离子膜法烧碱生产复极式电解槽电压研究-1

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1、离子膜法烧碱生产复极式电解槽电压研究刘国桢（沈阳化工集团有限公司，沈阳市110002）搞要：复极式离子膜槽回路的各部分电压是屯解过程状况的最直接反映，正确测量和分析冋路电压对指导操作运行I•分重要，本文介绍了电椚结构和各部分电压计算以及分析原理。关键词：单元槽、分解电位、过电位、槽电压复极式离子膜电解槽是烧碱生产目前普遍采用的核心设备，英作用是电解食盐水使电能转化为化学能，用以生产氯气、氢气并副产烧碱。在电解过程中，槽电压是最能直接反映能量转化效率的指标，也是判断电解过程出现变化的重要依据，因此应当对槽电压有深入的了解并进行分析研究，用以指导实际生产操作和改进设计。1、复极式电解

2、榊结构和榊电压组成复极式电解槽由槽架、槽架上串联安装的多台单元槽和附屈管路铜排组成，每个单元槽又由阳极盘、阳极支承板、阳极、离了膜、阴极、阴极支承、阴极盘等组成，一台复极槽可以安装30-160个单元槽。为简化问题便于研究，根据其结构特点，复极槽电压可分为单元槽电压和其之外的导电部件电压两部分，监测即可分为宏观电解冋路电压测量和单元椚电压测量。2、电解回路电压在复极槽中，单元槽串联安装，结构符合导电原理，其结果是减少了单元槽间的导屯距离和部件，但与整流器间的导电距离依然需要出导体链接，典型的链接回路如下图:g图1复极槽电解回路简图上图中，a-s两点电压差代表了整个回路的电压，一般在

3、整流回路控制中显示，也同吋应显示在DCSip；d—f两点间电压代表了电解槽实际使用电压，需要在DCS中显示，e点为d—f之间的中间点，其电位应为对地零点；a-d间的电压代表了回路阴极侧导电结构的电压损失，f—s间的电压代表了回路阳极侧电压损失，需要定期测量；特别要注意的是测量导电接触电压，如b-c间或c-d间的接触电压，应测量每个接触点电压降，以确定每个接触点导电效果的好坏。在设计中，导屯铜排设计屯流密度应小于lA/mn?,接触面积电流密度应小于3A/mm2,每点接触电压降应小于30mVo电解冋路电压降如下图表示:图2复极槽电解回路电压图>L上图屮不难看出，应尽可能减少导电损失，

4、以提高电能效率，即控制Vsa・Vfd最小化，其途径是在经济允许条件下，使用电阻率低的金属作电流导休、提高导休截面积、精密加工接触而、接触而镀银、加大接触压力和及时检测接触导电情况处理不良接触等措施。金属电阻的计算公式为：R二P[1+a(ti-to)]L/SP为电阻率一一常用单位Q-mS为横截面积一一常用单位nfR为电阻值一一常用单位QL为导线的长度一一常用单位ma为电阻率温度系数t,为实际温度°C5为标准温度°C由于金属晶体是金属键结合，因而使金属具有一系列的金属特性。例如：金属屮的自由电子在外电场作用下会沿着电场方向作定向运动，形成电流，从而显示良好的导电性。又因金屈屮正离子是

5、以某一固定位置为屮心作热振动的，对自由电子的流通就有阻碍作用，这就是金屈具有电阻的原因。随着温度的升高，止离了振动的振幅要加大，对自由电子通过的阻碍作用也加大，因而金属的电阻是随着温度的升高而增人的，即具冇正的电阻温度系数。主要金属电阻率数值见下表：物质温度t/°C电阻率lO'Qm电阻温度系数aR/°C1银201.5860.0038(20°C)铜201.6780.00393(20°C)金202.400.00324(20°C)铝202.65480.00429(20°C)侬205.30.003925(0°C~100°C)锌205.1960.00419(0°C^100°C)206.84

6、0.0069(0°C"100°C)铁209.710.00651(20°C)钳2010.60.00374(0°C"60°C)钛2042.0汞509&4实例，计算12kA电流在45°C下流经10米长三块截面为200x30mm铜排的电压损失：R=P[1+a(ti~t0)]L/S=1.678x10_8x[1+0.00393(45-20)]xl0/(3x0.2x0.03)二9.4138x10%V=IxR=12000x9.4138xl0'=112mV两导电体相互接触处的电阻，比导体本身的电阻要大得多。为减小其阻值，可采取改变接触形式、增大接触而积、选用电阻率低的表而镀层材料(如镀银)、使接触

7、表而更光洁、增大接触压力等措施来降低接触电阻。检测电槽零点电势位置e的移动，对了解电解槽是否发生界常非常重要，可以反映岀冋路中电路或电解发生的问题，通常使用电桥测量。在正常情况下Vs=-Va,这时e点应在电槽的屮间略偏向正极侧位置。如在运行屮e点突然移动，一般意味着移动方向有接地产生或回路断电不良，可能的原因是零点移动方向侧单元槽离了膜破裂产生单元屯压下降或碱出口断屯变化，其它原因冇金属异物接地、阳极液出入口管断电件脱落等情况。但不论哪种情况，为安全起见，都应联锁停车，查明原因解