1、高等职业院校（专科）毕业论文（设计）离子膜法烧碱生产技术综述Summary of production technology of ion-exchange membrane caustic sod作 者：导 师：XXX 化工职业学院2012 年 12 月毕业论文使用授权声明本人完全了解 XX 化工职业学院有关保留、使用毕业论文（设计）的规定，同意本人所撰写的毕业论文（设计）的使用授权按照学校的管理规定处理：作为毕业的条件之一，毕业论文著作权拥有者须授权所在学校拥有毕业论文的部分使用权，即：学校档案馆和图书馆有权保留毕业论文的纸质版和电子版，可以使用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编毕业论文
2、；为教学和科研目的，学校档案馆和图书馆可以将公开的毕业论文作为资料在档案馆、图书馆等场所或在校园网上供校内师生阅读、浏览。（保密的毕业论文在解密后适用本授权书） 。作者签名： 导师签名：年 月 日 年 月 日中图分类号 学校代码 UDC 密 级 公开 XXX 化工职业学院毕业论文（设计）离子膜法烧碱生产技术综述Summary of production technology of ion-exchange membrane caustic sod作 者 导 师 学历层次 培养系部 学科专业 班 级 答辩委员会主席 评 阅 人 二一二年十二月论文审阅认定书毕业生 在规定的学习年限内，按照专业培养
3、方案的要求，完成了相关课程的学习，成绩合格；在我的指导下完成本毕业论文，经审阅，论文中的观点、数据、表述和结构为我所认同，论文撰写格式符合学校的相关规定，同意将本论文作为毕业论文送专家评审。导师签字：年 月 日致 谢大学生活一晃而过，回首走过的岁月，心中倍感充实，当我写完这篇毕业论文的时候，有一种如释重负的感觉，感慨良多。首先诚挚的感谢我的论文指导老师杨铀老师。他在忙碌的教学工作中挤出时间来审查、修改我的论文。还有教过我的所有老师们，你们严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样，你们循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。再此我还要特别的感谢一个人，她常常鼓励帮助和鞭策我，在
4、我心灰意冷的时候他给了我温暖从新找回我的自信和前进的动力，点亮了我激情人生，她就是我最爱的人我的女友周书玲。感谢三年中陪伴在我身边的同学、朋友，感谢他们为我提出的有益的建议和意见，有了你们们的支持、鼓励和帮助，我才能充实的度过了三年的学习生活。摘要对目前国内外离子膜法烧碱生产的相关工艺进行了系统的阐述该论文有图 9 幅，表 1 个.关键字：离子膜法烧碱;生产技术;离子膜;盐水精制;电解;蒸发AbstractThe present worldwide processes related to the pro duction facilities of ion 一 exchange mem-bra
5、ne caustic soda are elaborated systematically.Keywords:ion-exchange membrane caustic soda; production technology; ion-exchange membrane; brine refinement; electrolysis; evaporation重庆化工职业学院毕业论文目录1. 引言 .12. 离子膜制碱的生产过程 .32.1. 一次盐水制备 .32.2. 二次盐水精制 .32.3. 淡盐水脱氯、电解、氯氢处理 .32.4. 烧碱液的浓缩 .43. 一次盐水精制 .43.1. 传统
6、工艺 .43.2. 膜液体过滤种类及工艺 .64. 二次盐水的精制 .74.1. 二次盐水的工艺 .74.2. 螯合树脂处理盐水 .75. 离子膜电解原理 .85.1. 电解槽中的化学反应 106. 离子膜电解工艺流程 116.1. 单极槽离子膜电解工艺流程图 116.2. 复极槽离子膜电解工艺流程 137. 影响离子膜生产烧碱的主要因素 147.1. 盐水质量的影响 147.2. 盐水 pH 值的影响 .147.3. 阴极液 NaOH 浓度的影响 .147.4. 阳极液 NaCI 的浓度影响 .157.5. 温度对离子膜性能的影响 157.6. 停止供盐水的影响 157.7. 气体压力变化的
7、影响 157.8. 离子膜电解槽电极涂层寿命的影响 16重庆化工职业学院毕业论文7.9. 电流分布的影响 167.10. 电解槽短时间停直流电处理不当的影响 .168. 防止措施 169. 结论 17参考文献 .18111. 引言工业上用电解饱和 NaCl 溶液的方法来制取 NaOH、Cl 2、H 2，并以它们为原料生产一系列化工产品，称为氯碱工业。氯碱工业是最基本的化学工业之一，它的产品除了应用于化学本身外，还广泛应用于轻工业、纺织工业、冶金工业、石油化学工业以及公用事业。目前世界上比较先进的电解技术是离子交换技术。这一技术在 20 世纪 50 年代开始研究，80 年代开始工业生产。资料显示
8、，2006 年，世界烧碱总产能约为 6150 万 t/a，产量约为 5480 万 t，氯气产量约为 4980 万 t，氯气及烧碱的销售收人约为 168 亿美元。世界氯碱生产集中度比较高，目前共有 500 多家氯碱企业，其中近半数在亚洲，但亚洲的装置规模普遍较小。除亚洲外，世界氯碱生产主要集中于几个大型跨国公司，其中 I1 家大氯碱企业烧碱的合计产能占世界总产能的 37.4%。陶氏化学、西方化学、PPG 工业等 5 家公司烧碱的合计产能占美国总产能的 79%，苏威、英力士氯业和拜耳等 10 家公司烧碱的合计产能占西欧总产能的 77%。有关专家称，今后一段时期，随着市场需求增速的放慢和老装置的淘汰
9、，欧、美、日等发达国家和地区氯碱产业的发展方向将是总产能下降，但集中度进一步提高。从 2006 年下半年开始，世界范围内的一批新建氯碱装置陆续投产，氯碱产品价格将从峰值转人下降周期。由于亚洲对氯产品和烧碱的需求非常旺盛，大部分新建装置分布在亚洲，其中中国将占最大份额，中东地区由于生产成本较低也有一些新项目。今后一段时期，世界烧碱生产和进出口格局将发生较大变化，产能的增长将主要来自东北亚、东南亚和中东，而北美洲和西欧等传统烧碱输出地区的产量和所占比例将有所下降，成为烧碱净进口地区。中东拥有丰富而廉价的石油资源，在出口过剩烧碱方面有很强的实力;东北亚(中国、韩国等 )烧碱产量增长很快，具有较强的烧
10、碱出口潜力。澳大利亚、牙买加和苏里南等铝生产大国仍将是主要的烧碱进口国，年进口量在 140 万 t 左右。22总部位于伦敦的 Hariman Chemsult 公司指出，中国已经取代美国成为全球最大的氯碱供应国。世界氯碱工业正朝着集中化、大型化、产品系列化、经济规模化方向发展，这既是氯碱工业发展规律的集中体现，也是现代工业和科技发展的必然趋势。世界烧碱生产能力的发展见图 1 离子交换膜电解槽主要有阴极、阳极、离子交换膜、电解槽和导电铜棒等组成，每台电解槽由若干个单元槽串联组成。电解槽的阳极用金属钛网制成，为了延长电极使用寿命和提高电解效率，钛阳极涂有钛、钌等氧化物涂层；阳极有碳钢网制成，上面涂
11、有镍图层；阳离子交换膜将电解槽分隔成阴极室和阳极室。阳离子交换膜有一种特殊的性质，即它只允许阳离子通过，阻止阴离子和气体通过，也就是说至于许 Na+、H +通过，而 Cl-、 OH-和气体则不能通过。这样既能防止阴极产生的 H2 和阳极产生的 Cl2 混合发生爆炸，又能避免 Cl2 和 NaOH 溶液反应生成 NaClO 而影响烧碱质量。332. 离子膜制碱的生产过程离子膜制碱的生产过程包括：一次盐水制备、二次盐水精制、淡盐水脱氯、电解、氯氢处理和烧碱液浓缩等过程。2.1. 一次盐水制备一次澄清盐水的制备是氯碱生产工艺至关重要的工段，精制效果的好换直接影响产品的质量和产量。传统性一次盐水精制工
12、艺，采用配水、化盐、加精制剂反应、澄清、沙滤，然后再经炭素烧结管过滤器。近几年新建氯碱装置一次过滤盐水工艺大多都采用膜过滤技术制取精制盐水，该工艺路线省去了砂滤器、炭素烧结管过滤。生产实践证明，经膜过滤分离方法制得的一次盐水质量指标、设备投资等都比传统工艺理想。所以一次盐水精制盐水工艺采用膜过滤器过滤工艺。离子膜法电解槽使用的高度选择性离子交换膜要求如槽盐水的钙、镁离子含量低于 10g/g，普通的化学精制法只能使盐水中钙、镁离子含量降到 20g/g 左右。要使钙、镁离子含量降到 10g/g 的水平，必须用螯合树脂处理。2.2. 二次盐水精制二次盐水精制的主要工艺设备是螯合树脂塔，分二塔式和三塔
13、式流程。它的运行与再生处理及其周期性切换程序控制，可由程序控制器 PLC 实现，PLC 与集散控制系统 DCS 可以实现数据通信；也可以直接由 DCS 实现控制。伍迪公司采用的就是二塔式，其他公司采用三塔式流程。目前能提供离子膜电解槽专利商有旭化成、伍迪、氯工程、北化机等厂家，这几家公司的技术都成熟。槽型为复极式自然循环离子膜电解槽。2.3. 淡盐水脱氯、电解、氯氢处理淡盐水托旅游两种工艺路线：一种采用空气吹送法，该法脱氯效果欠佳，从淡盐水中分离出来的废氯气纯度低，无法汇入湿氯气总管送氯气处理工序，只能有烧碱液循环吸收，制成次氯酸钠溶液。另一种采用真空法脱氯气，该法脱氯效果较好，通过蒸汽喷射器
14、过真空泵提供的真空系统将含氯淡盐水中的游离氯抽出分离后进入湿氯气总管。建议采用真空泵法淡盐水脱氯工艺技术。44由电解槽出来的湿氯气温度高并伴有大量的水蒸气和杂质，有较强的腐蚀性，必须经过冷却、干燥和净化处理。氯气处理系统分为冷却、干燥、输送三部分。冷却选用填料塔，能较好地出去湿氯气带出的盐雾，填料采用 CPVC 花环。氯气冷凝下来的氯水回收送淡盐水脱氯工序。对于干燥部分，在实践应用中已采用过多钟干燥塔型和不同的组合方式。有电解槽出来的氢气温度高。含水量大、且含碱雾，故必须进行冷却。冷却系统分直接冷却和间接冷却两种，建议选择氢气洗涤塔直接洗涤冷却降温、列管换热器间接冷却，水环式氢气压缩机输送。2
15、.4. 烧碱液的浓缩由于离子膜碱液仅含有极微量的盐，所以，在其整个蒸发浓缩过程中，即使是生产固碱，也无须出盐。这就极大简化了设备流程，即隔膜碱蒸发必须有除盐设备及工艺过程都被取消（如旋液分离器、盐沉降槽、分离机、回收母液贮罐等） ，而且，在蒸发过程中由于没有盐的析出，也就很难发生管道阻塞、系统打水问题，使操作容易进行。3. 一次盐水精制在氯碱生产中，盐水的质量是关键所在，直接关系到耗电量和离子膜的使用寿命。目前国内外氯碱企业采用的一次盐水精制工艺基本有两大类:传统的道尔澄清桶+ 砂滤器工艺;薄膜液体过滤工艺 (表面膜过滤技术 )。传统工艺自 20 世纪 40 年代至 20 世纪末基本没有大的改
16、进，精盐水质量也无进一步的提高。近几年，随着烧碱生产能力的不断增长，电解技术的不断进步，特别是离子膜电解槽的广泛应用，对盐水质量的要求越来越高，从而使膜分离技术在氯碱盐水生产中得到较多的应用与较大的发展。3.1. 传统工艺1传统的澄清桶工艺由其他工段来的淡盐水、碱盐水进人化盐水贮槽，经化盐水泵进人化盐桶;化盐水溶解原盐后成为饱和粗盐水，从化盐桶上部溢出，计量加人精制剂 NaOH 后，饱和粗盐水进人中间槽，再进人反应器，加人精制剂 Na2CO3、凝聚助沉剂(聚丙烯55酸钠)后，自流入澄清桶;澄清桶出来的清液进人砂滤器，经砂滤器过滤后进人砂滤精盐水贮槽，用泵加压后进人 PE(聚乙烯)管过滤器过滤，
17、清液进人一次精盐水贮槽。其工艺流程见图 22传统工艺的改造盐水澄清桶有多种型式，如道尔型、斜板型、浮上型等，其构造及性能各异。一般来说，道尔型澄清桶体积较大，操作稳定，适应各种质量的原盐，操作弹性大，但效率较低。斜板型、浮上型澄清桶生产效率较高，但操作不稳定，抗干扰能力较弱。目前使用较多的是改良型道尔澄清桶，其“中心筒”明显增大，容积达到180m3 以上，足以使盐水中尚未反应的 Ca2+、 Mg2+继续反应，并借絮凝剂生成大颗粒的沉淀;集水装置呈辐射状均布于澄清桶顶部最大横截面处，并始终浸没于液面以下 0.15 0.30 m，出盐水中不会出现结晶盐。3传统工艺的优缺点该工艺的优点:动力消耗小，
18、只采用溶盐水泵和澄清进盐水泵，其他部分自流。缺点:无法保证盐水的质量，采用劣质盐时，如果澄清桶反浑，需数小时66甚至 10 多个小时才能恢复正常。为了不影响电解系统的正常运行，往往要常年贮存近 1 000 m3 备用精盐水。精盐水罐的容量大，占地面积大，一次投资大。砂滤后的盐水中 SS 含量不理想。对盐水质量要求不高的厂家，可采用改良型道尔澄清桶。3.2. 膜液体过滤种类及工艺1过滤膜的种类基于电解槽对盐水质量的要求，膜过滤工艺得到了较大的发展，目前世界上在盐水精制工艺中采用的过滤膜主要有:美国戈尔公司的 GORE 一 TEX 膜、颇尔 ZF 膜、新加坡凯发公司的 HVM 膜以及种植膜陶瓷膜法
19、等。有预涂和不预涂两种类型:一种是以戈尔膜、颇尔膜、凯膜为代表的不预涂的精密过滤器，另一种是以种植膜为代表的需要预涂的过滤器。2不预涂过滤器膜分离技术可将传统的 Ca2+、 Mg2+杂质同时沉降分离改为 Ca2+、 Mg2+分步精制去除，提高了膜的过滤效率，改善了一次盐水的精制质量，使进人二次盐水树脂塔盐水中的 Ca2+、 Mg2+质量分数由原来的 2.0 x 10-6 降到 1.0 x 10-6 以下，延长了离子膜的使用寿命，并能保证高电流密度自然循环离子膜电解槽经济、稳定地运行。膜过滤器的过滤反冲排渣操作可以根据不同企业的运行状况进行设定，因此，每个厂均能找到自己较优的操作条件。不预涂过滤
20、器的基本工艺流程见图 3773预涂过滤器“种植膜”预涂过滤器采用粉煤灰或 CaCO3 预涂，虽然工艺简单，没有预处理器，也不受絮凝剂影响，但因其膜袋不是一次成型，存在裂开的风险，同时粉煤灰中的一些无机成分会与盐水中的碱发生反应，对电解不利。该技术目前只应用在隔膜法电解生产中。4膜的优缺点膜分离盐水精制工艺流程较传统工艺简单，去除了碳素管过滤器等工艺环节，不需大型的澄清桶、砂滤器等设备，占地面积小，投资少，运行费用较低，操作方便。目前世界上盐水精制最先进的技术当属膜过滤器(不预涂)，采用该工艺生产的盐水质量远远好于传统工艺，并可取消原有的碳素管过滤器。随着技术的不断成熟，操作运行越来越平稳，膜使
21、用周期延长，膜过滤器越来越受到各氯碱厂家的青睐。4. 二次盐水的精制4.1. 二次盐水的工艺二次盐水精制采用鳌合树脂塔进行吸附，该技术长期以来几乎没有变化，系统以 2 塔或 3 塔串联运行，1 塔再生。2 塔工艺要求一次盐水中的 Ca2+、Mg 2+含量低，因此越来越多的企业出于安全考虑，选择了 3 塔工艺，也有的企业根据盐水的质量情况及产能情况，采用更多塔的串联。生产装置有北化机、日本链水、日本88旭化成、意大利迪诺拉等公司生产的装置。典型的 3 塔工艺见图 44.2. 螯合树脂处理盐水国外的树脂有胺基磷酸型的 DuoliteES 一 467(法国 )、太阳珠 SC-401(日本)以及亚胺基
22、二乙酸型的 CR 一 11(日本三菱化学)、美国罗门哈斯 IRC -718，Amberlite IRC 一 743、德国拜尔 TP 一 208、英国漂莱特 S-940 等。目前国产鳌合树脂的型号也较多，南开大学的 D412，上海树脂厂的 D751，上海华申树脂有限公司的D403，淄博东大化工股份有限公司的 TP260 和 TP208，苏青集团江阴市有机化工厂的 D401， D402 等牌号的树脂基本达到国外同类产品的水平。鳌合树脂型号较多，其主要成分鳌合基团和母体两部分组成；母体 螯合基团 母体 螯合基团酚式 亚胺基二乙酸型 苯乙烯式 胺基磷酸型这两种鳌合树脂的主要物化性能指标见表 5表 5
23、鳌合树脂的主要物化性能指标从对不同树脂的对比分析中不难发现，除 TP 一 260 型树脂的 Ca2+吸附容量较高外，其他树脂的性能指标均比较接近。目前国内企业所用的树脂，不管是国产的99还是进口的，只要工艺条件控制得较好，都能满足生产需要。5. 离子膜电解原理Donnon 膜理论主要阐述了具有固定离子和对离子的膜具有排斥外界溶液中某一离子的能力和作用。在电解盐水中使用的阳离子交换膜的膜体中有活性基团，它是由带负电的固定离子和一个带正电的 Na+形成静电键。由于磺酸基团具有亲水性，而使膜在溶液中膨胀，膜体结构变松，从而造成许多微细弯曲的通道。使其活性基团中的 Na+可以和水溶液中的带静电的 Na
24、+进行交换，与此同时膜活性基团中的固定离子具有排斥 Cl-和 OH-的能力，从而获得高纯度的 NaOH 溶液。离子交换膜法电解盐水的原理如图 61010在这种电解槽中，用阳离子交换膜把阳极室和阴极室隔开。阳离子交换膜跟石棉绒膜不同，它具有选择透过性。它只让 Na+带走少量水分透过，其它离子难以透过。电解时从电解槽的下部往阳极室注入经过严格精制的 NaCl 溶液，往阴极室注入水。当直流电通过电解质的水溶液时，在点电解作用下，钠离子从阳极室透过离子膜迁移到阴极室时，水分子也伴随着前迁移。在阳极室中 Cl-放电生成 Cl2，从电解槽顶部出来，同时 Na+带着少量水分子透过阳离子交换膜流向阴极室。在阴
25、极室中 H+放电生成 H2，也从电解槽的顶部放出。但剩余的 OH-收到阳离子交换膜的阻隔，不能移向阳极室，这样就在阴极室里逐渐富集，OH -和 Na+反应生成 NaOH 溶1111液。随着电解的进行，不断往阳极室注入精制后的盐水，以补充消耗的 NaCl，不断往阴极室注入水，以补充水的消耗和调节 NaOH 的浓度。所得的碱液从阴极室导出。因为阳离子交换膜能阻止 Cl-的通过，所以阴极室生成的 NaOH 溶液含 NaCl杂质很少。用这种方法制得的 NaOH 产品比用隔膜法电解生产的 NaOH 产品浓度大，纯度高，而且能耗低，所以他是目前最先进的生产氯碱的工艺。工业生产烧碱时，再演水循环经阳极室、烧
26、碱循环经阴极室时，电解就完了。阳极室放出氯气，阴极室放出氢气，并产生氢氧化钠，同时也还存在一些副反应。5.1. 电解槽中的化学反应1. 阳极室反应 Cl-2e Cl24OH-4e O2+2H2O6ClO-3H206e 2ClO3-+4Cl-+3/2O22. 阴极室内溶液的反应2H2O+2e H2+2OH-3. 阳极室内溶液的反应生成的氯气在电解液中(阳极液)的物理溶解Cl2(g) Cl2(aq)生成的氯气与阳极液中的水反应Cl2+H2O HClO+HCl溶解的氯气与从阴极室反渗透过来的氢氧化钠的反应Cl2+2NaOH 1/3NaClO3+5/3NaCl+H2O1212Cl2+2NaOH 1/2
27、O2+2NaCl+H2OHClO+NaOH 1/2O2+NaCl+H2O点解槽中例子的迁移如图 7精制的饱和盐水进入阳极室，加入一定量的 NaOH 溶液的纯水加入阴极室。通电时，H 2O 在阴极室表面放电生成 H2，Na +穿过离子膜有阳极室进入阴极室，导出的阴极溶液中含有 NaOH，Cl -则在阴极表面放电生成 Cl2。电解后的淡盐水从阳极导出，可重新配制食盐水。6. 离子膜电解工艺流程6.1. 单极槽离子膜电解工艺流程图各项单极槽离子膜电解流程，虽有一些差别，但总的过程大致相同，采用的设备及操作条件也大同小异。旭硝子单极槽离子膜电解工艺流程简图图 81313如图 8 所示，用原盐为原料，从
28、离子膜电解槽 6 流出的淡盐水 经过脱塔 7 脱去氯气，进入盐水饱和槽 1 制成饱和盐水，而后在反应器 2 中在加入NaOH、 NaCO3、BaCl 2 等化学品，出反应器盐水进入澄清槽 3 澄清，但是从澄清槽出来的一次盐水还有一些漂浮物，这对盐水的二次精制的螯合树脂塔将产生不良影响，一般要求盐水中的悬浮物小于 1mg/L，因此盐水需要经过盐水过滤器 4 过滤。而后盐水在经过螯合树脂塔 5 除去其中钙镁等金属离子，就可以加到离子膜电解槽6 的阳极室；与此同时，纯水和液碱一同进到阴极室。通入直流电后，在阳极室产生氯气和流出淡盐水经过分离器分离，氯气输送到氯气总管，淡盐水一般含 NaCl 2002
29、20g/L，经脱塔 7 去盐水饱和槽。在电解槽的阴极室产生氢气和 30%35%液碱同样也经过分离器，氢气输送到氢气总管。30%35%的液碱可以作为商品出售，也可以送到氢氧化钠蒸发装置蒸浓到 50%的氢氧化钠。14146.2. 复极槽离子膜电解工艺流程各种复极槽离子膜电解流程，虽有一些差别，但总的过程大致相同，采用的设备及操作条件也大同小异。旭化成复极槽离子膜电解工艺流程简图 图 9从离子膜电解槽 9 流出来的淡盐水，经过阳极液气分离器 10、阳极液循环槽8、脱氯塔 13 脱去（空气吹出法） ，从亚硫酸钠槽 14 如入适量的亚硫酸钠，是淡盐水中的氯脱除干净，进入饱和器 1，制成饱和食盐水溶液。向
30、此溶液中加入Na2CO3、NaOH、BaCl 2 等化学品，在反应器 2 中进行反应，进入沉降槽 3，是盐水中的杂质得以沉降。从盐水槽 4 出来的澄清盐水中仍含有一些悬浮物，经过盐水过滤器 5，使悬浮物降到 1mg/L 以下。此盐水流入过滤槽 6 早通过螯合树脂塔 7，进入阳极液循环槽 8，加入到电解槽 9 的阳极室中去。向阴极循环槽 11 加入纯水，然后与碱液一道进入电解槽阴极室，控制纯水的加入量一调节制得的氢氧化钠的浓度，氢氧化钠经气液分离器 12 级阴极循环槽 11，一部分经泵引出 NaOH 产品出售或进入浓缩装置浓缩后出售，另外一部分经循环泵回到电解槽。电解槽产生的氯气经阳极液器分离
31、10 并与二次盐水进行换热后送到氯气总管，电解槽产生的氢气经1515阴极液器分离器 12 并与纯水换热后进入氢气总管。淡盐水含 NaCl 190210g/L左右，送到脱氯塔 13，脱除废气在送处理塔进行处理。7. 影响离子膜生产烧碱的主要因素7.1. 盐水质量的影响盐水中的 Ca2+、Mg 2+及其它重金属离子会毒害离子膜，与阴极室反渗透过来的 OH形成难溶物沉积在膜内，造成离子膜堵塞，膜电阻增大，槽电压升高，电耗上升，电流效率下降；另外，还会使膜性能发生不可逆的恶化，使用寿命缩短。因此，必须保证精制盐水的质量，尤其要确保树脂对 Ca2+、Mg 2+的吸附能力，使得二次精制后的盐水中 Ca2+
32、、Mg 2+质量之和不高于 210-8。因此，树脂塔中的树脂状态是进槽盐水质量的关键，是进槽盐水的最后一道屏障。为了保证树脂的活性，盐水温度应控制在 65左右，游离氯质量分数应低于 510-8。盐水中存在的硫酸根与其他金属离子反应生成硫酸盐沉积在膜内，使槽电压升高，电流效率下降。硫酸根质量浓度低于 4 gL 时，对电流效率无明显影响；超过 5 gL 时，电流效率会明显下降。所以一次精制盐水时必须除掉硫酸根，除硫酸根的方法有冷冻法、氯化钡法、盐水排除法、离子交换法、NDS(锆法)、碳酸钡法和 SRS 法。7.2. 盐水 pH 值的影响离子膜二次中和盐水情况：盐水 pH 值小于 8 时，树脂会从
33、RNa 转变为 RH 型，从而降低了树脂的交换能力；pH 值大于 12 时，氢氧化物会沉积在树脂中，从而影响离子交换能力。生产上 pH 值应控制在 8.59.5 范围内。7.3. 阴极液 NaOH 浓度的影响当阴极液 NaOH 的浓度上升时，膜的含水率降低，膜内固定的离子浓度随之上升，膜的交换容量变大，电流效率上升。但随着 NaOH 浓度的继续升高，由于OH-的反渗透作用，膜中的 OH-浓度也增大。当 NaOH 的质量分数超过 35时，膜中的 OH-增多就起了决定性作用。NaOH 的质量分数每上升 1，槽电压就会上升0014 V，如果 OH-反渗透到阳极侧，会与阳极液中溶解的氯发生副反应，导致
34、电流效率明显下降，同时使氯中含氧量升高。所以生产中常采用在阳极室内加盐酸调整 pH 值的方法提高阳极电流效率，降低阳极液中的氯酸盐和氯中含氧量。16167.4. 阳极液 NaCI 的浓度影响阳极液 NaC1 的浓度太低时，水合钠离子中结合水太多，膜的含水率增大。阴极室 OH 一 反渗透，导致电流效率下降；且阳极液中的氯离子通过扩散到阴极室，导致碱中含盐增多。更严重的是，在低 NaC1 质量浓度情况(低于 50 gL)下运行，离子交换膜会严重起泡、分离直到永久性损坏。阳极液中 NaC1 的浓度也不能太高，以免槽电压上升。因此，生产中将阳极液中 NaC1 的质量浓度控制在(21010)gL，不得低
35、于 170 gL。7.5. 温度对离子膜性能的影响在电流密度一定的情况下，温度上升会使阴极侧离子膜的孔隙增大，从而提高钠离子的迁移率，即提高电流效率。当电流密度下降时，为了取得最高的电流效率，槽温必须相应降低，但不能太低。温度过低，膜内的一 COO 一与 Na+结合，生成一 COONa，使得离子交换容量下降。同时，阴极侧的膜因得不到水合钠离子而脱水，其结构发生不可逆的改变，对 OH 一 反渗透的阻力减弱，从而造成电流效率下降，以后即使再提高温度，膜的性能也难以恢复。一般要求不低于 65。此外，如果在操作范围内适当提高温度，则可以使膜的孔隙增大而有助于槽电压降低。一般情况下，槽温上升 l0，槽电
36、压可降低 50100 mV。但是槽温不能太高，如果高于 92，会产生大量水蒸气而使槽电压升高。因此在生产中根据电流密度，槽温控制在 7090。 7.6. 停止供盐水的影响由于盐水泵停止运转，离子膜电解槽盐水供应不上；或电解槽进槽软管有异物堵塞造成电解槽局部断流，其结果会使槽电压很快上升，电流效率急剧下降。但是，给电解槽供盐水后，槽电压和电流效率就会恢复到原来的水平。7.7. 气体压力变化的影响阳极室的氯气和阴极室的氢气之间的压差变化不能太大，否则膜就不能贴在阳极侧。随着气体压差的大波动，膜来回震动，离子膜同单元槽反复摩擦，膜因受到机械磨损，局部出现口子或强度降低。因此，除电极表面光滑平整外，还
37、要把阴极室、阳极室的压差控制在一定范围内，让阴极室的压力大于阳极室的压力，使离子膜压紧在阳极上，保护膜。如果电解槽气体压差正压过大，将使阳极永久变形，极 1717距增大，电压上升，膜损坏。电解槽出现负压差时，不仅槽电压上升，而且使贴向阳极的膜反贴向阴极，阴极表面的镍和其他沉积物就会污染膜。总之，为了使膜和电解槽免受因阴阳极的气体压差波动大的损害，可设置连锁保护。 7.8. 离子膜电解槽电极涂层寿命的影响短路产生的反向电流导致活性成分腐蚀或氧化。电解槽断电停车后，如果极化电送的不及时，电解槽的阴阳极将形成原电池，并在两槽间形成与正常工作电流相反的电流。而反方向的电流将直接影响涂层的寿命，使活性阴
38、极失去活性，降低电解槽寿命。另外，阴极液中金属杂质的电沉积会导致阴极涂层催化活性衰减和中毒(如铅、汞能使不锈钢阴极中毒，而最可能沉积的杂质是铁锈)，将会使过电压升高。7.9. 电流分布的影响离子膜单元电解槽设计存在缺陷或者是电解槽阴阳极活性面不光滑，均会造成电流分布不均。而电流分布影响电流效率、槽电压和离子膜的寿命。电流分布不均匀时，不但会造成阳极液 NaCl 和 NaOH 浓度不均，还会使膜局部过电流或单元槽尖端放电，不同程度地损坏膜，尤其在高电流密度情况下，发生这种情况的可能性更大。7.10.电解槽短时间停直流电处理不当的影响短时间停直流电时，电解槽会产生很大的反向电流，形成“电池效应”
39、。如果不及时通人极化电流或处理不当，将会因阳极液、阴极液中的电解质相互扩散和水反向迁移扩散，导致膜起泡。同时，因停电产生的反向电流会使阳极网活性涂层大量脱落，损坏阳极网。 8. 防止措施1. 严格控制盐水浓度和各种金属离子含量，使絮凝剂的浓度在合理范围之内。2. 严格按照操作规程进行操作，加强操作工的责任心。严格控制电解槽的温度、压力、pH 值、流量等工艺指标。 3. 避免频繁开停车及升降电流，做好巡回检查，尤其防止紧急停车的频繁发生。另外，停车后要尽快解决问题，立即开车。无法尽快解决时要马上排液，冲洗电解槽。开车时要做到各工种协调有序。18184. 采取措施，尽量减小电解槽各部位的腐蚀。极板
40、和离子膜的损坏指标达到后，要尽快更换。 5. 在电解槽安装时，要精心操作，保证离子膜安装平整，压紧力均匀。避免电解槽及离子膜装反。同时，保证杂物不得进入电解槽内，开车前先进行水循环以清洗杂物。 6. 电解槽解体检修时，不得野蛮操作，尤其是在拆下极板和揭下离子膜时要仔细、小心，防止离子膜撕裂。7. 保证整流设备完好，避免电网波动。总之，提高电流效率、延长离子膜使用寿命是氯碱行业提高综合效能的一个关键环节，需要我们在今后的工作中做进一步的探索和总结。 9. 结论离子膜交换制碱技术，因为阳离子交换膜能阻止 Cl-的通过，所以阴极室生成的 NaOH 溶液含 NaCl 杂质很少。用这种方法制得的 NaO
41、H 产品比用隔膜法电解生产的 NaOH 产品浓度大，纯度高，所以他是目前最先进的生产氯碱的工艺。具有设备占地面积小、能连续生产、生产能力大、能耗低、能适应电流波动、污染小等有点与传统生产工艺比较，具有无汞污染、无石棉绒污染、能耗低等明显环境效益。而且操作费用较低，因此在新建。改造和扩建烧碱生产装置时，首先考虑离子膜交换技术。但是在大量投入离子膜法烧碱装置时，一定要量体裁衣，选择合适的离子膜设备，同时，也要注意设备的保养维护。这些都需要技术人员了解电解槽结构原理和构造，熟悉工艺流程和工艺条件，争取使离子膜电解槽处于平稳的运行状态，减少因生产条件不稳造成的设备损坏和维修。 1919参考文献田伟军，
42、易卫国烧碱生产与操作M北京：化工工业出版社，2012.10王静，胡久平烧碱与聚氯乙烯生产技术M北京：中国石化出版社，2012.1文建光纯碱与烧碱M北京：化工工业出版社，2001李和平含氯精细化学品M北京：化工工艺出版社，2010.8Enrico drioli，LidiettaMenmbrane contactors and integrated menmbrane operationsM科学出版社 ，2012.8董雪英离子膜烧碱的生产工艺及市场前景J江苏化工，2008.6孟昭仁氯碱工业离子膜和电槽的进展J化学世界，2001.3张英民国内外离子膜法烧碱生产技术综述J氯碱工业，2008.3张乃慧戈
43、尔膜过滤新工艺与道尔澄清盐水精制工艺、技术及经济的比较J中国氯碱，2002.1宋玉亮，常孝，王刚，王朋离子膜法烧碱生产影响因素分析氯碱工业，2006.7闫炯常见离子膜损坏原因分析及防止措施宁夏石油化工20032020毕业论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的毕业论文离子膜法烧碱生产技术综述 ，是本人在导师指，在重庆化工职业学院学习期间及实习期间完成的工作。据我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文（设计）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的内容。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。毕业论文作者签名：年 月 日2121导师评语：导师签字：年 月 日毕业考核委员会评语：
