膜电解

工艺流程说明
一、二次盐水精制工序 本工序的任务是对一次盐水进行进—步的精制，以 达到离子膜法电解工艺的要求。 对于年产50KTNaOH烧碱装置，从界区外 送来的NaCl含量为305±5g/l温度为50℃的过滤盐水，以60m3/h的流速送入 过滤盐水槽，再以过滤盐水泵送经盐水加热器中升温至60℃后送入离子交 换树脂塔。 通过离子交换，使盐水中Ca2+、Mg2+等多价离子的含量小于 规定值。从离子交换树脂塔出来的二次精制盐水通过盐水高位槽进入电解 工序。 离子交换树脂塔共有3台（树脂塔的处理能力按年产50KT NaOH设 计），塔内装填有螯合树脂。三台离子交换树脂塔轮回式运转，两台在线 运转，剩下的一台离线进行螯合树脂再生。第一台离子交换树脂塔的作用 是除去多价离子，第二台起保护作用。离子交换树脂塔每隔24小时进行— 次运转和操作的自动切换。 螯合树脂再生需使用31wt％的HCl、32wt％的 NaOH和纯水。 螯合树脂再生过程中，31wt％的HCl与纯水混合后通过程控 阀送入离子交换树脂塔。溶液浓度由流量测量系统控制。32wt％的NaOH以 同样方式处理。再生过程中所排出的酸性以及碱性废液送到界区外处理。
图为膜电解法处理造纸黑液基本原理
电解槽由阳极、阳离子交换膜、阴极组成。阳极室加入造纸黑液．阴极室加 入NaOH溶液。 造纸黑液中的物质在直流电场作用下．电离生成Na 、OH-,S042-、 C032-,R—O一碱木素等。由于阳离子交换膜只允许阳离子透过．阳极室的Na+透过 膜与阴极区的OH一结合生成NaOH而被回收；同时，水分子在阳极和阴极分别发 生电极反应生成H 、OH一；随着阳极区H 增加，与造纸黑液中的碱木素等有机酸 钠盐发生酸析反应．析出的木质素等被回收，释放出的Na 能够透过阳膜被回收： 另外，电解生成的H2 和02 也具有回收价值。 电极反应如(1)、(2)、(3)式： 阳极：2H20—4e=4H +02t (1) 2H++2R一0—+2R— O (2) 阴极：2H20+2e=20H一+H2t (3) 对于某些含金属离子的废水还能够将金属在阴极还原富集而得到回收。 电极 反应如( 4)式：M + =M (4) 对于阳极没有回收价值的有机物．可以通过使用高催化活性的阳极材料对有 机物进行电化学处理(一般为电化学氧化，该过程包括两个方面：一是废水在电极 上直接发生电催化反应的直接电化学过程；二是利用电极表面产生的强氧化性活 性物质使污染物发生氧化还原反应的间接电化学过程．这类活性物质包括e (溶剂 化电子)、0· 、HO· 、HO · 等( 圳，如OH一在阴极上放电．生成活性氧原子。借助阳 极的催化氧化作用和活性物质的间接强氧化作用，使废水中的有机物分子结构被 破坏，转化为小分子有机物．甚至彻底氧化成二氧化碳和水，从而降低了废水的 COD、BOD。
离子膜电解的生产流程
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主讲：李冠宇 ppt制作：赵贞卓 收集材料：周雪丽、周颖、程德玺、吴志鹏
离子膜电解法的原理
离子膜电解法根据膜组合方式的不同，可分为单阳膜法、单阴膜法、双极 膜法等，其中单阳膜电解操作简单，应用较为普遍。近年来，国内外对单阳膜 电解法处理造纸黑液进行了大量的研究。现以其为例来说明离子膜电解法的原 理。基本原理如图所示
二、电解工序 电解工序由3台电解槽以及相关设备组成，诸如淡 盐水槽、淡盐水泵、烧碱储槽、烧碱泵、阴极液冷却器、管道过滤 器等。每台电解槽由122对单元槽、122张离子交换膜以及其附件组 成。单元槽由金属阳极、活性阴极、阳极室、阴极室所组成。附件 由液压系统、进出料总管、阴阳极液进出料软管、阴阳极垫片、电 解槽与固定导电铜排连接用的挠性电缆、防止电气腐蚀保护装置所 组成。 由二次盐水精制工序送来的精制盐水通过盐水高位槽送入每 台电解槽的阳极液进料总管。其流量由每个电解槽的FICA-231A-C控 制，以保持阳极液的浓度达到规定值。 三、淡盐水脱氯工序 在本工序中，淡盐水中的游离氯由真空系 统进行脱除。此工序包括脱氯塔、真空泵、脱氯盐水泵、亚硫酸钠 储槽以及亚硫酸钠泵。 淡盐水被送到脱氯塔的顶部，与浓度为 31wt％的HCl混合将PH值调控到约1.5。年产50KT/年NaOH时，淡盐 水流量约为45m3／h。 脱氯塔的压力由真空泵控制约为250mmHg ， 因此，塔出口处盐水中游离氯的浓度可以降低到50mg／l。脱除后 的气体作为成品氯收集。 此时加入在亚硫酸钠罐中配制的浓度约 为lOwt％的亚硫酸钠溶液以彻底除去残余的游离氯。在加入亚硫酸 钠溶液之前要先加NaOH，把盐水的PH值调整到9~11。脱氯盐水送 出界区。这一工序由OIA-314控制。加入的NaOH量由PHICA-314控制
离子膜电解法
离子交换膜 侧链上带有磺酸基和（或）羧酸基等阴离子官能团的全氟聚合 物制成的薄膜。对离子膜的要求：①阳离子选择透过性好；②电解质扩散率低； ③较高的化学稳定性和热稳定性；④机械强度高，不易变形；⑤电阻小。现代 阳离子交换膜大多为聚氟烃织物增强的全氟磺酸－全氟羧酸复合膜。面向阳极 的一侧为电阻较小的磺酸基；面向阴极的一侧为含水量低的羧酸基，能抑制氢 氧离子向阳极室移动而提高电流效率，有的还处理成为粗糙的表面，或附有微 孔状无机物薄膜，以增加全氟羧酸膜的亲水性，减少氢气泡在膜表面上的滞留。 这种膜适用于两极间距极小的所谓“零”极距或“膜”间隙的离子交换膜电解 槽。 特点 ①总能耗最低（与隔膜电解法和水银电解法相比），在4000A/m电流 密度下，每吨烧碱的直流电耗为7.56～7.92GJ(2100～2200kWh)；②烧碱纯 度高,50％的氢氧化钠碱液，含氯化钠50～60ppm;③无水银或石棉污染环境的 问题；④操作、控制都比较容易；⑤适应负荷变化的能力较大；⑥要求用高质 量的盐水；⑦离子膜的价格比较昂贵。 5
离子膜电解槽
根据供电方式的不同，分为复极式和单 极式两种。复极式电解槽的各单元电解槽串 联相接，电解槽的总电压为各个单元电解槽 的电压之和；电路中各台电解槽并联。单极 式电解槽的各单元电 解槽并联相接，电解槽 的总电流为各个单元电解槽的电流之和；电 路中各台电解槽串联。有的离子膜电解槽为 板式压滤机型结构（图2）:在长方形的金属 框内有爆炸复合的钛－钢薄板隔开阳极室和 阴极室，拉网状的带有活性涂层的金属阳极 和阴极分别焊接在隔板两侧的肋片上，离子 膜夹在阴阳两极之间构成一个单元电解槽。 大约 100个左右的单元电解槽由液压装置组 成一台电解器。另外，还有类似板式换热器 的结构，由冲压的轻型钛板阳极、离子膜和 冲压的镍板阴极夹在一起，构成单元电解槽。 若干个单元电解槽夹在两块端板之间组成一 台电解槽。