶瓷、粘胶纤维、印染、人造丝及棉制品的加工；化学工业；如农药、染料、橡胶、
漂白剂、助溶剂，合成纤维品、石油化学品及化肥生产等；石油工业；如精练石油、油脂、提炼焦油产物，钻探等，还被广泛用于国防、机械、木材加工、冶金、医药工业和城市建设等。

而离子膜烧碱因其纯度高、质量好，还可以用于精细化工行业。

4.1.7 产品规格：（检验标准号：GB/T11199-2006）
浓度≥32.0～32.2％（内控）
NaCl ≤0.01%
Fe203≤0.001%
4.1.8 产品包装与贮运
本公司该产品的贮存使用钢制贮罐，销售使用槽车运输。

4.2 产品名称：氯气
4.2.1 分子式：Cl2
4.2.2 结构式：CI–CI
4.2.3 相对分子量：70.91
4.2.4 氯气的物化性质
熔点：-100.5℃，沸点：-33.9℃，氯气是一种黄绿色带刺激性气味的气体,在标准状况下的密度为3.165kg/ m3,约为空气的2.5倍。

略溶于水、易溶于碱液，其毒性甚强，吸入少量亦有害咽喉及肺脏，严重的可致人死亡。

氯气是一种较易于液化的气体，在常温（20～25℃）0.6～0.8兆帕压力下或在-35℃时常压下即可被液化成液氯。

液氯在0℃时密度为1468kg/m3，1升液氯可气化成约463升以上的气态氯，1kg液氯可气化成316升气态氯。

氯属卤族元素，是一种很活泼的氧化剂，几乎可与各种元素直接化合。

在自然界中通常以化合物形式广泛存在，食盐（NaCl）即为其代表性的化合物。

如：
氯气可与氢气燃烧生成氯化氢，用水进一步吸收制取盐酸：
Cl2 +H2→2HCl + 44Kcal
氯气与氨即使在低温时亦可发生剧烈反应，生成氯化铵和氯化氢，当氯气过剩时，生成油状三氯化氮、油状三氯化氮是一种很危险的物质，受碰撞或者振荡后极易爆炸：Cl2 + NH3→ NH2CL +HCl Cl2 + NH3→ NHCL2 +2HCl
Cl2 + NH3→ NCL3 +3HCl
干燥常温的氯气几乎不与钢铁起反应，但在高温下（≥149℃）会与铁反应燃烧；干燥的氯气（含水≤0.05%）还会与钛反应燃烧。

氯气与氢气混合可形成爆炸性气体，其氯中含氢爆炸极限为：5.0～87.5%。

4.2.5 氯气用途：
氯气是重要的化工原料，被广泛地应用于工业的各个领域，如：
用于上、下水的消毒，对污染源进行杀菌处理；用于纸浆和棉纤维，化学纤维的漂白，糖的精制；用于镁、铝的冶炼和精制；用于制造各种有机氯化物，如农药、塑料、合成橡胶、合成纤维、医药、制
冷剂等；用于制造各种无机氯化物，如盐酸、漂白剂、三氯化铝、四氯化硅等。

4.2.6 氯气规格：
纯度≥97.5％
氧含量≤1.6％
氢含量≤0.3％
4.2.7 氯气贮运
氯气用管道送至氯氢处理工序的氯气洗涤塔。

4.3 产品名称：氢气
4.3.1 分子式：H2
4.3.2 结构式：H-H
4.3.3 分子量：2.02
4.3.4 氢气的理化性质
沸点-252.8℃。

氢气是一种无色、无味、无臭、易燃、易爆气体。

它的爆炸极限宽、点火能量小，是点火能量最小的物质之一，氢气是最轻的气体，具有最大的扩散速度，在各种溶液中溶解甚微、难液化、液态氢是无色透明液体，有超导性质，标准状况下每立方米氢气重约90克。

氢与氧、氯、氮分别化合成水、氯化氢、氨等如：
Cl2 +H2—→ 2HCl
N2 + 3H2 —→ 2NH3
4.3.5 氢气用途
氢气除用于焊接和热加工外，还可用于发电，有机化学的氢化反应（石油和油脂加氢），制造航空玻璃，人造宝石，金属冶炼加工等。

氢气是合成氨的原料，还被用来合成盐酸等。

4.3.6 氢气规格：
氢气纯度≥99.0％
4.2.7 氢气贮运
氢气用管道送至氯氢处理工序的氢气洗涤塔。

5 原料及中间产品的主要物化性质和规格
5.1 精盐水
5.1.1 物理化学性质
精盐水浓度为26.5%（含氯化钠315g/L）时，其熔点804℃；沸点107～108℃；冰点约-23℃；相对密度1.20；溶解度（40～50℃）36.5～37（NaCl/100gH2O）。

纯净的精盐水为透明无色溶液，实际生产的精盐水因含少量杂质而略带色。

氯化钠是稳定性比较好的化合物，工业上通过电解氯化钠溶液可生产氢气、氯气和氢氧化钠溶液。

5.1.2 规格：
5.1.2.1 一次精盐水的规格
NaCl：310～320 g/l
Ca2++Mg2+：≤ 7 mg/l
SO42-≤5～9g/l
游离氯：0～2mg/l
总铵：≤4 mg/l
PH值：8～9.5
5.1.2.2 二次精盐水的规格
NaCl：300～310 g/l
Ca2++Mg2+：0～30 ppb
游离氯：0～2 mg/l
PH值：8～9.5
5.2 亚硫酸钠
5.2.1 分子式：Na2SO3
5.2.2 结构式：
O
Na O S O Na
5.2.3 相对分子量：126
5.2.4 主要物化性质
熔点150℃，密度2.63kg/l，易溶于水，不溶于乙醇，具有较强的还原性，能够与一些氧化剂（如次氯酸钠等）反应，被氧化成硫酸钠。

5.2.5 规格：（检验标准号：HG/T2967-2000）
纯度：≥ 95％（W/W）
重金属含量：≤ 10 ppm
5.3 盐酸
5.3.1 分子式：HCl
5.3.2 结构式：H-Cl
5.2.3 相对分子量：3
6.5
5.3.4 主要物化性质
盐酸是氯化氢的水溶液，其熔点110℃，沸点-114℃，密度1.158kg/l。

纯净的盐酸是无色的。

盐酸是一种强酸，腐蚀性很强，能与许多金属发生作用。

生产中设备管道要采取防腐措施。

5.3.5 盐酸规格
浓度： 31.0 ～32.0％（W/W）
Ca2++Mg2+： 0～0.7ppm
Fe3+: 0～3.0 ppm
游离氯 0～20 ppm
5.4 纯水
5.4.1 规格:
导电率：≤5μs／cm
Si02：≤0.1ppm
Fe3+: ≤0.1 ppm
5.6开车前，各原料具备开车要求的最低储存量。

6 公用工程规定指标
7 生产系统要求
7.1 1#碱液循环泵、2#碱液循环泵、1#过滤盐水泵、2#过滤盐水
泵、1#淡盐水循环泵、2#淡盐水循环泵、1#脱氯盐水泵、2#脱氯盐水泵、1#亚硫酸钠泵、2#亚硫酸钠泵、1#成品碱泵、2#成品碱泵、1#高纯盐酸泵、2#高纯盐酸泵、1#脱氯真空泵、2#脱氯真空泵、1#纯水泵、2#纯水泵、3#纯水泵，运转灵活，无泄漏、无异响，电流负荷值在规定范围内，电机防护罩，接地线完好。

7.2盐水预热器、1#螯合树脂塔、2#螯合树脂塔、3#螯合树脂塔、电解槽、碱换热器，无泄漏，设备内无异物，相连的管件正常无泄漏、无破损，阀门开关灵活。

7.3各仪表系统显示值正常稳定，各气动阀开、关位置正常，各报警、联锁、应急电源系统正常。

7.4与盐水工段联系送一次精盐水；与盐酸联系送高纯盐酸和纯水；与氯氢处理工段联系准备送电后的氯气、氢气处理条件；与冷水站联系氮气和压缩空气装置是否正常。

8 生产原理
8.1 离子膜法制碱原理
离子膜法与隔膜法制碱的原理基本一致，也是由电能转化为化学能的过程。

离子膜电解槽为自然循环复极式电解槽。

在电解的时候，电极反应是有电子参加的发生在溶液界面的氧化还原反应，电解槽的阳极和阴极与直流电源构成电流回路，氯离子在阳极上放电生成氯气，氢离子在阴极上放电生成氢气，阴极室和阳极室用全氟磺酸/羧酸复合膜隔开，从而隔离阴、阳极产物。

阴极室的压力要高于阳极室，使膜（磺酸层）紧贴阳极一侧，避免摩擦损坏膜，。