CEC电解槽操作手册(最终版)

1 总则：

此文件为电解工序的操作说明，电解工序由离子膜电解槽、整流器及相关辅助设备组成，此工序产品为32％碱液，Cl2和H2。下列设备的操作，维护及安全防护都将遵照货物提供方的要求：

●整流器

●行车（Z-2001）

●泵

●仪表

●极化整流器。

2 电解基本原理：

在离子膜电解槽中发生下述电化学反应，消耗超精制盐水，生成碱液。在阳极室内，NaCl分解，

NaCl＝Na+＋Cl-

阳极反应为Cl－的氧化生成Cl2，

2Cl- ＝Cl2＋2e－

阳极室中Na+与水穿过膜进入阴极室，阴极室内水发生下列电解反应。

2H2O + 2e- = H2 + 2OH-

阴极反应为H+的还原为H2同时生成OH-。

Na+与OH-化合成NaOH。

Na+ + OH-= NaOH

总反应为：

2NaCl＋2H2O＝2NaOH＋Cl2＋H2

纯水加入到循环碱液中以调节阴极室中的碱液浓度。淡盐水与Cl2一同从阳极室溢出。碱液与H2一同从阴极室溢出，循环碱稀释后又进入阴极室。图1描述了上述电化学反应。由于在操作中部分Cl-由膜渗入到阴极室，阴极液总是含有少量盐。一般来说，膜的电流效率越低，阴极液含盐越高。OH-的反渗透，即OH-穿过膜，决定了Na+透过膜的数量的减少。电场能加快OH－由阴极室到阳极室的反渗透。电流效率的减少，对于阳极和阴极，都表现为OH－的减少。随着阳极液中OH-浓度的上升，电流效率降低。因此，所生产的碱液其浓度受到限制，一般为32－35％，具体浓度取决于所采用的膜。新膜只允许少量的OH-与Cl-透过，实际上随膜的老化，OH-与Cl-等阴离子的泄漏会越来越多，导致电流效率的下降。由于下列反应的发生使得阴极液pH升高：

电化学副反应：

●H2O分解生成O2

H2O＝1/2O2＋2H+＋2e-

化学副反应：

●Cl2溶解；

Cl2（g）＝Cl2（aq）―――――――――――――――（1）

●游离氯分解：

Cl2（aq）＋H2O＝HClO（aq）＋H+＋Cl-―――――（2）

●HClO的分解；

HClO（aq）＝ClO－＋H+――――――――――――――（3）

●（2）与（3）给出下列反应：

Cl2（aq）＋H2O＝ClO－＋2H+＋Cl- ―――――――――――（4）

●ClO3的生成：

2HClO（aq）＋ClO－＝ClO3＋2Cl-＋2H+―――――――――――（5）

●（4）与（5）给出下列反应：

3Cl2（aq）＋3H2O＝ClO3－＋5Cl-＋6H+――――――――――（6）

●由阳极室反渗透过来的OH-与H+发生中和反应。

H＋＋OH-＝H2O

●超精制盐水中Na2CO3与H+反应生成盐与CO2，导致Cl2不纯：

Na2CO3＋2HCl＝2NaCl＋H2O＋CO2

NaHCO3＋HCl＝NaCl＋H2O＋CO2

通常NaOH电流效率为94－97％，Cl2电流效率为92.5－97％，阴极H2电流效率为100％。H2与Cl2在阴极室和阳极室分别生成。由该电解反应的吉布斯自由能改变能求出电极电压，以及离子膜的电压降见下表。

组成电压

分解电压 2.25

液体连接0.06

阳极过电压0.04

阴极过电压0.13

离子膜电压降0.33

溶液电压降0.02

气体效应＋结构电阻电压降0.23

总电压 3.06

在4.0KA/m2，90℃，32％NaOH

上述总电压为新装电解槽的阴极端和阳极端的总电压降。下列情况会使电能消耗增加，电压降增大。

●活性阳极恶化

●活性阴极恶化

●超精制盐水中杂质对阳极表面覆盖

●超精制盐水中的杂质导致膜电阻升高。

●O2生成使得电流效率降低

3 电解槽概述

3.1 规格

（1）型号：BiTAC®-868

（2）离子膜：Flemion（氟莱米昂）8020

（3）单元槽数：68个

（4）阳极有效面积：3.276M2×68

（5）阳极：DSA®

（6）阴极：活性阴极

（7）电流负荷：16.22KA（最大17KA）

（8）电流密度：4.95KA/m2

（9）重量（空电解槽）：18.2吨

（10）重量（运行）：31.5吨

（11）电解槽数：2套

3.2 结构

BiTAC®－868由一个阳极端框，67个复极槽框，一个阴极端框，和一套拉杆组成。在阴极室和阳极室之间有68张离子膜和特殊橡胶垫，如图2所示。由于减少了电解槽部件及其重量很轻，使得组装和拆卸都极易进行。

3.3 电解槽回路：

电解槽厂房设计布置4台BiTAC®-868离子膜电解槽，并且先安装2台BiTAC®-868

离子膜电解槽。一个电解槽回路由一台电解槽和一台整流器，一主变通过母排连接组成。整流器－主变能供应直流电进行化学反应。从整流器正极送出的直流电通过电解槽阳极端，复极式单元，和阴极端，回到整流器负极。见母排布置图。

为避免杂散电流，电解槽必须与地绝缘。每个电解槽由支撑架，该支撑架和单元槽的支脚采用特氟隆垫板绝缘。除此之外，支撑架还通过垫在下面的4个绝缘瓷瓶和地绝缘。一台电解槽由68个单元槽组成，整流器合闸送出直流电后，正极和负极之间的电压差估计在210V。整流器自流正极对地电位差为＋105V。随着电流流经电槽单元时对地电位差降低，在此回路中点时电位差为0。然后电位差再降低，在整流器直流负极时，电位差为－105V。因为每个单元槽有不同的单槽电压，回路中点，不很重要。图3是一台整流器的回路排列和典型的电位差。

3.4 电解槽的特点

电解槽及膜是电解工序的关键设备。所以我们推荐的是CEC最新研制的BiTAC电解槽，由东槽和CEC共同开发的。