离子膜烧碱工艺

离子膜烧碱工艺

离子膜法制烧碱

——10化工班

第四组全体成员一、世界离子膜法电解装置发展历程

（一）第一阶段为萌发成长期

1、“四竞争”

（1）复极槽与单极槽的竞争

复极槽是低电压、高电压，在复极槽中，各个阴阳极单元串联而成，从而使每个电槽的槽电流相对较小，而槽电压相对较高，这对整流效率来将是一般有利的。复极槽具有流程短，设备台数少，易采用计算机控制，占地面积少，节省电解厂面积等优势。单极槽是高电流，低电压，在单极槽中，电流并联式的流经各电极对，由于电流流经的通道较长，致使电压降较高，唯有把各“电极对”的尺寸减少或引入内部铜导体后，才可将槽电压降低。初期的离子膜单极槽在运行中一旦发现某槽泄露或者有问题，可与隔膜槽一样借助停槽开关，单独停槽检修或者更换，以防止对其他电槽的影响，不至于因局部事故而影响全厂生产。单极槽可传入隔膜槽系统逐步替换隔膜槽而成为离子膜法电解。

（2）自然循环与强制循环的竞争

自然循环是靠电解液的相对密度差推动电解液循环的，具有动力消耗小，循环量大，对膜冲击小，压力稳定，运行安全等特点，但是生产符合一般不能低于50%，不像强制循环那样有高压差和因操作上压差波动二造成膜的机械损伤；

强制循环是采用崩推动电解液循环，增加电解反应过程中电解液在电解液内部循环的推动力，具有不受低电流负荷的影响、循环量易控制等特点，但动力消耗大，对摸冲击大，压力不稳定。

（3）单元槽有效面积的竞争

单元槽有效面积增大可以有效地提高离子膜利用率，减少更换和维修费。但是并非面积越大越好，面积过大，离子交换膜的实际强度就难以支撑，也会造成垫圈泄露。

（4）压滤机式压紧与单元组合式压紧的竞争

压滤式电解槽是把多个单元槽用一个压紧装置压紧加以封闭，特点在于组装简单，膜内不受压，无接触电压损失，但需要有较高的压紧力，密封面加工要精密、单片槽加工精度要求高，存在槽框加工误差累积问题；

单元组合式电解槽是单独地将每一电极对的法兰夹夹紧，以达到可靠的密封要求，

2、“四趋向”

（1）电流密度趋向提高；

（2）单元槽数量趋向增多；

（3）单槽产能趋向增大；

主。20世纪80年代，企业采用国外技术。随着我国离子膜烧碱的发展和自主创新研发的国产化离子膜电解槽的技术水平不断提高，进入21世纪至今，采用国产化技术的厂家越来越多。

（3）离子交换膜由全部依赖国外进口转向由国家支持、厂校科研院所相结合自主创新研发生产。离子交换膜是离子膜法制备烧碱工艺的核心要素之一。有专家曾指出，中国数百万吨离子膜法烧碱装置对外的依赖程度已经远远超过了危及国民经济和国家安全的警戒线，已引起国家的高度重视。因此，我国已开始研究全氟离子膜工程技术，即将成为继日本、美国之后第三个能够生产全氟离子交换树脂的国家。

（4）离子膜法电解技术装置由低电流密度、低单槽产能转向高电流密度、高产能电解槽。中国在20世纪80-90年代都采用低电流密度单极槽和复极槽，进入21世纪随着世界各离子膜法电解槽制造公司纷纷推出高电流密度自然循环复极槽，中国各氯碱企业也纷纷采用，据不完全统计，新建成投产的128个离子膜烧碱项目中，就有95个采用高电流密度自然循环复极槽。

三、离子膜法烧碱生产工艺的原理及流程

1．离子膜法的生产工艺原理

氯化钠制成饱和粗盐水，经除去钙、镁、硫酸根及机械杂质制成饱和精盐水；制成的饱和精盐水需二次精制后进入离子膜电解槽进行电解，在阳极室得到氯气和淡盐水，在阴极室得到烧碱和氢气；在阴极和阳极之间用离子交换膜隔开，只允许钠离子通过离子交换膜进入阴极室,因而起到了防止阳极产物Cl

2

和阴极产物H

2相混合而可能导致爆炸的危险，还起到了避免Cl

2

和阴极另一

产物NaOH反应而生成NaClO影响烧碱纯度的作用。

总反应式: 2NaCl+2H

2O→2NaOH+Cl

2

↑ +H

2

↑

2．离子膜法烧碱生产工艺流程

（1）离子膜盐水一次精制工艺

固体原盐→化盐桶→（加热溶解）→饱和的粗盐水→①（精制剂）→②（助沉剂）→澄清桶→③砂滤器→一次精制盐水（悬浮物≤1ppm）

①精制剂：NaOH、Na

2CO

3

、BaCl

2

等，使盐水中Ca2+、Mg2+、SO

4

2-等杂质离子分

离，生成难溶的沉淀剂：

CaCl2＋Na2CO3→2NaCl＋CaCO3↓； BaCl

2

＋Na2SO4→2NaCl＋BaSO4↓；

3NaOH＋FeCl3→3NaCl＋Fe(OH)

3

↓； CaSO4＋Na2CO3→CaCO3↓＋Na2SO4；

MgCl2＋2NaOH→2NaCl＋Mg(OH)

2

↓

②助沉剂:聚丙烯酸钠等，使沉淀颗粒凝集增大加速澄清，下沉分离。

③砂滤器：进一步除杂：截留少量细悬浮物颗粒。

一次精制的目的：控制悬浮物与各种杂质离子的含量在要求的范围内，为二次精制做准备。

一次精制的目的：控制悬浮物与各种杂质离子的含量在要求的范围内，为二次精制做准备。

（2）二次盐水精制

一次盐水→中和罐→①(加HCl) →②盐水过滤器→(过滤）→③树脂塔（使Ca2+、Mg2+≤20ppm）→精制水贮槽

①加HCl：中和过量碱。

HCl+NaOH=NaCl+H

2O； 2HCl+Na2CO3=2NaCl+H

2

O+CO2↑

②盐水过滤器：除去微量悬浮物，进一步降低盐水中的悬浮物的含量。

③树脂塔：树脂吸附，除去二价阳离子。

二次精制的目的：盐水二次精制最主要部分是螯合树脂塔，使粗盐水经过树脂塔后除去二价阳离子。

（3）电解

二次精制盐水→（泵）→盐水高位槽→预热→离子膜电解槽→（直流电作用）→离子位离子交换膜发生迁移:

①阳极液：淡盐水

②阳极气相生成Cl

2： 2Cl－=Cl

2

+e－

③阴极液：NaOH

④阴极气相生成H

2：2H

2

O+2e－=H

2

+2OH－