氯碱工业

隔膜电解法 二、生产流程（盐水工序）
（4）盐水的重饱和、预热、中和。 在盐水精制过程中，由于加入碱，盐水呈碱性，将促 进阳极区的副反应，须加入盐酸，使pH降低。如使用酸性 盐水，pH=3~5
隔膜电解法 二、生产流程（电解工序）
精制的盐水由阳极区进入隔膜法电解槽电解， 从阳极区得到氯气，从阴极区得到氢气、烧碱和氯 化钠混合的阴极液。
化盐(原盐溶解)、盐水精制、澄清、过滤、重饱和、预热、 中和及盐泥处理。 每生产1吨烧碱(100％NaoH)和0.88吨氯约需1.5一1.6吨 原盐(理论值为1.462吨)。
盐水工序的投资占氯碱厂总投资的5-10％，而原盐的费用 在生产成本中占20一30％。
隔膜电解法
（2）盐水的精制 粗盐水主要的杂质及其危害：
隔膜电解法 生产流程（蒸发工序）
（1）浓缩NaOH溶液，使之达到液碱产品的浓度
（2）分离其中的NaCl，回收后送入盐水工序重复使 用。
隔膜电解法 生产流程（固碱工序）
固碱工序：采用熬碱锅间歇蒸煮或升(降)膜式蒸 发器连续蒸发，液碱去除水分后呈熔融态，NaOH 含量达95％以上，再经冷却成型，分别制成桶碱、 片碱或粒碱等产品。
四、技术经济指标
五、隔膜法电解槽
隔膜电解法
一、原理
饱和盐水
阳极
阴极 NaOH +NaCl 石棉隔膜 隔膜电解法的原理
隔膜电解法
铁网阴极 石棉膜层
隔膜电解法
工业制碱的简单生产流程
隔膜电解法
二、生产流程
二、生产流程
隔膜电解法
生产工艺流程：盐水工序、电解工序、蒸发工序、氯和氢 的处理等
1、盐水工序
烧碱中的含盐量
1、阳极液中盐水的质量
NaCl浓度、pH、杂质含量的控制 NaCl浓度↑，电流效率增加。 NaCl浓度过低，可能引起离子膜鼓泡。 NaCl浓度：190~210g/L
2、阴极液中NaOH浓度
钠离子通过膜的迁移数随碱液浓度增加先增加后降低 电流效率与NaOH浓度出现最大值。
3、电流密度 电流密度增加，生产强度提高；电流密度过高，
石墨阳极：高100mv。
食盐水溶液电解的理论基础
增大氯氧差的措施：
（2）提高电解液中Cl-的浓度，降低电解液中的 OH-浓度。如：采用饱和盐水、酸性盐水，以降 低析氯电位，提高析氧电位。 （3）提高电流密度。利用两个电极反应可逆性的 差异，扩大反应速率的差距。
隔膜电解法
一、原理
二、生产流程 三、电解工序的生产控制
隔膜电解法 二、生产流程（盐水工序）
（3）盐水的澄清和过滤。 澄清：重力沉降法或浮上澄清法。
过滤：虹吸式过滤器及重力式过滤器。
（4）盐水的重饱和、预热、中和。
经过上述处理的盐水必须再次饱和，即重饱和，并在 入槽前加热到80℃左右，可降低氯在盐水中的溶解度，析 氯的过电位，并提高溶液电导率，减小欧姆压降。并加入 盐酸，使pH降低。
析氧反应：酸性、碱性溶液
食盐水溶液电解的理论基础
增大氯氧差的措施：
为了提高阳极析氯的电流效率，要增大“氯氧 差”。尽力减小析氯反应的过电位，增大析氧反应 的过电位。常采取以下措施： （1）提高电极材料的电催化选择性。 如：电流密度为1000一5000A／m2时，
DSA阳极：析氧电位比析氯电位高250一300mv，
离子膜电解法
一、原理及特点
一、原理及特点 1、离子交换膜电解槽的简单构造
生产设备名称：离子交换膜电解槽
阳极：金属钛网（涂有钛、钌等氧化物） 阴极：碳钢网（涂有镍涂层） 阳离子交换膜：只允许阳离子通过，把电解 槽隔成阴极室和阳极室。 2、离子交换膜的作用 防止氯气和氢气混合而引起爆炸 避免氯气与氢氧化钠反应生成次氯酸钠影 响氢氧化钠的产量
食盐水溶液电解的理论基础
一、电极过程
二、溶液中的均相反应 三、理论分解电压 四、理论耗电量和直流电耗 五、析氯反应的动力学机理
pＨ值增加，析氧的平衡电极电位变负，反应将更易发生。 热力学：如比较析氧和析氯的标准电极电位，析氧比析氯更容 一、电极过程 易发生。 动力学：析氯反应的极化率较低，当阳极极化增加时，用于析 阳极过程：析氯反应、析氧反应。 氯的电流密度迅速增加，而消耗于析氧的电流就相对减小。 在工业中为了提高阳极析氯的电流效率，要增大“氧氯差”。 析氯反应：
析气效应改善传质。
实验步骤： 1、按装置图安装好仪器。 2、向U型管中注入饱和食盐水。 3、向阴阳两极滴加几滴酚酞溶液，把湿润的淀粉碘
化钾试纸分别放在阴阳两极试管口上方。
4、接通电源。
电解饱和食盐水反应原理
实验现象及结论： 1．两极均产生气体。 2．阴极区附近溶液出现红色，有碱生成。
3．阳极淀粉碘化钾试纸变蓝，有刺激性气味
水银电解法
概述
水银电解法：在氯碱电解槽中不采用隔膜，而改 用水银作阴极材料，使析氯反应和生成NaCl的反应 分别在电极槽和解汞槽中进行，从根本上避免了两 种产物的混合，直接获得高浓度、高纯度的烧碱。 缺点：生产过程中水银的流失。 世界：水银法工厂始建于1897年。 中国：1952年锦西化工厂建成了国内第一套水银电 解装置，目前产量最大的为天津化工厂。
氯碱工业
主要内容：
1、概述 2、食盐水溶液电解的理论基础 3、隔膜电解法 4、离子膜电解法 5、水银电解法
概述
氯碱工业：以电解食盐(NaCl)水溶液的方法制 取氯气和烧碱的化学工业。 氯碱工业的产品：氯气和烧碱，均为基本化工原 料，广泛用于化工、石油化工、冶金、轻工、纺织 及民用各部门。
概述 电解饱和食盐水反应原理
的气体，分析应是Cl2。
电解的总化学反应方程式：
2NaCl＋2H2O === H2↑＋Cl2↑＋2NaOH
电解
概述
上述装置的弱点： 1.H2和Cl2 混合不安全 2.Cl2会和NaOH反应，使得到的NaOH不纯
概述
食盐水溶液电解制取氯气和烧碱的技术关键：
电化学反应器中两极产物的分隔。否则将发生各 种副反应和次级反应，使产率大减、产品质量下降， 并可能发生爆炸。
据产物分隔的方法，生产工艺分为如下三种： 隔膜电解法： 水银电解法： 离子膜电解法
概述 隔膜电解法
隔膜电解法：以多孔隔膜将阳极室和阴极室分隔， 避免了两级产物的混合。
阳极：碳，人造石墨，金属阳极 隔膜材料：石棉水泥，石棉纸，真空吸附石棉纤维 隔膜，改性隔膜。 典型的隔膜电解槽：Hooker H-4电槽，MDC型电槽
①钙、镁、铁离子，可在阴极区的碱性介质中生成沉 淀，堵塞隔膜，使其渗透率降低，减小电解液流量， 降低电流效率，缩短隔膜寿命，消耗NaOH。
②SO42-，可加速OH-在阳极放电，并降低NaCl的溶解度 ③NH4+或有机氮化物，可能在电解槽中转化为NCl3， 易爆炸。
精制食盐水
粗盐水（Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42-） 过量BaCl2 Ba2+ + SO42- =BaSO4
Ca2+、Mg2+、Fe3+、Ba2+ 过量Na2CO3
BaSO4
Ca2+ + CO32- = CaCO3 Ba2+ + CO32- = BaCO3 CaCO3 Mg2+、Fe3+、CO32BaCO3 过量NaOH Mg2+ + 2OH- = Mg(OH)2 Fe3+ + 3OH- = Fe(OH)3 Fe(OH)3 OH-、CO32Mg(OH)2
二、生产流程 离子交换膜电解法与隔膜电解法的区别 增加了二次盐水精制工序 需向电解槽的阴极区加入纯水 由电解槽阳极区引出的稀盐水可再度使用 阴极室输出的液碱可直接作为商品
滤剂
除去1ppm以下 的悬浮物
使钙、镁离子含量降到 20ppb以下
三、电解工序的生产控制 阳极液中盐水的质量 阴极液中NaOH的浓度 电流密度 电解温度 电解槽中气体的压力
将使离子膜中Na+的迁移数降低，槽压升高，电流
效率降低。
可据离子膜中的传质过程推导所允许的最大电流
密度。
4、电解温度 离子膜电解的温度：80～90℃，温度过高，可能
使膜中的水沸腾，引起膜的破裂。
5、电解槽中气体的压力 离子膜电解槽中阴极室的气体压力应大于阳极室
的气体压力，可使离子膜靠近阳极，并利用阳极的