离子膜电解装置工艺学习

2.工艺流程
主要工艺分五个单元
二次盐水精制单元（离子交换树脂精制） 电解单元（电解和电解液循环） 32%碱成品单元
氯酸盐分解单元
淡盐水脱氯单元
各单元之间的关系
氯气 氢气
氯酸盐分解单元 淡盐水脱氯单元 32%碱成品单元
二次盐水 精制单元
电解单元
二次盐水单元
二次盐水单元主要是将一次精制盐水温 度加热至55~65℃，之后进入螯合树脂塔将 盐水中的钙镁除去，钙镁＜20ppb。
指标
210±5g/l 32±0.5% ≥98.5%
名称
SO42碱中含盐 氢气纯度
指标
≤7g/l ＜40ppm ≥99.9%
名称
PH CLO3氯内含氢
指标
2--5 ≤7g/l ＜0.05%

返回淡盐水指标 指标
210±5g/l
名称
NaCl SO42-
名称
游离氯 ClO3-
指标
0
名称
PH
指标
9---11
指标
305±5g/l
名称
Fe
指标
≤20ppb
名称
Ba
指标
≤ 100ppb
Ca+Mg
Si Al
≤ 20ppb
≤2.3mg/l ≤ 20ppb
Ni
SO42ClO3-
≤ 10ppb
≤5g/l ≤5g/l
Sr
I PH
≤ 100ppb
≤200ppb 9---11

电解槽出口指标 名称
NaCl NaOH 氯气纯度
纯水从树脂塔底部进入， 纯水：28.2m³ 洗掉小树脂等杂物，疏松 树脂层 纯水：17.5m³ 用6%的盐酸进入树脂塔， 31% HCl: 将树脂由Ca型变为H型 4.4m³ 纯水：73m³
步骤 4
步骤 5
水洗 2
NaOH 再生
2.0 小 时
1.5 小 时
用纯水将树脂塔中的酸置 换干净，避免碱再生时浪 费碱
3.3.1真空脱氯
在脱氯塔内盐水温度70℃，压力为60KPa左右时，盐水将沸腾，氯气随着沸 腾的气泡气液分离，将游离氯脱除。 但是氯盐水中有三种形式：Cl2, HClO, ClO-，这取决于PH值，当盐水的PH值小于 1.8时， Cl2是以气体形式溶于水中。因此 从电解槽出来的淡盐水，加入适量的盐酸， 将PH调整至1.0~1.8，进入脱氯塔，除去游 离氯。
在装膜时会发生的折皱
用手持膜的两端站立时，由于膜上部松弛而出现皱褶
○
×
进行膜的操作时，因没注意拿好而掉在地上。 将膜贴在阳极时，有皱褶出现但没注意到，就将阴极一侧合上。
在装膜时会发生的折皱
将操作台上展开的膜移到电槽上时，把膜折叠后运走。
×
×
将操作台上展开的膜卷到筒上时，在有皱褶的状态下卷起来。
纯水：39.8m³ 5%的的碱液进入树脂塔， 32% NaOH： 将H型树脂再生为Na型 4.1m³
步骤 6 步骤 7
水洗 3 等待1 盐水填 充 等待2
1.0 小时
纯水：35.6 m3
纯水：35.6m³ 13.25小时
用纯水将树脂塔中的碱置换 干净
步骤 8
3.0 小时
盐水:17.9m3/H
盐水: 53.7m3
阳极液循环槽
烧碱液泵
32%成品碱单元
32%成品碱单元是从电解槽阴极出来的32%
的碱液根据需要送至蒸发装置或降温后送至 罐区及其他用碱装置。
32%碱冷却器
32%碱中间罐
32%碱中间泵
氯酸盐分解单元
氯酸盐分解单元是将电解槽出来的淡盐水中
含有的氯酸盐进行分解，防止氯酸盐对蒸发 及固碱的设备造成腐蚀。
3.3.2化学试剂法
经过真空脱氯后的淡盐水中还含有一小 部分氯，一般加入NaOH使以氯气形式存在 的游离氯转化为ClO-，再用还原性的化学试 剂Na2SO3加以去除。 反应方程式如下：
Cl2+2NaOH NaOCl+Na2SO3 NaOCl+NaCl+H2O Na2SO4+2NaCl+H2O
Na2SO4+2NaCl+H2O
过滤盐水换热器
过滤盐水储槽 过滤盐水泵
树脂捕集器
精盐水 高位槽
废盐水储槽
树脂塔
精盐水泵
精盐水储槽
电解单元
电解单元主要是将合格的精盐水进入电解 槽进行电解，在阳极生成氯气，和未电解的 淡盐水，阴极生成氢气和32%的氢氧化钠。
SP-261 湿氯气气液分离器
阴极液高位槽
阴极液换热
淡盐水泵பைடு நூலகம்
阴极液循环槽
1.电解装置生产任务：
电解装置是氯碱生产的核心，其生产任务 是通过离子膜电解槽对二次精制盐水进行电 解，得到我们需要的产品,电解生成的32％的 烧碱送往蒸发工序和烧碱罐区；生成的湿氯 气、湿氢气送往氯氢气处理工序；主要原料 是一次盐水送过来的一次精制盐水，通过螯 合树脂塔进一步精制后，供电解槽使用。
用合格的精盐水将树脂塔中 的纯水置换完全，避免因纯 水混入精盐水中影响进槽盐 水浓度
步骤 9
总计
1.0小时
24.0小时
树脂塔每再生一步都要记录一次树脂层高度，用于观察树脂再生情况。正常 树脂体积是在纯水反洗状态后测量的。实际操作时，树脂的体积和正常体积相比要 缩小10-20%, 这是由盐水(从上向下流)挤压和吸附多价阳离子引起的。 另外一个特点是树脂的Na型大约是H型的1.2-1.4倍，也就是说在树脂塔碱再生时 体积就会膨胀。
膜安装注意事项
1.膜的正反面装反
原因 ＊ 没有确认膜的方向（ 阳阴极）
影响
发生水泡
膜的劣化・损伤
（例如） 电压上升
膜装反进行电解后的后果：整个膜全起水泡
电解条件 ： 阳阴极装反时 （磺酸层在阴极侧，羧酸层在阳极侧）
电流密度=4kA/m2, 槽温=90℃, 阴极液浓度=32％,
阳极液浓度=205g/l, 压差=0 , 运行天数=2
阴极出口管 气液分离室
阳极出口管
阴极极网
支座
钢框架
阳极极网
阳极入口管
筋板
阴极入口管
分散管
一个复极单元槽被内部复合隔板分成两室， 即阳极室和阴极室。阳极室的内部材质是钛 板，防止氯气的腐蚀，阴极室的内部材质是 镍板，防止高浓度和高温度烧碱的腐蚀。复 合隔板的两侧通过焊接固定了筋板，筋板的 上面焊接阳极极网和阴极极网。阳极极网是 由涂有特殊金属的钛网制成，阴极极网是由 涂有特殊金属的镍网制成。每个室有进口和 出口两个管口以及顶部的气体分离器.
离子膜
根据材质的不同，常用的离子膜有全氟 羧酸膜、全氟磺酸膜、全氟磺酸/羧酸复合膜 三种； 根据生产厂家的不同，世界上常用的膜 有杜邦膜，旭硝子膜，旭化成膜； 我公司使用的是旭化成的F6801膜。
旭化成F6801离子膜
F-6801膜的正常尺寸为 l350 x 2465mm； 是一种全氟磺酸/羧酸 复合膜，膜的运输温度 为2~50℃，膜在运输过 程中避免与其他物体接 触，避免干燥，避免发 生褶皱。膜存放在装 有2% NaHCO3溶液里。
共有3台螯合树脂塔，2塔串联运行，1塔再生，一个周期72小时， 48小时运行，24小时再生
步骤 步骤1 步骤 2 步骤 3 名称 水洗 1 正常 反洗 HCl 再生 时间 1.0 小 时 0.5 小 时 0.75 小 时 流量 纯水: 41.7m3/H 纯水: 56.3 m3/H 纯水：23.3m3/H 31% HCl:5.9m3/H 纯水：36.5 m3/H 纯水：26.5 m3/H 32% NaOH: 2.7m3/H 物料 纯水: 41.7m³ 作用 置换出树脂塔中的盐水
4.设备结构与运行过程 4.1螯合树脂塔运行及再生过程
3.2电解的原理
在直流电作用下，二次精制盐水进入电 解槽阳极室，碱液进入阴极室进行电解， 离子膜安装在阴极和阳极之间, 氯气在阳极 室产生，氢气和烧碱在阴极室产生，反应 方程式如下：
2Cl- → Cl2 +2e 阴极: 2H2O + 2e- → H2 + 2OH 方程式: 2NaCl + 2H2O → 2NaOH + Cl2 + H2
×
×
5 6 9 11
14
1 2
10
2 5 3 8 32 2 3 4 7 2 3
8
3 0
4 6
4 6
2 4
3 1
1
5 7
6.关键控制点
进螯合树脂塔盐水温度控制为60±5℃ 因为树脂的吸附能力随温度的升高而增大。在 温度较低时，树脂含水率较高，过于膨胀，机械强 度下降，容易破碎，吸附能力下降，钙镁超标；温 度过高时，树脂结构会受到不可恢复的破坏，使树 脂失去交换能力，缩短树脂寿命。 盐水中钙镁等金属离子的含量 钙镁＜20ppb，超标后会在生成氢氧化镁、碳酸 钙沉淀，附着在离子膜上，导致槽电压上升，离子 膜电流效率下降。
↓
阳极变形 针孔 压差合适
膜磨损
↓
盐水供给不足
总反应：
Cl2+2NaOH+Na2SO3
3.4氯酸盐分解的原理
氯酸盐在温度为90℃左右，PH值为1.5以 下可分解。反应方程式如下： NaCLO3+6HCL NaCL+3CL2+3H2O 可见，氯酸盐分解时盐酸必须过量，才能 使氯酸盐较好的分解。
4.主要控制指标

二次精制盐水指标
名称
NaCl
≤7g/l
＜7g/l
5.主要设备运行及结构
旭化成自然循环复极离子膜电解槽结构
复极单元槽 离子膜
阳极端板 活动头 阳极出口总管 尾头 软管 阳极入口总管 锁定销子 油压缸 锁定螺母 阴极端板 固定头 阴极出口总管 侧杠
阴极入口总管
一台电解槽是由油压单元，2个阳极端子槽，2个阴极端子槽，166个 复极单元槽，166张离子膜，进出口总管、软管，及侧杠组成。
阳极:
氯化钠被电离成钠离 子和氯离子。 氯离子 在阳极室放电转变为氯 气。同时， 钠离子通过离子交换 膜移到阴极室。在阴极 室，与水电解生成的氢 氧根反应生成氢氧化钠， 氢离子在阴极表面放电 转变为氢气。
Cl2 Ｈ2
Cl-
Ｈ+ Ｎa+
OH―
NaCl
H2O
3.3脱氯的原理
脱除游离氯有三种方法：空气吹除法、真 空脱氯法、化学试剂法。 一般多采用两种方法结合去除游离氯。我 公司采用真空脱氯法和化学试剂法，空气吹除 法作为备用，如果真空系统出现问题，则用空 气吹除法去除脱氯塔游离氯，但因混进空气， 故脱氯塔出来的废氯气只能去事故氯系统。
脱氯淡盐水加热器
氯酸盐分解槽
氯酸盐分解泵
淡盐水脱氯单元
淡盐水脱氯单元是将电解槽出来的淡盐水中
含有的游离氯进行脱除，满足化盐用水及除 硝系统的使用。
脱氯塔冷却器
真空泵
亚硫酸钠
脱氯塔
脱氯淡盐水泵
3.生产原理： 3.1盐水二次精制的原理
盐水二次精制采用阳离子交换树脂的吸 附作用，吸附一次盐水中的钙镁离子。离子 交换树脂是一种螯合树脂，由苯乙烯-二乙烯 基苯的共聚物与磷氨酸的官能团组成。 树脂中的Na+被金属阳离子置换，方程式如 下： (RCH2NHCH2PO3Na)2Na2 + Ca++ (RCH2NHCH2PO3Na)2Ca + 2 Na+

盐水浓度控制 盐水浓度一般控制为205~215g/l，如果盐水浓度低，因 磺酸高分子与羧酸高分子的含水率的差别，水滞留在羧酸层 与磺酸层之间，在界面产生剥离，使膜产生水泡，膜性能下 降，槽电压上升，电耗增加；
羧酸层
磺酸层
加酸量的控制
电解槽加酸必须将PH值控制为2~5之间，如电解槽出口淡 盐水中PH值小于2，则会使膜起水泡，造成膜酸化。
羧酸 磺酸
起泡
电解条件 : 电流密度=5kA/m2, 阴极液浓度=32%, 阳极液浓度=205g/l, H+浓度=0.1N, 天数=3
电解槽压差的控制
电解槽压差一般控制在2~5KPa，如果压差低，则膜会贴至阴极，造成膜 破损。
异常过大压差
过大逆压差
压差逆转
压差不足
膜损伤 膜振动 阴极变形 电压上升 针孔
离子膜装置工艺知识

概述 电解装置生产任务 电解装置工艺流程 电解装置生产原理 主要控制指标 主要设备结构 关键控制点 联锁及联锁说明 常见事故案例及处理方法 安全知识及案例
概 述 国内外电解法制碱技术主要有三种，隔膜法，水银法， 离子膜法，我公司电解装置采用的是离子膜法。离子膜制碱 技术是70年代中期出现的，是具有划时代意义的电解制碱技 术，与隔膜电解制碱和水银电解制碱相比，已被认为技术最 先进和经济上最合理的生产氢氧化钠的方法，是当今电解制 碱技术的发展方向。其主要特点是： 1）投资省：离子膜法比水银法投资节省约10~15%，比隔膜法 节省约15~25%； 2）出槽氢氧化钠浓度高：隔膜制碱浓度约10~12%，离子膜法 制碱浓度为32%左右； 3）能耗低，生产成本低：与隔膜法电解制碱相比，节约能耗 约20~25%，与水银法制碱相比，节约能耗10~15%； 4）氢氧化钠质量好，含盐低； 5）氯气纯度高，氯中含氢、含氧低，氢气纯度高； 6）污染小，离子膜法制碱可避免水银和石棉对环境的污染；