复极式离子膜电解槽设计的电力计算
离子膜性能影响因素
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。
旭化成、氯工程、北化机三种电解装置的比较
旭化成、氯工程、北化机三种电解装置的比较旭化成、氯工程、北化机三种电解装置的比较一、工艺比较目前，旭化成、氯工程、北化机三家最新推出电槽均为高密度、低电耗运行的复极式电槽。
北化机与旭化成工艺上基本一致，比自身以前槽型有很大改进。
单从工艺上讲，这二家在新进工艺中增加了稀盐水程控配制系统，以便电解槽连锁停车后，由原来的浓盐水循环改为稀盐水循环，从而保护离子膜。
北化机和氯工程在每台电解槽上配一台极化整流器，主要用于电解槽开停车来使用，旭化成在极网上采用专有技术喷涂，不需配极化整流器。
氯工程与北化机和旭化成工艺相比在盐水电解前后去除硫酸盐和氯酸根有自己的技术专利，就是电解之前或电解之后，将盐水输送进入一个由阳离子交换膜隔开的电解槽中阳极室然后电解盐水在氯化物离子被分离出来之后，将盐水排出该电解系统之外。
与传统的方法比较，可以减少氯化钠的排出量，而且没有必要采用HCl分解氯酸盐。
北化机和旭化成工艺是在进电解槽盐水中加17% HCl，以去除电解槽中产生氯酸根。
综合以上三家的工艺，它们在工艺上基本相似，局部上氯工程的盐水进电解前后去除硫酸盐和氯酸根的工艺，较北机、旭化成先进。
旭化成极网喷涂技术优于北化机和氯工程。
北化机、旭化成、氯工程在性能上相近。
二、设备比较(一)旭化成离子膜装置特点1(优点(1)槽框结构稳定，密封性好，不泄漏;(2)结构电压低，槽内液体和电流分布均匀使离子膜使用寿命延长;(3)阴阳极电位低，稳定性良好;(4)单元槽保证寿命10年;(5)优异的阳极涂层及活性阴极;(6)单元槽托架采用优质ABS工程塑料制造，绝缘性好;(7)阳极密封面采用钛钯合金;(8)由过去的强制循环改为现在的自然循环，很好的保护了离子膜在突然停车时造成的液体压差波动冲击。
2(缺点旭化成离子膜中所谓“单元槽”是不确切的存在，因为我们所说的“单元”应该为独立存在，在旭化成离子膜装置中没有独立存在的“单元槽”，无论是双头挤压，还是单端头挤压，无论哪一种结构形式，一旦“单元槽”一个出现问题，采取的措施只有全部停车来进行处理，费用维修高，影响生产，同时又破坏了其它离子膜“单元槽”的正常运行。
离子膜法烧碱电解槽比较和选择
离子膜法烧碱电解槽比较和选择作者：李果来源：《中国科技博览》2018年第02期[摘要]烧碱（氢氧化钠）是一种常见的化工产品，可以溶于乙醇和甘油，作为碱性清洗剂进行水处理，也可以与酸类物质发生中和作用，生成水和盐。
烧碱产品的制备方法有很多，离子膜法是比较常用的一种，与其他方法相比有着许多优势，也受到了技术人员的重视。
在离子膜法烧碱中，电解槽是核心设备，做好电解槽的选择，对于烧碱生产效率和产品质量都有着不同忽视的影响。
本文从离子膜法烧碱的内涵和优点出发，以北京化工机械有限公司的电解槽产品为例，对离子膜法烧碱电解槽的槽型以及技术方案进行了比较和选择，希望能够找出最为节能环保的方案。
[关键词]离子膜法；烧碱；电解槽；比较；选择中图分类号：S801 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）02-0091-02前言：电解法制烧碱在实际应用中存在着三种比较常见的方法，一是隔膜法，这种方法在电解后得到的碱液浓度过低，而且含有大量盐分，需要进一步经过蒸发、浓缩和除盐后才能形成可以销售的产品，而且纯度不高，无法满足人造纤维等工业生产的需求，能耗高，许多工艺同样面临淘汰，；二是水银法，可以得到高质量的产品，不过能耗偏高，而且环境污染问题严重，已经基本被淘汰；三是离子膜法烧碱，属于最新的制碱工艺，产品纯度好、质量高，生产过程能耗低，也不会产生污染物，是氯碱工业发展的主流方向。
1 离子膜法烧碱概述离子膜法烧碱，是指采用离子交换膜法，通过电解食盐水的方式来制备烧碱（氢氧化钠）。
离子膜法的基本原理，是利用相应的阳离子交换膜本身具备的选择透过性，在允许阳离子顺利通过的情况下，阻挡阴离子和气体，避免了阳极产物与阴极产物混合可能引发的爆炸危险，也可以保证烧碱的纯度。
离子膜法烧碱主要生产流程为：经过精制的饱和盐水进入到阳极室中，加入适量烧碱溶液的纯水则进入阴极室，电解槽通电后，阴极表面放电，电解水生成氢气，阳极室中的钠离子则会穿过离子膜，同样进入阴极室，氯离子则会在阳极表面放电，生成Cl2。
离子膜烧碱工艺设计说明
4 化工工艺及系统
4.1 概述
装置设计规模，装置组成与各工序名称 （1）2 万吨/年离子膜烧碱装置： 20000t/a ；60t/d；2.5t/h （2）1.7 万吨/年氯气液化及汽化装置。 （3）一次盐水工序、二次盐水工序、电解工序、淡盐水真空脱氯工序、氯气处理 工序、氢气处理工序、尾气处理工序、液氯贮存及汽化 、液碱罐区及卸车。
化学品较多，所以选用 BaCl2 法。 一次盐水加入 NaOH、Na2CO3 等精制剂进行精制反应，再用凯膜过滤技术和氯化钡
氯碱厂生产能耗分析和节能改造效果评价穆玲
氯碱厂生产能耗分析和节能改造效果评价穆玲发布时间：2021-08-06T12:03:21.220Z 来源：《中国科技人才》2021年第12期作者：穆玲[导读] 氯碱工业是国民经济的基础原料工业，也是典型的耗能大户，我国氯碱工业的节能工作正面临严峻形势。
基于此，本文对氯碱厂生产能耗分析和节能改造效果评价进行了详细的分析。
穆玲新疆圣雄氯碱有限公司摘要：氯碱工业是国民经济的基础原料工业，也是典型的耗能大户，我国氯碱工业的节能工作正面临严峻形势。
基于此，本文对氯碱厂生产能耗分析和节能改造效果评价进行了详细的分析。
关键词：氯碱厂；生产能耗；节能改造；效果氯碱工业是一个高能耗、高盐耗、高污染的行业。
创建节能型氯碱企业，推行清洁生产，节能减排，降低生产成本，已成为氯碱企业保证生存发展、提高经济效益、实现可持续发展的根本保证。
一、氯碱生产概述氯碱生产概括来说，是运用高饱和度的工业盐水炮制纯H2、Cl2和其他工业原料的过程。
氯碱生产领域中，通常采用电解方式来分解纯氯化钠，制造氢氧化钠、氯气和氢气，然后再运用这些工业原料制造其他化工材料，这一系列工业生产活动综合起来就是氯碱工业。
氯碱工业是当前工业加工制造领域中最主要的化学工业，运用氯碱制造技术生产的产品被广泛运用于各个工业生产行业，如手工加工工业、纺织业、铸造冶炼业、石化工业等。
氯碱生产使用的主要原材料有：工业NaCl、电石、C2H3Cl等；运用氯碱技术制成的产品主要有：NaClO、不同纯度不同状态的Na（OH）2、H2、Cl2、PVC材料等。
二、我国氯碱行业现状及特点我国氯碱行业发展较缓慢，基础薄弱。
企业生产规模小，厂家多，重复性建设严重，品种单一，传统产品多，高科技产品少；消耗大，成本高，缺乏市场竞争力；是耗能大户，在节能问题上和国外氯碱行业相比，还存在着一定差距。
氯碱不平衡是氯碱行业中普遍存在的一个问题，我国氯的需求量要大于碱的需求量。
大量的氯碱企业技术落后，设备陈旧、老化、役龄长，试验研究条件和实验手段落后，大多数停留在20世纪五六十年代水平。
化工工艺离子膜烧碱生产系统的节能措施
化工工艺离子膜烧碱生产系统的节能措施摘要：随着我国科学技术的飞速发展，各行各业都发生了巨大的变化。
特别是在氯碱工业中，采用离子交换膜烧碱装置大大提高了生产效率和质量。
因此，在离子膜烧碱生产过程中，有关人员必须对离子膜烧碱的节能技术进行综合分析，以便更科学、更合理地发挥其应用优势。
关键词：化工工艺；离子膜烧碱；节能措施前言近年来，我国氯碱工业生产行业的发展，取得了十分显著的成效，其主要是通过安装离子膜法制烧碱装置才能得以实现，因为该设备具有多种节能技术，在实际应用过程中，可以大大减少传统氯碱生产所带来的资源消耗、环境污染等生产弊端，并能在一定程度上提高生产效率。
1离子膜烧碱生产系统的节能基本情况1.1节约电能首先，节省照明耗电量。
在过去基本上采用自镇流汞灯来进行照明，非常易于被烧毁，需要经常更换。
为减少成本，节省耗电量，把它们都换成40W节能灯，这种灯非常耐用(一般时间为一年左右），同时还比较省电，一年能够节约用电两万度，以0.4元每度来计算，年均大约节省经费0.8万元人民币。
其次，节省动力电。
为进一步降低动力电用量，通过变频器调节泵回流，具体来说，也就是将阀门节流调节转变成电动机变频调速，由此能够在相对偏高的效率点下运行，在此基础上，还增加了泵与电动机的寿限，降低了机械磨损以及维修频次，能够省电大约2.8万度，每年省下成本大约是1.12万元人民币。
1.2节水首先，循环使用泵机封冷却水。
将全部泵与真空泵的冷却水、蒸汽冷凝水、氯气水封的溢流水均流入回收罐之中，在此基础上，使泵的冷却水重新循环一次，将其收入回水罐之中，输送至相应的凉水塔，循环利用，这样平均一年能够省水大约一千吨，按2元每吨来考虑，节省资金大约0.2万元人民币。
其次，回收树脂塔再生废水。
树脂塔运行过程中总计形成废水60t/d。
把这部分水排入废水罐之中，然后利用废水泵将其输送至一次盐水工段的配水罐，这样每年能够少用水1.08万吨，按照每吨2元来考虑，节省费用大约为2.16万元人民币。
离子膜电解法槽电压的影响因素
离子膜电解法槽电压的影响因素刘凯;慕慧峰;徐向平;高云【摘要】分析了离子膜自身结构、电解液、电解槽气相压力、杂质污染等因素对槽电压的影响.提出要尽可能避免不当操作导致的槽电压异常情况,而且要不断优化设计,改进离子膜电解槽.【期刊名称】《氯碱工业》【年(卷),期】2019(055)006【总页数】4页(P12-14,17)【关键词】离子膜电解槽;槽电压;电耗;离子膜;影响因素【作者】刘凯;慕慧峰;徐向平;高云【作者单位】陕西北元化工集团股份有限公司,陕西榆林719319;陕西北元化工集团股份有限公司,陕西榆林719319;陕西北元化工集团股份有限公司,陕西榆林719319;陕西北元化工集团股份有限公司,陕西榆林719319【正文语种】中文【中图分类】TQ114.2621 槽电压组成烧碱生产能耗高，电耗占离子膜法烧碱生产成本的70%左右。
目前，一般氯碱企业的电耗为2 200～2 400 kW·h/t。
如何降低电耗一直是现代离子膜电解系统的研究重点。
迄今为止，国内外已经推出了一系列先进的离子膜电解槽。
伍迪公司推出的第6代离子膜电解槽的电耗已经降至2 035 kW·h/t以下(电流密度为6kA/m2)。
日本氯工程公司于2013年开发了采用柔性阴极的nx-BiTac电解槽，该电解槽在电流密度6 kA/m2时，电耗能够维持在2 010～2 025 kW·h/t。
蓝星(北京)化工机械有限公司(以下简称“蓝星北化机”)NBZ-2.7型膜极距离子膜电解槽可维持在5～6 kA/m2稳定运行，电耗可降至2 030 kW·h/t。
槽电压与电流效率是吨碱电耗的关键因素。
吨碱电耗的表达式见公式(1)。
只有提高离子膜电解系统的电流效率，降低槽电压，才能有效降低吨碱电耗。
(1)式中：W为直流电耗，kW·h/t；V为槽电压，V；η为电流效率，%；1.492为NaOH的电化当量，g/(A·h)。
复极式离子膜电解槽运行总结
稳 定在 ７ｋ 不 急于迅速 提升 。 Ａ， ２ ３ 出槽 淡盐 水浓 度 ．
宜宾 天原 集 团股份有 限公 司 ＩＩ 子 膜 电解 槽 Ｃ离 及 Ｅ Ｌ离子膜 电解 槽 长 期 以来 均使 用 杜 邦 公 司 的 Ｘ
１ ６
维普资讯
第 ２期
肖祥 远 ： 复极 式 离子膜 电解 槽运行 总结
２ ４ 送 电前 阴极 液循 环量 ．
有 机 物 的盐 水非 常 困难 ， 人次 氯 酸 钠 处理 微 量 有 加 机 物 的方 法成效 有 限 ， 有 效 的方 法 是 彻底 切 断 各 最 种 有机 物来 源 ， 护离 子膜 。 保
表 １ 电解槽 ７ 能考核数据 ２ｈ性
下， 电流低 于 ４ｋ Ａ时 ， 运行时 间不 超过 １ ｎ ０ｍｉ。
２２ 槽 ． 温
各个企 业进槽 阴阳极液 温度 控制都 有差 异 。离 子膜 的最佳 操 作 温度 在 ８ ５—８ ９℃ ， 度低 于 ８ 温 ０℃
时电解液的导电性 降低 ， 电流效率下 降。但 电解槽 开 车送 电时槽 温应尽 量控制 在 ６ ７ ５— ０℃ ， 升 电流 提
［ 中图分类号］Ｔ １４ ２ ２ Ｑ １ ．６
１ 运 行 现 状
宜宾 天原集 团股 份有 限公 司老 区现 有烧碱 生 产 能力 ２ ８万 ｔａ 其 中离 子膜 装 置 １ ． ／， ３ ７万 ｔａ 包 括 ／， １９ 年 １月投 产 的英 国 ＩＩ 司 １万 ｔａ单极 式离 ９１ Ｃ公 ／ 子膜 电解槽 ；０ １年 ５月 投产 的美 国西方 公 司 Ｅ Ｌ ２０ Ｘ
Ｆ ０ ４ ２膜 ） ２台 电解 槽运行 ２年 的部分 数据 。
电解槽的热平衡及阴极液冷却器的选择和计算
换热面积。
１ 电解槽的热量平衡
电解槽热平衡的基础数据见表 １， 以年产 １ 万ｔ
１００ ％ＮａＯＨ 为计算基准。
表１ 电解槽热平衡的基础数据
項
目
流量／（ ｋｇ·ｈ－１）
进电槽精盐水
１４ ０５２
向电槽加的盐酸
４０２
调碱液浓度的补水
１ ０７８
淡盐水
１０ ２９６
成品碱
３ ９０６
温 度／℃ ６０ ２０ ３０ ８７ ９０
关键词： 电解槽热平衡； 阴极液冷却器； 槽电压； 电流密度； 换热面积
中图分类号： ＴＱ１１４．２６
文献标识码： Ｂ
文章编号： １００９－ １７８５（２００８）０９－ ００１０－ ０４
Ｔｈｅｒ ｍａｌ ｅｑｕｉｌｉｂｒ ｉｕｍ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒ ｏｌｙｚｅｒ ａｎｄ Ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｃａｔｈｏｄｅ ｌｉｑｕｏｒ ｃｏｏｌｅｒ
一般当电解槽运行了 ４ 年以后， 槽电压继续升 高到超过某一值， 如前述的 Ｖ＝３．０７８ Ｖ 时， 电解槽的 收入热量开始多于支出热量。随着生产的进行， 槽电 压继续升高， 电解槽的收入热量超出支出热量也会 越来越多。这时需要对循环阴极液进行冷却， 以移走 多余的热量， 才能保持电解槽的热量平衡。
２ 讨论
实际生产显示， 电解槽在生产运行过程中， 其 热量平衡可大致分为 ３ 个阶段， 第 １ 阶段是电解槽 的热量收入小于支出； 第 ２ 阶段是热量收入和支出 基本平衡； 第 ３ 阶段是热量收入大于支出。 ２．１ 第 １ 阶段
电解槽在生产运行的最初 ２ 年内， 由于电槽是 新的， 电极的涂层及离子膜是新的， 电解槽的槽电 压保持在较低的水平上。蓝星（ 北京） 化工机械有限 公 司 生 产 的 电 槽 其 槽 电 压 一 般 都 低 于 ３ Ｖ， 约 为 ２．９５ Ｖ。从图 ２ 中可以看到， 当精盐水进电槽的温度 为 ６０ ℃时， 电解槽的操作电流密度为 ４．５ ｋＡ／ｍ２ 时， 并设热损失为循环阴极液的 ５％， 如果槽电压低于 ３．０７８ Ｖ， 这时电解槽的收入热量低于支出热量。为 了保持电解槽的收入热量与支出热量的平衡， 也是 为了保持电解槽的操作条件在最适宜的操作指标范 围内， 就需要通过阴极液冷却器对循环的阴极液进 行加热来补充热量。 ２．２ 第 ２ 阶段
离子膜电解槽电流效率的影响因素及优化策略
离子膜电解槽电流效率的影响因素及优化策略【摘要】本文探讨了影响离子膜电解槽电流效率的四个主要因素，并从离子膜性能优化与有效管理、电解液浓度和温度控制、电解电压和电流密度调控几方面提出离子膜电解槽电流效率的优化策略，保证了生产的稳定和高效。
【关键词】离子膜电解槽；电流效率；离子膜品质在化学工业的众多领域中，离子膜电解技术扮演着重要的角色，特别是在烧碱生产过程中。
陕西北元化工集团股份有限公司的电解设备采用了来自蒂森克房伯伍德氯工程技术（上海）有限公司（原意大利伍德迪诺拉公司）的第四代、第五代及第六代复极式自然循环电解槽，离子膜则是美国杜邦、日本旭化成、旭硝子以及山东东岳集团（国产）生产的全氟磺酸羚酸复合膜。
公司建有大型的离子膜电解装置，在大规模的生产环境下，电流效率的细微变化都会对整体生产效率和产量产生显著影响。
1 离子膜电解槽电流效率的影响因素1.1离子膜的品质和使用状态离子膜是电解槽中的核心组件，它的性能直接影响到电解槽的电流效率。
离子膜主要负责传递离子，它的传递能力即离子通透性决定了电解槽的电流效率。
首先，离子膜的品质是决定电流效率的关键因素。
离子膜的品质主要取决于膜材料的选择和制造工艺。
优质的离子膜应具有良好的离子通透性，低电阻，良好的化学稳定性以及优秀的耐腐蚀性。
例如，在陕西北元化工集团股份有限公司使用的全氟磺酸羚酸复合膜，由于其优良的材料性能，能够提供出色的离子传递效率和良好的化学稳定性[1]。
其次，离子膜的使用状态也对电流效率产生影响。
离子膜的使用时间、损伤程度以及污染程度都可能影响其离子通透性和电阻，进而影响电解槽的电流效率。
例如，离子膜在使用过程中可能会由于化学反应、物理损伤或污染而降低其性能。
因此，定期的检查、清洁和更换离子膜是保持高电流效率的必要措施。
离子膜的品质和使用状态是影响离子膜电解槽电流效率的关键因素，需要通过选择高品质的离子膜以及做好离子膜的使用和管理，来保持和提高电解槽的电流效率。
复极式离子膜电解(企标)
复极式离子膜电解槽1 范围本标准规定了复极式离子膜电解槽的产品分类、型号标志方法、规格参数、技术要求、试验方法和检验规则。
本标准适用于氯碱工业用复极式离子膜电解槽。
2 规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。
凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。
凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。
GB 191 包装储运图示标志GB/T 11199 离子交换膜法氢氧化钠JB/T 4730.5 承压设备无损检测第5部分：渗透检测HG 20592 钢制管法兰型式、参数（欧洲体系）GB/T 699 优质碳素结构钢GB/T 700 碳素结构钢GB/T 1220 不锈钢棒GB/T 1804 一般公差线性尺寸的未注公差GB/T 2965 钛及钛合金棒材GB/T 3280 不锈钢冷轧钢板GB/T 3620.1 钛及钛合金牌号和化学成分GB/T 3621 钛及钛合金板材GB/T 3623 钛及钛合金丝GB/T 5117 碳钢焊条GB/T 5231 加工铜-化学成分和产品形状GB/T 5235 加工镍及镍合金-化学成分和产品形状GB/T 7935 液压元件通用技术条件GB/T 9460 铜及铜合金焊丝GB/T 15620 镍及镍合金焊丝YB/T 5091 惰性气体保护焊接用不锈钢棒及钢丝JB 4726 压力容器用碳素钢和低合金钢锻件LXAB研字试01 离子膜电解槽阴极网涂层试验LXAB研字试02 离子膜电解槽阳极网涂层试验LXAB质字规01 进货检验规定3 产品分类、型号标志方法和规格参数3.1 产品分类复极式离子膜电解槽根据介质循环方式、极距大小和电解电流密度的高低分为强制循环低电流密度电解槽、自然循环高电流密度电解槽和自然循环零极距高电流密度电解槽三种类型。
3.2 型号标志方法□ B □□ - □单元槽面积（m2）电解电流密度（H-高电流密度，低电流密度不加字母）极距（Z-零极距，有极距不加字母）电极联接方式（B-复极式离子膜电解槽，M-单极式离子膜电解槽）介质循环方式（N-自然循环，F-强制循环）标记示例：NBZH-2.7表示自然循环、复极式离子膜电解槽、零极距、高电流密度、单元槽面积为2.7 m2。