离子膜烧碱生产原理

1、离子膜烧碱生产原理烧碱生产是以超纯盐水为原料，在离子交换膜电解槽中进行强烈的电化学 反应而生成的。在阳极室中氯化钠按下列方式在溶液中进行电离 :NaCI f Na+ + Cl -主要阳极反应为阴离子 Cl -在阳极上发生氧化生成氯气2Cl- f Cl 2 + 2e-阳极室的Na和水通过离子交换膜一起传输到阴极室.阴极室的水在电流的作用下发生如下的电解反应 :2H2O + 2e- f H 2 + 2OH-阴极室最开始的反应是阳离子 H+得到电子被还原为H2,同时产生0H。N6和0H结合生成NaOH:+-Na+ + 0H- f Na0H整个电化学反应方程式如下 :2NaCl + 2H 20 f 2

2、Na0H + Cl 2 + H 2为了调节阴极室中NaOH勺浓度在NaOH循环管中加入纯水淡盐水和CI2一起排放出阳极室外。阴极室中产生的烧碱和H起排放出阴极室外。把循环碱液用纯水稀释后重新加到阴极室中。上述电化学反应如图 1 所示在电解进行过程中,由于阳极中的一部分 CI -透过了离子交换膜进入阴极室, 阴极液就受到了少量盐的污染。 一般来说, 膜的电流效率越低, 阴极液的盐污染 程度就越高。电解时，由于0H在电场作用下由阴极室向阳极室移动，我们称之为 0H反 渗透。N6传输量的减少取决于0H的透过离子膜的多少。电解槽电流效率的减少 和0H的减少直接有关。当阴极室0H浓度增加时，电流效率减少

3、。因此所生产烧 碱的浓度受到限制，一般为32-35wt%此外，还要取决所用膜的类型。新装膜原理上只允许N6和少量的0H和CI-透过。实际上膜都有一定的使 用寿命， 随着膜工作时间的增加， 阴离子透过膜的量也相应增加， 槽的电流效率 下降，阳极室由于下面的副反应 PH值增加：电化学副反应 H20被氧化产生氧气HO 1/20 2(g) + 2H + + 2e -化学副反应一、阳极侧氯气溶解但不发生分解呈自由状态Cl2(g) v = > Cl 2(aq)平衡式(1)游离氯和水结合Cb(aq)+ H 2O v = > HOCl(aq) + H + + Cl -平衡式(2)次氯酸的分解HOC

4、l(aq) v = > 0C+ H+平衡式(3)式(2)和(3)结合形成下面的反应Cl2(aq) + H 2O v = > 2H + + OCI 一 + Cl -平衡式(4) ClO3-生成2HOCl(aq) + OCl - v = > CIO3- + 2H + + Cl -平衡式(5)式(4)和(5)结合形成下面的反应3CL(aq) + 3H 2O v = > CIO3 + 6H + + 5CI -平衡式(6)副反应生成的H和从阴极箱扩散过来的OH发生中和反应HT + OH- HO超纯盐水中的碳酸钠和阳极中的H+反应生成氯化钠和二氧化碳，二氧化碳的生成将导致气体的不纯

5、。NaCO + 2HCl 2NaCl + H 2。+ CC2NaHCO+ HCl NaCl + H 2O + CQ正常情况下，烧碱的电流效率为 9497%而阳极室中氯气的电流效率为92.5 97%.同时，阴极室中产生氢气的电流效率几乎为100%当阳极和阴极分别产生氯气和氢气时，由电极反应产生的吉布斯自由能变 化可能产生电极势能，离子交换膜工艺允许的击穿电压如下表所示：组 成电 压(V)分解电压2.25液体合流点0.06阳极过电压0.04阴极过电压0.13膜电压0.33溶液0.02气体影响+构件0.23总电压3.06此种情况是在电流4.0kA/m2，温度90C,浓度为32wt%NaOH.上述电压是在电解槽元件刚安装时阳极和阴极的输出电压。在实际的操作