项目十五_电解法生产烧碱.ppt

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1、无机化工生产技术与操作项目十五电解法生产烧碱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。它是基础化学工业之一，它的产品烧碱和氯气在国民经济中占有重要地位，广泛用于纺织工业、轻工业、冶金和有色冶金工业、化学工业和石油化学工业等部门。电解法生产烧碱，根据电解槽结构、电极材料和隔膜材料的不同可分为水银法、隔膜法和离子交换膜法。电解法生产烧碱除原料易得、生产流程较短外，主要有以下三个特点。①能耗高电解法生产烧碱的主要能耗是电能，其耗电量仅次于电解法生产铝。②氯与碱的平衡电

2、解法制烧碱所得到的烧碱与氯气的产品的质量比恒定为1:0.88，但一个国家或地区对烧碱和氯气的需求量，是随着化工产品生产的变化而变化的。③腐蚀和污染严重任务一隔膜法电解制烧碱一、隔膜法制烧碱的基本原理二、隔膜法制烧碱的工艺条件分析与选择三、隔膜法制烧碱工艺流程组织四、隔膜法制烧碱操作控制要点五、隔膜法制烧碱生产过程常见故障及排除一、隔膜法制烧碱的基本原理食盐水溶液中，主要存在四种离子：Na+、Cl-、H+、OH-。电解槽的阳极通常使用石墨电极或金属涂层电极；阴极用铁丝网或冲孔铁板；中间的隔膜由一种多孔渗透件

3、材料做成，多采用石棉，将电解槽分隔成阴极室和阳极室两部分，使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，工作原理如图12-1所示。图12-1立式隔膜电解槽示意图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。副反应的发生，不但会降低碱和氯的产量，而且还会降低电流效率。为了减少副反应的发生，在生产中

4、采取的主要措施如下。(1)采用精制的饱和食盐水溶液并控制在较高的温度下进行电解，以减少氯气在阳极液中的溶解度。(2)保持隔膜的多孔型和良好的渗透率，使能阳极液正常均匀地透过隔膜，阻止两极产物的混合和反应。(3)保持阳极室的液面高于阴极室的液面，用一定的液位差促进盐水的定向流动而阻止OH-由阴极室向阳极室的扩散。1．阳极材料由于电解槽的阳极是直接地持续地与化学性质十分活泼，且腐蚀性较强的湿氯气、盐酸和次氯酸等接触，因此阳极材料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

5、加工，来源广泛和使用寿命长等特点。目前氯碱工业上使用最广泛的是钌钛金属阳极。二、隔膜法制烧碱的工艺条件分析与选择2．阴极材料阴极材料要具有耐氯化钠、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。由于铁的耐氯化钠、氢氧化钠等的腐蚀性好且具有导电性能好、氢的过电压低的优点，是一种质优价廉的阴极材料。使用寿命可长达40年。为了便于吸附隔膜及易于使氢气和电解液流出，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。3．隔膜材料隔膜是整个电解槽中最重要

6、的组成部分。它是隔膜电解槽中直接吸附在阴极上的多孔型材料层，用它将阳极室和阴极室隔开。对隔膜材料的要求是：(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。石棉是一种硅酸盐纤维状矿物质，具有耐酸耐碱的特性，能够比较全面地满足上述要求，所以自20世纪20年代以来一直使用石棉作为隔膜材料。4．隔

7、膜电解槽隔膜电解槽是隔膜电解法生产的主要设备。早期的隔膜电解槽是水平安装的，但电流密度小，占地面积大，相对成本高，后来逐渐被立式隔膜电解槽取代。各种隔膜电解槽的结构虽然不尽相同，但基本构件中都包括槽盖、阳极组合件和阴极组合件。如图12-2为C30-III型金属阳极隔膜电解槽的结构示意图。我国金属阳极电解槽的常用槽型及主要部件的规格见表12-1。图12-2C30-III型金属阳极隔膜电解槽5．操作条件(1)盐水的浓度电解质溶液的导电是依靠溶液中正负离子的迁移并在电极上放电而引起的。所以，电导率随电解质溶液浓

8、度的升高而升高，一直到溶液饱和为止。工业生产上电解液采用的是NaCl的饱和溶液，其质量浓度为(315±5)g/L。普通工业食盐中常含有钙盐、镁盐、硫酸盐等其他杂质，对电解操作极其有害。故工业用原盐制备的粗盐水，必须加以精制。在生产中，一般采用添加过量的Na2CO3和NaOH除去Ca2+、Mg2+杂质；为了控制SO42-的含量，采用加入氯化钡的方法。精盐水的质量应达到以下指标：(2)盐水的温度提高温度，可提高电解质的电导率，降低