氯碱离子膜抗剥离性能的影响因素
国产氯碱离子膜的安全性保障研究

国产氯碱离子膜的安全性保障研究摘要:对于氯碱工业来说,电解液基本上可以说是氯碱工业的主要设备。
其中,氯碱离子膜作为电解槽的核心部分,不仅对氯碱工业的日常生产效率有直接影响,而且对氯碱工业的发展也有直接影响。
结合目前以离子膜烧碱技术为主的先进技术,在世界范围内广泛应用于氯碱行业。
足以看出氯碱离子膜的重要作用。
目前,经过近十年的发展和完善,中国研制的氯碱离子膜成功解决了此前的技术问题,如DF2800系列国产氯碱薄膜的推广和成功应用,具有较强的发展势头。
关键词:国产;氯碱离子膜;安全性引言等离子体植物中碱的燃烧考虑到氯、氢、碱液、盐酸、轻度燃烧、毒药、有害和高温。
在生产中,有许多危险因素,在发生事故的情况下,不仅影响生产的正常运转,而且对人们的生命和财产也有重大影响。
因此,有必要对因果关系处置设施进行必要的控制和安全措施。
等离子膜的质量还影响氯仿在影响碱液生产的所有领域的安全性。
等离子体层质量不足会导致安装后损坏、损坏、洞等。
等离子体保护易发生泄漏。
等离子体外壳的丢失可能导致以下问题。
循环中氢含量的增加可能会导致电解质或氯仿中的电解质,从而导致严重的生产安全问题;②naoh通过膜孔向后移动,太阳太腐蚀;3 cl 2可能会由Pin孔造成负损坏;4渗流中NaCl密度较高,静电密封件被膜孔腐蚀,密封件寿命缩短。
因此,等离子体层和孔标志的动态性能与电气步骤的安全性和稳定性密切相关。
1装置介绍山东乙烯材料有限的企业利用东北机械膜向生产能力为1万t/a的实验室方向排放1万吨。
2010年6月投入使用以来,它一直是国家等离子体义齿的领先工业实验室设施,开展了几项实验,收集了东半球等离子体义齿的大量应用,为国家电影的研究和开发奠定了坚实的基础。
同时,更详细、更有效地收集数据,使等离子体保护的工业试验数据更接近氯仿市场,通过与北方的相应人员通信,规划单个膜的粉碎,实现单个膜的氯纯度,在每个电池探针上添加氯样品,以检测单个等离子体保护的纯度,提高数据的准确性。
离子膜性能影响因素及保护措施

Fa t r fi lu n i h e f r nc fi n-x h n e me br n nd p o e tv e s e co so nf e cng t e p r o ma e o o e c a g m a e a r t c i e m a ur s
1 离子膜 的特点
离子膜 法制碱 装置采 用 的离子 膜为 聚氟烃 织物 增强 的全氟磺 酸 一全氟羧 酸复 合膜 。该膜 只允许 阳 离子通 过 , 阻止 阴离 子 和气 体 通 过 。离 子膜 的一 侧 为磺酸层 , 另一 侧为 羧酸 层 , 在磺 酸 层 中有 P F T E增 强纤 维 。面 向阳极 的一 侧 为 电阻较 小 的 磺 酸层 , 有 利 于 阳离 子通过 ; 向阴极 的一 侧 为 含水 量 低 的羧 面 酸层 , 能抑 制 O 向 阳极 室 移动 而 提 高 电 流效 率 ; H一 增 强纤维 提高 了离 子膜 的抗 张 强度 和 抗 撕裂 强 度 ; 阳极侧 和 阴极侧 表 面处 理 过 , 有利 在膜 的羧 酸层 , 降低 电流效率 ; 其氢 氧化 物 的危害最 大 , 因为其 会 形 成 很 大 的颗 粒 沉积 在 非 常靠 近膜 的阴极侧 的地 方 , 果沉 积 量 很 大可 导 致 如 电压升 高 , 然可 以被纯 净 的盐 水迅 速溶解 , 电流 虽 但 效 率无 法完全 恢复 。 ( ) 含量 超标 , 导致 电流效 率下 降 ; 果盐 2锶 将 如 水 中锶质 量 分数 超 过 5×1 , 仅 导 致 电 流效 率 0I 不 ¨ 下降, 还有 可 能导致 电压上 升 。 ( ) 以离 子 形 式 出现 在 盐 水 中 , 阳极 液 中 3碘 在
[ 关键词 ]离子膜 ; 烧碱 ; 盐水
[ 摘 要]从 盐水中杂 质 、 离子膜安装和运行 过程 中影 响离子膜 的因素人手 , 分析保护 离子膜 的措施 。 [ 文献标志码 ]B [ 文章编号 ]10 0 8—13 2 1 )7— 0 9— 3 3 X(0 0 0 0 0 0 [ 中图分 类号 】T 1 .6 Q14 2 2
离子膜和电解槽性能的主要影响因素

离子膜和电解槽性能的主要影响因素电解槽, 离子, 影响因素, 性能1离子膜法烧碱装置的技术改造沈阳化工股份有限公司(以下简称“沈阳化工”)5万t/a离子膜法烧碱生产装置于1995年3月21日正式开车。
在装置运行过程中,对原设计不完善的地方进行了大量改进,取得了一定的成效。
1.1增加第3台树脂塔在装置运行初期,进槽盐水钙离子、镁离子的质量分数之和平均达2.6×10-8,超出了进槽盐水工艺控制指标要求(ω(Ca2++Mg2+)≤2×10-8),这将会缩短离子膜的使用寿命,使槽电压升高,电流效率下降。
通过认真分析二次精制系统,对盐水跟踪取样分析,决定再上1台螯合树脂塔,保证两塔串联运行,另一塔再生,增大离子交换容量,并适当延长再生酸洗、碱洗时间。
改进后,进槽盐水钙离子、镁离子质量分数之和基本可控制在1.5×10-8以内,其他金属离子及盐水中的悬浮物均大幅度减少。
1.2改变氯气盐水换热工艺将氯气盐水换热器改在一次盐水加热器之前,利用氯气的余热,加热一次盐水温度达到57℃,然后根据实际情况控制盐水温度,降低汽耗。
1.3真空装置系统冷却水由工业水改为纯水离子膜真空系统冷却器的作用是冷却真空系统的氯水,以保证真空泵正常运行,保证物理脱氯效果。
原冷却水为工业水,硬度大,易结垢,容易堵塞滤网,导致真空泵停泵检修。
将冷却水改为纯水,减少了真空泵的检修次数。
2影响离子膜运行性能的主要因素2.1盐水质量对离子膜性能的影响(1)盐水中金属离子含量的影响。
过量的钙离子在短期内会导致离子膜电流效率下降(降至85%)和电压上升,长时间会造成离子膜过早失效,其破坏机制是生成的碳酸钙晶体沉淀覆盖在阴极侧膜的羧基聚合物表面,离子膜表面产生凹坑和孔洞。
镁离子含量超标时,槽电压上升严重,但不影响电流效率。
其他金属离子对离子膜的影响机制与钙镁离子相同。
这就要求钙离子、镁离子质量分数之和低于2×10-8,锶离子、钡离子均低于10-6,铁离子低于10-6,镍离子低于10-8,锰离子低于5×10-8。
离子膜法烧碱生产中曾发生的问题及解决办法(一)

法 ,并 从巾找出经验教训及预防措施。 图分类号]TQ1l+“ 2
Prob】 ems occurred in produc伍 on ofionˉ
Key wOrds; ionˉ cxchangc mcmbranc causuC s。 da; fll1er; resin to、 vcr; dcchlorination; electrtl!yzer;
在压力作用下部分 杂质进人 滤芯 内部 ,堵 塞过 滤器 通道 ;而 没有进人滤芯 内部的杂质在过滤盐水时 ,与 盐水一道进人 过滤盐水罐 ,继 而带人树脂 塔 ,不 仅引 起树脂塔堵塞 ,而 且 铁 离子会污染盐 水。胺基 膦 酸 2+、 Mg2’ 等可形成 更强 的配位价 ,吸 附 型树脂 与 己
氯
碱
工
业
Vo148,No2
Fcb , 2012
电 解】 【
1 过滤器 11 事例 1
某厂过滤器碳素管拉杆或拉杆 丝扣过长 ,虽 然 过滤器花板上面都 已拧 紧 ,但 是 下面碳 素管还是松 动的 ,造 成盐水短路 ,过 滤器压差 一 直上不去 ,或 压 差⒈ 升到 定值时又突然下降 ,使 过滤盐水 中的 s 含量超标 c囚 此 ,碳 素管拉杆或拉杆 丝扣不能过长 。
效率下降。后 采取 多次大流量反洗 的办法 ,使 二 次 盐水中 C矿
+含
使 电解槽 盐水 流量骤减 至 0,对 电解槽 造 成 -定 影
,
量恢 复正常 ,槽 压有所下降 ,但
,
2s
`M£ 平 。因此 ,反 洗的水量 必 须充足 已不 能恢复原来水 能使树脂层 的膨胀率维持在 sO%~75%。
事例 5
某厂 因一 次盐水 中含游离氯 ,腐 蚀碳素 管 ,使 过
操作条件对离子膜性能的影响
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操作条件对离子膜性能的影响来源:中国化工信息网 2009年9月14日西安西化热电化工有限责任公司(以下简称“西化热电”)4万t/a离子膜电解装置于1997年年底建成投产。
该装置二次盐水、电解及淡盐水脱氯工序引进日本旭化成公司的工艺技术,采用自然循环低电流密度复极槽,目前离子膜采用旭化成全氟复合膜F4601(3台)和F6801(1台)。
1二次盐水质量西化热电二次精制盐水的控制指标如下:在电解过程中,离子膜内Na+的移动系数严格的说不是1.0,因此,仍会有少量的OH-残留在离子膜的内部。
如果阳极液中含有固体悬浮物和Ca2+、Mg2+、Ba2+、Fe3+、Al3+、Ni2+等金属阳离子,它们就会以氢氧化物的形式沉积在膜的表面或内部,造成离子膜的金属污染,并使离子膜的性能下降,进而导致电解槽运转电压上升和电流效率急剧下降的恶果。
以Ca2+、Mg2+为例,Ca2+、Mg2+在阳极室中的+酸性条件下是离子状态,在电场力的作用下进入离子膜向阴极侧移动,在膜的阴极侧生成Ca(OH)2,破坏了膜的正常结构,膜性能随之下降。
停车洗槽时,Ca(OH)2、Mg(OH) 2以及NaCl结晶被部分洗,掉,在膜的表面留下了针孔、微孔。
再次开车时总槽压就会下降,加酸量上升,电流效率则进一步下降。
另外,Si4+、I-通过与其他金属的复合作用,同样导致膜性能的恶化。
因此,有效提高二次盐水质量是保证离子膜性能的必要条件,必须给予足够的重视。
2阴极液浓度根据离子膜的设计,阴极液质量分数控制在32.5%-33.5%范围,可以获得最合适的电流效率。
在实际生产中,碱浓度增高时离子膜羧酸层含水量减少,膜的孔径变小,Na+通过羧酸层的阻力加大,槽电压上升。
由于膜的孔径变小,进入阴极室的Cl-也减少,所以成品碱含盐量也会下降。
同样,由于膜的孔径变小,离子膜羧酸层含水量减少后,膜中的COO-浓度增加而使OH-很难进人离子膜,进而使OH-由阴极室进入阳极室的量减少,电流效率因此上升。
离子膜和隔膜法制碱两种工艺对比分析

2008年全国烧碱行业技术年会论文集
通过蒸发浓缩。在这个浓缩过程中则需消耗大量的蒸汽,一般先进的企业可控制在2.5优 100%NaOH蒸汽消耗量,较差的企业则在3.0.4.0
fit
Ioo%NaOH甚至更高。而蒸汽在产品综合
能耗统计中对于隔膜碱来说所占的比例最大。这就是隔膜碱能耗较离子膜法高的原因所在。 因此,隔膜法制碱的企业应将工作重点放在节约蒸汽消耗这方面上来。 2.6运行安全性 对于隔膜法,在隔膜法采用了改性隔膜后,运行安全性能得到了根本保障。对于离子膜 法工艺来说,其运行安全性能可以说是没有问题的。但因使用的离子膜对生产环境要求比较 高,不管在盐水质量上、操作的稳定性上、原材料的要求上等方面均有严格的要求,一旦出 现失误,对企业造成的经济损失是相当严重的。例如,一旦系统出现问题造成离子膜受损就 必须更换离子膜,它将产生两种后果:一是企业没有足够的备用膜,若紧急采购则必须2个 月以上,企业必须停产或勉强运行,但均将对电槽的极片造成严重损害;二是换膜费用,对 于一般电流密度运行的企业,每一万吨烧碱换膜费用可达约100万元人民币。而对于隔膜法 来说,一般盐水质量、操作出现异常还会出现严重问题,即使需要换膜,它可以不需立即全 部更换,可采取一些简单的措施后在保证运行的条件下逐步换膜,确保了企业生产的连续性, 费用上也仅是5万元/万吨烧碱,间接经济损失也较小。所以对于一些条件不太好的企业,采 用隔膜制碱工艺不失为一种较好的选择,而不必去刻意追求离子膜法,否则极有可能给企业 带来沉重的负担。 2.7环保方面 两种工艺均采用了事故氯处理装置,在环保方面相对没有什么问题,但对于隔膜不法来 说,它主要存在以下两个方面的缺陷:一是因隔膜电槽的特殊性,一旦操作出现严重失误, 尤其是氯气压力严重正好压的情况下会造成氯气的外泄,污染环境,但这种失误在离子膜法 工艺上来也绝不允许的。这种情况可通过提高自动化程度来解决,不存在什么问题;二是石 棉污染问题,这一点在本文中已有叙述。 2.8成本方面 2.8.1成本对比表
离子膜常见问题产生原因分析
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离子膜常见问题产生原因分析本文主要介绍了离子膜交换原理及结构特点,对离子膜生产过程中常见问题产生的原因进行了详细的分析。
标签:离子膜常见问题产生原因分析一、离子膜的交换原理在电解过程中氯化钠水溶液中的钠离子向阴极迁移,迁移过程中遇到离子膜上的阳极,于是首先与离子膜上的阳离子进行交换,然后迁移通过离子膜到阴极室,在阴极室与氢氧根阴离子结合成氢氧化钠。
同时,离子膜阳极上的固定负电荷,将氯离子等阴离子挡在阳极室,膜对它们具有排斥作用所以它们不能通过离子膜,也就是说离子膜具有选择透过性[1]。
二、离子膜的结构组成我公司生产烧碱使用的离子膜为复合膜,其膜的主要组成部分是磺酸层、羧酸层和增强网布。
1.离子膜磺酸层的特点离子膜磺酸层的主要成分是磺酸树脂,由于磺酸树脂的亲水性较好、含水率较大,所以远远高于由羧酸树脂组成的羧酸层。
因为离子膜的含水率较高,所以相应离子的交换容量就较大。
因为交换容量决定了膜的导电性,所以交换容量越大的话,膜的导电性能就会越好,磺酸树脂层较厚是离子膜机械强度的保证。
2.离子膜羧酸层的特点羧酸层相对与磺酸层相比亲水性差,导电性能相应也差,并且电阻较高。
但是羧酸层也有自身的优越性,如选择性较好,对氢氧根离子的排斥性能优异。
故而,羧酸层在电解过程中起阻挡作用,通过靠近阴极侧,进而阻挡氢氧根离子向阳极液渗透,具有很高的阳离子选择渗透性。
在电解过程中电流效率的高低主要取决于该层,由于羧酸层电阻较高,所以在复合膜的制造过程中要尽量减薄该层。
三、离子膜出现针孔和撕裂的原因1.从以往的问题分析中发现,在膜的安装过程中,如果由于操作者的失误使膜产生了皱褶或者损伤,虽然当时膜并没有发生渗漏,但在膜的使用过程中可能会发生针孔或撕裂现象,通常这种情况可以通过对离子膜针孔部位的显微观察进行判断。
2.在离子膜的电解工艺中,阴极室内的压力一般要求控制的比阳极室内的压力要稍大,从而就可以形成一个稳定的微小压差,才能使膜在运行中不脱离阳极网。
离子膜和电解槽性能的主要影响因素
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离子膜和电解槽性能的主要影响因素王 刚3,徐 岩,李延国(沈阳化工股份有限公司,辽宁沈阳110026) [关键词]离子膜;电解槽;性能[摘 要]综合分析盐水、阴极液、阳极液、温度、气体压力、电流分布、开停车等对离子膜和电解槽性能的影响。
[中图分类号]T Q114.262 [文献标志码]B [文章编号]1008-133X (2008)07-0017-031 离子膜法烧碱装置的技术改造沈阳化工股份有限公司(以下简称“沈阳化工”)5万t /a 离子膜法烧碱生产装置于1995年3月21日正式开车。
在装置运行过程中,对原设计不完善的地方进行了大量改进,取得了一定的成效。
1.1 增加第3台树脂塔在装置运行初期,进槽盐水钙离子、镁离子的质量分数之和平均达2.6×10-8,超出了进槽盐水工艺控制指标要求(w (Ca 2++Mg 2+)≤2×10-8),这将会缩短离子膜的使用寿命,使槽电压升高,电流效率下降。
通过认真分析二次精制系统,对盐水跟踪取样分析,决定再上1台螯合树脂塔,保证两塔串联运行,另一塔再生,增大离子交换容量,并适当延长再生酸洗、碱洗时间。
改进后,进槽盐水钙离子、镁离子质量分数之和基本可控制在1.5×10-8以内,其他金属离子及盐水中的悬浮物均大幅度减少。
1.2 改变氯气盐水换热工艺将氯气盐水换热器改在一次盐水加热器之前,利用氯气的余热,加热一次盐水温度达到57℃,然后根据实际情况控制盐水温度,降低汽耗。
1.3 真空装置系统冷却水由工业水改为纯水离子膜真空系统冷却器的作用是冷却真空系统的氯水,以保证真空泵正常运行,保证物理脱氯效果。
原冷却水为工业水,硬度大,易结垢,容易堵塞滤网,导致真空泵停泵检修。
将冷却水改为纯水,减少了真空泵的检修次数。
2 影响离子膜运行性能的主要因素2.1 盐水质量对离子膜性能的影响(1)盐水中金属离子含量的影响。
过量的钙离子在短期内会导致离子膜电流效率下降(降至85%)和电压上升,长时间会造成离子膜过早失效,其破坏机制是生成的碳酸钙晶体沉淀覆盖在阴极侧膜的羧基聚合物表面,离子膜表面产生凹坑和孔洞。
离子膜和电解槽性能的主要影响因素.

离子膜和电解槽性能的主要影响因素电解槽, 离子, 影响因素, 性能1离子膜法烧碱装置的技术改造沈阳化工股份有限公司(以下简称“沈阳化工”)5万t/a离子膜法烧碱生产装置于1995年3月21日正式开车。
在装置运行过程中,对原设计不完善的地方进行了大量改进,取得了一定的成效。
1.1增加第3台树脂塔在装置运行初期,进槽盐水钙离子、镁离子的质量分数之和平均达2.6×10-8,超出了进槽盐水工艺控制指标要求(ω(Ca2++Mg2+)≤2×10-8),这将会缩短离子膜的使用寿命,使槽电压升高,电流效率下降。
通过认真分析二次精制系统,对盐水跟踪取样分析,决定再上1台螯合树脂塔,保证两塔串联运行,另一塔再生,增大离子交换容量,并适当延长再生酸洗、碱洗时间。
改进后,进槽盐水钙离子、镁离子质量分数之和基本可控制在1.5×10-8以内,其他金属离子及盐水中的悬浮物均大幅度减少。
1.2改变氯气盐水换热工艺将氯气盐水换热器改在一次盐水加热器之前,利用氯气的余热,加热一次盐水温度达到57℃,然后根据实际情况控制盐水温度,降低汽耗。
1.3真空装置系统冷却水由工业水改为纯水离子膜真空系统冷却器的作用是冷却真空系统的氯水,以保证真空泵正常运行,保证物理脱氯效果。
原冷却水为工业水,硬度大,易结垢,容易堵塞滤网,导致真空泵停泵检修。
将冷却水改为纯水,减少了真空泵的检修次数。
2影响离子膜运行性能的主要因素2.1盐水质量对离子膜性能的影响(1)盐水中金属离子含量的影响。
过量的钙离子在短期内会导致离子膜电流效率下降(降至85%)和电压上升,长时间会造成离子膜过早失效,其破坏机制是生成的碳酸钙晶体沉淀覆盖在阴极侧膜的羧基聚合物表面,离子膜表面产生凹坑和孔洞。
镁离子含量超标时,槽电压上升严重,但不影响电流效率。
其他金属离子对离子膜的影响机制与钙镁离子相同。
这就要求钙离子、镁离子质量分数之和低于2×10-8,锶离子、钡离子均低于10-6,铁离子低于10-6,镍离子低于10-8,锰离子低于5×10-8。
浅议离子膜性能的影响因素与防范措施
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网布组成。面 向阳极 的一侧 为电阻较 小 的磺 酸
层, 有 利 于 阳离 子通 过 ; 面 向 阴极 的 一侧 为含 水 量 低 的羧 酸层 , 能 抑制 O H一 向阳极室移 动 。 全 氟羧 酸/ 磺 酸 复 合 膜 具 有 低 电 和 高 电 流 的
产中可采取不 同的控制措施 。
杂质进入离 子膜后如果沉积在 阳极侧表 面,
扩散进入阴极液 , 使离子膜对杂质更加敏感。
( 5 ) A l : A l 在 阳极 液 中被 酸化 为 A l ¨, 随着
会取代 N a , 同时影响电极的活性 ; 如果杂质沉积
在靠近离子膜 阴极侧表 面的位 置, 会对膜造成机 械损伤 , 并导致电流效率下降 ; 如果杂质沉积在膜
上升。
( 2 ) 面向 阳极 室的全氟磺 酸层虽厚 , 但 电压
低。 ( 3 ) 阳极 液可 加盐 酸 , 能 在 较低 的 p H 值下 生
( 3 ) 碘: 碘 以离子形式 出现在盐水 中, 在阳极 液中被氧化 , 1 0 , 将 N a 沉积下来 , 含量 多会 将 G a “、 M g 沉积下来 , 导致 电流效率下降 , 随着时
等 均具 有重要 意 义 , 本 文从影 响 离子膜性 能 的 因素入 手 , 分析 防 范措 施 。
关键 词 : 离子膜 ; 烧碱 ; 性能; 杂质 ; 防范
1 离子膜的结构
离 子膜 法 制 烧 碱 装 置 采 用 离 子 膜 为 全 氟 羧 酸、 磺 酸复合 膜 , 其 主要 由磺 酸 曾 、 羧 酸层 和 增 强
间 的推 移将 导致槽 电压升 高 。 ( 4 ) 硅: 硅 可 以和 G a ¨或 N a 反 应 并 沉 积 在
氯碱离子膜运行过程中性能衰减原因

第56卷第9期2020年9月氯 碱工业C hlor -A lk a li IndustryV o l.56, No.9Sep. ,2020【电解】氯碱离子膜运行过程中性能衰减原因李晓王丽1>2,王学军U2,王奎1’2(1.含氟功能膜材料国家重点实验室,山东淄博256401;2.山东东岳高分子材料有限公司,山东淄博256401)[关键词]氯碱用离子膜;性能;运行;衰减;原因[摘要]详细分析了国产氯碱离子膜在电解运行过程中可能出现性能衰减的原因,包括•.膜表面的机械损 伤,高温环境中电解液的影响,电解运行过程对亲水涂层的影响,盐水中杂质沉积的影响。
并利用相关仪器进行了 定性、定量的分析验证。
提出减缓离子膜性能衰减的方案。
[中图分类号]TQ114.262 [文献标志码]B[文章编号]1008 - 133X(2020)09 -0020 -06Reasons analysis of performance degradationof chlor - alkali ion exchange membrane in the course of runningLI Xiao1'2,W ANG L i2,W ANG Xuejun'2,WANG K m'1(1. State Key Laboratory of Fluorinated Functional Membrane Materials,Zibo256401 ,China;2. Shandong Dongyue Polymer Material Co. ,Ltd. ,Zibo256401 ,China)Key words:chlor- alkali ion-exchange membrane;performance;running;degradation;reasonsAbstract: The reasons of performance degradation of chlor - alkali ion-exchange membrane in the course of running are analyzed.The reasons include:the mechanical damage of membrane surface,the influence of electrolyte in high temperature environment,the influence of electrolysis process on hydrophilic coating,and the influence of impurity deposition in brine.The degradation was verified qualitatively or quantitatively by instrumental analysis.A scheme to slow down the degradation of ion-exchange membrane performance is proposed.氯碱行业已经迎来以离子交换膜为核心的新时 代,氯碱离子膜的性能直接影响了氯碱行业的发展。
影响离子膜法烧碱电解生产的因素

近 1 O多 年来 , 我 国离子 膜制 碱工 业得 到 了迅猛
1 8 、
第1 1 期
赵素梅 : 影响离子膜法烧碱 电解生产的因素
高纯盐酸
图1 电解系统工艺流程 图
F i g . 1 P r o c e s s lo f w d i a g r a m o f e l e c t r o l y s i s s y s t e m
1 工艺流 程
来 自一次盐水精制工序的精盐水加入高纯盐酸 调节 p H值为 9 4 - 0 . 5 , 送入过滤盐水罐 , 过滤盐水经
片碱工序或罐区, 另一股作为循环碱液经换热后返 回电解槽。 氯气 、 氢气被送往氯氢处理工序。
电解 系统工艺 流程 如 图 1 所示 。
过滤盐水换热器加热至 ( 6 0 - 4 5 )℃送螯合树脂塔 ,
和湿氯气的双相流体从 阳极室出 口溢 出, 在岐化管
内分离 成淡 盐水 和氯气 。淡 盐水 靠重 力流 入 阳极液
发展 , 随着产量的提高, 离子膜的消耗量也在不断提 高。国内 目前采用 的离子膜绝大多数都 是进 口产 品, 价格 昂贵 , 生产成本大大提高。因此电解槽工艺 条件应力求控制在最佳范 围之 内, 以保证离子膜能 够长期稳定的使用 , 从 而降低生产成本 。为此对下 述工艺条件特别要优化控制 。
Ab s t r a c t :I n lu f e n c e f a c t o r s o f e l e c t r o l y s i s p r o d u c t i o n o f i o n- e x c ha n g e me mb r a n e c a u s t i c s o da we r e
离子膜稳定运行的影响因素分析
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离子膜稳定运行的影响因素分析1. 内置膜组件:(1) 膜组件在使用时该具备高吸附性能,可以有效地处理大量的溶液污染物;(2) 在使用内置膜组件时要确保其能够承受溶液的高度均匀而且有效地湿润;(3) 内置的膜组件的选择应当考虑其耐磨性、耐腐蚀性以及其它相关性能要求。
2. 配置系统:(1) 配置系统要有足够的流量量来保证溶液流动;(2) 配置系统应当满足高浓度和低场强要求,以确保稳定的流动和低电压;(3) 双导线流体控制装置应当考虑在运行稳定性方面提供充分的保护;(4) 如果使用低电压极化法,应当采用精确的准备技术,确保极化时不受杂质、溶液及其他因素的影响。
3. 电极处理:(1) 电极的面积应当符合实际的面积,以保证有效的电导;(2) 因为离子膜的电动势涉及到电极表面的电性能,因此极尽量使用不同的电极处理工艺,如阳极氧化或泪助焊等;(3) 在长期使用过程中,需要定期维护来检查电极状态,避免过度损坏电极,以确保稳定运行。
4. 水质管理:(1) 水质必须符合当地的水质标准或者可控制水质条件;(2) 可在溶液中加入一定量的离子调节剂,增加PH值、电离度、离子活性等,避免溶液中的杂质和氧化剂的沉淀;(3) 溶液中的温度应当保持在适当的范围内,以保证溶液电导率低和pH值稳定;(4) 定期检查溶液中的杂质比例,以确定最佳的溶液洁净度。
5. 操作条件管理:(1) 操作条件应当满足生产要求,确保不影响离子膜质量和稳定运行;(2) 调节操作条件,提高流量,以确保更快的处理速度和更低的膜压力;(3) 离子膜的运行温度应当在适宜的范围内,以确保膜组件和活性成分的稳定;(4) 适当的分离器条件也会有利于离子膜的运行稳定。
综上所述,离子膜稳定运行的影响因素包括内置膜组件,配置系统,电极处理,水质管理和操作条件管理,应当按照有效的原则对其进行合理管理和操作,以确保离子膜设备能够长期稳定运行。
操作条件对离子膜性能的影响
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操作条件对离子膜性能的影响来源:中国化工信息网 2009年9月14日西安西化热电化工有限责任公司(以下简称“西化热电”)4万t/a离子膜电解装置于1997年年底建成投产。
该装置二次盐水、电解及淡盐水脱氯工序引进日本旭化成公司的工艺技术,采用自然循环低电流密度复极槽,目前离子膜采用旭化成全氟复合膜F4601(3台)和F6801(1台)。
1二次盐水质量西化热电二次精制盐水的控制指标如下:在电解过程中,离子膜内Na+的移动系数严格的说不是1.0,因此,仍会有少量的OH-残留在离子膜的内部。
如果阳极液中含有固体悬浮物和Ca2+、Mg2+、Ba2+、Fe3+、Al3+、Ni2+等金属阳离子,它们就会以氢氧化物的形式沉积在膜的表面或内部,造成离子膜的金属污染,并使离子膜的性能下降,进而导致电解槽运转电压上升和电流效率急剧下降的恶果。
以Ca2+、Mg2+为例,Ca2+、Mg2+在阳极室中的+酸性条件下是离子状态,在电场力的作用下进入离子膜向阴极侧移动,在膜的阴极侧生成Ca(OH)2,破坏了膜的正常结构,膜性能随之下降。
停车洗槽时,Ca(OH)2、Mg(OH) 2以及NaCl结晶被部分洗,掉,在膜的表面留下了针孔、微孔。
再次开车时总槽压就会下降,加酸量上升,电流效率则进一步下降。
另外,Si4+、I-通过与其他金属的复合作用,同样导致膜性能的恶化。
因此,有效提高二次盐水质量是保证离子膜性能的必要条件,必须给予足够的重视。
2阴极液浓度根据离子膜的设计,阴极液质量分数控制在32.5%-33.5%范围,可以获得最合适的电流效率。
在实际生产中,碱浓度增高时离子膜羧酸层含水量减少,膜的孔径变小,Na+通过羧酸层的阻力加大,槽电压上升。
由于膜的孔径变小,进入阴极室的Cl-也减少,所以成品碱含盐量也会下降。
同样,由于膜的孔径变小,离子膜羧酸层含水量减少后,膜中的COO-浓度增加而使OH-很难进人离子膜,进而使OH-由阴极室进入阳极室的量减少,电流效率因此上升。
离子膜性能影响因素
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离子膜性能影响因素刘蕾;刘秀明【摘要】分析电解电流效率的影响因素,探讨泄漏电流对电流效率的影响.指出盐水中的杂质离子的积蓄是对离子膜性能的首要影响因素.说明离子膜污染劣化的确认方法.同时解析离子膜渗透性损伤、电解温度变化和介质浓度变化对离子膜性能的影响.【期刊名称】《氯碱工业》【年(卷),期】2018(054)011【总页数】5页(P17-20,24)【关键词】离子膜;性能;影响因素;槽电压;电流效率;盐水;杂质;污染【作者】刘蕾;刘秀明【作者单位】蓝星(北京)化工机械有限公司,北京100176;蓝星(北京)化工机械有限公司,北京100176【正文语种】中文【中图分类】TQ114.262在氯碱电解装置运行中,不管出现何种问题,最终都会在离子膜及电解槽电极的性能和寿命方面显现出来。
在生产中,盐水的质量、电解介质的浓度、温度、酸度、流量、运行的压力、压差等工艺指标的控制,无不是为了保证离子膜的正常使用和寿命延续。
烧碱电解装置的性能有3个影响因素:①运行工艺和操作因素;②电解槽及电极的性能因素;③离子膜本身性能质量因素。
其中运行管理因素尤为突出,常由于工艺和操作问题造成离子膜的性能劣化,甚至造成寿命的提前终结。
离子膜的重要性能表征也有3个:电流效率,膜电压和膜的物理状态。
离子膜出现物理损伤时,同样昂贵的电极的性能下降和寿命终结也常会伴随而来。
当离子膜电解装置出现性能下降时,许多用户会质疑或求助电解槽或离子膜的质量,而工艺条件和操作问题的影响往往却是根本原因。
此时,一定要区分不同的原因,找出关键影响因素。
近年来,笔者参与了山东东岳公司的国产离子膜工业化应用试验工作,也参与研讨了一些国产离子膜初期使用中出现的问题。
如何从复杂的电解性能问题中,将离子膜本身的问题剥离出来呢?下面的解析供大家研讨。
1 电解电流效率电解电流效率η是电解槽直流效率的综合体现,在装置运行最佳状态时可达到96%以上,而随着离子膜使用时间的延续,电流效率会有所下降,产品指标也会有所变化。
氯碱工艺离子膜电槽中硫酸盐的控制浅谈
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氯碱工艺离子膜电槽中硫酸盐的控制浅谈摘要:关于碱金属氯化物水溶液电解生产氯和高纯度碱金属氢氧化物溶液的方法,更特殊地说,有关在盐水重饱和之前,向淡盐水中加入钙离子,控制硫酸盐杂质浓度的方法。
关键词:离子膜电解;盐;氯碱工艺引言将碱金属氯化物转换成碱金属氢氧化物和氯气,一般考虑使用的商品电解槽均集中在以下三种通用的类型,隔膜槽、水银槽和离子膜槽。
离子膜电解槽使用一张或多张离子膜将阴极室和阳极室分开。
该膜是选择性渗透的,也就是说,可选择性渗透阴离子或者阳离子。
一般使用的选择性渗透膜是选择性渗透阳离子的。
离子膜电解槽的阴极室产物是比较高纯度的碱金属氢氧化物。
从离子膜电解槽生产出的阴极室产物或叫电槽母液,比隔膜碱纯度更高,同时浓度也更高些。
离子膜型氯碱电解槽对进料盐水中的硫酸盐很敏感,从阳极室迁移来的碱金硫酸盐通过隔膜进入阴极室。
,在高浓碱的环境下,它将超过硫酸盐的溶解度。
当硫酸盐达到强碱性,在离子膜内沉积下来,使膜受到破坏。
在阳极液中硫酸盐浓度高于每升几克就能引起硫酸盐在离子膜内沉识。
离子膜的破坏是造成膜电解槽电流效率逐渐降低的原因。
并导致膜的物理结构的破坏。
在高浓度条件下,其溶解度高于硫酸。
当硫酸盐到达强碱性的时候,硫酸盐会沉淀在离子膜中,造成薄膜的破坏。
当阳极溶液中的硫酸根浓度超过数公升时,会导致离子膜中的硫酸盐沉淀。
离子膜腐蚀是导致薄膜电流效率逐步下降的主要因素。
从而使薄膜的物理结构发生变化。
一些常用的化学试剂可以阻止硫酸钙的溶出。
常用的抗硫酸盐的添加剂是磷酸酯,清洗剂,或两者结合。
而硫酸盐处于有效的钙(镁)溶解性抑制剂中。
事实上,只有在极低浓度的情况下才能使用,所以它们对岩盐的效果更好,只要添加少量的不溶钙质就能将坚硬的石膏粒子覆盖起来。
在分散的碳酸钙中。
在微粒的表面上,会形成一种不溶性的涂料,从而阻止Caso4,使其与海水相融。
如果被大量的分散或者以石膏的形式存在,那么它们的作用就很小了。
另外,加入这些物质后,离子膜不能共存,对膜电槽运行产生不良影响。
电解法生产工业级高纯度氯化钠中膜污染问题分析与解决方案设计
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电解法生产工业级高纯度氯化钠中膜污染问题分析与解决方案设计电解法生产工业级高纯度氯化钠是一种常用的化工工艺,但在生产过程中存在着膜污染问题。
膜污染是指通过电介质膜的过程中,溶质、溶剂或其他杂质聚积在膜表面,降低膜的通透性和选择性,从而影响生产过程和产品质量。
本文将从膜污染的原因、分析方法和解决方案设计等方面进行介绍。
一、膜污染的原因1. 氯化钠原料含杂质:较低纯度的氯化钠原料中可能存在杂质,如硅酸盐、碳酸盐、铁盐等,这些杂质在电解过程中会沉积在阳极和阴极的膜表面。
2. 氯化钠溶液中含有机物:工业级氯化钠制备过程中,溶液中可能存在有机化合物,如溶剂、催化剂等,这些有机物会在电解过程中在膜表面聚积。
3. 过高的电解电流密度:电解过程中,过高的电流密度会导致电解液中的物质迅速分解,生成有机氯化物或者钠杂质等,进一步增加膜污染的风险。
4. 过高的温度:过高的温度会导致膜表面堵塞,增加膜污染的发生。
二、膜污染的分析方法1. 实时监测膜的通透性和选择性:通过实时监测膜的通透性和选择性,可以判断是否存在膜污染。
常用的监测手段有电导率表、红外光谱法、X射线衍射法等。
2. 膜表面形貌观察:通过观察膜表面的形貌,可以发现有无沉积物、结晶和结垢等迹象。
3. 化学分析法:通过对膜表面杂质的化学分析,可以确定其中的成分,以便采取对应的解决方案。
三、解决方案设计1. 提高氯化钠原料的纯度:采用高纯度的氯化钠原料,可以有效降低杂质对电解过程的影响。
可以采用蒸馏法、结晶法等提纯方法。
2. 除去有机物:通过使用活性炭吸附、氧化剂氧化等方法,将溶液中的有机物去除,减少有机物在膜表面沉积的风险。
3. 控制电解电流密度:在电解过程中控制电流密度合理,避免过高的电流密度产生过多的氯化物或者钠杂质。
4. 控制温度:合理控制电解过程中的温度,避免过高的温度导致膜表面堵塞。
5. 定期维护膜系统:定期对膜系统进行维护保养,定期清洗膜表面的沉积物,以保持膜的良好性能。
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氯 碱 工 业Chlor 一 Alkali Industry第55卷第4期2019年4月Vol. 55 , No. 4Apr. , 2019氯碱离子膜抗剥离性能的影响因素董辰生"J 薛帅1・2,王学军1,2(1.含氟功能膜材料国家重点实验室,山东桓台256401 ;2.山东东岳高分子材料有限公司,山东淄博256401)[关键词]氯碱;离子膜;剥离性能;电解;复合膜[摘 要]介绍了离子膜的结构。
探讨离子膜剥离的原因有:膜本身质量有问题,膜的方向装反,停车期间水发生反向迁移,阳极液消耗过度,局部电流密度过大,以及停车时置换不彻底。
指出为了使膜能在高性能、长周期 下正常使用,除了选用适宜的成膜工艺,还要优化电解槽与电极结构设计,严格执行电解操作规程。
[中图分类号]TQU4.262 [文献标志码]B [文章编号]1008-133X(2019)04-0016-03Influencing factors on stripping resistance of chlor 一 alkali ion・membraneDONG Chensheng 112, XUE Shuai x '2, WANG Xuejun '2(1. State Key Laboratory of Fluorinated Functional Membrane Materials , Huantai 256401 ,China ;2. Shandong Dongyue Polymer Material Co. , Ltd. ,Zibo 256401 ,China)Key words : chlor - alkali ; ion-exchange membrane ; stripping resistance ; electrolysis ; composite membraneAbstract : The structure of ionic membrane was introduced. The causes of ion-exchange membrane peeling included that the quality of the membrane itself was not good , the membrane was fitted reversely , water migrated in reverse during shutdown , consumption of anode liquid was excessive , local currentdensity was too big, and liquid replacement during shutdown was not enough. In order to make the ion ・ exchange membrane work normally in high performance for a long period , it was necessary to optimize thestructure design of electrolytic cells and electrodes and to strictly implement the electrolytic operation rules besides selecting suitable membrane forming process.由于兼具环保和节能等特点,所以离子膜法电 解工艺是当今世界上最先进的烧碱生产工艺。
离子 膜是氯碱装置运行的核心部件。
氯碱离子膜材料的开发是氯碱产业的安全运行基础⑴,离子膜使用寿 命是决定氯碱装置运行好坏的重要标准。
因此减少 离子膜出现层间剥离,对延长离子膜的使用寿命,降低生产能耗起到关键作用。
1氯碱离子膜的结构目前市场上主流的工业规格全氟氯碱离子膜来自4大公司:美国的科慕公司、日本的旭化成公司及旭硝子公司、山东东岳高分子材料有限公司。
生产的氯碱离子膜产品均为四氟纤维增强的全氟磺酸、 全氟竣酸树脂复合膜。
氯碱离子膜是一种特殊的阳离子选择性透过膜,其结构按离子交换基团的化学结构不同分为:全 氟磺酸(Rf - SO 3Na),全氟竣酸膜(Rf - COONa),四氟增强网布(PTFE/PFA)。
氯碱离子膜结构示意图如图1所示。
* [作者简介]董辰生(1976—),男,现就职于山东东岳研究院氯碱离子膜评价研究室,主要从事氯碱离子膜研发测试 评价工作及工程应用研究。
[收稿日期]2018-10-08[基金项目]国家“重点基础材料技术提升与产业化”专项(2016YFB0302003)。
16第4期董辰生等:氯碱离子膜抗剥离性能的影响因素装反后槽电压会迅速上升,如果不及时停车,整张膜产生水泡及全部分层⑵。
5停车期间水的反向迁移(反电流)停车期间电解液会流动,以保持阴极液和阳极液离子强度的平衡。
如果阴极液离子强度低于阳极液离子强度,水就会从阴极室扩散入阳极室,这种液体流过离子膜所造成的后果如同离子膜装反一样,最终两层膜会出现剥离(见图2)。
图1氯碱离子膜结构示意图Fig.1Structural diagram of chlor-alkaliion-exchange membrane2造成氯碱离子膜剥离的原因造成氯碱离子膜剥离的原因如表1所示。
表1造成氯碱离子膜剥离的原因阴极层阳极层增强网两层分离Table1Causes of chlor一alkaliion・exchange membrane peeling膜结构变化原因膜本身质量膜的方向装反层间压力高导致层间分离停车期间水的反向迁移(反电流)阳极液消耗过度传导不充分导致膜分离局部电流密度过大停车置换不彻底3离子膜本身质量全氟磺酸树脂与全氟竣酸树脂存在一定的不相容性,当所用的两种全氟树脂的离子交换容量等电化学性能不相匹配时,在电解过程中由于两种基膜的离子迁移数差异过大,以及在两种基膜间水渗透量不平衡而产生较大的内应力,都会引起复合膜层的起泡与剥离。
因此,应选用两种相容性匹配的全氟树脂膜进行复合,从而获得层间粘接强度较高的全氟离子复合膜。
山东东岳高分子材料有限公司是在改变树脂分子结构和层间结构的基础上,对膜的本身构造不断改进,采用无界面融合技术,大大提高了膜的层间抗剥离力。
4膜的方向装反由于Na+在磺酸层的移动量小于在竣酸层的移动量,离子膜一旦装反,电解过程中会在磺酸层和竣酸层之间形成Na*富集区,使磺酸层和竣酸层变形增大产生分层。
另外由于阴极侧压力大于阳极侧,造成两侧渗透压不同,使膜产生水泡。
因此离子膜图2复合离子膜分离示意图Fig.2Diagram of compositeion-exchange membrane peeling6阳极液消耗过度大多数氯碱离子膜是由性能不同的两层膜压制而成。
在电场的驱动下,1个Na+带4或5个比0分子从阳极侧向阴极侧移动。
如果阳极液质量浓度长时间低于180g/L时,Na+带的水分子通过膜的迁移量就会增多加快;由于竣酸层透水能力弱于磺酸层⑶;当水的迁移量超过竣酸层的承载能力时,过量的水就会被挡在竣酸层和磺酸层中间,造成膜层的分离,运行时间过长就会造成整张膜的层间剥离⑷。
因此必须严格控制阳极液浓度在合理范围。
盐水浓度变化时,膜间形成水泡的示意图如图3所示。
molH20/molNa*图3盐水浓度变化形成水泡示意图Fig.3Diagram of water bubble formationdue to change in brine concentration(下转第20页)17氯碱工业2019年氯气、氢气泄漏至空间造成的环境污染及安全事故。
3脱氯后淡盐水罐液位频繁波动电解装置运行过程中,真空脱氯系统淡盐水罐经常出现液位波动,甚至出现液位波动至低限20%以下,联锁淡盐水泵停运,继而联锁电解装置停车。
脱氯后淡盐水罐液位计改造如图3所示。
图3脱氯后淡盐水罐液位计改造Fig.3Transformation of liquid level ofdechlorinated and depleted brine tank分析发现,原设计脱氯后淡盐水罐为单法兰压力式液位计,由于脱氯系统为密闭系统,系统内部由气、液相两部分组成,罐顶有DN80事故氯管道,如果事故氯系统压力波动或脱氯塔至淡盐水罐插入管液相以上管线腐蚀开孔,脱氯塔与淡盐水罐直接连通,淡盐水罐内形成负压,此时单法兰压力式液位计不能准确测量淡盐水罐液位,液位波动低于20%时联锁电解装置停车。
双法兰液位计主要用于密闭受压容器的液位测量。
在实际应用中,双法兰液位计的膜盒受到介质施加的压力从而产生位移,通过隔离液将测得的压力传送给变送器,该压力会使压力变送器内的传感膜片发生位移,位移量与测量压力成正比,再将位移量信号转变为相应的4~20mA输出信号⑶。
通过论证,将淡盐水罐单法兰压力式液位计改造为双法兰差压式液位计,其液位再未发生大幅度波动。
4结语通过对离子膜电解装置在运行过程中存在的一系列问题进行研究分析,制定方案进行改造,离子膜电解装置运行稳定性显著提高,取得了良好的经济效益和社会效益。
参考文献[1]林晓晨,柳宪越.离子膜制碱工艺改进研究[J].辽宁化工,2010(3):26-28.[2]李东伟,张彬.离子膜制碱装置氯气氢气压差的自动控制[J].天津化工,2016(5):3-5.[3]张戈亚.双法兰液位计在化工装置中的应用及优化分析[J]•装置应用与研究,2018(5):7-9[编辑:蔡春艳](上接第17页)7局部电流密度过大保证电流在电解槽内均匀分布和有均一的电流密度,如果局部电流过大物料输送量增加,膜的内侧压力增大,超过磺酸和竣酸黏合强度,膜就会出现剥离,造成膜的永久损坏。
8停车置换不彻底停车时置换不彻底,导致离子膜热片弯曲易形成氯气滞留区域,发生如下反应:Cl2+20H-—CIO"+cr+h2o,Na++cr―NaCl oCI2变成CIO-和cr,cio-不稳定,变成Cl-,离子膜内Cl「(或Na+)的浓度高于其溶解度时,将发生结晶,造成磺酸层和竣酸层分层⑶。
9结语在实际应用中,任何一种改进型的离子膜所能达到的抗剥离强度都是有一定限度的,而且某些意外的因素都能使膜受到不同程度的损害,而降低其技术特性与使用寿命。
为使离子膜能在高性能、长周期下正常使用,除了选用适宜的成膜工艺技术外,还要优化电解槽与电极结构设计,使离子膜能在较佳的电解工艺条件下运行,更重要的是严格执行电解操作规程,发生异常情况下应急处理规定,以避免和减少对离子膜的损害。
参考文献[1]董辰生,王学军,张永明.氯碱离子膜国家标准GB/T30297-2013解读[J].氯碱工业,2015,51(1):9-13. [2]王学军,王嬪,张永明.氯碱离子膜的水传递和水通量[J].氯碱工业,2014,50(1):18-23.[3]刘国桢,现代氯碱技术手册[M].北京;化学工业出版社,2018:&[4]程殿彬,陈伯森,施孝奎.离子膜法制碱生产技术[M].北京;化学工业出版社,1998:45-48.[编辑:蔡春艳]20。