离子膜烧碱的工业分析

离子膜烧碱的工业分析-----中间产品及副产物分析

离子膜烧碱就是采用离子交换膜法电解食盐水而制成烧碱（即氢氧化钠）。其主要原理是因为使用的阳离子交换膜，该膜有特殊的选择透过性，只允许阳离子通过而阻止阴离子和气体通过，即只允许H＋、Na+通过，而Cl－、OH－和两极产物H2和Cl2无法通过，因而起到了防止阳极产物Cl2和阴极产物H2相混合而可能导致爆炸的危险，还起到了避免Cl2和阴极另一产物NaOH反应而生成NaClO影响烧碱纯度的作用。

离子膜法电解制碱是世界上工业化生产烧碱当中最先进的工艺方法，具有能耗低、三废污染少、成本低及操作管理方便等优点。副产的氯气和氢气，可以合成盐酸，或深加工氯下游产品如PVC、有机硅及甲烷氯化物等。

淡盐水脱氯

淡盐水脱氯有两种工艺路线：一种采用空气吹除法，该法脱氯效果欠佳，从淡盐水中分离出来的废氯气纯度低，无法汇入湿氯气总管送氯气处理工序，只能由烧碱液循环吸收，制成次氯酸钠溶液。另一种采用真空脱氯法，该法脱氯效果较好，通过蒸汽喷射器或真空泵提供的真空系统将含氯淡盐水中的游离氯抽出分离后进入湿氯气总管。建议采用真空法淡盐水脱氯工艺技术。

氯氢处理（含废氯气处理）

1、氯气处理

由电解槽出来的湿氯气，温度高并伴有大量的水蒸气和杂质，具有较强的腐蚀性，必须经过冷却、干燥和净化处理。

氯气处理系统分为冷却、干燥、输送三部分。

冷却选用填料式洗涤塔，能够较好地除去湿氯气带出的盐雾，填料采用CPVC

花环。氯气冷凝下来的氯水回收送淡盐水脱氯工序。

对于干燥部分，在实践应用中已采用过多种干燥塔型和不同的组合方式，比较典型的有：

a、一段泡沫塔、二段泡沫塔；

b、一段填料塔、二段泡沫塔；

c、一段填料塔、二段泡罩塔。

国内采用最多的是填料塔和泡沫塔组合，这是两种典型的塔。

泡沫塔的特点是结构简单、造价低、塔板数多；缺点是操作弹性小、不便于增加硫酸循环量，操作弹性仅为15%，塔板阻力降大，一般为100-200mmH2O，

而且开孔的加工精度、酸泥沉积等因素易影响其操作稳定性。

填料塔操作弹性大，易操作，压降小，但投资大，有效塔板数少。

泡罩塔的特点介于泡沫塔与填料塔制碱，塔板数多，压降与泡沫塔相当，操作弹

性比较大。

经过对以往经验的总结、比较，应选择二段干燥；一段为填料干燥塔，二段采用泡罩干燥塔。

目前氯气输送设备有两种形式，一种是液环泵，另一种是离心式压缩机。液环泵对氯气含水量要求不苛刻，但动力消耗大，输送量小，出口氯气压力低，适用于

生产规模在5万吨/年烧碱能力以下的氯气输送。离心式压缩机具有输送量大、

排气压力较高、运转平衡、得以改善工作环境等优点。该设备能量消耗与同气量

液环泵相比节电50%，但要求氯气中含水量＜100wtppm，适用5万吨/年烧碱

规模以上的装置输送氯气。

建议氯气处理工艺方案：湿氯气经氯水洗涤，钛管换热器，氯气除盐、降温后经

一段填料塔、二段泡罩塔干燥，使氯气含水量≤50wtppm，氯气输送选用大型

离心式氯气压缩机。

2、氢气处理

由电解槽出来的氢气温度高、含水量大、且含碱雾，故必须进行冷却。冷却系统分直接冷却和间接冷却两种，建议选择氢气洗涤塔直接洗涤冷却降温、列管换热器间接冷却，水环式氢气压缩机输送。

3、废氯气处理

废氯气处理接纳开、停车时的低浓度氯气和事故状态下氯气系统的泄压氯气，可采用烧碱液吸收或石灰乳吸收，石灰乳吸收效果差，设备庞大，需连接搅拌，动力消耗高，操作环境恶劣。建议选择烧碱液循环、冷却、吸收废氯气，制成次氯酸钠溶液。

氯气液化

通常根据氯气压缩机压力的不同，将氯气液化方式分为高压法、中压法和低压法三种。高压法消耗冷冻量少，不需要制冷机，能耗低。但对氯气处理工艺、氯气输送设备的要求高，增加投资费用。因此，国内一般采用中、低压液化方法生产液氯。

本工段选择带经济器补偿螺杆压缩机的成套制冷机组。氯化氢合成及盐酸

国内外生产盐酸的方法主要有三种：即三合一工艺；热回收分体式工艺；分体式工艺。

1、三合一工艺具有工艺流程短，操作简单等优点，但设备维修量较大。

2、热回收分体式工艺具有操作容易，设备维修简单，热回收利用率高等优点，

但工艺流程长，设备加工要求高。

3、分体式工艺具有操作容易、设备维修简单、产品质量控制容易等优点

通过对三种工艺流程比较，从操作方便及设备统一考虑，采用第三种工艺生产盐酸。

中间产品分析

水硬度的测定

实验目的：

1 ．了解水的硬度的概念，测定水硬度的意义，以及水的硬度的表示方法；

2 ．理解EDTA 测定水中钙、镁含量的原理和方法，包括酸度控制和指示剂的选择；

3 ．测定过程中加入Mg-EDTA 的作用及其对测定结果的影响。

实验原理：

水的硬度最初是指钙、镁离子沉淀肥皂的能力。水的总硬度指水中钙、镁离子的总浓度，其中包括碳酸盐硬度( 即通过加热能以碳酸盐形式沉淀下来的钙、镁离子，故又叫暂时硬度) 和非碳酸盐硬度( 即加热后不能沉淀下来的那部分钙、镁离子，又称永久硬度) 。

测定方法有两种：一种是将所测得的钙、镁折算成CaO 的质量，即每升水中含有CaO 的毫克数表示，单位为mg·L-1 ；另一种以度( °) 计：1硬度单位表示10 万份水中含1份CaO( 即每升水中含10mgCaO) ，1°＝10ppm CaO 。这种硬度的表示方法称作德国度。

【工业用水和生活饮用水对水的硬度的要求】我国生活饮用水卫生标准规定以CaCO3 计的硬度不得超过450mg·L-1 。

Ca2+ + EDTA = Ca-EDTA

Mg2+ + EDTA = Mg-EDTA

基本操作：

EDTA标准溶液的配制和标定；

酸式滴定管的基本操作。

实验步骤：

在一份水样中加入pH=10.0 的氨性缓冲溶液和少许铬黑T 指示剂，溶液呈红色；用EDTA 标准溶液滴定时，EDTA 先与游离的Ca2+ 配位，再与Mg2+ 配位；在计量点时，EDTA 从MgIn- 中夺取Mg2+ ，从而使指示剂游离出来，溶液的颜色由红变为纯蓝，即为终点。

当水样中Mg2+ 极少时，由于CaIn- 比MgIn- 的显色灵敏度要差很多，往往得不到敏锐的终点。为了提高终点变色的敏锐性，可在EDTA 标准溶液中加入适量的Mg2+ （在EDTA 标定前加入，这样就不影响EDTA 与被测离子之间的滴定定量关系），或在缓冲溶液中加入一定量的Mg—EDTA 盐。

水的总硬度可由EDTA 标准溶液的浓度cEDTA 和消耗体积V1 （ml ）来计算。以CaO 计，单位为mg/L.

注意事项：

测定总硬度时用氨性缓冲溶液调节pH值；

注意加入掩蔽剂掩蔽干扰离子，掩蔽剂要在指示剂之前加入；

测定总硬度的时候在临近终点时应慢滴多摇；

测定时要是水温过低应将水样加热到30～40ºC再进行测定。

主要试剂和仪器：

0.02mol/LEDTA ，NH3-NH4Cl 缓冲溶液（pH~10 ），10%NaOH 溶液，铬黑T 指示剂碱式滴定管，锥形瓶，洗瓶，容量瓶，吸移管，吸耳球，烧杯，试剂瓶，分析天平，称量瓶