氯碱生产技术

氯碱工业的生产技术及其发展
19世纪末以前，一直用苛化法制碱，即将石灰 石和纯碱加热制取碱（苛性钠），但产量较小，目 前仅有个别小厂还用此法。
Na2CO3+Ca（OH）2→2NaOH+CaCO3 1851年Watt发表了用电解食盐水溶液制备氯气 的专利，但直到直流发电机发展以后，才于1890年 实现工业化生产。1890年德国首先用隔膜法生产烧 碱，第一台水银电解槽是1892年取得专利。1966年 美国开发出宇宙技术燃料电池用的全氟磺酸阳离子 交换膜，能耐食盐水溶液电解时的苛刻条件，因而 1972年以后大量生产转为民用，并用于氯碱工业， 离子交换膜法实现大工业化生产。
隔膜法电解槽制得的电解液含NaOH质量分数10 ％～12％左右，因此需要用蒸发装置来浓缩，消耗大 量蒸汽。蒸发后可获得含NaOH质量分数50％的液碱， 但仍含有质量分数1％的NaCl。该法的总能耗比较高， 而且石ห้องสมุดไป่ตู้隔膜寿命短又是有害物质。
（2）离子交换膜法（简称IEM法） 离子交换膜法是在应用了美国开发出的化学性
隔膜电解槽的型式与结构
三、离子交换膜法电解食盐水溶液
1、离子膜法电解原理
在电解食盐水溶液使用的阳离子交换膜的膜体中有 很多活性基因，由带负电荷的固定离子SO3-与带正电 荷的对应离子Na+组成，它们之间形成的是静电键。 如常见的磺酸型阳离子交换膜的化学结构简式为
2、离子膜法电解生产工艺流程
小结：氯碱工业的产品；氯碱工业主要特点 和工艺流程。
阳极 2Cl-2e→Cl2 阴极 2H2O+2e→2OH-+H2 如果在阳极和阴极之间用隔膜隔开，防止电解产物相混，就 可获得产物Cl2、NaOH溶液和H2。从食盐水溶液制取Cl2、 NaOH、H2的反应是由电能转变为化学能的过程。
二、隔膜法电解食盐水溶液
1、、隔膜法电解原理 隔膜法电解食盐水溶液的电解槽通常使用石墨或 涂RuO2-TiO2的金属阳极及铁阴极，阳极室和阴 极室用隔膜隔开。电解原理如图8-1所示。
作业：1、氯碱工业的特点有哪些？ 2、作出氯碱工艺流程示意图。
2Cl-—2e→Cl2↑ 在阴极上发生的主反应是在铁阴极上生成H2和OH-
2H2O+2e→H2↑+2OH所以电解食盐水溶液的主反应是
2NaCI+2H2O→Cl2↑+H2↑+2NaOH
2、隔膜法电解生产工艺流程
隔膜法电解食盐水溶液制氯碱的工艺一般由盐水的制备与 精制、电解、氯气的处理、氢气的处理、电解碱液的蒸发等 工序（有的工厂还有液氯和固碱工序）组成。电解工序的工 艺流程如图所示。
能稳定的全氟磺酸阳离子交换膜之后，日本首先工 业化生产的氯碱新工艺。该法用离子膜将电解槽的 阳极室和阴极室隔开，在阳极上和阴极上发生的反 应与一般隔膜法电解相同。但离子膜的性能好，不 允许Cl-透过。因此，阴极室得到的烧碱纯度高， 其电能和蒸汽消耗与隔膜法和水银法比可节约20 ％～25％，而且建设投资费、解决环境保护等方 面均优于其他方法。因此，离子膜法是氯碱工业的 发展方向。
无
一、食盐水溶液电解的基本概念
电解过程 在食盐水溶液里，由于水和氯化钠的电离，溶液中存在Na+、 Cl-、H+、OH-四种离子。其分解反应是一个不能自发进行的反 应。
2NaCI+2H2O = Cl2 ↑ +H2 ↑ +2NaOH 因此，必须从外界输入电能，用电解的方法使之强制进行。
如果在以饱和食盐水溶液作为电解液的电解槽中插入两个电极， 分别作为阴极和阳极，并通入直流电，当达到一定电压时开始 电解。与此同时，在电极和溶液的界面上分别进行Cl-的氧化反 应和H2O分子（或H+）的还原反应，而Na+与OH-在阴极附近 也生成NaOH。
饱和食盐水注入阳极室使阳极室液面高于阴极 室液面，阳极液以一定的流速通过隔膜流入阴极室， 并阻止OH-从阴极室向阳极室的反迁移。当电解槽 的阳极和阴极与直流电源相连接构成电流回路时， 在电极与电解质溶液的界面上发生电极反应，伴随 电荷的迁移连续进行非均相的电催化化学反应。 在阳极上发生的主反应是氯离子在阳极上放电生成 氯气
两种电解方法比较
项目
投资/％ 能耗/％ 运转费用/％ 烧碱质量 NaOH质量分数/％ 50％(质量分数)NaOH中含盐(质
量分数)/％ 50％(质量分数)NaOH中含汞(质
量分数)/％
隔膜法
100 100 100
离子膜 法
85～75 80～75 95～85
10～12 32～35 1 约0.003
无
食盐水溶液电解法制取烧碱、氯气和氢气主要有两种 方法。
（1）隔膜法（简称D法） 隔膜法电解是利用多孔渗透性的隔膜材料作为隔层，
把阳极产生的氯与阴极产生的氢氧化钠和氢分开，以 免它们混合后发生爆炸和生成氯酸钠。由于过程产生 的氯和烧碱是强腐蚀性物质，因此阳极材料和隔膜材 料的选择是隔膜法工业生产的关键问题。