无机化工生产技术第二版课件 教学课件 作者 郑广俭 张志华 主编第十二章 电解法生产烧碱.ppt

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1、第十二章电解法生产烧碱知识目标掌握电解过程的基本定律、电流效率、槽电压等重要概念；隔膜法制烧碱的基本原理；离子交换膜法电解特点及基本原理。理解隔膜法的电极及隔膜材料；离子交换膜的性能和种类；理解盐水制备原理与工艺及电解碱液蒸发原理与工艺。了解烧碱的各种工业生产方法及氯碱工业的特点；隔膜法电解槽的基本结构；离子交换膜法电解槽的基本结构。2第一节概述电解法生产烧碱在制得烧碱的同时还生产氯气和氢气，所以工业上电解法生产烧碱也称氯碱工业。3一、电解法生产烧碱简介电解法生产烧碱，根据电解槽结构、电极材料和隔膜

2、材料的不同可分为离子交换膜法隔膜法水银法4水银法的电解槽由电解室和解汞室组成优点是电解槽流出溶液产物中氢氧化钠浓度较高，其质量分数可达50%，不需蒸发增浓；产品质量好，含盐低，盐含量的质量分数约0.003%。但水银是有害物质，因此水银法已逐渐被淘汰。5隔膜法电解是利用多孔渗透性的隔膜材料作为隔层，把阳极产生的氯气与阴极产生的氢氧化钠和氢气分开。但该法生产强度较小、产品纯度较低、环境污染也较大。6离子交换膜法是应用化学性能稳定的全氟磺酸阳离子交换膜，用离子膜将电解槽的阳极室和阴极室隔开。该法所得烧碱纯

3、度高，投资小，对环境污染小。因此，离子膜法制烧碱是电解法生产烧碱的发展方向。7二、氯碱工业的特点氯碱工业除原料易得、生产流程较短外，主要有以下三个特点。①能耗高②氯与碱的平衡③腐蚀和污染严重8三、氯碱工业生产的基本过程氯碱生产过程的核心部分是电解工序，各种生产方法的不同之处在与电解工艺的区别。除了电解过程之外，氯碱生产过程还应包括盐水的精制和烧碱、氯气与氢气三种产品的处理加工系统。9第二节电解法制烧碱的基本原理一、电解过程的基本定律1.法拉第第一定律电解过程中，电极上所析出的物质的量与通过电解质的电

4、量成正比，即与电流强度及通电时间成正比。G=KQ=KIt102.法拉第第二定律当直流电通过电解质溶液时，电极上每析出（或溶解）一电化学当量的任何物质，所需要的电量是恒定的，在数值上约等于96500库仑，称为1法拉第（用F表示）即1F=96500C=96500A·s=26.8A·h11二、电流效率电流效率是电解时电极上析出物质的实际产量与理论产量的比值，用η表示。电流效率是电解生产中很重要的技术经济指标。电流效率越高，电流损失越小，同样的电量获得的电解产物越多。现代氯碱厂，电流效率一般为95%~97%

5、。12三、槽电压及电压效率槽电压：电解时电解槽的实际分解电压。E槽=E理+E超+∑E降+E液理论分解电压E理超电压E超电解液的电压降E液接点、导线等的电压降之和∑E降13第三节隔膜法电解本法是以石墨为阳极（或金属阳极），铁为阴极，采用石棉隔膜的电解方法。隔膜由一种多孔渗透性材料做成，能将阳极产物与阴极产物分离隔开，可使电解液通过，并以一定的速度流向阴极。目前，工业上较多使用的是立式隔膜电解槽。14饱和食盐水由阳极室注入，使阳极室的液面高于阴极室的液面，阳极液以一定流速通过隔膜流入阴极室以阻止OH-的

6、返迁移。得到产品氢气、氯气分别从阴极室和阳极室上方的导出管导出，氢氧化钠则从阴极室下方导出。15当通入直流电时，食盐水溶液中，Na+、H+向阴极移动，Cl-、OH-向阳极移动。发生电极反应阳极反应2Cl-Cl2+2e阴极反应2H++2eH2一、基本原理16二、电极及隔膜材料1.阳极材料要求：应具有较强的耐化学腐蚀性，同时具有对氯的过电压低，导电性能良好，机械强度高而且易于加工，来源广泛和使用寿命长等特点。石墨阳极是由石油焦、沥青焦、沥青等压制成型，经高温石墨化而形成。主要成分是碳，灰分约占0.5%。

7、金属阳极是以金属钛为基体，在基体上涂一层其他金属氧化物的活化层而构成。17金属阳极与石墨阳极相比具有以下优点：耐腐蚀性能好，使用寿命长生产能力高产品质量好电能损耗小182.阴极材料要求：具有耐氯化钠、氢氧化钠的腐蚀，导电性能良好，且氢在电极上的过电位要低等特点。隔膜电解槽常见的阴极材料有铁、铜、镍等。立式隔膜电解槽的阴极一般采用铁丝编成网状，也有用冲孔铁板。193.隔膜材料要求：(1)应具有较强的化学稳定件，既耐酸又耐碱的腐蚀，并应具有相当的机械强度，长期使用不宜损坏；(2)必须保持多孔及良好的渗透

8、性，能使阳极液维持一定的流速且均匀地透过隔膜，并防止阳极液与阴极液的机械混合；(3)应具有较小的电阻，以降低电压损失；(4)材料易得，制造成本低。石棉20三、隔膜电解槽的结构隔膜电解槽是隔膜电解法生产的主要设备，是由阳极组件、阴极组件和槽盖三部分组成。1-阳极组合件2-电解液出口3-阴极连接铜排4-阴极网袋；5-阳极片6-阴极水位表接口7-盐水喷嘴插口8-氯气压力表接口9-氯气出口10-氢气出口；11-槽盖12-橡皮垫床13-阴极组合件14-阳极连接铜排21四、工艺流