第十二章电解法生产烧碱

阳极反应 2Cl阴极反应 2H+ + 2e
Cl2 + 2e H2
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二、电极及隔膜材料
1.阳极材料 要求：应具有较强的耐化学腐蚀性，同时具有对 氯的过电压低，导电性能良好，机械强度高而且 易于加工，来源广泛和使用寿命长等特点。 石墨阳极是由石油焦、沥青焦、沥青等压制成型， 经高温石墨化而形成。主要成分是碳，灰分约占 0.5%。 金属阳极是以金属钛为基体，在基体上涂一层其 他金属氧化物的活化层而构成。
即1F = 96500C = 96500A·s = 26.8A·h
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二、电流效率
电流效率是电解时电极上析出物质的实际产 量与理论产量的比值，用η表示。
电流效率是电解生产中很重要的技术经济指 标。电流效率越高，电流损失越小，同样的电量 获得的电解产物越多。现代氯碱厂，电流效率一 般为95%~97%。
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第二节 电解法制烧碱的基本原理 一、电解过程的基本定律 1.法拉第第一定律
电解过程中，电极上所析出的物质的量与通 过电解质的电量成正比，即与电流强度及通电时 间成正比。
G = KQ = KIt
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2.法拉第第二定律 当直流电通过电解质溶液时，电极上每析出
（或溶解）一电化学当量的任何物质，所需要的 电量是恒定的，在数值上约等于96500库仑，称 为1法拉第（用F表示）
第十二章 电解法生产烧碱
知识目标
❖ 掌握电解过程的基本定律、电流效率、槽电压等 重要概念；隔膜法制烧碱的基本原理；离子交换 膜法电解特点及基本原理。
❖ 理解隔膜法的电极及隔膜材料；离子交换膜的性 能和种类；理解盐水制备原理与工艺及电解碱液 蒸发原理与工艺。
❖ 了解烧碱的各种工业生产方法及氯碱工业的特点； 隔膜法电解槽的基本结构；离子交换膜法电解槽 的基本结构。
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三、隔膜电解槽的结构
隔膜电解槽是隔膜电解法生产的主要设备，
是由阳极组件、阴极组件和槽盖三部分组成。
1-阳极组合件 2-电解液出口 3-阴极连接铜排 4-阴极网袋；5-阳极片 6-阴极水位表接口 7-盐水喷嘴插口 8-氯气压力表接口 9-氯气出口 10-氢气出口；11-槽
盖 12-橡皮垫床 13-阴极组合件 14-阳极连接铜排
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三、槽电压及电压效率
槽电压：电解时电解槽的实际分解电压。
E槽 = E理 + E超 + ∑E降+ E液
理论分解 电压E理
超电压E超
电解液的 电压降E液
接点、导线 等的电压降 之和∑E降
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第三节 隔膜法电解
本法是以石墨为阳极（或金属阳极），铁为 阴极，采用石棉隔膜的电解方法。隔膜由一种多 孔渗透性材料做成，能将阳极产物与阴极产物分 离隔开，可使电解液通过，并以一定的速度流向 阴极。
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3.盐水的流量与碱液浓度 盐水流量小，NaCl分解率高、NaOH浓度高，
但OH-的反迁移严重，副反应多，电流效率低。 通常碱液成分控制在如下范围：
NaOH含量：130~145 g/L；NaCl含量：175~210 g/L
4.氯气的纯度及压力 Cl296.5%~98%，H20.1%~ 0.4%，
目前，工业上较多使用的是立式隔膜电解槽。
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饱和食盐水由阳极室注 入，使阳极室的液面高于 阴极室的液面，阳极液以 一定流速通过隔膜流入阴 极室以阻止OH-的返迁移。 得到产品氢气、氯气分别 从阴极室和阳极室上方的 导出管导出，氢氧化钠则 从阴极室下方导出。
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一、基本原理
当通入直流电时，食盐水溶液中，Na+、H+ 向阴极移动，Cl-、OH-向阳极移动。发生电极反 应
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金属阳极与石墨阳极相比具有以下优点： 耐腐蚀性18
2.阴极材料 要求：具有耐氯化钠、氢氧化钠的腐蚀，导电性 能良好，且氢在电极上的过电位要低等特点。 隔膜电解槽常见的阴极材料有铁、铜、镍等。
立式隔膜电解槽的阴极 一般采用铁丝编成网状， 也有用冲孔铁板。
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四、工艺流程
1-盐水高位槽；2-盐水预热器；3-电解槽；4-碱液贮槽；5-碱液泵
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五、操作条件
1.盐水的质量与浓度 电解质溶液的导电是依靠溶液中正负离子的迁移并
在电极上放电而引起的。电解液采用的是NaCl的饱 和溶液，其质量浓度为(315 ± 5)g/L。 2.盐水的温度
提高温度，可提高电解质的电导率，降低氯气在阳 极液中的溶解度，提高阳极电流效率。一般入电解槽 前的盐水温度在70℃左右，电解槽温度控制在95℃ 左右。
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第一节 概 述
电解法生产烧碱在制得烧碱的同时还生产氯 气和氢气，所以工业上电解法生产烧碱也称氯碱 工业。
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一、电解法生产烧碱简介
电解法生产烧碱，根据电解槽结构、电极材 料和隔膜材料的不同可分为
隔膜法
离子交换膜法 水银法
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➢ 水银法的电解槽由电解室和解汞室组成
➢ 优点是电解槽流出溶液产物中氢氧化钠浓度较高， 其质量分数可达50%，不需蒸发增浓；产品质量 好，含盐低，盐含量的质量分数约0.003%。但 水银是有害物质，因此水银法已逐渐被淘汰。
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➢ 隔膜法电解是利用多孔渗透性的隔膜材料作为隔 层，把阳极产生的氯气与阴极产生的氢氧化钠和 氢气分开。
➢ 但该法生产强度较小、产品纯度较低、环境污染 也较大。
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➢ 离子交换膜法是应用化学性能稳定的全氟磺酸阳 离子交换膜，用离子膜将电解槽的阳极室和阴极 室隔开。
➢ 该法所得烧碱纯度高，投资小，对环境污染小。 因此，离子膜法制烧碱是电解法生产烧碱的发展 方向。
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3.隔膜材料
石棉
要求：(1) 应具有较强的化学稳定件，既耐酸又耐碱的腐蚀， 并应具有相当的机械强度，长期使用不宜损坏；
(2) 必须保持多孔及良好的渗透性，能使阳极液维持一 定的流速且均匀地透过隔膜，并防止阳极液与阴极液的机 械混合；
(3) 应具有较小的电阻，以降低电压损失；
(4) 材料易得，制造成本低。
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二、氯碱工业的特点
氯碱工业除原料 易得、生产流程较短 外，主要有以下三个 特点。
①能耗高 ②氯与碱的平衡 ③腐蚀和污染严重
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三、氯碱工业生产的基本过程 氯碱生产过程的核心部分是电解工序，各种
生产方法的不同之处在与电解工艺的区别。除了 电解过程之外，氯碱生产过程还应包括盐水的精 制和烧碱、氯气与氢气三种产品的处理加工系统。