化工过程安全工程6

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1、化工过程安全工程6本文由chenqingg贡献ppt文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。第六章电解生产过程本章大纲隔膜法电解过程原理与运行条件隔膜电解槽的结构工艺流程水银法电解离子交换膜电解食盐电解过程原理与平衡条件分析过程危险分析与安全控制技术水电解过程的安全原理6.1隔膜法电解过程机理与运行条件分析6.1.1过程机理分析现在采用的是直立式隔膜电解槽，典型代表是虎克电解槽，隔膜将电解槽隔成阳极区和阴极区。阳极是石墨阳极或金属阳极，电解时在阳极上析出氯气；阴极是粗铁丝网或多孔铁板，H+在阴极上放电并形成氢气释出，H2O离解生

2、成的OH-在阴极室积累，与阳极区渗透扩散来的Na+形成NaOH。食盐水连续加入阳极室，通过隔膜孔隙流入阴极室。为避免阴极室OH-向阳极区扩散，要调节电解液从阳极区透过隔膜向阴极区流动的流速，使流速略大于OH-向阳极区的迁移速度。6.1.2过程运行条件分析为增大食盐水的电导和减少氯在食盐水中的溶解以抑制（1）隔膜法的槽电压副反应，电解时常采用接近于饱和的食盐水，含氯化钠约为300～330kg·m-3。按能斯特公式计算，此条件下食盐水的理论分解电压为2.17V。石墨阳极对氯的过电位约为0.12V；金属阳极则小得多，约为0.03V。铁板阴极对氢的过电位，在较高电流密度的操

3、作条件下约为0.27～0.3V，包括隔膜、盐水及导体联接间因电阻而有一定的电压降。因此石墨阳极电解槽的单槽槽电压力为3.7～4.0V，用金属阳极时为3.4～3.8V。（2）副反应当阳极析出的氯有部分溶解在电解液中时，与水作用生成次氯酸：Cl2+H2O=HCl+HClO阴极室的OH-有少量向阳极区扩散和迁移，发生副反应：NaOH+HCl=NaClO+H2O3ClO?=ClO3?+2Cl?NaOH+HCl=NaCl+H2OClO-积累后生成氯酸盐，也可能在阳极放电并与OH-作用：12ClO?+12OH?=4ClO3?+8Cl?+6H2O+3O2+12e4OH阳极附近若O

4、H-浓度增大，可能在阳极上放电：=2H2O+O2+4eNaClO+H2=NaCl+H2OClO-渗透或扩散到阴极区时被还原：6.2隔膜电解槽6.2.1隔膜电解槽构造电解槽由四部分组成：阴极箱体，阳极座，槽盖和槽底。(如图示)图6-1隔膜电解槽结构示意(1)阳极材料以往多用人造石墨为阳极材料，因在过程中易损耗，每隔7～8月后要定期更换，维修工作量大，并降低电解槽的工作能力。现都改为金属阳极。铂的性能最好，因昂贵而难于采用。金属阳极（简称DSA），是以金属钛为基体，在基体上涂上活化层构成的。金属阳极选择钛为阳极基体材料是因为钛表面容易形成钝化膜，有良好的耐电化学腐蚀性能

5、。钛本身导电性好，有一定的机械强度，且便于机械加工。氯碱工业对阳极材料的要求为：氯碱工业对阳极材料的要求为：1）阳极直接与活泼的湿氯气、新生态氧、盐酸、次氯酸等接触，要求阳极材料有良好的耐蚀性。2)阳极材料对氯的过电位应低，在阳极上让氯离子放电，并有良好的导电性能。3)有良好的机械强度，耐腐蚀，易于取得和加工。采用金属阳极在运行分析时注意以下特点：采用金属阳极在运行分析时注意以下特点：1)对氯的过电位低，如在电流密度2kA·m-2左右时，比石墨阳极约低90mV。2)金属阳极耐氯和耐碱液的腐蚀，使用寿命长。3)金属阳极耐腐蚀，阳极与阴极间可保持不变的极小的距离，槽电压

6、稳定，显著地减少了副反应的发生。4)金属阳极的电解槽不使用沥青和铅，减少了职业危害。但是，使用金属阳极时，由于对氯的过电位降低，使氯的析出电位较接近于氧的析出电位，在条件不当时，氧易于释出。(2)阴极材料阴极材料要求能耐NaOH和NaCl的浸蚀，对氢的过电位低，导电性好，有良好的机械性能并易于加工。常用的阴极材料是铁、用铁丝编成阴极网袋或用铁板冲孔焊成。(3)隔膜材料电解槽中的隔膜分为机械膜和化学膜。石棉、改性石棉隔膜、陶瓷、纤维织物、多孔塑料等，利用孔隙的物理作用限制物质通过隔膜的扩散，对离子的通过没有选择性，属于机械膜。离子交换膜对离子的通过有选择性，称为化学膜

7、。6.3工艺流程隔膜法电解过程包括：精盐水制备、电解、氯气干燥和氢气干燥、稀碱液浓缩和固碱工序。图6-2隔膜法盐水精制和电解工艺流程6.3.1电解过程精盐水→高位槽→电解槽→氯气→氯气总管→氯处理工段6.3.2电解液蒸发蒸发是在双效蒸发器或三效蒸发器中进行的。我国多采用的是三效顺流操作，也有不少工厂采用双效蒸发。三次四体两段顺流蒸发的流程如图3-49所示。两段蒸发是指电解碱液经过两次蒸浓，第一次从含NaOH约12%浓缩至25%～30%，第二次从含NaOH为25%～30%浓缩至42%。三效是指第一次蒸浓是由1、2、3三级（即三效）蒸发串联的；四体是指三级蒸发串联由