1、 v第第18章章 氯碱工业及其发展趋势氯碱工业及其发展趋势 v第第19章章 原盐及盐水精制原盐及盐水精制v第第20章章 隔膜法电解食盐水溶液隔膜法电解食盐水溶液v第第21章章 离子交换膜法电解食盐水溶液离子交换膜法电解食盐水溶液v第第22章章 电解碱液蒸发电解碱液蒸发v第第23章章 固体烧碱固体烧碱v第第24章章 氯气处理氯气处理第第18章章 氯碱工业及其发展趋势氯碱工业及其发展趋势 氯碱工业简介氯碱工业简介 氯碱化工产品氯碱化工产品 氯碱工业发展趋势氯碱工业发展趋势1、氯碱工业氯碱工业的概念的概念 用电解饱和用电解饱和NaCl溶液的方法来溶液的方法来制取制取NaOH、Cl2和和H2，并以它们
2、为，并以它们为原料生产一系列化工产品，称为氯原料生产一系列化工产品，称为氯碱工业。氯碱工业是最基本的碱工业。氯碱工业是最基本的化学化学工业工业之一。之一。一、一、氯碱工业简介氯碱工业简介 2NaCl+2H2O=2NaOH+H2+Cl2福建湄洲湾氯碱工业有限公司 2、氯碱工业氯碱工业的特点的特点原料易得原料易得、生产流程较短生产流程较短电力供应情况和电价对氯碱产品的生产成本影响很大。氯碱产品具有强腐蚀性；在生产过程中使用的原料对环境造成污染。能源消耗大能源消耗大氯与碱的平衡氯与碱的平衡 腐蚀和污染腐蚀和污染 电解食盐水溶液时，按照固定 质量比例1：0.85同时产出烧 碱和氯气两种产品。烧碱烧碱聚
3、氯乙烯聚氯乙烯氯氯丙烯系列氯的衍生物丙烯系列氯的衍生物 氯丁橡胶氯丁橡胶含氯溶剂含氯溶剂 氯碱化工氯碱化工二、二、氯碱化工产品氯碱化工产品 氟氯烃氟氯烃盐酸、氢盐酸、氢 1,1,1-三三氯乙烷氯乙烷漂白粉漂白粉漂白精漂白精氯代异氰尿酸氯代异氰尿酸 丙烯系丙烯系列氯的列氯的衍生物衍生物环氧丙烷环氧丙烷环氧氯丙烷环氧氯丙烷 环氧树脂环氧树脂 聚氨醋泡沫塑料聚氨醋泡沫塑料 现在全世界年产约120万t。氯丁橡胶氯丁橡胶合成橡胶乙炔法工艺生产路线每乙炔法工艺生产路线每 t 需需HCl 450 kg丁二烯法生产则需丁二烯法生产则需Cl2 910 kg。全世界生产氟氯烃产量已达全世界生产氟氯烃产量已达60万
4、万t，氯甲烷产量约，氯甲烷产量约300万万t，每年，每年用用Cl2以百万以百万t计计。氟氯烃一氯二氟甲烷三氯一氟甲烷二氯二氟甲烷 各国多用副产盐酸代替硫酸在钢铁工业各国多用副产盐酸代替硫酸在钢铁工业中清洗钢板，中清洗钢板，例如：例如：日本、加拿大用盐酸酸洗的比例已达日本、加拿大用盐酸酸洗的比例已达75%。中国建设的宝山钢铁公司、武汉钢铁公司中国建设的宝山钢铁公司、武汉钢铁公司 亦均有盐酸酸洗设备。亦均有盐酸酸洗设备。美国单用来清洗钢板的盐酸一年就需要美国单用来清洗钢板的盐酸一年就需要15万万t。盐酸盐酸 氢氢 用于合成用于合成HCl制盐酸和制盐酸和PVC外外用途是植物油加氢生产硬化油用途是植物
5、油加氢生产硬化油还用于炼钨、生产多晶硅等金属氧化物还用于炼钨、生产多晶硅等金属氧化物 还原，有机化合物的合成加氢等。还原，有机化合物的合成加氢等。三、氯碱工业发展趋势三、氯碱工业发展趋势 我国氯碱工业是在我国氯碱工业是在20世纪世纪20年代才开始创建的。年代才开始创建的。第一家氯碱厂是上海天原电化厂（现在的上海天原第一家氯碱厂是上海天原电化厂（现在的上海天原化工厂前身），于化工厂前身），于1930年正式投产，采用艾伦年正式投产，采用艾伦-摩尔摩尔电解槽，日产烧碱电解槽，日产烧碱2 t，到，到1949年为止，全国共有氯年为止，全国共有氯碱厂碱厂9家，年产烧碱仅家，年产烧碱仅1.5万万t，氯产品也
6、仅有盐酸、，氯产品也仅有盐酸、液氯和漂白粉等。液氯和漂白粉等。解放后，我国的氯碱工业与其他工业一样，得到解放后，我国的氯碱工业与其他工业一样，得到迅速发展。烧碱产量迅速发展。烧碱产量50年代末达年代末达37.2万万t，60年代末年代末为为70.4万万t，70年代为年代为182万万t，80年代末位年代末位320.8万万t。到到2007年中国烧碱产量达年中国烧碱产量达800万万t，仅次于美国，跃，仅次于美国，跃居世界第二位。居世界第二位。1.5万吨万吨37.2万吨万吨70.4万吨万吨180.2万吨万吨320.8万吨万吨1949年解放为止年解放为止 50年代末年代末 60年代末年代末70年代末年代末
7、 80年代末年代末年产年产2006年1993年1992年1991年年产年产1512万吨万吨年产年产390万吨万吨年产年产373.5万吨万吨年产年产345.1 万吨万吨1993年后烧碱由原来的进口国转变为出口国。年后烧碱由原来的进口国转变为出口国。2007年和年和2008年国内烧碱产能持续高速扩张。年年国内烧碱产能持续高速扩张。年产能平均增长约产能平均增长约26。四、氯产品发展趋势四、氯产品发展趋势 氯产品的发展过程主要由无机氯产品向氯产品的发展过程主要由无机氯产品向有机氯产品方面进行。发达国家的有机氯产有机氯产品方面进行。发达国家的有机氯产品由于石油化工的兴旺，一般占用氯量的品由于石油化工的兴
8、旺，一般占用氯量的60%左右，预计到左右，预计到2010年可达年可达80%；发展中；发展中国家则较低，中国只占国家则较低，中国只占5060%。有机氯产品中最主要的仍是聚氯乙烯及其有机氯产品中最主要的仍是聚氯乙烯及其共聚物，其次为含氯溶剂。共聚物，其次为含氯溶剂。第第19章章 原盐及盐水精制原盐及盐水精制？19.1 概述概述19.2 原盐组成及性质原盐组成及性质19.3 盐水精制流程盐水精制流程19.4 原盐的溶化原盐的溶化19.5 盐水的精制盐水的精制19.6 盐水的澄清与过滤盐水的澄清与过滤19.7 盐水的重饱和、预热与中和盐水的重饱和、预热与中和19.8 盐泥的洗涤、过滤和利用盐泥的洗涤、
9、过滤和利用19.1 概述概述 原盐有海盐（或称天日盐）、湖盐、井盐（地下原盐有海盐（或称天日盐）、湖盐、井盐（地下盐矿溶于水）和矿盐四种。盐矿溶于水）和矿盐四种。矿盐矿盐井井盐盐19.2 原盐组成及性质原盐组成及性质v原盐：原盐：在盐田晒制的海盐及在天然盐湖或盐矿开采出的未在盐田晒制的海盐及在天然盐湖或盐矿开采出的未经人工处理的湖盐或岩盐等统称为原盐。经人工处理的湖盐或岩盐等统称为原盐。v组分组分：主要是主要是氯化钠，还含有氯化物，如氯化钾、氯化镁，氯化钠，还含有氯化物，如氯化钾、氯化镁，还含有硫酸钙、硫酸镁、硫酸钠、硫酸钾、碳酸镁和有机还含有硫酸钙、硫酸镁、硫酸钠、硫酸钾、碳酸镁和有机化合物
10、等。化合物等。v性质：性质：分子式：分子式：NaCl，分子量：，分子量：58.44，为无色透明的正六，为无色透明的正六面体结晶。相对密度面体结晶。相对密度2.161（25），散重为），散重为0.91.1 kg/L（确定原盐仓库容积时，堆放重度按（确定原盐仓库容积时，堆放重度按1 kg/L计算）。熔点计算）。熔点800.825；沸点；沸点1465；硬度；硬度2.5；比热容；比热容0.853 J/(g)；熔解热熔解热517.I J/g；临界湿度（；临界湿度（20）75.3；溶解热在；溶解热在1千千克水中，克水中，3.757 kJ/mol。19.3 盐水精制流程盐水精制流程图19.1 盐水精制工艺流
11、程图19.4 原盐的溶化原盐的溶化 原盐可在地下池式盐库中或在露天盐堆上溶化，也可借水原盐可在地下池式盐库中或在露天盐堆上溶化，也可借水力输送或储存时溶化，得到饱和的粗盐水。力输送或储存时溶化，得到饱和的粗盐水。化盐时，盐水化盐时，盐水的浓度、原盐的溶的浓度、原盐的溶解速度与化盐桶内解速度与化盐桶内盐层的厚度以及化盐层的厚度以及化盐用水的温度成正盐用水的温度成正比。一般保持盐层比。一般保持盐层厚度为厚度为2.53.0m，控制化盐桶的温度控制化盐桶的温度在在5060，盐水，盐水停留的时间不少停留的时间不少30分钟。分钟。图图19.2化盐桶化盐桶1铁栅；铁栅；2溢流槽；溢流槽；3粗盐水出粗盐水出口
12、；口；4桶体；桶体；5折流圈；折流圈；6折流折流帽；帽；7溶盐水进口；溶盐水进口；8人孔人孔19.3 盐水的精制盐水的精制 原盐溶解后所得的粗盐水含有钙、镁、硫酸根等杂质，原盐溶解后所得的粗盐水含有钙、镁、硫酸根等杂质，不能直接用于电解糟，需要加以精制，一般采用化学精制方法，不能直接用于电解糟，需要加以精制，一般采用化学精制方法，即加入精制剂使杂质成为溶解度很小的沉淀而分离除去。即加入精制剂使杂质成为溶解度很小的沉淀而分离除去。一、一、钙的去除钙的去除 Ca2一般是以硫酸钙或氯化钙的形式存在于粗盐水中，一般是以硫酸钙或氯化钙的形式存在于粗盐水中，精制时，向粗盐水中加入碳酸钠溶液，使盐水中的精制
13、时，向粗盐水中加入碳酸钠溶液，使盐水中的Ca2生成不溶性的碳酸钙沉淀，其化学反应为：生成不溶性的碳酸钙沉淀，其化学反应为：CaSO4Na2CO3CaCO3Na2SO4 CaCl2Na2CO3CaCO32NaCl二、二、镁和铁的去除镁和铁的去除 镁和铁通常以氯化物的形式存在于粗盐水中，加入烧碱溶镁和铁通常以氯化物的形式存在于粗盐水中，加入烧碱溶液即生成不溶性的氢氧化镁和氢氧化铁，其化学反应为：液即生成不溶性的氢氧化镁和氢氧化铁，其化学反应为：MgCl2 2NaOH Mg(OH)2 2NaClFeCl3 3NaOH Fe(OH)3 2NaCl三、三、硫酸根的的去除硫酸根的的去除 盐水中的硫酸钠是用
14、盐水中的硫酸钠是用Na2CO3处理处理CaSO4时生成的。时生成的。最常用的去除最常用的去除SO42-的方法是化学法。包括钙盐法和钡盐法的方法是化学法。包括钙盐法和钡盐法两种。两种。（1）钙盐法）钙盐法 使用使用3035%CaCl2的水溶的水溶 液液与与Na2SO4发生发生反应为反应为:CaCl2Na2SO4 2H2OCaSO42H2O2NaCl 盐水中盐水中CaSO4溶解溶解度小度小，需用碳酸钠处理生成碳酸钙沉淀而除去，需用碳酸钠处理生成碳酸钙沉淀而除去。CaSO4Na2CO3CaCO3Na2SO4 不能完全除去不能完全除去SO42-，但可使，但可使SO42-降低到能满足隔膜或水银电解槽使用
15、。降低到能满足隔膜或水银电解槽使用。（2）钡盐法）钡盐法 SO42-与与BaCl2或或BaCO3反应生成反应生成BaSO4沉淀而除去，其反应为沉淀而除去，其反应为：CaSO4BaCl2CaSO4CaCl2 Na2SO4BaCl2BaSO42NaCl BaSO4的沉降速度比的沉降速度比CaCO3慢，若使用略微过量的慢，若使用略微过量的NaOH与与Mg2反应时生成的反应时生成的Mg(OH)2会会包围细微的包围细微的BaSO4晶粒，成为较大的粒晶粒，成为较大的粒团，其沉降速度约比沉降团，其沉降速度约比沉降BaSO4或或CaCO3时快时快10倍。使用倍。使用BaCO3处处理盐水中的理盐水中的SO42-
16、时，可以同时加入时，可以同时加入Na2CO3，若使用，若使用BaCl2时，先加时，先加入入BaCl2，再加，再加a2CO3，以免浪费，以免浪费BaCl2。BaCl2Na2CO3BaCO32NaCl BaCO3的溶解度很小，只能随着可溶部分的反应才能不断溶的溶解度很小，只能随着可溶部分的反应才能不断溶解而进入溶液，如下列反应式：解而进入溶液，如下列反应式：BaCO3CaSO4 BaSO4CaCO3 BaCO3MgSO4BaSO4MgCO3（微溶）（微溶）BaCO3CaCl2 BaCl2CaCO3 虽然虽然BaCO3同样能去除同样能去除SO42-，但，但BaCl2去除去除SO42-的快速反应的快速
17、反应就就丧失。后加丧失。后加Na2CO3的另一优点是防止的另一优点是防止BaCl2过量。盐水中的过量。盐水中的Ba2+在在电解槽内与电解所产的电解槽内与电解所产的NaOH反应，生成反应，生成Ba(OH)2沉淀而堵塞隔膜沉淀而堵塞隔膜或离子膜，因此，精制盐水时，或离子膜，因此，精制盐水时，SO42-的含量控制在的含量控制在5 g/l以下。以下。四、四、铵（或胺）的去除铵（或胺）的去除 精制盐水在用盐酸中和之前，即精制盐水在用盐酸中和之前，即pH9时，加入次氯酸钠水时，加入次氯酸钠水溶液，使盐水中的铵盐（或胺类）物质转变为易挥发的单氯溶液，使盐水中的铵盐（或胺类）物质转变为易挥发的单氯胺胺NH2C
18、l，再用压缩空气吹除，控制精盐水中含有，再用压缩空气吹除，控制精盐水中含有510 ppm的有效氯，就能使盐水中的的有效氯，就能使盐水中的NH31ppm。19.6 盐水的澄清与过滤盐水的澄清与过滤一、一、盐水的澄清盐水的澄清 1）重力沉降法）重力沉降法 沉淀颗粒在重力作用下，克服盐水的浮力和曳力而向下沉淀颗粒在重力作用下，克服盐水的浮力和曳力而向下运动，并置换相当容积的液体，然后在容器的底部聚集成为运动，并置换相当容积的液体，然后在容器的底部聚集成为浓缩的泥桨。浓缩的泥桨。2）浮上澄清法）浮上澄清法 浮上澄清法是在加压下将空气溶解在带有悬浮物的粗盐浮上澄清法是在加压下将空气溶解在带有悬浮物的粗盐
19、水中，然后突然减压，溶解的空气形成微小的气泡释出，并水中，然后突然减压，溶解的空气形成微小的气泡释出，并在凝聚剂的作用下，附聚在沉淀的颗粒上，因而比重大大低在凝聚剂的作用下，附聚在沉淀的颗粒上，因而比重大大低于盐水，其在盐水中的浮力大于沉淀颗粒本身的重力和盐水于盐水，其在盐水中的浮力大于沉淀颗粒本身的重力和盐水的重力，于是以一定的速度向上浮起，并从澄清桶的上部排的重力，于是以一定的速度向上浮起，并从澄清桶的上部排出。少量比重较大的沙粒则沉积桶底，定时排出。出。少量比重较大的沙粒则沉积桶底，定时排出。二、二、提高粗盐水中絮凝物沉降效率的措施提高粗盐水中絮凝物沉降效率的措施1）调整盐水中的）调整盐
20、水中的Ca2/Mg2比率，使其大于比率，使其大于1。2）在）在60左右的温度下，使粗盐水与精制剂（碳酸钠、烧左右的温度下，使粗盐水与精制剂（碳酸钠、烧碱等）充分接触，并有足够的时间使反应完全。碱等）充分接触，并有足够的时间使反应完全。3）加入凝聚剂生成较大的絮团后，应避免剧烈搅拌或流动，）加入凝聚剂生成较大的絮团后，应避免剧烈搅拌或流动，防止凝聚的沉淀絮团分散。防止凝聚的沉淀絮团分散。4）加强澄清桶的保温，使进出盐水的温度变化在）加强澄清桶的保温，使进出盐水的温度变化在2之内。之内。5）将少量（约为粗盐水量的）将少量（约为粗盐水量的1/30）澄清桶底部排出的泥浆）澄清桶底部排出的泥浆做为晶核，
21、与进入反应桶（器）的粗盐水混合，促使晶体做为晶核，与进入反应桶（器）的粗盐水混合，促使晶体沉淀迅速增长。沉淀迅速增长。6）对于道尔型澄清桶，混入部分盐泥泥浆后，可使进料盐）对于道尔型澄清桶，混入部分盐泥泥浆后，可使进料盐水的比重大干饱和粗盐水的比重，使流入澄清桶的中心筒水的比重大干饱和粗盐水的比重，使流入澄清桶的中心筒后顺利下沉，不致翻浆返混。后顺利下沉，不致翻浆返混。三、三、清盐水的过滤清盐水的过滤常用的盐水过滤器有虹吸式和重力式两种常用的盐水过滤器有虹吸式和重力式两种。图图19.3虹吸式过滤器虹吸式过滤器图图19.4重力式过滤器重力式过滤器19.7 盐水的重饱和、预热与中和盐水的重饱和、预
22、热与中和一、一、精盐水的重饱和与预热精盐水的重饱和与预热 重饱和重饱和：精盐水通过精制的固体盐层，如烧碱蒸发所得精盐水通过精制的固体盐层，如烧碱蒸发所得的回收盐或真空精制盐，使盐水中的回收盐或真空精制盐，使盐水中NaCl的浓度重新达到饱的浓度重新达到饱和，即所谓重饱和。和，即所谓重饱和。预热预热：精盐水可用蒸汽预热，也可与电解槽出来的氢精盐水可用蒸汽预热，也可与电解槽出来的氢气进行热交换，将精盐水加热到气进行热交换，将精盐水加热到80左右左右。精盐水经过预热和重饱和后，精盐水经过预热和重饱和后，NaCl含量可达含量可达32g/1以上。以上。二、二、精盐水的中和精盐水的中和 盐水精制时，为了反应
23、完全，使不溶解的沉淀易于析出，盐水精制时，为了反应完全，使不溶解的沉淀易于析出，而加入过量碱。而加入过量碱。（1）过量碱与溶解在盐水中的氯相反应生成次氯酸盐而消）过量碱与溶解在盐水中的氯相反应生成次氯酸盐而消耗电解产品耗电解产品Cl2。（2）次氯酸盐经催化分解生成氧）次氯酸盐经催化分解生成氧。2ClO-2Cl-O2 （3）氢氧离子在阳极放电产生氧气，并降低电流效率。）氢氧离子在阳极放电产生氧气，并降低电流效率。4OH-2H2OO24e-（4）OH-放电生成氧后，氧化阳极生成放电生成氧后，氧化阳极生成CO2。4OH-C（石墨）（石墨）CO22H2O4e-（5）次氯酸和次氯酸盐反应还会生成氯酸盐。
24、）次氯酸和次氯酸盐反应还会生成氯酸盐。2HClO-ClO-ClO3-2H2Cl-22ClCl气水2Cl2OHHOClHCl水19.7 盐泥的洗涤、过滤和利用盐泥的洗涤、过滤和利用一、一、盐泥的洗涤盐泥的洗涤图19.5三层洗泥桶二、二、盐泥的过滤盐泥的过滤 从澄清桶排出的盐泥也可用自动板框压滤机经过压滤、从澄清桶排出的盐泥也可用自动板框压滤机经过压滤、水洗、回收盐泥泥浆中的原盐，并得到体积较小，含水较水洗、回收盐泥泥浆中的原盐，并得到体积较小，含水较低的便于处理的泥饼。低的便于处理的泥饼。三、三、盐泥的盐泥的利用利用 盐泥是盐水工序的主要废料，直接外排会占用土地，盐泥是盐水工序的主要废料，直接外
25、排会占用土地，污染水源，影响环境。虽然压滤后的盐泥滤饼可以填充凹污染水源，影响环境。虽然压滤后的盐泥滤饼可以填充凹地，最好的出路还是转制有用的产品而加以利用。盐泥含地，最好的出路还是转制有用的产品而加以利用。盐泥含固体物约固体物约1012%，固体中主要含有，固体中主要含有Mg(OH)2、CaCO3、Fe(OH)3、Al(OH)3，SiO2，NaCl等无机物，以及少量麸等无机物，以及少量麸皮，其余皮，其余8890%均为水分。盐泥可以经过分离制成轻质均为水分。盐泥可以经过分离制成轻质氧化镁，供造纸或橡胶工业使用。氧化镁，供造纸或橡胶工业使用。第第20章章 隔膜法电解食盐水溶液隔膜法电解食盐水溶液2
26、0.1 隔膜法电解原理隔膜法电解原理20.2 隔膜电解槽的型式与结构隔膜电解槽的型式与结构20.3 生产工艺过程生产工艺过程20.4 隔膜法电解工艺操作条件隔膜法电解工艺操作条件 隔膜法电解槽隔膜法电解槽是利用多孔渗透性的隔膜材料作为隔是利用多孔渗透性的隔膜材料作为隔层，把阳极产物与阴极产物隔开，这种隔层能够使电解液层，把阳极产物与阴极产物隔开，这种隔层能够使电解液透过，并以一定速度流向阴极阻止透过，并以一定速度流向阴极阻止OH-向阳极室扩散，它向阳极室扩散，它不妨碍离子运动构成电流通路，但它却能防止阴极产物不妨碍离子运动构成电流通路，但它却能防止阴极产物H2与阳极产物与阳极产物Cl2的机械混
27、合，一般称为的机械混合，一般称为渗透式隔膜渗透式隔膜。离子交换膜法采用的隔膜不是渗透膜而是采用具有选离子交换膜法采用的隔膜不是渗透膜而是采用具有选择透过性的阳离子交换膜，这种膜理论上只允许择透过性的阳离子交换膜，这种膜理论上只允许Na并伴并伴随的水分子透过膜向阴极移动，称为随的水分子透过膜向阴极移动，称为密封式隔膜密封式隔膜。隔膜电解槽最早使用的隔膜是用硅酸盐水泥制隔膜电解槽最早使用的隔膜是用硅酸盐水泥制成的。电解槽是间歇式操作成的。电解槽是间歇式操作。隔膜电解法的原理隔膜电解法的原理饱和盐水饱和盐水阳极阳极阴极阴极NaOH+NaCl石棉隔膜石棉隔膜20.1 隔膜法电解原理隔膜法电解原理20.
28、2 隔膜电解槽的型式与结构隔膜电解槽的型式与结构一、一、隔膜电解槽的型式隔膜电解槽的型式石墨阳极电解槽石墨阳极电解槽 金属阳极电解槽金属阳极电解槽 二、二、隔膜电解槽的隔膜电解槽的结构结构（1）阳极组件）阳极组件阳极采用盒式中空状以钛为基体的金属电极，电极空间阳极采用盒式中空状以钛为基体的金属电极，电极空间就具有使阳极液循环的下导管作用。就具有使阳极液循环的下导管作用。（2）阴极组件）阴极组件隔膜电解槽中的标准阴极材料是低碳钢。阴极网使用软隔膜电解槽中的标准阴极材料是低碳钢。阴极网使用软钢丝或由多孔钢板制成。阴极网袋一般使用镀锌铁丝，钢丝或由多孔钢板制成。阴极网袋一般使用镀锌铁丝，铁丝网应有足
29、够导电面积，并力求减小孔眼直径，以适铁丝网应有足够导电面积，并力求减小孔眼直径，以适用于短纤维的石棉。用于短纤维的石棉。（3）槽盖）槽盖隔膜电解槽使用金属阳极代替石墨阳极后，槽盖的设计隔膜电解槽使用金属阳极代替石墨阳极后，槽盖的设计也作了修改，将过去笨重的混凝土槽盖，改用钢视胶槽也作了修改，将过去笨重的混凝土槽盖，改用钢视胶槽盖，或用玻璃纤维增强塑料（盖，或用玻璃纤维增强塑料（FRP）代替。）代替。二、二、金属阳极与石墨阳极相的比较金属阳极与石墨阳极相的比较 金属阳极与石墨阳极相比有如下优点：金属阳极与石墨阳极相比有如下优点：（1）生产能力高）生产能力高（2）产品质量好）产品质量好（3）电能损
30、耗小）电能损耗小（4）使用寿命长）使用寿命长（5）环境污染小）环境污染小三、三、隔膜材料隔膜材料（1）石棉隔膜石棉隔膜（2）改性石棉隔膜）改性石棉隔膜 （3）合成材料隔膜）合成材料隔膜四、四、隔膜材料隔膜材料的选择的选择 1）具有较强的化学稳定性，既耐酸又耐碱的腐）具有较强的化学稳定性，既耐酸又耐碱的腐 蚀，并有相当的机械强度，能长期使用不易蚀，并有相当的机械强度，能长期使用不易 损坏。损坏。2）具有良好的渗透率，长期使用微孔不易堵）具有良好的渗透率，长期使用微孔不易堵 塞，使阳极液能维持一定流速均匀的通过塞，使阳极液能维持一定流速均匀的通过 隔膜。隔膜。3）具有较小的电阻以降低隔膜的电压损失
31、。）具有较小的电阻以降低隔膜的电压损失。4）材料成本低，隔膜制造简单和易更换。）材料成本低，隔膜制造简单和易更换。20.3 生产工艺过程生产工艺过程图图20.3 食盐溶液电解工艺流程食盐溶液电解工艺流程1-盐水高位槽；盐水高位槽；2-盐水预热器（一段）；盐水预热器（一段）；3-盐水预热器（二段）盐水预热器（二段）；4-水封；水封；5-电解槽；电解槽；6-电解碱液贮槽；电解碱液贮槽；7-电解碱液泵电解碱液泵 20.4 隔膜法电解工艺操作条件隔膜法电解工艺操作条件 采用适宜的电解条件，不但有利于降低槽采用适宜的电解条件，不但有利于降低槽电压，提高电流效率以及改善电解产物的质量，电压，提高电流效率以
32、及改善电解产物的质量，同时也会有效地延长电极材料的工作寿命。同时也会有效地延长电极材料的工作寿命。（1）盐水质量与温度）盐水质量与温度 （2）盐水流量和电解液成分）盐水流量和电解液成分 （3）氯气纯度及压力）氯气纯度及压力 （5）电流密度与槽电压）电流密度与槽电压 （6）电流效率）电流效率 第第21章章离子交换膜法电解食盐水溶液离子交换膜法电解食盐水溶液21.1 离子膜法制碱原理离子膜法制碱原理21.2 离子交换膜的性能和种类离子交换膜的性能和种类21.3主要设备及作用主要设备及作用21.4工艺流程工艺流程21.5 离子膜法电解工艺操作条件离子膜法电解工艺操作条件21.1 离子膜法制碱原理离子
33、膜法制碱原理 离子膜法制碱与传统的隔膜法、水银法相比较，具有产品离子膜法制碱与传统的隔膜法、水银法相比较，具有产品质量高、电流效率高、工艺简单、投资费用低等优点。此外，质量高、电流效率高、工艺简单、投资费用低等优点。此外，因它不用石棉、水银，从而解决了石棉、水银对环境的污染因它不用石棉、水银，从而解决了石棉、水银对环境的污染问题，而被公认是氯碱工业发展的方向。问题，而被公认是氯碱工业发展的方向。一、一、离子交换膜的结构离子交换膜的结构 用于氯碱工业的离子交换膜，是一种耐腐蚀的阳离用于氯碱工业的离子交换膜，是一种耐腐蚀的阳离子交换膜。在膜的内部具有复杂的化学结构，膜内存在子交换膜。在膜的内部具有
34、复杂的化学结构，膜内存在两类离子：固定离子和可交换离子。两类离子：固定离子和可交换离子。21.2 离子交换膜的性能和种类离子交换膜的性能和种类图图21.2 离子交换膜示意图离子交换膜示意图二、二、离子交换膜的性能离子交换膜的性能 （1）高化学稳定性和热稳定性）高化学稳定性和热稳定性 在电解槽中，离子膜的阴极侧接触的是高温浓碱，阳极侧是高温在电解槽中，离子膜的阴极侧接触的是高温浓碱，阳极侧是高温酸性盐水且含有湿氯气。所以它必须具备良好的耐酸耐碱和耐氧化性酸性盐水且含有湿氯气。所以它必须具备良好的耐酸耐碱和耐氧化性能，并具有良好的热稳定性。能，并具有良好的热稳定性。（2）优良的电化学性能）优良的电
35、化学性能 在电解过程中，为了降低槽电压以降低电能的消耗，离子膜必须在电解过程中，为了降低槽电压以降低电能的消耗，离子膜必须具有较低的膜电阻和较大的离子交换容量。离子选择透过性好，同时具有较低的膜电阻和较大的离子交换容量。离子选择透过性好，同时还须具有较好的反渗透能力，以阻止还须具有较好的反渗透能力，以阻止OH-离子的渗透。离子的渗透。（3）稳定的操作性能）稳定的操作性能 为了适应生产的变化，离子膜必须能在电流波动范围内正常工作，为了适应生产的变化，离子膜必须能在电流波动范围内正常工作，并且在操作条件（如温度、盐水及纯水供给等）发生变化时，能很快并且在操作条件（如温度、盐水及纯水供给等）发生变化
36、时，能很快恢复其电化学性能。恢复其电化学性能。（4）膜的机械强度高）膜的机械强度高 离子膜必须具有较好的物理性能但不易破，柔韧性好但不易变形。离子膜必须具有较好的物理性能但不易破，柔韧性好但不易变形。同时由于膜长时期浸没在盐水中工作，它必须具有较小的膨胀率。同时由于膜长时期浸没在盐水中工作，它必须具有较小的膨胀率。三、三、离子交换膜的主要类型离子交换膜的主要类型（1）全氟羧酸膜（）全氟羧酸膜（RfCOOH）全氟羧酸膜是由单组分的全氟聚合物制成，具有羧酸型离全氟羧酸膜是由单组分的全氟聚合物制成，具有羧酸型离子交换基团、离子交换容量高和分子量大的特点，是一种弱子交换基团、离子交换容量高和分子量大的
37、特点，是一种弱酸性和亲水性小的离子交换膜。酸性和亲水性小的离子交换膜。（2）全氟磺酸膜（）全氟磺酸膜（RfSO3H）全氟磺酸膜是一种强酸型离子交换膜。这类膜的亲水好，全氟磺酸膜是一种强酸型离子交换膜。这类膜的亲水好，因此电阻小，但由于膜的固定离子浓度低，一般小于因此电阻小，但由于膜的固定离子浓度低，一般小于20%。它能置于它能置于pH=1的酸性溶液中，因此可在电解槽阳极室内加盐的酸性溶液中，因此可在电解槽阳极室内加盐酸，以中和反渗透的酸，以中和反渗透的OH-。（3）全氟羧酸）全氟羧酸/磺酸复合膜（磺酸复合膜（RfSO3H/RfCOOH）这是一种为了能充分利用上述两种离子交换基团的优点、这是一种
38、为了能充分利用上述两种离子交换基团的优点、相互补偿其不足而开发的多层全氟羧酸和全氟磺酸离子膜。相互补偿其不足而开发的多层全氟羧酸和全氟磺酸离子膜。一、一、盐水过滤器盐水过滤器21.3主要设备及作用主要设备及作用图图21.3 炭素烧结管式过滤器炭素烧结管式过滤器 作用作用：使一次精制使一次精制盐水经过滤除去所盐水经过滤除去所含微量悬浮物，指含微量悬浮物，指标为标为1 ppm。二、二、螯合树脂塔螯合树脂塔图图21.4 螯合树脂塔螯合树脂塔作用作用：将一次精将一次精制盐水中制盐水中Ca2、Mg2杂质含量降杂质含量降低到符合离子膜低到符合离子膜工艺的需要。工艺的需要。三、三、离子膜电解槽离子膜电解槽图
39、图21.5 离子膜电解槽离子膜电解槽作用作用：将进入的合格将进入的合格的二次精制盐水经通的二次精制盐水经通电电解，生产出低盐、电电解，生产出低盐、高纯、高浓度的氢氧高纯、高浓度的氢氧化钠产品，同时得到化钠产品，同时得到联产氯和氢气联产氯和氢气。离子膜电解槽有单极式和复极式两种。它们都是由若干离子膜电解槽有单极式和复极式两种。它们都是由若干个电解单元所组成，每个单元都是由阴极、阳极、离子个电解单元所组成，每个单元都是由阴极、阳极、离子交换膜、槽框等部件构成。交换膜、槽框等部件构成。四、四、脱氯塔脱氯塔 图图21.6钛钛脱氯塔脱氯塔 作用作用：将从离子膜电解将从离子膜电解槽流出的淡盐水中的游槽流出
40、的淡盐水中的游离氯（离氯（ClO-）脱除掉）脱除掉。目的：目的：减少对设备和减少对设备和管道的腐蚀；减少对管道的腐蚀；减少对二次精制的炭素管和螯二次精制的炭素管和螯合树脂的危害；减少合树脂的危害；减少对环境的污染（氯气泄对环境的污染（氯气泄出）；回收氯气。出）；回收氯气。脱氯工艺有三种形式：脱氯工艺有三种形式：（1）真空脱氯塔（）真空脱氯塔（2）空气吹除脱氯塔（）空气吹除脱氯塔（3）加化学药剂法）加化学药剂法21.4 工艺流程工艺流程图图21.7离子膜法制碱工艺流程图离子膜法制碱工艺流程图 21.5 离子膜法电解工艺操作条件离子膜法电解工艺操作条件 盐水质量盐水质量 阴极液中阴极液中NaOH浓
41、度对电流效率的影响浓度对电流效率的影响 阳极液中阳极液中NaCl浓度的影响浓度的影响 盐水加盐酸盐水加盐酸停止供水或盐水的影响停止供水或盐水的影响气体压力变化的影响气体压力变化的影响影响烧碱中含盐量的因素影响烧碱中含盐量的因素 u增加了二次盐水精制工序增加了二次盐水精制工序u需向电解槽的阴极区加入纯水需向电解槽的阴极区加入纯水u由电解槽阳极区引出的稀盐水可再度使用由电解槽阳极区引出的稀盐水可再度使用u阴极室输出的液碱可直接作为商品阴极室输出的液碱可直接作为商品离子交换膜电解法与隔膜电解法的区别离子交换膜电解法与隔膜电解法的区别第第22章章 电解碱液蒸发电解碱液蒸发22.1 电解液蒸发的目的及特
42、点电解液蒸发的目的及特点22.2 蒸发工艺过程蒸发工艺过程22.3 主要设备及作用主要设备及作用22.4 硫酸盐的去除硫酸盐的去除22.5 工艺操作条件工艺操作条件22.1 电解液蒸发的目的及特点电解液蒸发的目的及特点 电解液蒸发是氯碱生产的重要环节，其特点是将电解工电解液蒸发是氯碱生产的重要环节，其特点是将电解工段生产的约含段生产的约含1011氢氧化钠的电解液，经预热后，送入氢氧化钠的电解液，经预热后，送入多效蒸发器。以蒸汽加热除去电解液中部分水分，将电解液多效蒸发器。以蒸汽加热除去电解液中部分水分，将电解液浓缩到含氢氧化钠浓缩到含氢氧化钠30以上，成为液碱产品或生产固碱。以上，成为液碱产品
43、或生产固碱。电解碱液蒸发的主要任务：电解碱液蒸发的主要任务：（1）浓缩氢氧化钠溶液，达到符合商品碱液的规格。）浓缩氢氧化钠溶液，达到符合商品碱液的规格。（2）将析出的氯化钠结晶，制备成回收盐水送盐水精）将析出的氯化钠结晶，制备成回收盐水送盐水精 制工艺使用。制工艺使用。（3）硫酸盐的去除。）硫酸盐的去除。蒸发的一般形式蒸发的一般形式自然蒸发和沸腾蒸发自然蒸发和沸腾蒸发溶液中的溶剂在溶液沸点以下进行汽化称为溶液中的溶剂在溶液沸点以下进行汽化称为自然蒸自然蒸发发。自然蒸发的特点是蒸发过程发生在溶液表面，溶。自然蒸发的特点是蒸发过程发生在溶液表面，溶剂的蒸汽压低，蒸发速度较慢，但能量消耗少。剂的蒸汽
44、压低，蒸发速度较慢，但能量消耗少。如果溶液中的溶剂在沸点时汽化则称为如果溶液中的溶剂在沸点时汽化则称为沸腾蒸发沸腾蒸发。沸腾蒸发发生在溶液内部，因此蒸发速度快沸腾蒸发发生在溶液内部，因此蒸发速度快，设备小、设备小、生产能力大生产能力大。将溶液中的部分溶剂汽化并除去的操作称为将溶液中的部分溶剂汽化并除去的操作称为蒸发蒸发。常压蒸发、加压蒸发和减压蒸发常压蒸发、加压蒸发和减压蒸发常压蒸发常压蒸发 蒸发操作在与外界压力相同的条件下进行。蒸发操作在与外界压力相同的条件下进行。加压蒸发加压蒸发 蒸发的操作压力高于外界环境压力，溶液蒸发的操作压力高于外界环境压力，溶液 的沸点也大于常压下溶液的沸点。的沸点
45、也大于常压下溶液的沸点。减压蒸发减压蒸发 蒸发操作在减压条件下进行蒸发操作在减压条件下进行，溶液的沸点溶液的沸点 较较低低蒸发的一般形式蒸发的一般形式蒸发的一般形式蒸发的一般形式单效蒸发和多效蒸发单效蒸发和多效蒸发单效蒸发单效蒸发凡溶液在蒸发器内蒸发时，所产生的二次蒸汽不再利用凡溶液在蒸发器内蒸发时，所产生的二次蒸汽不再利用。多效蒸发多效蒸发前一效蒸发器所产生的二次蒸汽作为下一效蒸发器的热源的前一效蒸发器所产生的二次蒸汽作为下一效蒸发器的热源的操作操作。在多效蒸发器中，效数等于二次蒸汽利用次数加。在多效蒸发器中，效数等于二次蒸汽利用次数加1。一、一、电解液蒸发的目的电解液蒸发的目的 水银法电解
46、一般出解汞塔时，电解碱液中水银法电解一般出解汞塔时，电解碱液中NaOH 含量已达含量已达50%左右，所以水银电解法不必进行碱左右，所以水银电解法不必进行碱 液的蒸发浓缩，可完全省去蒸发工段。液的蒸发浓缩，可完全省去蒸发工段。离子交换膜法电解槽流出的电解碱液，其中离子交换膜法电解槽流出的电解碱液，其中 NaOH含量在含量在3235%，可作为高纯度烧碱使，可作为高纯度烧碱使 用，可根据需要进行蒸发浓缩。用，可根据需要进行蒸发浓缩。隔膜法电解碱液中隔膜法电解碱液中NaOH含量约为含量约为1112%，NaCl含量为含量为1618%，必须进行蒸发浓缩，将，必须进行蒸发浓缩，将 电解液的电解液的NaOH含
47、量提高到含量提高到50%左右，同时分离左右，同时分离 出电解液中的出电解液中的NaCl，提高碱液的浓度。，提高碱液的浓度。二、二、电解液蒸发的电解液蒸发的特点特点 碱液的沸点升高碱液的沸点升高溶液的粘度溶液的粘度溶液的腐蚀性溶液的腐蚀性隔膜电解蒸发过程中，有大量的氯化钠析出隔膜电解蒸发过程中，有大量的氯化钠析出蒸汽消耗低蒸汽消耗低22.2 蒸发工艺过程蒸发工艺过程 碱液蒸发工艺流程碱液蒸发工艺流程按碱液和蒸汽的走向按碱液和蒸汽的走向分为：分为：逆流蒸发流程逆流蒸发流程和和顺流蒸发流程顺流蒸发流程两大类。顺流蒸发流两大类。顺流蒸发流程的碱液与蒸汽的走向相同，逆流蒸发流程则相反。程的碱液与蒸汽的走
48、向相同，逆流蒸发流程则相反。按按蒸汽的利用次数蒸汽的利用次数分为分为双效、三效、四效蒸发双效、三效、四效蒸发。在。在烧碱生产中，由于热损失随碱液浓度升高而沸点上烧碱生产中，由于热损失随碱液浓度升高而沸点上升较大等原因，顺流蒸发最多采用三效，逆流蒸发升较大等原因，顺流蒸发最多采用三效，逆流蒸发最多采用四效。最多采用四效。电解碱液蒸发，由于其沸点升高较大，一电解碱液蒸发，由于其沸点升高较大，一般取般取34效。效。一、三效顺流蒸发工艺流程一、三效顺流蒸发工艺流程 图图22.1三效顺流工艺流程图三效顺流工艺流程图1-电解液贮槽，电解液贮槽，2-电解液预热循环槽，电解液预热循环槽，3-加料泵，加料泵，4
49、-预热器预热器 5-蒸发器，蒸发器，6-捕沫器，捕沫器，7-冷凝器，冷凝器，8-旋液分离器，旋液分离器，9-循环泵循环泵，10-盐碱高位槽盐碱高位槽，11-离心机，离心机，12-化盐池化盐池13-母液槽，母液槽，14-洗涤水池，洗涤水池，15-盐碱泵，盐碱泵，16-冷却澄清槽，冷却澄清槽，17-冷却泵，冷却泵，18-冷却器，冷却器，19-浓碱贮槽，浓碱贮槽，20-成品碱泵。成品碱泵。二、三效逆流蒸发工艺流程二、三效逆流蒸发工艺流程 图图22.2三效三效逆逆流工艺流程图流工艺流程图1-加料泵；加料泵；2,18-大气冷凝器；大气冷凝器；3-下水池；下水池；4,17-捕沫器；捕沫器；5-冷凝液泵；冷
50、凝液泵；6-悬液分离器；悬液分离器；7-蒸发器；蒸发器；8,21-盐泥高位槽；盐泥高位槽；9-采盐泵；采盐泵；10,22-离心机；离心机；11-冷凝液闪蒸罐；冷凝液闪蒸罐；12-液下泵；液下泵；13-回收盐水槽；回收盐水槽；14-闪蒸蒸发器；闪蒸蒸发器；15-母液槽；母液槽；16-泥盐澄清槽；泥盐澄清槽；19-浓碱冷却槽；浓碱冷却槽；20-浓碱澄清槽；浓碱澄清槽；，-蒸发器蒸发器三、三、逆流蒸发与顺流蒸发的比较逆流蒸发与顺流蒸发的比较 逆流蒸发与顺流蒸发相比较，具有如下优点。逆流蒸发与顺流蒸发相比较，具有如下优点。（1）蒸汽与碱液逆流而行。从电解工序来的电解液，先进入）蒸汽与碱液逆流而行。从电
