工业生产过程及质量控制

（优选）工业生产过程及质量控制目前一页\总数二十九页\编于十三点1、盐水的制备与精制工业用食盐溶解成盐水（必须达到一定浓度）后，其中所含的Ca2+、Mg2+、SO42-，机械杂质等对电解有害，必须除去。根据分析结果计算出精制剂（烧碱、纯碱及氯化钠）的用量。盐水中加入精制剂后其反应为：

Ca2++CO32-CaCO3↓Mg2++2OH-Mg（OH）2↓SO42-+Ba2+BaSO4↓目前二页\总数二十九页\编于十三点

纯碱和烧碱的加入量，必须稍微超过理论需要量。而氯化钡的加入量则应按照精盐水中的SO42-含量不超过3.5Kg/m3这一标准进行控制。对于不溶解的机械杂质，则可借澄清和过滤的方法除去。即得精盐水。

MDC—29型隔膜电解槽要求精盐水的主要技术指标为：

NaCl=310～326Kg/m3；硬度（以Ca2+计）＜10PPm；

SO42-＜2.5Kg/m3；PH=3.5～2.5；温度约75℃。目前三页\总数二十九页\编于十三点

2、精盐水电解电解槽如图所示。当精盐水由管连续进入阳极室。阳极室液不断地从阳极室通过隔膜孔流入阴极室。阴极室生成的电解液，经电解槽底部的管连续流出。氯气和氢气分别经过气管连续排出。在阳极（石墨棒）上进行的主要电极反应：

2Cl--2e＝Cl2↑

精盐水经电解后发生的主要变化为溶液中部分Cl-在阳极上放电并逸出氯气，阳极液中剩下的Na+向阴极迁移，在与阳极液从阳极室通过隔膜的孔流入阴极室，在方向上是一致的。目前四页\总数二十九页\编于十三点

在铁阴极上进行的主要反应：2H++2e＝H2↑H+在铁阴极上放电，并逸出氯气的同时，H2O不断的离解成H+和OH-：H2O＝H++OH-

随着H+的放电，在阴极的溶液中就剩下OH-，它与来自阳极液中的Na+形成NaOH。所以阴极室的溶液又称为电解碱液，或称电解液。电解液中的OH-是带负电荷的阴离子，它要向阳极迁移和扩散，因此导致许多负反应的产生。随着电解的继续进行，在阴极附近的NaOH浓度逐渐增大，同时在阳极和阴极附近的NaCl浓度下降，阳极上的部分Cl2溶解在阳极液中，生成次氯酸和盐酸

Cl2+H2O====HClO+HCl目前五页\总数二十九页\编于十三点

此时，当阴极上生成的NaOH溶液由于扩散与OH-的迁移，而使阳极附近的OH-浓度升高，就会发生中和反应：

NaOH+HClO=====NaClO+H2ONaOH+HCl===NaCl+H2O

由于HClO和HCl被NaOH中和，将促使Cl2的继续溶解。当溶液中的HClO和NaClO由上述反应的结果含量不断增大，又可能发生下列反应：

2HClO+NaClO===NaClO3+2HCl

此外，若ClO-在阳极上放电时，还可能引起下列反应：

6ClO-+6OH-===2ClO3-+4Cl-+O2+3H2O+6e

若NaClO到达阴极后，可能被换原而生成NaCl：

NaClO+H2===NaCl+H2O目前六页\总数二十九页\编于十三点

阳极附近的OH-浓度升高后，导致产生另一种不良后果，OH-在阳极上放电，逸出O2：

2OH--2e===O2+H2O

由于各种副反应不仅消耗了产品，并能使生成造成一定的危害。副反应所生成的产物，成为烧碱和氯气的杂质，使产品的纯度下降。为了减少副反应，首先应选用性能良好的隔膜，提高电解温度，或者用汞电解法。目前七页\总数二十九页\编于十三点

3、电解液的蒸发和固碱生产隔膜电解槽制得的电解液，约含11～12%的氢氧化钠和大量的氯化钠，所以碱液必须经过蒸发，把氢氧化钠的浓度提高到30～42%，与此同时，由于除去大部分食盐，浓缩后的碱液可以作为产品（液碱）或送去熬制固碱。我国广泛采用三效顺流蒸发。电解液经过预热后，依次进入一效、二效、三效蒸发器，蒸发到碱液浓度为25～30%，由于碱浓度的提高，大部分食盐结晶析出。从第三效蒸发器出来的盐碱混合物送至中间碱液贮槽，盐沉至槽底，上部清液流入浓效蒸发器，在浓效蒸发器中蒸发至其浓度为42～45%，即得液碱。目前八页\总数二十九页\编于十三点

从蒸发工段送来的液碱，还必须进一步的蒸发除去其中的水份和杂质。一般常采取直接火加热间歇式生产固碱法。它分为蒸发、熔融、澄清三个阶段。这三个过程都在铸铁熬碱铁锅中进行。当锅内温度达到500℃时，水份已全部蒸出，此时加入少量的硝酸钠，使锅内温度降至400℃时加入适量硫磺，以保证碱色洁白，熔融碱带有颜色是由于含有少量铁、锰化合物的缘故。铁锅在高温下被碱液腐蚀生成氢氧化亚铁。加入硝酸钠使Fe（OH）2氧化，然后脱水为氧化铁。析出的氧化铁沉降至锅底。当碱温降至400℃时，加入硫磺使带有颜色的高价锰（高锰酸钠）还原为二氧化锰而沉至锅底。当熔融碱的温度降至330℃左右即可出碱，用铁桶包装，固体烧碱的成份规格如表所示。目前九页\总数二十九页\编于十三点目前十页\总数二十九页\编于十三点二、工艺流程及各控制点

工艺流程及各控制点如图所示。控制点分析项目为：①盐水中Cl-、SO42-、Ca2+、Mg2+等含量测定；②精盐水中SO42-、Na2CO3、总硬度（以Ca2+计）等含量及pH值测定；③阴极电解液中NaOH、Na2CO3、NaCl、NaClO、NaClO3

等含量测定；④阳极电解液中Cl-、NaClO、NaClO3、等含量测定；⑤氯气中Cl2、O2、CO2等含量测定；⑥氢气含量测定；⑦蒸发浓缩后液碱含量测定；⑧成品分析（固碱）；⑨成品分析（液碱）。

目前十一页\总数二十九页\编于十三点第二节烧碱生产中各控制点分析一、分析试样的采取根据不同情况、采取平均试样、平均比试样及单独试样。按照生产具体情况与工艺要求在各采样点采取具有代表性的试样。二、一般分析氢氧化钠、碳酸钠、氯化钠、Ca2+、Mg2+、SO42-、pH值等测定，按定量分析、仪器分析中一般方法进行测定。目前十二页\总数二十九页\编于十三点三、次氯酸钠含量测定

1、原理在次氯酸钠溶液中加入过量的亚砷酸钠标准溶液。

NaClO+Na3AsO3===Na3AsO4+NaCl

在弱酸性溶液中用碘标准溶液滴定剩余的亚砷酸钠。

Na3AsO3+I2+H2O===Na3AsO4+2HI

应加入NaHCO3以中和反应中生成的氢碘酸，否则反应又向反方向进行

HI+NaHCO3====NaI+H2O+CO2↑

目前十三页\总数二十九页\编于十三点2、试剂（1）亚砷酸钠标准溶液（0.005mol/L）（2）碘标准溶液（0.005mol/L）（3）淀粉沉淀溶液（0.5%）（4）醋酸溶液（30%）（5）酚酞酒精溶液（1%）（6）碳酸氢钠饱和溶液3、测定步骤准确吸取电解液25.00mL于250mL锥形瓶中，准确加入50.00mL0.005mol/L亚砷酸钠标准溶液，并加入2～3滴1%的酚酞溶液，用30%醋酸中和至红色消失。加1mL碳酸氢钠饱和溶液及1mL0.5%的淀粉溶液，用0.005mol/L碘标准溶液滴定到出现浅蓝色，即为终点，记录消耗碘标准溶液的体积。目前十四页\总数二十九页\编于十三点四、氯酸钠含量测定

1、原理氯酸钠在酸性溶液中能与草酸反应

NaClO3+3H2C2O4===NaCl+3H2O+6CO2↑

次氯酸钠也能与草酸作用，应在草酸之前加双氧水使其分解

NaClO+H2O2===NaCl+H2O+O2↑

过量的草酸用高锰酸钾滴定

5H2C2O4+2KMnO4+3H2SO4===K2SO4+2MnSO4+8H2O+10CO2↑目前十五页\总数二十九页\编于十三点2、试剂（1）高锰酸钾标准溶液(0.02mol/L)（2）过氧化氢30%（3）草酸标准溶液（0.05mol/L）（4）硫酸溶液（1+2）（5）硫酸锰混合液（6）酚酞酒精溶液（1%）3、测定步骤准确吸取50.00mL电解液于250mL锥形瓶中，加入5～10滴30%的氧化氢、放置5min，然后将溶液煮沸5min。加入3滴1%酚酞，用（1+2）的硫酸中和至无色，再多加5mL。准确加入25.00mL，0.05mol/L草酸标准溶液，再加入10mL硫酸锰混合液，煮沸10min，加入100mL蒸馏水，用0.02mol/L高锰酸钾标准溶液滴定剩余的草酸，滴定至溶液为浅粉红色，保持30s不退色即为终点。记录消耗高锰酸钾标准溶液的体积。目前十六页\总数二十九页\编于十三点五、电解所产生的气体分析分析项目有Cl2、CO2、O2、H2等气体，可用改良奥氏气体分析器（参看煤气分析）进行分析。在使用时可将量气管倒过来，即膨大部分在下面。用KI溶液或亚砷酸钠溶液为氯气的吸收剂。先吸收氯气后，再用KOH溶液来吸收CO2。最后用焦性没食子酸的碱溶液来吸收O2。氢气用燃烧法进行测定。目前十七页\总数二十九页\编于十三点第三节工业用氢氧化钠分析（GB209-84）一、技术要求分子式：NaOH

分子量：39.997（按1979年国际原子量）外观：工业用氢氧化钠主体为白色，有光泽，允许微带颜色。二、分析试样采取工业用固体氢氧化钠由总数的5%中采取试样，小批量时不少于3桶，取出具有代表性的子样，把子样集中，混匀，从中取出质量不得少于400g的试样，密封。（参照国标采样方法）目前十八页\总数二十九页\编于十三点三、氢氧化钠和碳酸钠的含量测定（GB4348.1-84）

1、原理当试样溶液中加入氯化钡溶液时，碳酸钠转化为碳酸钠沉淀，以酚酞为指示剂用盐酸标准溶液滴定，根据消耗盐酸标准溶液的体积可计算氢氧化钠的含量。

Na2CO3+BaCl2===BaCO3↓+2NaClNaOH+HCl===NaCl+H2O

试样溶液以甲基橙为指示剂，用盐酸标准溶液滴定，测得氢氧化钠和碳酸钠消耗盐酸标准溶液的总体积，减去氢氧化钠消耗盐酸标准溶液的体积，即得碳酸钠消耗盐酸标准溶液的体积，并能计算出碳酸钠的含量。

NaOH+HCl===NaCl+H2ONa2CO3+2HCl===2NaCl+H2O+CO2↑目前十九页\总数二十九页\编于十三点

2、试剂（1）氯酸钡溶液（10%）：（使用前以酚酞为指示剂，用氢氧化钠溶液调至微粉红色）。（2）酚酞溶液（1%）（3）甲基橙溶液（0.1%）（4）盐酸标准溶液（1mol/L）：用基准Na2CO3标定。

3、测定步骤（1）分析试样溶液制备：用以知质量的称量瓶，迅速称取固体氢氧化钠38±1g或液体氢氧化钠50g，精确至0.01g，放入1000mL容量瓶（或在容量瓶上加一个漏斗，在漏斗上滴水溶解）中加蒸馏水溶解。稀释至接近刻度，冷却至室温后再稀释至刻度，摇匀，备用。目前二十页\总数二十九页\编于十三点

（2）氢氧化钠含量测定：吸取50.00mL分析试样溶液，于250mL锥形瓶中，加入20mL10%的氯化钡溶液，摇匀。再加入2～3滴1%的酚酞指示剂溶液，用1mol/L盐酸标准溶液滴定至溶液红色消失即为终点。记录消耗盐酸标准溶液的体积。（3）氢氧化钠和碳酸钠含量测定：吸收50.00mL分析试样溶液，于250mL锥形瓶中，加1～3滴0.1%的甲基橙指示剂溶液，用1mol/L盐酸标准溶液滴定至溶液呈橙色即为终点。记录消耗盐酸标准溶液的体积。

目前二十一页\总数二十九页\编于十三点四、氯化钠含量测定——汞量法

1、原理在pH=2～3的溶液中，用硝酸汞标准溶液滴定氯离子生成氯化汞沉淀，用二苯偶氮碳酰肼为指示剂，与过量的二价汞离子生成紫红色配合物为终点。

Hg（NO3）2+2NaCl===HgCl2↓+2NaNO3C6H5NHNH—C—NNC6H5+Hg2+====紫红色物质

‖O

目前二十二页\总数二十九页\编于十三点2、试剂（1）硝酸溶液（1+1）（2）硝酸溶液（2mol/L）（3）氢氧化钠溶液（2mol/L）4）溴酚蓝乙醇溶液（0.1%）（5）二苯偶氮碳酰肼乙醇溶液（0.5%）：低温保存，如果变色不灵敏时应重新配制（6）硝酸汞标准溶液（0.025mol/L）；称取5.5g氧化汞（HgO），于烧杯中，加20mL（1+1）的硝酸，再加少量的蒸馏水，使之溶解，将溶液全部转入试剂瓶中，用水稀释至1000mL，摇匀。用基准氯化钠标定。如果用硝酸汞［Hg（NO3）2.H2O］则称取9g硝酸汞于烧杯中，加8mL2mol/L硝酸和少量蒸馏水，使之溶解，将溶液全部转入试剂瓶中，用蒸馏水稀释至1000mL，摇匀。目前二十三页\总数二十九页\编于十三点3、测定步骤吸取测定氢氧化钠含量的分析试样溶液50.00mL，于250mL锥形瓶中，加入40mL水，缓慢加入（1+1）的硝酸6mL（测定液碱时只加3mL），冷却至温室，滴加3滴溴酚酞蓝指示剂，滴加（1+1）硝酸至溶液由蓝色变为黄色，再用2mol/L氢氧化钠溶液把试液由黄色调到蓝色，再滴加2mol/L硝酸至溶液由蓝色变为黄色，再过量3滴，加1mL指示剂溶液，用0.025mol/L硝酸汞标准溶液滴定至溶液由黄色变为紫红色即为终点。记录消耗硝酸汞标准溶液的体积。目前二十四页\总数二十九页\编于十三点五、铁含量测定——邻菲啰啉比色法

1、原理用抗坏血酸把三价铁还原成二价铁，在pH=4～4.5缓冲溶液体系中，二价铁与邻菲啰啉（试亚铁灵）生成桔红色配合物，颜色深浅与铁含量成正比。

2Fe3++C6H8O6===2Fe2++C6H6O6+2H+Fe2++3C12H8N2===［Fe(C12H8N2)3］2+目前二十五页\总数二十九页\编于十三点2、试剂（1）盐酸溶液（6mol/L）（2）氨水：密度0.88g/mL。（3）硫酸：密度1.84g/mL。（4）对硝基酚溶液（0.25%）（5）乙酸-乙酸钠缓冲溶液：取16.4g乙酸钠溶于水中，加8.4mL冰醋酸，用蒸馏水稀释至100mL（pH=4.5）（6）抗坏血酸溶液（2%）（7）邻菲啰啉溶液（0.2%）

目前二十六页\总数二十九页\编于十三点

（8）铁标准溶液（0.1mg/mL三氧化二铁）：准确称取0.6039g硫酸铁铵［NH4Fe（SO4）2·12H2O］于200mL烧杯中，加100mL水，10mL浓硫酸，溶解后，全部移入1000mL容量瓶中