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1、無機(jī)化工生產(chǎn)技術(shù)與操作項(xiàng)目十五電解法生產(chǎn)燒堿電解法生產(chǎn)燒堿在制得燒堿的同時(shí)還生產(chǎn)氯氣和氫氣，所以工業(yè)上電解法生產(chǎn)燒堿也稱氯堿工業(yè)。它是基礎(chǔ)化學(xué)工業(yè)之一，它的產(chǎn)品燒堿和氯氣在國民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位，廣泛用于紡織工業(yè)、輕工業(yè)、冶金和有色冶金工業(yè)、化學(xué)工業(yè)和石油化學(xué)工業(yè)等部門。電解法生產(chǎn)燒堿，根據(jù)電解槽結(jié)構(gòu)、電極材料和隔膜材料的不同可分為水銀法、隔膜法和離子交換膜法。電解法生產(chǎn)燒堿除原料易得、生產(chǎn)流程較短外，主要有以下三個(gè)特點(diǎn)。①能耗高電解法生產(chǎn)燒堿的主要能耗是電能，其耗電量僅次于電解法生產(chǎn)鋁。②氯與堿的平衡電
2、解法制燒堿所得到的燒堿與氯氣的產(chǎn)品的質(zhì)量比恒定為1:0.88，但一個(gè)國家或地區(qū)對燒堿和氯氣的需求量，是隨著化工產(chǎn)品生產(chǎn)的變化而變化的。③腐蝕和污染嚴(yán)重任務(wù)一隔膜法電解制燒堿一、隔膜法制燒堿的基本原理二、隔膜法制燒堿的工藝條件分析與選擇三、隔膜法制燒堿工藝流程組織四、隔膜法制燒堿操作控制要點(diǎn)五、隔膜法制燒堿生產(chǎn)過程常見故障及排除一、隔膜法制燒堿的基本原理食鹽水溶液中，主要存在四種離子：Na+、Cl-、H+、OH-。電解槽的陽極通常使用石墨電極或金屬涂層電極；陰極用鐵絲網(wǎng)或沖孔鐵板；中間的隔膜由一種多孔滲透件
3、材料做成，多采用石棉，將電解槽分隔成陰極室和陽極室兩部分，使陽極產(chǎn)物與陰極產(chǎn)物分離隔開，可使電解液通過，并以一定的速度流向陰極。目前，工業(yè)上較多使用的是立式隔膜電解槽，工作原理如圖12-1所示。圖12-1立式隔膜電解槽示意圖飽和食鹽水由陽極室注入，使陽極室的液面高于陰極室的液面，陽極液以一定流速通過隔膜流入陰極室以阻止OH-的返遷移。得到產(chǎn)品氫氣、氯氣分別從陰極室和陽極室上方的導(dǎo)出管導(dǎo)出，氫氧化鈉則從陰極室下方導(dǎo)出。副反應(yīng)的發(fā)生，不但會(huì)降低堿和氯的產(chǎn)量，而且還會(huì)降低電流效率。為了減少副反應(yīng)的發(fā)生，在生產(chǎn)中
4、采取的主要措施如下。(1)采用精制的飽和食鹽水溶液并控制在較高的溫度下進(jìn)行電解，以減少氯氣在陽極液中的溶解度。(2)保持隔膜的多孔型和良好的滲透率，使能陽極液正常均勻地透過隔膜，阻止兩極產(chǎn)物的混合和反應(yīng)。(3)保持陽極室的液面高于陰極室的液面，用一定的液位差促進(jìn)鹽水的定向流動(dòng)而阻止OH-由陰極室向陽極室的擴(kuò)散。1．陽極材料由于電解槽的陽極是直接地持續(xù)地與化學(xué)性質(zhì)十分活潑，且腐蝕性較強(qiáng)的濕氯氣、鹽酸和次氯酸等接觸，因此陽極材料應(yīng)具有較強(qiáng)的耐化學(xué)腐蝕性，同時(shí)具有對氯的過電壓低，導(dǎo)電性能良好，機(jī)械強(qiáng)度高而且易于
5、加工，來源廣泛和使用壽命長等特點(diǎn)。目前氯堿工業(yè)上使用最廣泛的是釕鈦金屬陽極。二、隔膜法制燒堿的工藝條件分析與選擇2．陰極材料陰極材料要具有耐氯化鈉、氫氧化鈉的腐蝕，導(dǎo)電性能良好，且氫在電極上的過電位要低等特點(diǎn)。隔膜電解槽常見的陰極材料有鐵、銅、鎳等。由于鐵的耐氯化鈉、氫氧化鈉等的腐蝕性好且具有導(dǎo)電性能好、氫的過電壓低的優(yōu)點(diǎn)，是一種質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的陰極材料。使用壽命可長達(dá)40年。為了便于吸附隔膜及易于使氫氣和電解液流出，立式隔膜電解槽的陰極一般采用鐵絲編成網(wǎng)狀，也有用沖孔鐵板。3．隔膜材料隔膜是整個(gè)電解槽中最重要
6、的組成部分。它是隔膜電解槽中直接吸附在陰極上的多孔型材料層，用它將陽極室和陰極室隔開。對隔膜材料的要求是：(1)應(yīng)具有較強(qiáng)的化學(xué)穩(wěn)定件，既耐酸又耐堿的腐蝕，并應(yīng)具有相當(dāng)?shù)臋C(jī)械強(qiáng)度，長期使用不宜損壞；(2)必須保持多孔及良好的滲透性，能使陽極液維持一定的流速且均勻地透過隔膜，并防止陽極液與陰極液的機(jī)械混合；(3)應(yīng)具有較小的電阻，以降低電壓損失；(4)材料易得，制造成本低。石棉是一種硅酸鹽纖維狀礦物質(zhì)，具有耐酸耐堿的特性，能夠比較全面地滿足上述要求，所以自20世紀(jì)20年代以來一直使用石棉作為隔膜材料。4．隔
7、膜電解槽隔膜電解槽是隔膜電解法生產(chǎn)的主要設(shè)備。早期的隔膜電解槽是水平安裝的，但電流密度小，占地面積大，相對成本高，后來逐漸被立式隔膜電解槽取代。各種隔膜電解槽的結(jié)構(gòu)雖然不盡相同，但基本構(gòu)件中都包括槽蓋、陽極組合件和陰極組合件。如圖12-2為C30-III型金屬陽極隔膜電解槽的結(jié)構(gòu)示意圖。我國金屬陽極電解槽的常用槽型及主要部件的規(guī)格見表12-1。圖12-2C30-III型金屬陽極隔膜電解槽5．操作條件(1)鹽水的濃度電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電是依靠溶液中正負(fù)離子的遷移并在電極上放電而引起的。所以，電導(dǎo)率隨電解質(zhì)溶液濃
8、度的升高而升高，一直到溶液飽和為止。工業(yè)生產(chǎn)上電解液采用的是NaCl的飽和溶液，其質(zhì)量濃度為(315±5)g/L。普通工業(yè)食鹽中常含有鈣鹽、鎂鹽、硫酸鹽等其他雜質(zhì)，對電解操作極其有害。故工業(yè)用原鹽制備的粗鹽水，必須加以精制。在生產(chǎn)中，一般采用添加過量的Na2CO3和NaOH除去Ca2+、Mg2+雜質(zhì)；為了控制SO42-的含量，采用加入氯化鋇的方法。精鹽水的質(zhì)量應(yīng)達(dá)到以下指標(biāo)：(2)鹽水的溫度提高溫度，可提高電解質(zhì)的電導(dǎo)率，降低
