离子膜烧碱开题报告

本科毕业设计(论文)开题报告

题目：年产量15万吨烧碱车间中

离子膜法制烧碱的模拟设计

√论文□课题类型：设计□

***名：***

学号：**********

专业班级：化工081

学院：生物与化学工程学院

指导教师：

开题时间：3月日

2012年3月9 日

氯碱工业——离子膜法制烧碱的研究

一．内容及研究意义

内容

本设计是对烧碱车间电解工段中，用离子膜法制烧碱的研究。要求年产量：15万吨。

离子膜法制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。

主要原料：饱和食盐水，但由于粗盐水中含有泥沙、Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42-等杂质，远不能达到电解要求，因此必须经过提纯精制。

离子交换膜法电解制碱的主要生产流程：精制的饱和食盐水进入阳极室；纯水（加入一定量的NaOH溶液）加入阴极室，通电后H2O在阴极表面放电生成H2，Na+则穿过离子膜由阳极室进入阴极室，此时阴极室导入的阴极液中含有NaOH；Cl－则在阳极表面放电生成Cl2。电解后的淡盐水则从阳极室导出，经添加食盐增加浓度后可循环利用[1]。

阴极室注入纯水而非NaCl溶液的原因是阴极室发生反应为2H++2e－=H2↑；而Na+则可透过离子膜到达阴极室生成NaOH溶液，但在电解开始时，为增强溶液导电性，同时又不引入新杂质，阴极室水中往往加入一定量NaOH溶液。

2.研究的意义

离子膜法制烧碱优点：(1)烧碱质量高，可满足化纤、制药等行业对高纯烧碱的质量要求。( 2)能耗低，国外离子膜法氯碱生产，每吨碱综合能耗(蒸汽消耗折算计入电耗中)为2250kW/h，比隔膜法的平均3 200 kW/h节省950 kW/h。( 3)投资节省，离子膜法制烧碱生产比水银法制碱节省投资10%一15%，比石棉隔膜法制碱节省投资15%一25%。( 4)无污染，离子膜法氯碱生产没有废物，不存在水银法制碱的汞污染和隔膜法制碱的石棉废物等污染问题。( 5)氯气纯度高，通常氯气纯度>99%，是很好的有机氯生产原料。( 6)氢气纯度高通常氢气纯度>99%，可直接用于要求高纯氢的场合。随着科学技术的迅猛发展，大量的新材料、新工艺、新方法在离子膜结构、电解槽设计和电解工艺等方面应用，给离子膜法制氯碱生产注入了新的活力[2]。

二．离子膜法制烧碱发展现状及趋势

1.国外发展状况

20世纪60年代，国外一些公司开始研究离子膜法氯碱生产技术。1966年，美国杜邦(Dupont)公司开发了化学稳定性好，用于宇宙燃料电池的全氟磺酸阳离

子交换膜，并于1972年以后开始转为民用。这种膜能耐电解食盐水制氯碱时高温、高腐蚀介质的苛刻条件，为离子膜法氯碱技术的工业化奠定了基础。1975年，日本旭化成(Asahi Iasei)公司首次将离了膜应用于氯碱生产中，实现了离子膜法氯碱生产的工业化。此后，发达国家竞相研究离子膜法氯碱生产技术，并取得了很大进展。目前，国外有8家公司掌握了包括生产电解槽在内整套的膜法氯碱生产技术[3]。它们是日本的旭化成(Asahi Glass ) ,氯工程公司（hlorine Engineering Company)、德山曹达(DS)，美国的西方化学(Oxychem )，英国的IneOs(原ICI,Imperial Chemical Industry)，德国的伍德(U hde)和意大利的迪诺拉(De NOra)公司。与此同时，离子膜制烧碱法占世界烧碱总产量的比例也不断上升。1987年，离子膜烧碱占世界烧碱总产量的10% , 1990年上升到18% , 1993年达到23.6% ,2006年达到30%。预计到2012年，离子膜法烧碱将占世界烧碱总产量的40%。离子膜法制碱在能源费用较高的地区发展更加迅速。如在亚太地区，2005年的离子膜法烧碱已经占该地区全部烧碱总产量的67.5 %.

2.国内的发展状况及瓶颈

去年以来，有关离子膜烧碱项目评审开工投产的消息频频见诸报端：2月，沙隆达年产5万吨离子膜烧碱通过评审；5月，东明石化集团15万吨/年离子膜烧碱项目建设进入实质阶段，计划在2006年底建成投产；6月，焦作昊华年产10万吨离子膜烧碱项目开工；二季度，上海天原的36万吨／年新装置投产后，其烧碱年产规模达到76万吨；8月，唐山三友集团年产30万吨烧碱一期工程试生产;10月，山东东营市化工厂二期12万吨离子膜烧碱项目一次性送电成功，顺利投产……据统计，仅今年上半年，全国烧碱总产量为717.83万吨，同比增长20%。其中，离子膜烧碱产量为218.58万吨，同比增长35%。种种迹象表明，离子膜烧碱行业目前正在掀起新一轮的投资热潮，我国也无可争议地成为世界第一大烧碱生产国，不少企业已经乐观地等待着接下来赚个钵满盆盈了[4]。

但是伴随着大批新建、扩建氯碱装置投产，预计未来烧碱供大于求的局面难以逆转，产能过剩必然引发市场的无序竞争，价格也会波动较大，将逐渐形成倒U 型的走势。

长期以来，一说到离子膜烧碱的发展，技术困境总是被摆在最前面。不可否认，久而久之，好象影响离子膜烧碱健康发展的就只有一个技术问题。离子膜生产技术掌握在少数发达国家手中，这是中国氯碱行业的一块心病，威胁到我们产业的安全。但是，从离子膜烧碱的发展来看，国内企业所面临的远不只是技术问题。

隐忧一：使用超前，研发滞后在当前环保要求严格、油价上涨、能源紧缺的形势下，发展离子膜法烧碱已经成为氯碱企业调整产品结构、节能降耗、保护环境、增强市场竞争力的主要措施，绝大多数企业将离子膜法装置作为扩建和新建氯碱装置的首选，因此，国内离子膜法烧碱的发展十分迅速。

目前，国内离子膜法烧碱生产厂家全国共86家，产能排前4名的企业离子膜法烧碱产能均超过了20万吨/年，2009年底前还有3家企业的离子膜法烧碱产