子任務(wù)知識(shí)點(diǎn)：離子膜電解槽結(jié)構(gòu)與運(yùn)行管理

1、任務(wù)任務(wù)3 3：精制鹽水電解：精制鹽水電解子任務(wù)子任務(wù)1 1：精制鹽水電解生產(chǎn)過程：精制鹽水電解生產(chǎn)過程知識(shí)點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)2 2：離子膜電解槽結(jié)構(gòu)與運(yùn)行管理離子膜電解槽結(jié)構(gòu)與運(yùn)行管理職業(yè)教育應(yīng)用化工技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫(kù)職業(yè)教育應(yīng)用化工技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫(kù)離子膜燒堿生產(chǎn)操作離子膜燒堿生產(chǎn)操作課程課程能認(rèn)知離子膜電解生產(chǎn)工藝流程；能說出離子膜電解槽的主要組成構(gòu)件名成；能分析離子膜電解槽電流流動(dòng)的流向；掌握離子膜電解槽的基本結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；能敘述離子膜電解鹽水的工藝流程；工業(yè)應(yīng)用案例離子交換膜電解槽 一、離子交換膜電解槽的種類一、離子交換膜電解槽的種類工業(yè)上用的每一種槽型，每臺(tái)電解槽都是由若干電解質(zhì)單元組成，每個(gè)電

2、解單元由陽(yáng)極、離子交換膜與陰極組成。按供電方式的不同，離子膜電解分為單極式和復(fù)極式兩大類。工業(yè)應(yīng)用案例離子交換膜電解槽圖圖3-5 離子膜電解槽的電解時(shí)供電方式示意圖離子膜電解槽的電解時(shí)供電方式示意圖整流器復(fù)極槽21000kWDC60kA350V350VDC60kA21000kW單極槽整流器工業(yè)應(yīng)用案例離子交換膜電解槽圖圖3-6 離子膜電解單極槽離子膜電解單極槽 離子交換膜單極槽圖圖3-7 膜片與極板壓緊膜片與極板壓緊 圖圖3-8 膜片試漏膜片試漏工業(yè)應(yīng)用案例離子交換膜電解槽圖圖3-9 復(fù)極式電解槽復(fù)極式電解槽 工業(yè)應(yīng)用案例離子交換膜電解槽 1.1.單極式與復(fù)極式單極式與復(fù)極式離子交換膜電解槽之

3、間的離子交換膜電解槽之間的比較比較 單極式電解槽單極式電解槽：電解槽內(nèi)的直流電路是并聯(lián)的電解槽內(nèi)的直流電路是并聯(lián)的，因此，通過各個(gè)電解單元的電流之和就是通過這臺(tái)單極電這臺(tái)單極電解槽的總電流解槽的總電流，各個(gè)電解單元的電壓是相等的。復(fù)極式電解槽復(fù)極式電解槽：槽內(nèi)各電解單元的直流電路都是串槽內(nèi)各電解單元的直流電路都是串聯(lián)的聯(lián)的，各個(gè)單元的電流相等電解槽的總電壓是各個(gè)電解各個(gè)單元的電流相等電解槽的總電壓是各個(gè)電解單元的電壓之和單元的電壓之和，所以每臺(tái)復(fù)極式電解槽都是低電流高電壓運(yùn)轉(zhuǎn)。工業(yè)應(yīng)用案例離子交換膜電解槽表表3-2 單極槽與復(fù)極槽之間的區(qū)別單極槽與復(fù)極槽之間的區(qū)別 生活小細(xì)節(jié) 工業(yè)應(yīng)用案例離子

4、交換膜電解槽 2. 2. 離子交換膜法單、復(fù)極電解槽電解生產(chǎn)燒離子交換膜法單、復(fù)極電解槽電解生產(chǎn)燒堿的工藝比較堿的工藝比較 （1 1）離子交換膜單極槽電解生產(chǎn)燒堿工藝流程）離子交換膜單極槽電解生產(chǎn)燒堿工藝流程原鹽Na2SO32345535%NaOH廢Cl2H2去蒸發(fā)Cl2純水8617NaOH+純水1鹽水飽和槽；2反應(yīng)器；3浮上澄清槽；4過濾器；5樹脂塔；6電解槽；7脫氯塔；8整流器圖圖3-10 旭硝子單極槽離子膜電解工藝流程簡(jiǎn)圖旭硝子單極槽離子膜電解工藝流程簡(jiǎn)圖工業(yè)應(yīng)用案例離子交換膜電解槽（2）離子交換膜復(fù)極槽電解生產(chǎn)燒堿工藝流程離子交換膜復(fù)極槽電解生產(chǎn)燒堿工藝流程 圖圖3-12 旭化成復(fù)極槽

5、離子膜電解工藝流程簡(jiǎn)圖旭化成復(fù)極槽離子膜電解工藝流程簡(jiǎn)圖21346原鹽空氣77廢Cl2純堿Na2SO3101214大氣NaOHCl2H2純水58811139純酸1飽和器；2反應(yīng)器；3沉降器；4鹽水槽；5鹽水過濾器；6過濾后鹽水槽；7螯合樹脂塔；8陽(yáng)極液循環(huán)槽；9電解槽；10陽(yáng)極液氣液分離器；11陰極液循環(huán)槽；12陰極液氣液分離器；13脫氯塔；14亞硫酸鈉槽工作任務(wù)總結(jié)本節(jié)課主要完成了以下工作任務(wù)：本節(jié)課主要完成了以下工作任務(wù)：1.1.電解生產(chǎn)裝置工藝流程介紹；電解生產(chǎn)裝置工藝流程介紹；2.2.電解的相關(guān)概念學(xué)習(xí)，如電解、電極電位、理論分電解的相關(guān)概念學(xué)習(xí)，如電解、電極電位、理論分解電壓、超電壓

6、、電解液電壓和導(dǎo)電材料電壓降等解電壓、超電壓、電解液電壓和導(dǎo)電材料電壓降等3.3.電解過程中電解產(chǎn)量、電耗以及電解效率的計(jì)算；電解過程中電解產(chǎn)量、電耗以及電解效率的計(jì)算；4.4.離子膜電解槽的種類與電解生產(chǎn)工藝流程介紹等。離子膜電解槽的種類與電解生產(chǎn)工藝流程介紹等。作業(yè)：作業(yè)：P174 P174 、工業(yè)應(yīng)用案例離子交換膜電解槽 二、二、復(fù)極式離子交換膜電解槽的工作過程復(fù)極式離子交換膜電解槽的工作過程 1.BiTAC-859復(fù)極式離子膜電解槽的結(jié)構(gòu)由一塊陽(yáng)極終端板，若干中間單元和一塊陰極終點(diǎn)板組成，利用14根緊固螺栓壓緊成壓濾機(jī)式，其電極尺寸為14002340mm，有效面積為有效面積為3.276

7、m2，密封壓邊為30mm。在兩個(gè)單元之間安裝一張離子交換膜 ，將陽(yáng)極室與陰極室有效地分開。其整體結(jié)構(gòu)。工業(yè)應(yīng)用案例離子交換膜電解槽圖圖3-13 BiTAC-859復(fù)極式離子膜電解槽的基本結(jié)構(gòu)示意圖復(fù)極式離子膜電解槽的基本結(jié)構(gòu)示意圖工業(yè)應(yīng)用案例離子交換膜電解槽 2.BiTAC-8592.BiTAC-859復(fù)極式離子膜電解槽單元槽內(nèi)的復(fù)極式離子膜電解槽單元槽內(nèi)的液體均布流動(dòng)形式液體均布流動(dòng)形式圖圖3-14 BiTAC-859復(fù)極式離子膜電解槽底部進(jìn)液系統(tǒng)示意圖復(fù)極式離子膜電解槽底部進(jìn)液系統(tǒng)示意圖 工業(yè)應(yīng)用案例離子交換膜電解槽圖圖3-15 BiTAC-859復(fù)極式離子膜電解槽單元槽內(nèi)的液體均布流動(dòng)形

8、式示意圖復(fù)極式離子膜電解槽單元槽內(nèi)的液體均布流動(dòng)形式示意圖工業(yè)應(yīng)用案例離子交換膜電解槽圖圖3-16 BiTAC-859復(fù)極式離子膜電解槽單元極板上電流流動(dòng)形式示意圖復(fù)極式離子膜電解槽單元極板上電流流動(dòng)形式示意圖3.3.圖圖3-7 BiTAC-8593-7 BiTAC-859復(fù)極式離子膜電解槽復(fù)極式離子膜電解槽單元極板上電流流動(dòng)形式示單元極板上電流流動(dòng)形式示意圖意圖離子交換膜離子交換膜圖圖3-17 離子交換膜的種類離子交換膜的種類一、離子交換膜的種類一、離子交換膜的種類 1.全氟羧酸膜（全氟羧酸膜（RfCOOH ） 全氟羧酸膜是一種具有弱酸性和親水性小的離子交換膜。膜內(nèi)固定離子的濃度較大，能阻止

9、OH-的反滲透，因此陰極室的NaOH濃度可達(dá)35%左右。而且電流效率也較高，可達(dá)95%以上。它能置于PH3的酸性溶液中，在電解時(shí)化學(xué)穩(wěn)定性好，缺點(diǎn)是膜電阻較大，在陽(yáng)極室不能加酸，因此氯中含氧較高。離子交換膜離子交換膜離子交換膜離子交換膜 1.全氟磺酸膜（全氟磺酸膜（RfSO3H） 全氟磺酸膜是一種強(qiáng)酸型離子交換膜。這類膜的親水性好，因此膜電阻小，但由于膜的固定離子濃度低，對(duì)OH-的排斥力小。因此，電槽的電流效率較低，一般小于80%。且產(chǎn)品的NaOH濃度20%，但化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)良。由于其Pka值?。ㄋ岫却螅?故能置于PH1的酸性溶液中，即電解槽陽(yáng)極液內(nèi)可添加鹽酸中和OH-，因此，產(chǎn)品氯氣質(zhì)量好，含

10、O2/Cl20.5%。離子交換膜離子交換膜 3.全氟羧酸全氟羧酸/磺酸復(fù)合膜（磺酸復(fù)合膜（Rf-COOH/Rf-SO3H） 全氟羧酸/磺酸復(fù)合膜是一種性能優(yōu)良的離子膜，使用時(shí)較薄的羧酸層面向陰極，較厚的磺酸層面向陽(yáng)極，因此兼有羧酸膜和磺酸膜的優(yōu)點(diǎn)。由于Rf-COOH層的存在，可阻擋OH-返遷移到陽(yáng)極室，確保了高的電流效率，可達(dá)96%。又因Rf-SO3H層的電阻低，能在高電流下運(yùn)行，且陽(yáng)極液可用鹽酸中和，產(chǎn)品氯氣含氧量低，NaOH濃度可達(dá)33%35%。離子交換膜離子交換膜二、氯堿生產(chǎn)工藝對(duì)離子膜性能的要求二、氯堿生產(chǎn)工藝對(duì)離子膜性能的要求離子交換膜實(shí)現(xiàn)離子交換的過程離子交換膜實(shí)現(xiàn)離子交換的過程

11、（3 3）離子交換膜實(shí)現(xiàn)離子交換的過程）離子交換膜實(shí)現(xiàn)離子交換的過程 用于氯堿工業(yè)的離子交換膜是一種能耐氯堿腐蝕的陽(yáng)離子交換膜。膜內(nèi)存在固定離子和可交換的對(duì)離子的膜，有排斥外界溶液中某一離子的能力。在電解食鹽水溶液采用的陽(yáng)離子交換膜的膜體中有活性基團(tuán)，它是由帶負(fù)電荷的固定離子如R-SO3- 、R-COO-；同一個(gè)帶正電荷的對(duì)離子Na+形成靜電鍵，磺酸型陽(yáng)離子交換膜的化學(xué)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為離子交換膜實(shí)現(xiàn)離子交換的過程 由于磺酸基團(tuán)具有親水性能，而使膜在溶液中溶脹，膜體結(jié)構(gòu)變松，從而造成許多微細(xì)彎曲的通道，使其活性基團(tuán)中的對(duì)離子Na+可以與水溶液中的同電荷的Na+進(jìn)行交換。與此同時(shí)膜中的活性基團(tuán)中固定離子

12、具有排斥Cl-和OH-的能力，從而獲得高純度的氫氧化鈉溶液。圖圖3-18 離子交換膜示意圖離子交換膜示意圖 圖圖3-19 離子交換膜電解制氫氧化鈉和氯氣的原理圖離子交換膜電解制氫氧化鈉和氯氣的原理圖離子交換膜實(shí)現(xiàn)離子交換的過程離子交換膜實(shí)現(xiàn)離子交換的過程電極反應(yīng)式：電極反應(yīng)式： 2Cl-2eCl2 4OH-4eO22H2O6ClO-3H2O6e2ClO3-4Cl-6H+ O223a 陽(yáng)極反應(yīng) b 陰極反應(yīng) 2H2O2eH22OH- 離子交換膜實(shí)現(xiàn)離子交換的過程離子交換膜實(shí)現(xiàn)離子交換的過程 Cl2（ g） Cl2（aq） （ ） 生成的氯氣與從陰極室反滲過來的氫氧化鈉 的反應(yīng) c c 溶液中的反應(yīng)（陽(yáng)極室內(nèi)）溶液中的反應(yīng)（陽(yáng)極室內(nèi)） () 生成的氯氣在電解液中（陽(yáng)極液）的物理溶解。 Cl22NaOH NaClO3 NaClH2O3135Cl22NaOH O22NaClH2O21HClONaOH O2NaClH2O21BiTAC-859復(fù)極式離子膜電解槽生產(chǎn)燒堿的工藝流程圖圖3-20 電解精制鹽水生產(chǎn)燒堿的工藝流程示意圖電解精制鹽水生產(chǎn)燒堿的工藝流程示意圖 電解槽氣密及針孔實(shí)驗(yàn)工具水封罐壓力計(jì)壓力計(jì)N2供應(yīng)廢氯氣總管氯氣總管淡鹽水總管循環(huán)鹽水總管循環(huán)燒堿總管回堿總管氫氣總管圖圖3-21 電解槽緊密及針孔壓力實(shí)驗(yàn)及水封罐電解槽緊密及針孔壓力實(shí)驗(yàn)及水封罐