离子膜电解法现状和展望

80年代初，先进的离子膜可在 4000A/m的电流密度下运转,电流效率为95%～96%;可以直接生产浓度为35%的氢氧化钠，离子膜的使用寿命约为2年。由于离子膜法具有较多的优点,今后新建的氯碱生产装置一般将采用离子膜法。现有的水银法或隔膜法氯碱厂也会有一部分在技术改造时转换为离子膜法。2100433B

离子交换膜 　侧链上带有磺酸基和（或）羧酸基等阴离子官能团的全氟聚合物制成的薄膜。对离子膜的要求：①阳离子选择透过性好；②电解质扩散率低；③较高的化学稳定性和热稳定性；④机械强度高，不易变形；⑤电阻小。现代阳离子交换膜大多为聚氟烃织物增强的全氟磺酸－全氟羧酸复合膜。面向阳极的一侧为电阻较小的磺酸基；面向阴极的一侧为含水量低的羧酸基，能抑制氢氧离子向阳极室移动而提高电流效率，有的还处理成为粗糙的表面，或附有微孔状无机物薄膜，以增加全氟羧酸膜的亲水性，减少氢气泡在膜表面上的滞留。这种膜适用于两极间距极小的所谓“零”极距或“膜”间隙的离子交换膜电解槽。

特点 　①总能耗最低（与隔膜电解法和水银电解法相比），在4000A/m电流密度下，每吨烧碱的直流电耗为7.56～7.92GJ(2100～2200kWh)；②烧碱纯度高,50%的氢氧化钠碱液，含氯化钠50～60ppm;③无水银或石棉污染环境的问题；④操作、控制都比较容易；⑤适应负荷变化的能力较大；⑥要求用高质量的盐水；⑦离子膜的价格比较昂贵。

根据供电方式的不同，分为复极式和单极式两种。复极式电解槽的各单元电解槽串联相接，电解槽的总电压为各个单元电解槽的电压之和；电路中各台电解槽并联。单极式电解槽的各单元电解槽并联相接，电解槽的总电流为各个单元电解槽的电流之和；电路中各台电解槽串联。有的离子膜电解槽为板式压滤机型结构（图2）:在长方形的金属框内有爆炸复合的钛－钢薄板隔开阳极室和阴极室，拉网状的带有活性涂层的金属阳极和阴极分别焊接在隔板两侧的肋片上，离子膜夹在阴阳两极之间构成一个单元电解槽。大约 100个左右的单元电解槽由液压装置组成一台电解器。另外，还有类似板式换热器的结构，由冲压的轻型钛板阳极、离子膜和冲压的镍板阴极夹在一起，构成单元电解槽。若干个单元电解槽夹在两块端板之间组成一台电解槽。

经过两次精制的浓食盐水溶液连续进入阳极室（图1）,钠离子在电场作用下透过阳离子交换膜向阴极室移动，进入阴极液的钠离子连同阴极上电解水而产生的氢氧离子生成氢氧化钠，同时在阴极上放出氢气。食盐水溶液中的氯离子受到膜的限制，基本上不能进入阴极室而在阳极上被氧化成为氯气。部分氯化钠电解后，剩余的淡盐水流出电解槽经脱除溶解氯，固体盐重饱和以及精制后，返回阳极室，构成与水银法类似的盐水环路。离开阴极室的氢氧化钠溶液一部分作为产品，一部分加入纯水后返回阴极室。碱液的循环有助于精确控制加入的水量，又能带走电解槽内部产生的热量。

这项技术已经用于氯碱的生产,海水和苦咸水的淡化，工业用水和超纯水的制备,酶、维生素与氨基酸等药品的精制，电镀废液的回收，放射性废水的处理等方面，其中应用最广泛、成效最显著的是氯碱工业。在氯碱工业中，利用阳离子交换膜电解槽电解食盐或氯化钾水溶液来制造氯气、氢气和高纯度的烧碱（氢氧化钠）或氢氧化钾。1975年日本旭化成工业公司制成全氟羧酸型离子交换膜，首先实现离子膜电解法制烧碱，同年日本实现工业化生产。

绪论1

第一节 氯碱工业概况1

一、中国氯碱工业概况1

二、生产能力3

三、我国氯碱工业的特点5

四、氯碱行业存在的问题6

五、氯碱行业发展趋势9

第二节 烧碱的性质与用途13

一、烧碱的物理性质13

二、烧碱的化学性质14

三、烧碱的标准14

四、烧碱的用途15

第三节 烧碱的工业生产方法17

一、隔膜电解法17

二、水银电解法18

三、离子膜电解法19

四、苛化法20

第四节 氯气、氢气的性质与用途21

一、氯气22

二、氢气26

第五节 氯气与烧碱的平衡29

第六节 氯碱工业在国民经济中的重要地位32

第七节 氯碱行业相关情况介绍34

一、中国氯碱工业发展大事记34

二、氯碱（烧碱、聚氯乙烯）行业准入条件39

思考题42

第一篇 隔膜法电解

第一章 盐水精制43

第一节 引言43

一、我国金属阳极隔膜法烧碱的发展历程45

二、我国金属阳极隔膜法烧碱的发展现状46

第二节 盐水制备51

一、原盐生产52

二、盐水溶液的性质53

三、盐水制备原理与流程55

第三节 盐水精制的基本原理56

一、粗盐水杂质及危害56

二、盐水精制原理59

三、盐水精制要求60

四、盐水精制工艺技术综述61

第四节 主要设备的操作70

一、化盐桶70

二、精制设备与操作75

三、盐水精制操作法86

第五节 盐水中和90

一、盐水中和原理90

二、精盐水的质量控制指标90

三、中和岗位生产操作与安全环保91

四、盐泥的处理93

第六节 盐水系统的腐蚀与防护95

一、盐水对碳钢的腐蚀96

二、盐水对不锈钢及钛材的腐蚀96

三、化盐设备的腐蚀与防护97

思考题98

第二章 隔膜法电解99

第一节 隔膜电解基本原理99

一、电解过程基本定律99

二、电解过程与电极反应100

三、副反应及控制措施103

第二节 隔膜电解槽104

一、隔膜电解槽104

二、电极材料106

三、隔膜材料107

四、隔膜电解槽的改进方向108

第三节 电解岗位生产工艺109

一、工艺流程109

二、主要控制指标111

三、主要设备及操作控制要点111

四、设备维护112

第四节 电解岗位生产操作114

一、电解岗位任务114

二、开停车准备114

三、正常开车与停车115

四、安全生产117

五、电解工序的腐蚀与防护118

思考题119

第三章 氯氢处理120

第一节 氢气处理120

一、氢气处理流程120

二、氢气处理主要设备120

三、氢气处理岗位生产操作124

第二节 氯气处理127

一、氯气冷却与干燥128

二、氯气处理工艺流程129

三、主要设备及操作控制要点130

四、氯气处理设备腐蚀与防护132

五、废氯与事故氯的处理133

六、氯气处理岗位生产操作与安全环保138

第三节 循环冷却水系统143

一、循环冷却水流程144

二、循环冷却水系统设备144

三、循环冷却水处理148

四、典型事故案例分析152

第二篇 离子膜法电解

第四章 盐水二次精制165

第一节 引言165

一、一次盐水精制167

二、二次盐水精制168

第二节 盐水二次精制的目的170

一、一次盐水的质量要求170

二、二次盐水的质量规格170

三、二次盐水质量对电解槽的影响171

第三节 盐水二次精制工艺172

一、盐水二次精制原理172

二、盐水二次精制工艺流程173

三、主要设备175

第四节 淡盐水的脱氯176

一、淡盐水脱氯原理176

二、真空法脱氯工艺176

三、空气吹除法脱氯工艺178

四、化学法除残余氯工艺179

第五节 二次盐水精制岗位生产操作180

一、操作要点180

二、二次盐水精制岗位开停车181

三、二次盐水精制岗位正常运行183

四、螯合树脂的更换与添加184

五、常见故障与处理185

六、安全与环保185

第六节 盐水精制案例185

一、一次盐水精制工艺与淡盐水脱氯工艺185

二、工艺缺点186

三、改进方案187

思考题189

第五章 离子膜电解190

第一节 引言190

一、离子交换膜法电解技术190

二、离子交换膜法电解工艺流程191

三、离子交换膜法电解原料要求192

四、离子交换膜法制碱技术的优势192

第二节 离子膜电解原理193

一、电解槽中的化学反应193

二、离子膜电解工艺流程196

第三节 离子膜电解槽198

一、离子膜电解槽的分类198

二、离子膜电解槽的性能200

三、离子膜电解槽结构203

四、离子膜电解槽的发展趋势219

第四节 离子交换膜222

一、各种膜简介222

二、全氟离子膜结构、特性及其要求224

三、离子膜的国内使用情况231

四、离子膜损伤的原因及预防措施233

第五节 离子膜电解槽生产操作238

一、离子膜电解槽的开车准备238

二、离子膜电解槽的开停车操作241

三、离子膜电解槽的正常运行246

四、常见事故分析与处理249

五、安全与环保253

思考题254

第三篇 电解产品加工

第六章 盐酸生产255

第一节 液氯生产255

一、产品与原辅材料说明255

二、液氯生产原理257

三、液化岗位生产操作257

四、冷冻岗位生产操作260

五、液氯输送岗位生产操作266

六、液氯生产安全与环保268

第二节 氯化氢生产272

一、氯化氢合成原理272

二、氯化氢生产工艺流程273

三、氯化氢生产操作273

四、常见异常现象及处理275

五、氯化氢生产的主要设备277

六、氯化氢合成余热利用技术280

七、氯化氢生产安全与环保281

第三节 盐酸生产284

一、盐酸生产原理287

二、高纯盐酸生产工艺288

三、盐酸生产操作290

四、主要设备291

五、常见异常现象及处理294

第四节 事故案例296

思考题300

第七章 液体烧碱生产301

第一节 蒸发目的与流程301

一、电解液蒸发的目的301

二、液体烧碱生产流程301

三、多效蒸发生产流程306

第二节 工艺控制与设备310

一、液体烧碱生产工艺控制310

二、不正常现象及处理311

三、液体烧碱生产主要设备313

第三节 安全与环保321

第四节 生产案例325

一、离子膜法制烧碱生产工艺325

二、氯碱企业生产技术管理328

思考题335

参考文献3362100433B