电解工序操作
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Ⅱ-7
蓝星（ 蓝星（北京） 北京）化工机械有限公司
离子膜烧碱工艺标准操作规程
(项目编号:HJ-0721-OP)
第二部分 电解工序操作
caustic soda tank:碱液储槽 II-A-2 阳极循环部分
D.M.water:纯水
electrilyzer:电解槽
从盐水高位槽(D-170)来的精盐水通过主管线送到每台电解槽的阳极液入口总管.盐水通过与总管连接的软管送进阳极室. 精盐水的流量是由安装在每台电解槽的 FICZA-231 A-J 来控制的. FICZA-231 A-J 是通过供给每台电解槽的直流电联锁信号控制的. 电解期间, Na+离子通过离子膜从阳极室移动到阴极室.（阳离子交换膜） 精盐水在阳极室中电解产生氯气，同时氯化钠浓度降低. 氯气和淡盐水的混合物通过软管出来进入电解槽的出口总管,在那里进行初步的气液分离. 然后液体被送回到循环槽(D-260) 在阳极出口总管分离的氯气被收集进入氯气总管并送到 D-260 的上部.氯气的压力通过 D-260 之后的 PCV-216 控制并送到气体处理系 统. 同时, 淡盐水从 D-260 排出并送到淡盐水处理系统. II-A-3 阴极循环部分 阴极液由阴极入口总管通过与所有单元槽连接的软管送到阴极室. 阴极液在阴极室电解产生氢气和烧碱.氢气和阴极液的混合物通过软管出来汇流到阴极出口总管,在那里进行初步的气液分离.液体被送到 阴极液循环槽(D-270).同时阴极液从 D-270 排出,通过碱液高位槽 D-273 回到电解槽. 一部分阴极液作为成品碱送到成品碱储槽. 分离出来的氢气在阴极出口总管中收集后进入氢气总管并送到 D-270 顶部的除雾器. 氢气压力通过 D-270 之后的 PCV-226 控制并送到气体处理系统. II-A-4 电解 一台电解槽由下面的部分组成: (1) 144 个中框, 二个阳极端框和二个阴极端框 (2) 146 张离子交换膜 (3) 一台安装电解室框用的单向挤压机 (4) 阳极液入口总管和阴极液入口总管
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Ⅱ-9
离子膜烧碱工艺标准操作规程
(项目编号:HJ-0721-OP)
第二部分 电解工序操作
II-B 离子交换膜工艺原理
下面描述了离子交换膜氯碱工艺的主要原理. II-B-1 反应 (1) 主要反应 在离子膜烧碱工艺中,选择性渗透的阳离子交换膜安装在阳极和阴极之间. 在通电状态下，阳极室的盐水和阴极室碱液发生电解.下面的反应方程式表明氯气在阳 极室产生, 氢气和烧碱在阴极室产生的过程; 1 阳极: Cl- → Cl2 + e2 1 阴极: H2O + e → H2 + OH2 1 方程式: NaCl + H2O → NaOH + 2 Cl2 + 2 1 H2
图 2-2 单元槽阳极侧示意图 Outlet nozzle(cathode)(anode):出口接管(阴极) (阳极) Inlet nozzle(cathode)(anode):入口接管(阴极) (阳极) Distributor: 液分散管 rib: 筋板
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ClＨ+ Ｎa+
Fig. II-5
Cl2
Gas
Ｈ2
Gas
氯化钠被电离成钠离子和氯离子. 氯离子在阳极室放电生成氯气. 同时,钠离子通过离 子交换膜迁移到阴极室. 在阴极室, 水变为氢气和氢氧根. 钠离子和氢氧根生成氢氧化钠. (如图 2-4 所示) 上面的主要反应和传统的隔膜工艺原理上是相同的.但是在离子膜烧碱工艺中,由于电 解液和钠离子被选择性渗透，可以生产出高纯度烧碱.
离子膜烧碱工艺标准操作规程
(项目编号:HJ-0721-OP)
第二部分 电解工序操作
项目编号： 项目编号：HJ-0721-OP
第二章 电解工序操作
编制： 校核： 审核： 批准：
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Ⅱ-1
离子膜 电解工序操作
NaCl
OH
―
H2O
图 2-4 电解原理示意图
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第二部分 电解工序操作
(2) 钠离子的选择性渗透 通过膜的钠离子的选择性渗透如简图 2-5 所示. 在阳极室的钠离子由于它们和膜具有亲和性,它们能够通过膜渗透到阴极室. 因氯离子和氢氧根离子有与膜相似的负电荷,膜对它们具有排斥作用所以它们不能通过膜. (3) 通过膜水的迁移 通电后, 不仅阳离子而且水也能从阳极室转移到阴极室. 水迁移的数量依靠膜和电解条件, 在电流为 12.2KA 时,它大约是 4.66 m3/hr，在电流为 13.8KA 时,它大约是 5.27 m3/hr 因此,不能以进料盐水和返回阳极液中氯化钠的浓度变化简单的计算氯化钠的分解率.
gas-liquid separetion chamber:气液分离室
Ⅱ-6
离子膜烧碱工艺标准操作规程
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第二部分 电解工序操作
循环流程示意图如图 3 所示 电解工艺分成下面三个部分: 阳极循环部分 阴极循环部分 电解部分
图 2-3 循环流程示意图 brine: 盐水 depleted brine tank: 淡盐水储槽 depleted brine pump:淡盐水泵 caustic sode pump: 碱液泵
Ⅱ-57 Ⅱ-58 Ⅱ-59 Ⅱ-60 Ⅱ-62 Ⅱ-64 Ⅱ-64 Ⅱ-65 Ⅱ-65 Ⅱ-65 Ⅱ-66 Ⅱ-67 Ⅱ-68 Ⅱ-69 Ⅱ-80 Ⅱ-87 Ⅱ-88 Ⅱ-92
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Ⅱ-4
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第二部分 电解工序操作
- 目录 II. 电解装置 II-A 一般说明 II-A-1 电解工艺 II-A-2 阳极液 II-A-3 阴极液 II-A-4 电解 II-B 离子交换膜工艺原理 II-B-1 反应 (1) 主要反应 (2) 钠离子的选择性渗透 (3) 通过膜水的迁移 (4) 金属氢氧化物的沉淀 II-B-2 操作参数 (1) 操作电流 (2) 阳极液的浓度 (3) 阴极液的浓度 (4) 电解液的流量 (5) 阳极液的酸度 (6) 膜的电压降 (7) 气体压力 (8) 电解液的温度 (9) 挤压机 II-C 电解槽操作 II-C-1 安全装置 II-C-1.1 整流器的自动关闭 II-C-1.2 其他的联锁系统 II-C-1.3 细节
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第二部分 电解工序操作
图 2-1 电解槽示意图 每一件单元槽被阴极盘、阳极盘、复合板分成两室, 即阳极室和阴极室 阳极室的内部材质是钛材,具抗蚀性,防止氯气的腐蚀, 阴极室的内部材质是镍的, 是为防止高浓度和高温度烧碱的腐蚀. 在阳极盘和阴极盘上面焊接了筋板,筋板通过焊接被固定在阴阳极盘上.阳极筋板是以钛为材料制作的,阴极筋板是以镍为材料制作的. 每个室都有两个接管,即电解液的出口接管和入口接管,气体分离室在单元槽的上部. 单元槽的主视图如图 2 所示.
Ⅱ-3
离子膜烧碱工艺标准操作规程
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第二部分 电解工序操作
II-E-2 电解槽的停车准备 II-E-3 排液 II-E-4 槽和膜的清洗 II-E-5 膜湿润 II-E-6 紧急停车 II-F 电解槽的正常操作 II-F-1 电解负荷调节 II-F-2 电解液流量调节 II-F-3 压差调节 II-F-4 温度调节 II-F-5 电解液浓度调节 II-F-6 锁定电解槽 II-G 液压机的操作 II-H 电解系统的标准操作条件 II-I 问题解答 II-J 电解槽操作的步骤图 II-K 电解槽开车和停车检查清单 II-L 极化整流器的操作
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Ⅱ-27 Ⅱ-27 Ⅱ-27 Ⅱ-28 Ⅱ-31 Ⅱ-31 Ⅱ-31 Ⅱ-31 Ⅱ-33 Ⅱ-33 Ⅱ-34 Ⅱ-38 Ⅱ-38 Ⅱ-38 Ⅱ-38 Ⅱ-38 Ⅱ-39 Ⅱ-39 Ⅱ-40 Ⅱ-40 Ⅱ-40 Ⅱ-50 Ⅱ-50 Ⅱ-51 Ⅱ-53 Ⅱ-55 Ⅱ-55 Ⅱ-55 Ⅱ-56
Ⅱ-2
离子膜烧碱工艺标准操作规程
(项目编号:HJ-0721-OP)
第二部分 电解工序操作
II-C-1.4 紧急电源 II-C-1.5 联锁图 II-C-1.6 报警信号清单 II-C-1.7 阀门编号示意图 II-C-2 膜试漏 (1) 概要 (2) 准备 (3) 阴极室充氮增压 (4) 膜试漏 (5) 膜试漏的重要性 (6) 必须进行膜试漏的原因 II-C-3 电解槽的泄漏试验和空气清除 (1) 概要 (2) 准备 (3) 充纯水 (4) 电解槽泄漏试验 (5) 排水 (6) 充纯水和从阴极室排水以清除空气 II-D 电解开车 II-D-1 操作准备 II-D-1-1 阴极系统的空气清除 II-D-2 电解槽开车 II-D-2.1 充电解液 II-D-2.2 气体总管连接,电解液循环和送电 II-D-2.3 正常运转阶段 II-E 电解槽停车 II-E-1 概述 (1) 标准步骤 (2)停车后电解槽的处理
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Ⅱ-5 Ⅱ-5 Ⅱ-5 Ⅱ-8 Ⅱ-8 Ⅱ-8 Ⅱ-10 Ⅱ-10 Ⅱ-10 Ⅱ-11 Ⅱ-11 Ⅱ-11 Ⅱ-12 Ⅱ-12 Ⅱ-13 Ⅱ-13 Ⅱ-13 Ⅱ-14 Ⅱ-18 Ⅱ-18 Ⅱ-19 Ⅱ-20 Ⅱ-24 Ⅱ-24 Ⅱ-24 Ⅱ-24 Ⅱ-25
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第二部分 电解工序操作
(5) 收集电解产物的阳极液出口总管和阴极液出口总管 (6) 连接总管与单元槽的 584 根挠性软管 (7) 控制油缸油压的一个油压装置 电缆连接到安装在电解槽末端的两个端框上.电流供应在控制室调节. 在 II-A-2 和 II-A-3 中描述了阳极液和阴极液进入电解槽的方式. 开车准备阶段，为了观察阳极室和阴极室液位, 两室透明管要安装好。为避免电极和膜的损害，液位差必须保持在某一范围内。若不安装 透明管，为了确保阳极室和阴极室液位差保持在规定值，在电解槽充液和排液时要严格注意操作顺序和时间差。 在开车准备阶段，当电解槽被解体打开前或停车超过 4 小时后,阳极液和阴极液必须排出电解槽. 电解槽排液之前,氯气和氢气必须分别用新鲜盐水和新鲜碱液置换清除. 氯气被送到氯气吸收塔处理, 氢气通过氮气置换被排空. 存留在电解槽中的阳极液和阴极液分别排送到阳极排液槽和阴极排液槽.此外电解槽在排出电解液后必须用纯水循环进行循环清洗. 电解槽清洗完之后,在阳极室和阴极室的水必须完全排除,以避免在离子膜上产生水泡.同时将入口总管充入纯水， 高度为入口软管的一半， 以保证离子膜湿润不干膜。 当电解槽开车时,阳极室和阴极室,入口总管和出口总管,必须分别充满精盐水和碱液.
II 电解装置
II-A 一般说明 II-A-1 电解工艺 电解工艺包括电解槽以及它们的相关设备 电解槽的结构显示如下. 电解槽包含一个单向挤压机（hydraulic press unit） , 144 个中框单元槽(bipolar cells),双头挤压（二个阳极端框，二个 阴极端框） ，安装在侧杆两端的一个阳极端框单元槽(anode terminal cell)和一个阴极端框(cathode terminal cell),以及循 环系统. 146 张离子膜,用挤压机挤压紧固。 注: loose head:活动端头 anolyte outlet header:阳极液出口总管 rear head:前固定端头 catholyte inlet header:阴极液入口总管 hydraulic cylinder:油缸 lock nut:锁定螺母 lockong pin:定位销 anolyte inlet header:阳极液入口总管 flexible hose:软管 arm:托架 side bar:侧杆 fixed head: 后固定端头 cell lifting hook:吊钩
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第二部分 电解工序操作
caustic soda tank:碱液储槽 II-A-2 阳极循环部分
D.M.water:纯水
electrilyzer:电解槽
从盐水高位槽(D-170)来的精盐水通过主管线送到每台电解槽的阳极液入口总管.盐水通过与总管连接的软管送进阳极室. 精盐水的流量是由安装在每台电解槽的 FICZA-231 A-J 来控制的. FICZA-231 A-J 是通过供给每台电解槽的直流电联锁信号控制的. 电解期间, Na+离子通过离子膜从阳极室移动到阴极室.（阳离子交换膜） 精盐水在阳极室中电解产生氯气，同时氯化钠浓度降低. 氯气和淡盐水的混合物通过软管出来进入电解槽的出口总管,在那里进行初步的气液分离. 然后液体被送回到循环槽(D-260) 在阳极出口总管分离的氯气被收集进入氯气总管并送到 D-260 的上部.氯气的压力通过 D-260 之后的 PCV-216 控制并送到气体处理系 统. 同时, 淡盐水从 D-260 排出并送到淡盐水处理系统. II-A-3 阴极循环部分 阴极液由阴极入口总管通过与所有单元槽连接的软管送到阴极室. 阴极液在阴极室电解产生氢气和烧碱.氢气和阴极液的混合物通过软管出来汇流到阴极出口总管,在那里进行初步的气液分离.液体被送到 阴极液循环槽(D-270).同时阴极液从 D-270 排出,通过碱液高位槽 D-273 回到电解槽. 一部分阴极液作为成品碱送到成品碱储槽. 分离出来的氢气在阴极出口总管中收集后进入氢气总管并送到 D-270 顶部的除雾器. 氢气压力通过 D-270 之后的 PCV-226 控制并送到气体处理系统. II-A-4 电解 一台电解槽由下面的部分组成: (1) 144 个中框, 二个阳极端框和二个阴极端框 (2) 146 张离子交换膜 (3) 一台安装电解室框用的单向挤压机 (4) 阳极液入口总管和阴极液入口总管
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第二部分 电解工序操作
II-B 离子交换膜工艺原理
下面描述了离子交换膜氯碱工艺的主要原理. II-B-1 反应 (1) 主要反应 在离子膜烧碱工艺中,选择性渗透的阳离子交换膜安装在阳极和阴极之间. 在通电状态下，阳极室的盐水和阴极室碱液发生电解.下面的反应方程式表明氯气在阳 极室产生, 氢气和烧碱在阴极室产生的过程; 1 阳极: Cl- → Cl2 + e2 1 阴极: H2O + e → H2 + OH2 1 方程式: NaCl + H2O → NaOH + 2 Cl2 + 2 1 H2
图 2-2 单元槽阳极侧示意图 Outlet nozzle(cathode)(anode):出口接管(阴极) (阳极) Inlet nozzle(cathode)(anode):入口接管(阴极) (阳极) Distributor: 液分散管 rib: 筋板
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ClＨ+ Ｎa+
Fig. II-5
Cl2
Gas
Ｈ2
Gas
氯化钠被电离成钠离子和氯离子. 氯离子在阳极室放电生成氯气. 同时,钠离子通过离 子交换膜迁移到阴极室. 在阴极室, 水变为氢气和氢氧根. 钠离子和氢氧根生成氢氧化钠. (如图 2-4 所示) 上面的主要反应和传统的隔膜工艺原理上是相同的.但是在离子膜烧碱工艺中,由于电 解液和钠离子被选择性渗透，可以生产出高纯度烧碱.
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项目编号： 项目编号：HJ-0721-OP
第二章 电解工序操作
编制： 校核： 审核： 批准：
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离子膜 电解工序操作
NaCl
OH
―
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图 2-4 电解原理示意图
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第二部分 电解工序操作
(2) 钠离子的选择性渗透 通过膜的钠离子的选择性渗透如简图 2-5 所示. 在阳极室的钠离子由于它们和膜具有亲和性,它们能够通过膜渗透到阴极室. 因氯离子和氢氧根离子有与膜相似的负电荷,膜对它们具有排斥作用所以它们不能通过膜. (3) 通过膜水的迁移 通电后, 不仅阳离子而且水也能从阳极室转移到阴极室. 水迁移的数量依靠膜和电解条件, 在电流为 12.2KA 时,它大约是 4.66 m3/hr，在电流为 13.8KA 时,它大约是 5.27 m3/hr 因此,不能以进料盐水和返回阳极液中氯化钠的浓度变化简单的计算氯化钠的分解率.
gas-liquid separetion chamber:气液分离室
Ⅱ-6
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第二部分 电解工序操作
循环流程示意图如图 3 所示 电解工艺分成下面三个部分: 阳极循环部分 阴极循环部分 电解部分
图 2-3 循环流程示意图 brine: 盐水 depleted brine tank: 淡盐水储槽 depleted brine pump:淡盐水泵 caustic sode pump: 碱液泵
Ⅱ-57 Ⅱ-58 Ⅱ-59 Ⅱ-60 Ⅱ-62 Ⅱ-64 Ⅱ-64 Ⅱ-65 Ⅱ-65 Ⅱ-65 Ⅱ-66 Ⅱ-67 Ⅱ-68 Ⅱ-69 Ⅱ-80 Ⅱ-87 Ⅱ-88 Ⅱ-92
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第二部分 电解工序操作
- 目录 II. 电解装置 II-A 一般说明 II-A-1 电解工艺 II-A-2 阳极液 II-A-3 阴极液 II-A-4 电解 II-B 离子交换膜工艺原理 II-B-1 反应 (1) 主要反应 (2) 钠离子的选择性渗透 (3) 通过膜水的迁移 (4) 金属氢氧化物的沉淀 II-B-2 操作参数 (1) 操作电流 (2) 阳极液的浓度 (3) 阴极液的浓度 (4) 电解液的流量 (5) 阳极液的酸度 (6) 膜的电压降 (7) 气体压力 (8) 电解液的温度 (9) 挤压机 II-C 电解槽操作 II-C-1 安全装置 II-C-1.1 整流器的自动关闭 II-C-1.2 其他的联锁系统 II-C-1.3 细节
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第二部分 电解工序操作
图 2-1 电解槽示意图 每一件单元槽被阴极盘、阳极盘、复合板分成两室, 即阳极室和阴极室 阳极室的内部材质是钛材,具抗蚀性,防止氯气的腐蚀, 阴极室的内部材质是镍的, 是为防止高浓度和高温度烧碱的腐蚀. 在阳极盘和阴极盘上面焊接了筋板,筋板通过焊接被固定在阴阳极盘上.阳极筋板是以钛为材料制作的,阴极筋板是以镍为材料制作的. 每个室都有两个接管,即电解液的出口接管和入口接管,气体分离室在单元槽的上部. 单元槽的主视图如图 2 所示.
Ⅱ-3
离子膜烧碱工艺标准操作规程
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第二部分 电解工序操作
II-E-2 电解槽的停车准备 II-E-3 排液 II-E-4 槽和膜的清洗 II-E-5 膜湿润 II-E-6 紧急停车 II-F 电解槽的正常操作 II-F-1 电解负荷调节 II-F-2 电解液流量调节 II-F-3 压差调节 II-F-4 温度调节 II-F-5 电解液浓度调节 II-F-6 锁定电解槽 II-G 液压机的操作 II-H 电解系统的标准操作条件 II-I 问题解答 II-J 电解槽操作的步骤图 II-K 电解槽开车和停车检查清单 II-L 极化整流器的操作
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Ⅱ-27 Ⅱ-27 Ⅱ-27 Ⅱ-28 Ⅱ-31 Ⅱ-31 Ⅱ-31 Ⅱ-31 Ⅱ-33 Ⅱ-33 Ⅱ-34 Ⅱ-38 Ⅱ-38 Ⅱ-38 Ⅱ-38 Ⅱ-38 Ⅱ-39 Ⅱ-39 Ⅱ-40 Ⅱ-40 Ⅱ-40 Ⅱ-50 Ⅱ-50 Ⅱ-51 Ⅱ-53 Ⅱ-55 Ⅱ-55 Ⅱ-55 Ⅱ-56
Ⅱ-2
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第二部分 电解工序操作
II-C-1.4 紧急电源 II-C-1.5 联锁图 II-C-1.6 报警信号清单 II-C-1.7 阀门编号示意图 II-C-2 膜试漏 (1) 概要 (2) 准备 (3) 阴极室充氮增压 (4) 膜试漏 (5) 膜试漏的重要性 (6) 必须进行膜试漏的原因 II-C-3 电解槽的泄漏试验和空气清除 (1) 概要 (2) 准备 (3) 充纯水 (4) 电解槽泄漏试验 (5) 排水 (6) 充纯水和从阴极室排水以清除空气 II-D 电解开车 II-D-1 操作准备 II-D-1-1 阴极系统的空气清除 II-D-2 电解槽开车 II-D-2.1 充电解液 II-D-2.2 气体总管连接,电解液循环和送电 II-D-2.3 正常运转阶段 II-E 电解槽停车 II-E-1 概述 (1) 标准步骤 (2)停车后电解槽的处理
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第二部分 电解工序操作
(5) 收集电解产物的阳极液出口总管和阴极液出口总管 (6) 连接总管与单元槽的 584 根挠性软管 (7) 控制油缸油压的一个油压装置 电缆连接到安装在电解槽末端的两个端框上.电流供应在控制室调节. 在 II-A-2 和 II-A-3 中描述了阳极液和阴极液进入电解槽的方式. 开车准备阶段，为了观察阳极室和阴极室液位, 两室透明管要安装好。为避免电极和膜的损害，液位差必须保持在某一范围内。若不安装 透明管，为了确保阳极室和阴极室液位差保持在规定值，在电解槽充液和排液时要严格注意操作顺序和时间差。 在开车准备阶段，当电解槽被解体打开前或停车超过 4 小时后,阳极液和阴极液必须排出电解槽. 电解槽排液之前,氯气和氢气必须分别用新鲜盐水和新鲜碱液置换清除. 氯气被送到氯气吸收塔处理, 氢气通过氮气置换被排空. 存留在电解槽中的阳极液和阴极液分别排送到阳极排液槽和阴极排液槽.此外电解槽在排出电解液后必须用纯水循环进行循环清洗. 电解槽清洗完之后,在阳极室和阴极室的水必须完全排除,以避免在离子膜上产生水泡.同时将入口总管充入纯水， 高度为入口软管的一半， 以保证离子膜湿润不干膜。 当电解槽开车时,阳极室和阴极室,入口总管和出口总管,必须分别充满精盐水和碱液.
II 电解装置
II-A 一般说明 II-A-1 电解工艺 电解工艺包括电解槽以及它们的相关设备 电解槽的结构显示如下. 电解槽包含一个单向挤压机（hydraulic press unit） , 144 个中框单元槽(bipolar cells),双头挤压（二个阳极端框，二个 阴极端框） ，安装在侧杆两端的一个阳极端框单元槽(anode terminal cell)和一个阴极端框(cathode terminal cell),以及循 环系统. 146 张离子膜,用挤压机挤压紧固。 注: loose head:活动端头 anolyte outlet header:阳极液出口总管 rear head:前固定端头 catholyte inlet header:阴极液入口总管 hydraulic cylinder:油缸 lock nut:锁定螺母 lockong pin:定位销 anolyte inlet header:阳极液入口总管 flexible hose:软管 arm:托架 side bar:侧杆 fixed head: 后固定端头 cell lifting hook:吊钩