电解法生产烧碱培训课程

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量成正比，即与电流强度及通电时间成正比。G=KQ=KIt102.法拉拉第第二二定律当直流电电通过电电解质溶溶液时，，电极上上每析出出（或溶溶解）一一电化学学当量的的任何物物质，所所需要的的电量是是恒定的的，在数数值上约约等于96500库仑仑，称为为1法拉拉第（用用F表示示）即1F=96500C=96500A·s=26.8A··h11二、电流流效率电流效率率是电解解时电极极上析出出物质的的实际产产量与理理论产量量的比值值，用η表示。电流效率率是电解解生产中中很重要要的技术术经济指指标。电电流效率率越高，，电流损损失越小小，同样样的电量量获得的的电解产产物越多多。现代代氯碱厂厂，电流流效率一一般为95%~97%。12三、槽电电压及电电压效率率槽电压：：电解时时电解槽槽的实际际分解电电压。E槽=E理+E超+∑E降+E液理论分解解电压E理超电压E超电解液的的电压降降E液接点、导导线等的的电压降降之和∑∑E降13第三节隔隔膜膜法电解解本法是以以石墨为为阳极（（或金属属阳极）），铁为为阴极，，采用石石棉隔膜膜的电解解方法。。隔膜由由一种多多孔渗透透性材料料做成，，能将阳阳极产物物与阴极极产物分分离隔开开，可使使电解液液通过，，并以一一定的速速度流向向阴极。。目前，工业业上较多使使用的是立立式隔膜电电解槽。14饱和食盐水水由阳极室室注入，使使阳极室的的液面高于于阴极室的的液面，阳阳极液以一一定流速通通过隔膜流流入阴极室室以阻止OH-的返迁移。。得到产品品氢气、氯氯气分别从从阴极室和和阳极室上上方的导出出管导出，，氢氧化钠钠则从阴极极室下方导导出。15当通入直流流电时，食食盐水溶液液中，Na+、H+向阴极移动动，Cl-、OH-向阳极移动动。发生电电极反应阳极反应2Cl-Cl2+2e阴极反应2H++2eH2一、基本原原理16二、电极及及隔膜材料料1.阳极材材料要求：应具有较强强的耐化学学腐蚀性，，同时具有有对氯的过过电压低，，导电性能能良好，机机械强度高高而且易于于加工，来来源广泛和和使用寿命命长等特点点。石墨阳极是是由石油焦焦、沥青焦焦、沥青等等压制成型型，经高温温石墨化而而形成。主主要成分是是碳，灰分分约占0.5%。金属阳极是是以金属钛钛为基体，，在基体上上涂一层其其他金属氧氧化物的活活化层而构构成。17金属阳极与与石墨阳极极相比具有有以下优点点：耐腐蚀性能能好，使用用寿命长生产能力高高产品质量好好电能损耗小小182.阴极材材料要求：具有耐氯化化钠、氢氧氧化钠的腐腐蚀，导电电性能良好好，且氢在在电极上的的过电位要要低等特点点。隔膜电解槽槽常见的阴阴极材料有有铁、铜、镍等等。立式隔膜电电解槽的阴阴极一般采采用铁丝编编成网状，，也有用冲冲孔铁板。。193.隔膜材材料要求：(1)应应具有较强强的化学稳稳定件，既既耐酸又耐耐碱的腐蚀蚀，并应具具有相当的的机械强度度，长期使使用不宜损损坏；(2)必必须保持多多孔及良好好的渗透性性，能使阳阳极液维持持一定的流流速且均匀匀地透过隔隔膜，并防防止阳极液液与阴极液液的机械混混合；(3)应应具有较小小的电阻，，以降低电电压损失；；(4)材材料易得，，制造成本本低。石棉20三、隔膜电电解槽的结结构隔膜电解槽槽是隔膜电电解法生产产的主要设设备，是由由阳极组件、阴极组件和槽盖三部分组成成。1-阳极组组合件2-电解液液出口3-阴极连连接铜排4-阴极网网袋；5-阳极片6-阴极水水位表接口口7-盐水喷喷嘴插口8-氯气压压力表接口口9-氯气出出口10-氢气气出口；11-槽盖盖12-橡皮皮垫床13-阴极极组合件14-阳极极连接铜排排21四、工艺流流程1-盐水高高位槽；2-盐水预预热器；3-电解槽槽；4-碱碱液贮槽；；5-碱液液泵22五、操作条条件1.盐水的的质量与浓浓度电解质溶液液的导电是是依靠溶液液中正负离离子的迁移移并在电极极上放电而而引起的。。电解液采采用的是NaCl的的饱和溶液液，其质量量浓度为(315±±5)g/L。。2.盐水的的温度提高温度，，可提高电电解质的电电导率，降降低氯气在在阳极液中中的溶解度度，提高阳阳极电流效效率。一般般入电解槽槽前的盐水水温度在70℃左右右，电解槽槽温度控制制在95℃℃左右。233.盐水的的流量与碱碱液浓度盐水流量小小，NaCl分解率率高、NaOH浓度度高，但OH-的反迁移严严重，副反反应多，电电流效率低低。通常碱碱液成分控控制在如下下范围：NaOH含含量：130~145g/L；NaCl含量量：175~210g/L4.氯气的的纯度及压压力Cl296.5%~98%，H20.1%~0.4%，O21.0%~3.0%氯气总管的的压力采用用微负压-49~-98Pa下操作245.氢气的的纯度及压压力氢气纯度是是很高的，，其体积分分数一般在在99%（（干基）以以上。一般般电解槽的的氢气系统统都是保持持微正压49~98Pa下操操作。6.电流效效率电流效率是是电解槽的的一项重要要的技术经经济指标，，与电能消消耗、产品品质量以及及电解操作作过程关系系十分密切切。较先进的隔隔膜电解槽槽电流效率率为95%~97%25第四节离离子交换换膜法电解解离子交换膜膜法制烧碱碱与传统的的隔膜法相相比优点①投资省省②出槽碱碱液NaOH浓度高高③能耗低低④碱液质质量好⑤Cl2及H2纯度高⑥无污染染缺点①离子膜膜法对盐水水质量的要要求远远高高于隔膜法法，要增加加盐水的二二次精制，，即增加设设备的投资资费用②离子膜膜本身的造造价也非常常昂贵，容容易损坏。。26一、离子膜膜法制碱原原理27二、离子交交换膜的性性能和种类类1．离子交交换膜的性性能①能始终终保持良好好的电化学学性能和较较好的机械械强度和柔柔韧性。②具有较较低的膜电电阻，以降降低电解能能耗。③具有较较高的离子子选择透过过性。离子交换膜膜的性能由由离子交换容容量(IEC)、含水率、膜电阻这三个主要要特性参数数决定。28酸性强亲水性好含水率高电阻小化学稳定性性好2．离子交交换膜的种种类根据离子交交换基团的的不同，可可分为全氟氟磺酸膜、、全氟羧酸酸膜以及全全氟羧酸磺磺酸复合膜膜。一种弱酸性性和亲水性性小的膜，，含水率低低，且膜内内的固定离离子浓度较较高，缺点点是膜的电电阻较大。。一种性能比比较优良的的离子膜。。使用时较较薄的羧酸酸层面向阴阴极，较厚厚的磺酸层层面向阳极极，因此兼兼有羧酸膜膜和磺酸膜膜的优点。。29三、离子交交换膜电解解槽1.MGC单极式式电解槽MGC单极极式电解槽槽由6个部部件组成，，端板和拉拉杆、带有有导管的阳阳极组件、、带有导管管的阴极组组件、铜电电流分布器器、密封垫垫圈组件及及槽间联接接铜排。30312.旭旭化化成成复复极极式式电电解解槽槽旭化化成成复复极极式式电电解解槽槽是是我我国国最最早早引引进进、、使使用用较较为为广广泛泛的的一一种种离离子子膜膜电电解解槽槽。。该该电电解解槽槽由由单单元元槽槽、、总总管管、、挤挤压压机机、、油油压压装装置置四四大大部部分分组组成成。。3233第五五节节盐盐水水的的制制备备与与电电解解产产品品的的后后加加工工一、、盐盐水水的的制制备备工业业原原盐盐溶溶为为盐盐水水后后，，其其中中所所含含的的杂杂质质Ca2+、Mg2+、SO42-和机机械械不不溶溶杂杂质质对对电电解解十十分分有有害害的的。。不溶溶性性的的机机械械杂杂质质会会堵堵塞塞电电解解槽槽上上的的微微孔孔，，降降低低隔隔膜膜的的渗渗透透性性，，恶恶化化电电解解槽槽的的运运行行。。Ca2+、Mg2+将在在阴阴极极与与电电解解产产物物NaOH发发生生反反应应，，生生成成难难溶溶解解的的沉沉淀淀。。SO42-会促促使使OH-在阳阳极极上上放放电电产产生生氧氧气气。。341．．盐盐水水精精制制原原理理对于于不不溶溶性性的的机机械械杂杂质质，，主主要要通通过过澄澄清清过过滤滤的的方方法法除除去去。。为加加速速沉沉降降，，多多采采用用高高效效有有机机高高分分子子絮絮凝凝剂剂。。目目前前普普遍遍采采用用的是是聚聚丙丙烯烯酸酸钠钠。。离子子膜膜法法对对盐盐水水的的要要求求更更高高，，需需二二次次精精制制。。352．．盐盐水水精精制制工工艺艺流流程程（1））隔隔膜膜法法盐盐水水的的精精制制隔膜膜法法盐盐水水的的精精制制主主要要包包括括以以下下步步骤骤：：原盐盐溶溶化化粗盐盐水水的的精精制制混盐盐水水的的澄澄清清和和过过滤滤3637（2））离离子子膜膜法法的的二二次次盐盐水水精精制制离子子膜膜电电解解法法对盐盐水水质质量量要要求求更更高高，，进进入入电电解解槽槽的的盐盐水水必必须须在在隔隔膜膜电电解解法法盐盐水水精精制制的的基基础础上上增增加加盐盐水水的的二二次次精精制制工工序序。。3839二、、电电解解产产品品的的后后加加工工1.电电解解碱碱液液蒸蒸发发电解解碱碱液液蒸蒸发发的的主主要要目目的的：：一是是提提高高碱碱液液的的浓浓度度，，使使其其达达到到成成品品碱碱液液浓浓度度的的要要求求；；二是是把把电电解解液液中中未未分分解解的的氯氯化化钠钠和和烧烧碱碱分分离离开开。。40目前前，，