离子膜烧碱装置工艺培训课件
一、装置简介
巴陵石化环氧树脂事业部有二套离子膜烧碱生产装置，一是1993年建成投产采用日本旭化成公司强制式循环电槽工艺的20000t/a离子膜装置，一是2001年12月份建成投产采用日本旭化成自然式循环电槽工艺的50000t/a离子膜装置。
二、烧碱制碱技术的发展历程
烧碱从电石法、水银法、隔膜阳极法发展到离子膜制碱技术。
离子膜烧碱制碱技术是十九世纪60年代开始进入工业生产，最早由美国杜邦、日本旭化成、西欧伍德等化工公司实现工业生产。主要是膜和相应电解槽的发展决定离子膜制碱技术。
膜和电解槽的发展历程与离子膜烧碱技术发展是同步的，目前离子膜只有美国杜邦、日本旭化成、旭硝子公司生产，我国去年开始东岳集团才开始生产出用于强制循环的膜。电解槽从最开始的单级式电解槽发展到强制循环电解槽、自然循环电解槽、高电密电解槽、零极距电解槽及零极距高电密电解槽。
三、装置工序简介
装置分为20000t/a离子膜装置精制、电解工序、氢处理工序，氯气送50000t/a离子膜装置氯干燥处理；50000t/a离子膜装置分
为精制工序、电解工序、淡盐水脱氯工序、蒸发工序、氯气处理工序、氢处理工序。
四、原材料产品简绍
产品性质
30%离子膜烧碱
30%离子膜烧碱化学分子式NaOH，比重约1.3左右，分子量40，凝固点4.65℃，生成热101.99 千卡/克分子，熔点318.4℃、沸点1390℃。30%离子膜烧碱为无色粘状液体，呈强碱性，对皮肤、角膜、动物纤维有强腐蚀性，可吸收氯气和二氧化碳。离子膜烧碱广泛用于造纸、冶金、纺织、无机化工、军工领域，是一种基本无机化工原料。
氯气（Cl2）
氯气化学分子式Cl2，在常温常压下为黄绿色有刺激性气味的有毒气体。密度为3.21，是空气的2.45倍。易溶于碱溶液、二硫化碳和四氯化碳，难溶于饱和食盐水。在常温下，氯气被加压到0.6～0.8MPa或在常压下冷却到-35～40℃时就能液化为黄绿色透明液体。液氯的密度为1.47，熔点-102℃，沸点-34.6℃，气化热62kcal/kg(36℃)。氯气的化学性质很活泼，是一种活泼的非金属。液氯为第二类危险化学品，人体吸入浓度为2.5mg/m的氯气时，就会死亡。氯气爆炸的危害包括两部分：爆炸本身造成的危害及泄漏的氯气造成的二次危害常温下水中的溶解度为5～7g/l，湿氯气对绝大
部分金属具有强烈的腐蚀性。氯气与氢气混合后在温度和光的作用下可形成爆炸性气体，其爆炸围为氯含氢4～96%。干氯气和金属钛会发生剧烈燃烧反应，甚至发生爆炸，生成TiCl4，湿Cl2中由于大量的水分存在，钛管表面生成一层TiO2保护膜，保护钛设备不受腐蚀，因此防止湿Cl2变干Cl2而发生反应。工艺控制经钛冷却器被冷冻水冷却时的Cl2温度不得小于12℃。氯气是一种有毒气体，空气中含氯量超过90mg/l时，会引起咳嗽，短时间即可中毒。氯气化学性质活泼，可与多种元素化合，也能与许多化合物起反应，所以在自然界中游离状态存在者极少。
氢气
氢气是无色无味易爆气体，相对比重为0.069（空气为1），密度为0.089g/l，比空气轻14.5倍，在空气中燃烧生成水，其燃烧热为1.08×104kJ/m3，热容为Cp=14.24J/g℃（0～200℃），电化当量为0.0373。氢气难溶于水，在常温常压下，每升水可溶入0.02升氢气，在气体中氢气的扩散速度和导热性最高，其导热系数为0.649kJ/m·hr·K（约比空气大7倍）。
氢气与空气混合可形成爆炸性气体，其爆炸极限为4～74.2%（体积百分比）。氢气也是一种还原剂，能与很多氧化物反应生成水。
原材料简介
盐水外观为无色透明水溶液，可被水无限稀释，常温常压下的Cl2溶解度为1～2 g/L，比重为1.17，比热为3.26J/g，沸点为107℃，为电的良导体，对金属易产生电化学腐蚀。
原材料规格性能
五、工艺原理
盐水精制过滤原理
从一次盐水精制送来的盐水含有一定量的固体悬浮物。这部分固体悬浮物会增加进入离子交换塔盐水钙镁等杂质含量，同时使离子交换塔中的离子交换树脂结块，因此必须将其除去。离子膜法制碱盐水精制过程中使用的碳素管过滤器（F-1140），属表面过滤, 悬浮液置于过滤介质的一侧, 在过滤开始前先用α-纤维素进行预涂，在过滤器滤芯外形成一层滤饼，防止悬浮物进入滤芯部孔道。过滤原件为过滤器F-1140的碳素管，过滤介质为α-纤维素为助滤剂的滤饼，盐水
通过滤饼，固体杂质被截留于滤饼的表面层，使滤饼不断增厚，而穿过滤饼的液体则变为清净的滤液。
实际操作过程中，应根据操作结果对主体给料和预涂层进行调整和确认。
盐水过滤过程中，由于滤饼（预涂层）是依靠滤芯两侧的压差附在滤芯上的，而压差又是因为有盐水经过而产生，因此，为防止滤饼从滤芯上脱落，在过滤运行及切换过程中，必须保持的过滤盐水流量保持稳定，防止盐水中的悬浮物S.S因滤饼剥落而穿透滤芯进入滤后盐水系统。
此外，盐水过滤过程中，由于对过滤器进行主体给料，滤饼不断加厚，当过滤压差增至0.2MPa时，为保证滤芯安全，应切换过滤器。在使用α-纤维素作为预涂层和主体给料物时必须彻底除去游离态的氯，否则会降低α-纤维素和过滤元件的作用，使其性能变差。
2.1.2 离子交换原理
盐水中的Ca2+、Mg2+及其他各种阳离子对膜电解工艺危害极大。采用常规化学处理及沉降得到的盐水尚不能满足要求，还必须采用离子交换法进一步除去阳离子。
离子交换树脂D403是一种大孔隙螯合型阳离子树脂。其交换基为亚胺基二乙酸基。当溶液中共存有一价二价金属离子时，Na型螯合树脂D403选择性地交换吸附二价金属离子，显示出对二价金属离子的高选择性、高亲和力。Na被金属阳离子（特别是一价阳离子）置换，反应式如下：
2RCH2NHCH2PO3Na2 + Ca2+ = Ca（RCH2NHCH2PO3Na）2 + 2Na+
螯合树脂被二价金属离子Ca2+、Mg2+交换吸附的络合物在低PH的溶液中很容易地解吸（再生），络合物用盐酸进行再生，转换成H型树脂，反应如下：
Ca（RCH2NHCH2PO3Na）2 + 4HCl →RCH2NHCH2PO3H2 + CaCl2 + 2NaCl
H型树脂再经NaOH再生，转换成Na型树脂，反应如下：
RCH2NHCH2PO3H2+ 2NaOH →RCH2NHCH2PO3Na2 +2H2O
此时树脂又可重新投入使用。
当盐水流过一定高度的树脂层，使盐水与树脂充分接触，将盐水中高价金属阳离子减少至工艺要求水平。因此，不论是再生过程，还是运行过程，都应保证盐水与离子交换树脂有充分的接触时间，即要保证盐水流量不能过高，树脂层高度不能太低。
2.1.3 脱氯原理
电解送来的淡盐水的溶解氯气约为700～800 mg/l。如果不在脱氯工序中将这些氯气除去，会造成一次盐水精制工序空气污染，导致亚硫酸钠和α-纤维素的过量消耗，并腐蚀管道，损坏盐水过滤器中的滤芯和离子交换树脂。因此应将其除出。
溶解在盐水中的氯气，一部分与水反应，一部分则以气体形式游离于水中。
Cl2 + H2O →HCl + HClO
上述反应为可逆反应，当溶液值降低时，反应平衡向左移动，PH 增高时反应向右移动。采用物理脱氯之前，需加入盐酸，将盐水中的氯尽量保持游离氯状态；而化学脱氯时则考虑化学反应的PH值条件。
本装置采用先物理脱氯再化学脱氯的方法。
本装置物理脱氯采用真空脱氯方法。即利用真空状态下，Cl2在空气及盐水中的溶解度不同，使盐水中的Cl2转移至空气中。由于电槽出口淡盐水PH值一般在2以上，因此需向淡盐水中加入盐酸以降低HClO浓度。考虑到设备及管道性能及经济性，PH值一般控制在1.0～1.5之间。
经真空脱氯后的盐水中含[Cl2 + ClO-]量在10～20mg/l，不能达到回收使用的工艺要求。因此，必须用化学方法除去。本工序采用Na2SO3作为脱氯还原剂，根据其碱性条件下的还原性比酸性条件下要强的化学特性，在化学脱氯前必须调节盐水PH值。加入NaOH 后，盐水中发生下列反应：
Cl2 + OH-→Cl- + ClO- + H2O
HClO + OH-→ClO- + H2O
上述条件下，盐水PH值控制在9～11之间。加入Na2SO3，盐水中发生氧化还原反应：
SO2-3+ ClO-→Cl- + SO2-4
按氧化还原电位（ORP）计，盐水中的ORP值控制在50mv以下。
2.1.4 电解原理
2.1.4.1 主反应
当直流电通过电解质的水溶液中时，会发生化学反应。这是由于离子运动在电极上放电的结果。在电场作用下，阴离子向阳极运动并放电，阳离子向阴极运动并放电。
在用离子交换膜工艺生产烧碱时，阳极和阴极之间装上选择性渗透阳离子交换膜。在盐水循环经阳极室，烧碱循环经阴极室时，电解得以完成。阳极室放出Cl2，阴极室放出H2，产生NaOH。反应式如下：
阳极：Cl―→1/2 Cl2 + e―
阴极：H2O + e―→1/2 H2 + OH―
阴阳极反应是同时进行的。在阳极室，氯化钠电离成Na+和Cl―。Cl―的电荷迁移到阳极放电而生成Cl2。同时，Na+通过交换膜进入阴极室。在阴极室，H2O变成H2和OH―，OH―和Na+反应生成NaOH。
总反应式：2NaCl + 2H2O = 2NaOH + Cl2↑+ H2↑
上述反应的原理与传统隔膜法原理基本一致，但在离子膜工艺中，由于电解液充分隔离和钠离子的选择性渗透，生产的烧碱纯度更高。
2.1.4.2电槽副反应
阳极发生的副反应：生成氯气部分溶解在盐水中并发生相应反应：
Cl2+H2O→HOCl+H+ +2Cl-
在反应中生成的次氯酸是随时可电离的弱酸
HOCl→OCl- + H+
反应中生成的次氯酸和次氯酸根离子又引起第三种反应：
2 HOCl+ OCl- →ClO3- +2H+ +2Cl-
3Cl2+3H2O→ClO3- +6H+ +5Cl-
阳极重要的副反应是生成O2的反应：
2 H2O→O2+4 H++4e-
钠离子的选择性渗透
在离子膜工艺中阳极室中钠离子可透过膜到达阴极室，因为它与交换膜有亲合力。而氢离子和氢氧根具有与膜相似的负电荷，互相排斥而不能透过膜进入阳极室。
水通过膜的迁移
在膜的两面上加电压，钠离子和水都可从阳极室转移到阴极室。尽管水转移的数量取决于膜和电解条件，但在电流负荷为10KA时约为2.6 m3/h，即4.2×10.0×0.0373×18×98×0.95 = 2625 m3/h。因此，氯化钠的电解率不能简单地根据输入的电解液和返回的电解液NaCl的浓度计算出来。
金属氧化物的沉淀
电解过程中，阳极液中有金属阳离子如Ca2+、Mg2+、Fe2+、Al3+、Ni2+等，这些阳离子接近离子膜时由于PH值上升，在膜中或膜表面生成氢氧化物沉淀，导致槽电压升高或电流效率下降。因此，必须保证进槽盐水中金属阳离子浓度在控制围以。
电流效率
在膜法制碱工艺中，判断其生产效率的高低的指标为“电流效率”。“电流效率”是通过与电解相关的定律及概念得来的。
法拉第第一定律：
在电解过程中，电极上所产生物质的量，与通过电解质溶液的电量成正比，即与电流强度及通电时间成正比。按公式：
G=K I t
式中：G：电极上生成物质的量（克）
K：电化当量（克/安×时）
I：电流强度（安培）
t：通电时间（小时）
法拉第第二定律：
产生一克当量的任何物质，都需要消耗同样的电量F。即每生产一克当量的任何物质，需消耗96500库仑或26.8安×时的电量。
根据以上定律，可算出电解氯化钠水溶液时，各相关物质的电化当量如下：
NaOH/电化当量=1.492克/安×时Cl2/电化当量=1.323克/安×时
H2/电化当量=0.0373克/安×时
槽电压：
电解槽的槽电压由理论分解电压、过电压、导体压降及膜电压等组成的。
1、理论分解电压：与电解质溶液浓度、温度等有关。
2、过电压：与电极材质、电解质溶液浓度、温度等有关。
3、导体压降：是由于阴阳极导电体及电解质的溶液的电阻引起的。
4、膜电压降：是由于膜的电阻所引起的压降。
电流效率：
在电解过程中，电解质溶液中常含有一些其它离子，这些离子放电时会消耗部分电量，电解时发生的副反应以及电路漏电等因素也会引起电量消耗。因此，真正用于生产产品的电量是全部电量的大部分。实际产量之比与理论产量之比即为电流效率。
η（电流效率）=（实际产量/理论产量）×100%
离子膜电解工艺相对于其它电解食盐水制碱工业来说，具有能耗省、产品纯度高、生产强度大等优点。
氯气、氢气处理
由于氢气对管路无腐蚀，在我国江南地区不需干燥，只需对其进行洗涤冷却除雾。
因为湿氯气对金属管路设备腐蚀十分严重，所以必须进行除水处理后再进行压缩送入液氯冷冻工序。从电解槽来的湿氯气必须首先冷却至12～15℃除去其中绝大部分水份后，再经氯气干燥系统使干燥氯气含水降至100PPm以下才可以进入氯气压缩机压缩。本装置采用浓硫酸作为氯气的干燥剂：
（1）浓硫酸的水蒸汽分压很低，在常温下与湿氯气接触有很大的干燥推动力，能很快吸收氯气中的水份；
浓硫酸与氯气不发生化学反应，氯气在浓硫酸中溶解度也很小。
氯气干燥的基本原理是借助于在常温下浓硫酸液面上水蒸汽分压大约比进入干燥塔氯气中的水蒸汽分压要低104倍，这样大的分压差是氯气在瞬间得到干燥的推动力。从以下数据可以看出：
从上表看出，当硫酸温度一定时，硫酸的浓度愈高，其水蒸汽分压愈低；当硫酸浓度一定时，硫酸的温度愈低，则水蒸汽分压也降低。也就是说硫酸的浓度愈高、温度愈低，硫酸的干燥能力也就愈大，即氯气干燥后的水分愈少。但如果硫酸的温度太低的话，则硫酸与水能
形成结晶水合物而析出。因此原料硫酸与用后的稀硫酸在贮运的过程中，尤其在冬季必须控制温度和浓度，以放防管道堵塞。硫酸浓度、重度与结晶温度之间的关系见下表：
从表中可以看出,硫酸浓度在84%时,其结晶温度为+8℃,所以在操作中一般将硫酸温度控制在不低于10℃,以防硫酸结晶堵塞设备、管道。此外,硫酸与湿氯气的接触面积和接触时间也是影响干燥效果的重要因素。因此用硫酸干燥湿氯气时，应注意以下几点：（1）硫酸的浓度；（2）硫酸的温度；（3）硫酸与氯气的接触面积和接触时间。蒸发原理
本装置采用二效逆流降膜蒸发工艺。30%离子膜烧碱从降膜管上端的齿缝分布器把进入降膜蒸发器的碱液均匀分布在降膜管的壁面上，碱液在重力的作用下，沿着竖直管壁从上往下流，管外的加热蒸汽通过管壁将热量不断地传递给碱液，蒸发产生的二次蒸汽高速向下流动，并拖曳着碱液在管壁形成一层均匀的液膜，由于液膜极薄，液膜与管壁的热阻极小，液膜能够很快从管壁获得足够的能量迅速蒸发去除水分，同时，液膜在二次蒸汽的作用下迅速地得到更新。
六、工艺流程叙述
20000t/a离子膜烧碱装置工艺流程简述：
从盐水工段送来的一次盐水送入D-110罐中，通过P-114A/B泵送入盐水过滤器（F-140A/B）前与主体给料罐（D-130）输出的主体给料液进行连续混合。在过滤器（F-140A/B）中进行表面过滤时，盐水中的固体悬浮物在通过预涂层时被盐水中的α-纤维素所俘获，而经过滤后的盐水则送入滤后盐水罐（D-150）中。过滤器（F-140A/B）实行切换运行，投运前须用配有α-纤维素的盐水溶液（D-120）进行预涂。当一过滤器运行达到240小时或过滤压降达0.2MPa时，必须进行切换返洗。在使用前必须重新进行预涂。过滤后的盐水贮于滤后盐水罐（D-150）中，由滤后盐水泵（P-154A/B）送入离子交换塔（T-160A/B/C）进行离子交换。离子交换塔实行两塔串联运行，盐水中的多价金属阳离子与螯合树脂进行离子交换，去除掉盐水中的金属阳离子并降至工艺要求。第二塔出来的盐水送至电解槽。
50000t/a离子膜烧碱装置工艺流程简述：
从盐水工段送来的一次盐水送入D-1110罐中，通过P-1114A/B 泵送入盐水过滤器（F-1140A/B）前与主体给料罐（D-1130）输出的主体给料液进行连续混合。在过滤器（F-1140A/B）中进行表面过滤时，盐水中的固体悬浮物在通过预涂层时被盐水中的α-纤维素所俘获，而经过滤后的盐水则送入滤后盐水罐（D-1150）中。过滤器（F-1140A/B）实行切换运行，投运前须用配有α-纤维素的盐水溶液（D-1120）进行预涂。当一过滤器运行达到240小时或过滤压降达0.2MPa时，必须进行切换返洗。在使用前必须重新进行预涂。过滤后的盐水贮于滤后盐水罐（D-1150）中，由滤后盐水泵（P-1154A/B）送入离子交换塔（T-1160A/B/C）进行离子交换。离子交换塔实行两塔串联运行，盐水中的多价金属阳离子与螯合树脂进行离子交换，去除掉盐水中的金属阳离子并降至工艺要求。第二塔出来的盐水送至精盐水高位槽（D-1170）稳压后，再自流入电解槽。本装置有离子交换塔三台，实行切换运行，即运行时启用两台塔进行串联（经第一塔交换后的盐水进入第二塔继续进行离子交换，再送入精盐水高位槽D-1170），另外一塔（第三塔）离线再生、备用。24小时后，第一塔离线再生，第二塔作为第一塔运行，第三塔作为第二塔投运。
电解槽输出的淡盐水一部分回流至电解槽循环使用，其它绝大部分送到脱氯塔（T-1310）顶部，利用盐酸通过PHRCA-1312控制PH值在1.0～1.5之间（60℃）。脱氯塔在PICA-1310和蒸汽喷射
器Z-1319产生和控制的真空条件下工作。氯气夹带的水大部分被T-1310顶部的湿气分离器所截留，水蒸汽在脱氯塔冷凝器（E-1310）冷凝。没有被冷凝的氯气被蒸汽喷射器吸入蒸汽冷凝器（E-1319）或导入氯气排出管，回至氯气总管（刚开车时进入尾气吸收装置）；E-1310和E-1319的冷凝液（含氯盐水）流入阳极废液槽（D-1280）。经真空脱氯后的盐水用烧碱调节PH值至10～11，再用亚硫酸钠溶液进行化学脱氯，彻底除掉其中的游离氯后，送至一次盐水精制工序。从T-1160来的二次盐水精盐水送入高位槽（D-1170）后自流入电解槽阳极室，进入电解槽阳极室盐水电解后生成的氯气，未完全电解的盐水送至淡盐水罐（D-1260）后，少量的淡盐水回至电解槽与
D-1260之间形成阳极液循环，大部分淡盐水送至真空脱氯塔进行脱氯处理。与此同时，在电解槽阴极室，电解后形成氢氧根离子和氢气。其中，氢氧根离子与从阳极室通过离子膜进入阴极的钠离子结合生成氢氧化钠。氢气与氢氧化钠一同送至碱罐（D-1270），并在电解槽与D-1270、碱液高位槽（D-1273）之间形成阴极液循环。因此，电解工艺流程可分为三个部分，即阳极液循环部分、阴极液循环部分和电解部分。精制盐水经滤后盐水泵送至离子交换塔除去其中的废金属阳离子后，进入盐水高位槽D-1170中，然后精制盐水通过盐水总管和单元槽的软管注入阳极室。由FICZA-1231 A-E控制精制盐水的流率，以保证阳极液中氯化钠浓度在规定值之。FICZA-1231 A-E由供给电解槽的直流电流串级控制。在电解过程中，精盐水在阳极室中电解，放出氯气，从而氯化钠的浓度降低。氯气和淡盐水通过软管进入
阳极出口总管，并进行气液分离，分离出的淡盐水送至淡盐水罐（D-1260）。分离出来的氯气进入氯气总管，通过D-1260的顶部，进行气液分离后进入氯气处理工序，氯气压力由安装在氯气总管上的PCV-1216控制。D-1260中的淡盐水一部分被送至淡盐水脱氯工序，另一部分送至精制盐水总管以保护钛管（防止因阳极总管加酸而引起腐蚀）。少量氢氧根离子从阴极室通过膜反迁移到阳极室。用于中和该部分氢氧根离子的盐酸连续地注入电解槽入口管。盐酸的加入量由FICA-1211控制，以保持电解出口阳极酸度在设定值，酸度从安装在电槽出口管上的PH计读取。当电解槽直流跳闸时，FCV-1211自动关闭。电解过程中，阴极室产生氢气和烧碱。氢气和阴极液混合物通过软管进入出口总管，并进行气液分离，然后氢气进入氢气总管，阴极液进入D-1270。氢气总管的氢气再送至阴极液槽（D-1270）。在D-1270中的阴极液一部分通过高位槽（D-1273）送回电解槽，另一部分送至烧碱中间罐V-1801）；从D-1270顶部分离出来的氢气送至氢气处理工序，其压力由CV-1226控制。用于调节阴极液浓度的纯水由电解槽入口加入，纯水流量由DRA-1274及FICA-1221进行串级控制。电解过程中，电槽的温度是由阴极液冷却器（E-1273）进行调节，电槽出口氯气与氢气压力由PICZA-1216和PICZA-1226串级控制。
从电解而来85℃左右的湿氯气温度约经过水洗冷却塔（T-601）被氯水直接冷却至30～45℃，氯气在冷却的同时，其部分水份被冷凝下来，被冷凝的氯水从水洗冷却塔底溢流至阳极液槽（D-1280）。
直接冷却后的氯气进入第一钛冷却器（E-602）用循环水或冷冻水将其冷却至20～30℃，再进入第二钛冷却器（E-603），氯气进一步冷却至12～15℃，被（E-602、E-603）进一步冷凝下来的水溢流至阳极液槽（D-1280）。冷却后的氯气经除氯水雾器（V-602）后，其含水量降至0.4%左右。为继续除去氯气中的水份，氯气接着进入第一干燥塔（T-602），用84%左右的硫酸与氯气逆向直接接触以吸收氯气中的大部分水份，而当硫酸被稀释到78%后，则溢流至稀酸贮槽（V-605）。被干燥的氯气则进入第二干燥塔（T-603）与94%的硫酸逆流接触而被干燥，94%酸在塔被稀释后则溢流排至T-602。氯气最后进入第三干燥塔（T-604），浓硫酸计量泵（P-602）将98%的浓硫酸打入T-604塔顶，氯气被最后一次干燥，其含水量降至100PPm以下，而98%酸被稀释至96%后溢流至T-603使用。对于T-602、T-603和T-604塔硫酸都经泵在塔顶和塔釜间大量循环，同时利用冷却水将吸收水分而升温的硫酸冷却至11～16℃。冷却和干燥后的氯气经除酸雾器（V-606）除去酸雾后，进入氯气离心式压缩机（C-601a/b）进行压缩，氯气增压后输送至氯气液化岗位进行处理。
从电解来的氢气，进入氢气水洗冷却塔（T-605）被循环冷却水喷淋水洗降温至45℃以下，再通过氢压机（C-602a/b）压缩后进入氢气除水雾器（V-611）除去其中携带的水份，然后进入氢气分配台送往氢压站。氢气水洗冷却塔（T-605）底部的冷却水溢流至喷淋水槽（V-610）后，再由喷淋水泵（P-607a/b）送入水冷却器（E-607）
进行冷却，降温后再次进入冷却塔对氢气进行喷淋降温，如此往复循环。当氢气总管压力大于7.0KPa时，氢气将从氢气水封（V-609）处突破水封，排入大气中。正常运行时,通过PV1608回流阀自动调节氢压机进口的压力,使进口压力控制在1.0KPa左右。
从电解来的30%离子膜烧碱送到V-811罐，再由P-811a/b进料泵送入一效蒸发器EV-801，由分配器将碱液均匀分布在降膜管的表面，形成一层连续的膜，由二效来的再生蒸汽进入EV-801壳程使降膜管30%碱中得以加热使水分蒸发。经过一效蒸发的碱液浓缩至38%左右，蒸发过程中产生的二次汽经汽液分离后送C-801冷凝。冷凝水进入T-801，由P-806冷凝水泵送往D-1430纯水罐。未被冷凝的不凝气通过T-801，由真空泵P-805抽走。P-805真空泵压力控制在－0.09～-0.095MPa，T-801压力控制在-0.05 Mpa。经过一效蒸发的浓缩液由P-801泵抽走送往HE-801、HE-802进行预热，预热后的38%碱进入二效降膜蒸发器EV-802进一步浓缩至50%浓度，浓缩液进入HE-801与38%碱换热，再经HE-803被冷却水冷却至45℃以下，通过P-802送往成品碱罐区。0.7Mpa左右压力的生蒸汽进入EV-802壳程加热降膜管碱液，蒸汽冷凝水进罐T-802，再经HE-802预热38%碱，冷凝水在自身压力作用下自流进盐水预热器E-1110预热一次盐水，或送盐水车间。EV-802产生的再生蒸汽进入EV-1801重复利用。
30%碱通过2万吨P-401和5万吨P-811泵送入成品碱罐V-401A，然后经P-402a送到站台D2507，经P-401a/b供至
30000t/a树脂装置、3000t/a树脂装置、环氧氯丙烷装置、联合树脂装置；通过P-403送往环己酮事业部、烯烃事业部。50000t/a离子膜装置蒸发装置50%碱经蒸发装置P-802泵进入HE803换热后输送至成品碱罐V-401B，然后经P-402b送到D2508；成品碱罐V-401A、V-401B通过气动阀自流进行火车槽车灌装。
烧碱得制备工艺简介 烧碱得制备方法有两种:苛化法与电解法。现代工业主要通过电解饱与NaCl溶液来制备烧碱。电解法又分为水银法、隔膜法与离子膜法,我国目前主要采用得就是隔膜法与离子膜法,这二者得主要区别在于隔膜法制碱得蒸发工序比离子膜法要复杂,而离子膜法多了淡盐水脱氯及盐水二次精制工序。 目前国内得烧碱生产主要采用得就是离子膜电解法生产烧碱,我们主要针对离子膜电解法介绍烧碱得制作工艺，并简要讨论工艺中得能耗情况。原料为粗盐(含大量杂质得氯化钠）,根据生产工艺中得耗能情况,将烧碱制法分为整流、盐水精制、盐水电解、液碱蒸发、氯氢处理、固碱生产与废气吸收工序等七个流程。 据测算，电解法烧碱生产吨碱综合能耗在各工序得分布如下: 整流2、0%;盐水精制3、９% ; 电解5３、2%;氯氢处理１、２%；液碱蒸发25、1%;固碱生产1４、6%。从上述可知，电解与液碱蒸发就是主要耗能工序。电解工序中得电耗约为吨碱电耗得90%,碱蒸发中得蒸汽消耗占吨碱蒸汽消耗得74%以上。 图1?烧碱工艺总流程示意图 1整流： 整流就是将电网输入得高压交流电转变成供给电解用得低压直流电得工序,其能耗主要就是变压、整流时造成得电损,它以整流效率来衡量。整流效率主要取决于采用得整流装置,整流工序节能途径就是提高整流效率。当然减少整流器输出到电解槽之间得电损也就是不容忽略得。 2盐水精制: 将工业盐用水溶解饱与并精制(除去Ｃa2＋、M g2+、Ｓ 02-4等有害离子与固体杂质）获得供电解用精制饱与盐水,就是盐水精制工序得功能。 一次盐水精制: 采用膜过滤器(不预涂） 1-整流2-盐水精制3-电解4-氯氢处理 5-液碱蒸发 6-固碱生产
河北沧州大化集团有限责任公司1万吨/年单极式离子膜烧碱新技术开发项目环境影响报告书 第三章工程分析 一、现有工程工程概况及污染源调查 （一）产品及规模 现有工程主要产品及生产规模为： 烧碱30000t／a，液氯18000t／a，盐酸21000t／a。 （二）生产工艺 该厂现有３万吨／年烧碱装置为金属阳极隔膜电解法，其工艺过程主要包括化盐、电解、氢处理、氯处理、液氯、碱蒸发、盐酸等工段。 1、盐水工段 盐水生产是将原料盐溶解成饱和的氯化钠溶液，并经精制反应、澄清、过滤、中和等过程使之成为电解所需的合格的精盐水。在盐水生产过程中，排放物主要是盐泥。 2、电解工段 将化盐工段送来的精制盐水连续均匀地分别输入各个电解槽，在直流电的作用下，盐水被电解生成H2、Cl2、NaOH溶液。 在阳极上产生的氯气经氯气管送至氯气处理工序；在阴极上产生的氢气导入氢
气管送至氢气站，电解液自阴极箱导出管导出，流入电解液总管，送蒸发工段。反应原理为： 阳极反应：2Cl－2e → Cl2 阴极反应：2H2O＋2e →H2↑＋2OH- Na+＋OH－→ NaOH 总反应式：2NaCl＋2H2O＝2NaOH＋Cl2↑＋H2↑ 由上述食盐水溶液电解反应式可知，电解过程中每生成一吨100％NaOH电解液，可同时产生0.886吨氯气及0.025吨氢气，需要折合100％NaCl1.461吨。 3、氢气处理工段 自电解工段来的80～90℃的高温氢气通过冷凝，除去所含水份，再用罗茨鼓风机加压送入氯化氢合成工段。 4、氯气处理及液氯工段 由电解来的80～90℃的高温氯气首先经过冷却，然后经三组并联的泡沫干燥塔，在塔板上与溢流下来的浓硫酸呈泡沫状充分接触，氯气中的水份被浓硫酸除去。 冷却时产生的含氯废水，现有装置直接排全厂循环水池。 由氯气处工序来的压缩氯气，经液化机组以氨制冷，将氯气在低温下液化，冷凝下来的液氯进入计量槽和液氯贮槽，并灌瓶包装出售，液化尾气送盐酸工段。
离子膜烧碱装臵工艺培训课件 一、装臵简介 巴陵石化环氧树脂事业部有二套离子膜烧碱生产装臵，一是1993年建成投产采用日本旭化成公司强制式循环电槽工艺的20000t/a离子膜装臵，一是2001年12月份建成投产采用日本旭化成自然式循环电槽工艺的50000t/a离子膜装臵。 二、烧碱制碱技术的发展历程 烧碱从电石法、水银法、隔膜阳极法发展到离子膜制碱技术。 离子膜烧碱制碱技术是十九世纪60年代开始进入工业生产，最早由美国杜邦、日本旭化成、西欧伍德等化工公司实现工业生产。主要是膜和相应电解槽的发展决定离子膜制碱技术。 膜和电解槽的发展历程与离子膜烧碱技术发展是同步的，目前离子膜只有美国杜邦、日本旭化成、旭硝子公司生产，我国去年开始山东东岳集团才开始生产出用于强制循环的膜。电解槽从最开始的单级式电解槽发展到强制循环电解槽、自然循环电解槽、高电密电解槽、零极距电解槽及零极距高电密电解槽。 三、装臵工序简介 装臵分为20000t/a离子膜装臵精制、电解工序、氢处理工序，氯气送50000t/a离子膜装臵氯干燥处理；50000t/a离子膜装臵分为
精制工序、电解工序、淡盐水脱氯工序、蒸发工序、氯气处理工序、氢处理工序。 四、原材料产品简绍 产品性质 30%离子膜烧碱 30%离子膜烧碱化学分子式NaOH，比重约1.3左右，分子量40，凝固点4.65℃，生成热101.99 千卡/克分子，熔点318.4℃、沸点1390℃。30%离子膜烧碱为无色粘状液体，呈强碱性，对皮肤、角膜、动物纤维有强腐蚀性，可吸收氯气和二氧化碳。离子膜烧碱广泛用于造纸、冶金、纺织、无机化工、军工领域，是一种基本无机化工原料。 氯气（Cl2） 氯气化学分子式Cl2，在常温常压下为黄绿色有刺激性气味的有毒气体。密度为3.21，是空气的2.45倍。易溶于碱溶液、二硫化碳和四氯化碳，难溶于饱和食盐水。在常温下，氯气被加压到0.6～0.8MPa或在常压下冷却到-35～40℃时就能液化为黄绿色透明液体。液氯的密度为 1.47，熔点-102℃，沸点-34.6℃，气化热62kcal/kg(36℃)。氯气的化学性质很活泼，是一种活泼的非金属。液氯为第二类危险化学品，人体吸入浓度为2.5mg/m的氯气时，就会死亡。氯气爆炸的危害包括两部分：爆炸本身造成的危害及泄漏的氯气造成的二次危害常温下水中的溶解度为5～7g/l，湿氯气对绝大部分金属具有强烈的腐蚀性。氯气与氢气混合后在温度和光的作用下可
离子膜烧碱装置工艺培训课件 一、装置简介 巴陵石化环氧树脂事业部有二套离子膜烧碱生产装置，一是1993年建成投产采用日本旭化成公司强制式循环电槽工艺的20000t/a离子膜装置，一是2001年12月份建成投产采用日本旭化成自然式循环电槽工艺的50000t/a离子膜装置。 二、烧碱制碱技术的发展历程 烧碱从电石法、水银法、隔膜阳极法发展到离子膜制碱技术。 离子膜烧碱制碱技术是十九世纪60年代开始进入工业生产，最早由美国杜邦、日本旭化成、西欧伍德等化工公司实现工业生产。主要是膜和相应电解槽的发展决定离子膜制碱技术。 膜和电解槽的发展历程与离子膜烧碱技术发展是同步的，目前离子膜只有美国杜邦、日本旭化成、旭硝子公司生产，我国去年开始东岳集团才开始生产出用于强制循环的膜。电解槽从最开始的单级式电解槽发展到强制循环电解槽、自然循环电解槽、高电密电解槽、零极距电解槽及零极距高电密电解槽。 三、装置工序简介 装置分为20000t/a离子膜装置精制、电解工序、氢处理工序，氯气送50000t/a离子膜装置氯干燥处理；50000t/a离子膜装置分
为精制工序、电解工序、淡盐水脱氯工序、蒸发工序、氯气处理工序、氢处理工序。 四、原材料产品简绍 产品性质 30%离子膜烧碱 30%离子膜烧碱化学分子式NaOH，比重约1.3左右，分子量40，凝固点4.65℃，生成热101.99 千卡/克分子，熔点318.4℃、沸点1390℃。30%离子膜烧碱为无色粘状液体，呈强碱性，对皮肤、角膜、动物纤维有强腐蚀性，可吸收氯气和二氧化碳。离子膜烧碱广泛用于造纸、冶金、纺织、无机化工、军工领域，是一种基本无机化工原料。 氯气（Cl2） 氯气化学分子式Cl2，在常温常压下为黄绿色有刺激性气味的有毒气体。密度为3.21，是空气的2.45倍。易溶于碱溶液、二硫化碳和四氯化碳，难溶于饱和食盐水。在常温下，氯气被加压到0.6～0.8MPa或在常压下冷却到-35～40℃时就能液化为黄绿色透明液体。液氯的密度为1.47，熔点-102℃，沸点-34.6℃，气化热62kcal/kg(36℃)。氯气的化学性质很活泼，是一种活泼的非金属。液氯为第二类危险化学品，人体吸入浓度为2.5mg/m的氯气时，就会死亡。氯气爆炸的危害包括两部分：爆炸本身造成的危害及泄漏的氯气造成的二次危害常温下水中的溶解度为5～7g/l，湿氯气对绝大
离子膜烧碱工艺流程 https://www.doczj.com/doc/3117780132.html,/thread-437527-1-1.html CAD 邢家悟主编《离子膜法制烧碱操作问答》(化学工业出版社，2009年7月) 第一章盐水精制甲元 1.盐水精制的目的 氯碱工业生产过程中，无论采用海盐、湖盐、岩盐或卤水中的哪一种原料，都含有Ca2+、Mg2+、SO2－等无机杂质，以及细菌、藻类残体、腐殖酸等天然有机物和机械杂质。这些杂质在化盐时会被带入盐水系统中，如不去除将会造成离子膜的损伤，从而使其效率下降，破坏电解槽的正常生产，并使离子膜的寿命大幅度缩短。盐水中一些杂质会在电解槽中产生副反应，降低阳极电流效率，并对阳极寿命产生影响。因此，盐水必须进行精制操作除去盐水中的大量杂质，生产满足离子膜电解槽运行要求的精制盐水。 2.盐水精制工艺简述 直至20世纪70年代中期，传统絮凝沉降盐水精制工艺基本上没有实质性发展；目前用于离子膜法电解的盐水精制工艺是在上述方法基础上增加二次过滤和二次精制先进工艺技术形成的。其工艺流程为∶饱和粗盐水加入精制反应剂，经过精制反应后加入絮凝剂进入澄清桶澄清，澄清盐水经砂滤器粗滤后，再经α-纤维素预涂碳素管过滤器二次过滤，使盐水中的悬浮物小于1×10－6，然后进入离子交换树脂塔，进行二次精制，得到满足离子膜电解槽运行要求的精制盐水。其工艺流程简图如图1所示。 第二章电解单元 92.离子膜电解槽电解反应的基本原理 离子膜电解槽电解反应的基本原理是将电能转换为化学能，将盐水电解，生成NaOH、Cl2、H2，如图20所示，在离子膜电解槽阳极室(图示左侧)，盐水在离子膜电
解槽中电离成Na+和Cl－，其中Na+在电荷作用下，通过具有选择性的阳离子膜迁移到阴极室(图示右侧)，留下的Cl－在阳极电解作用下生成氯气。阴极室内的H2O电离成为H+和OH－，其中OH－被具有选择性的阳离子挡在阴极室与从阳极室过来的Na+结合成为产物NaOH，H+在阴极电解作用下生成氢气。 93.离子膜电解槽的类型 离子膜电解槽按照单元槽的结构形式不同，分为单极式离子膜电解槽(图21)和复极式离子膜电解槽(图22)。单极式离子膜电解槽是指在一个单元槽上只有一种电极，即单元槽是阳极单元槽或阴极单元槽，不存在一个单元槽上既有阳极又有阴极的情况。复极式离子膜电解槽是指在一个单元槽上，既有阳极又有阴极(每台离子膜电解槽的最端头的端单元槽除外)，是阴阳极一体的单元槽。 94.不同类型离子膜电解槽的供电方式 离子膜电解槽的供电方式有两种∶并联和串联。在一台单极式离子膜电解槽内部(参见图23)，直流供电电路是并联的，因此总电流即为通过各个单元槽的电流之和，各单元槽的电压基本相等，所以单极式离子膜电解槽的特点是低电压大电流。
一、工程概况 1.1为保证防腐施工质量和满足施工进度要求，针对管道防腐特编制此专项方案，用于指导离子膜烧碱装置工艺管道和钢梯及管支架等防腐施工。 1.2 设计简介与施工条件 1.2.1 XXXX离子膜烧碱装置项目60万吨/年离子膜烧碱工程。 二、编制依据 1.XXXX设计院详细工程设计工艺表格防腐设计； 2.《现场设备、工业管道焊接工程施工规范》GB50236-2011； 3.《化工设备、管道防腐蚀工程施工及验收规范》HG/T20229-2017； 4.《涂膜附着力测定法》GB/T1720-1979； 5.《涂装前钢材表面处理规范》SY/T0407—2012； 6.《石油化工建设工程施工安全技术标准》GB50484-2019； 7.《工业设备及管道防腐蚀工程施工规范》GB50726-2011 8.《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》GB8923－2011 9.《涂覆涂料前钢材表面处理表面处理方法》GB18839.1－2002 10.《涂覆涂料前钢材表面处理方法磨料喷射清理》GB18839.2－2002 11.《涂覆涂料前钢材表面处理方法手工和动力工具清理》GB18839.3－2002 三、工艺管道防腐施工程序 <一> 工艺管道防腐流程 施工准备→材料验收、检验→喷砂除锈→进行预涂、试涂→刷（喷）防腐底漆→涂层厚度检测→刷中间漆→涂层厚度检测→刷面漆→涂层厚度检查→焊缝除锈刷漆→管道支架除锈、刷漆→交工验收 <二> 施工前的准备 (1)设计及其相关技术文件齐全，施工图纸已经会审。 (2) 施工组织设计已经批准，技术和安全交底已完成。 (3)施工人员已进行安全教育和技术培训，且经考核合格。 (4)材料、机具、检测仪器、施工设施及场地已齐备。 (5)防护设施安全可靠，施工用水、电、气能满足连续施工的需要。 (6)已制定相应的安全应急预案。 (7)防腐涂料选用业主批准的生产厂家进行采购，施工前应对涂料型号、名称、颜色进行核对，符合设计规范后方能施工。涂料及辅助材料必须有产品合格证和质量检验报告单，同时检查制造日期，超过储存日期，要取样检验，合格后方可使用。 <三> 表面预处理应按下列规定进行： 1、手工、动力工具除锈 管支吊架采用表面非常彻底的手工和动力工具除锈，除锈等级为Sa2.5级或St3级。针对施工现场
目录 一、前言 (2) 二、实验部分 (3) 1、离子膜工艺优点 (3) 2、离子膜生产工艺 (4) （1）生产任务 (4) （2）物料特性 (4) （3）产品用途 (4) （4）原料 (5) （5）生产原理 (5) （6）工艺控制指标 (9) （7）不正常现象及处理方法 (10) （8）安全生产 (10) 3、工艺优化 (11) 三、结果分析 (13) 1、成品质量检测方法 (13) 四、结论 (14) 参考文献 (16) 致谢 (17)
离子膜烧碱生产和产品检测 [摘要] 介绍了国内烧碱行业的发展情况，指出离子膜烧碱的优点，并详细介绍了离子膜烧碱的生产工艺，在实际操作中进行了工艺的优化,如解决冷凝液倒流、排除不凝气。同时用酸碱滴定对产品进行了含量分析。 [关键字] 离子膜烧碱分析工艺 Ionic membrane caustic soda production and product testing [Abstract] Introduced the domestic caustic soda, and points out that the development of industry of ionic membrane caustic soda, introduces the advantages of ionic membrane caustic soda production technology, and in the actual operations of the optimization of the process, such as solving the condensate gas back, exclude coagulation. Use acid-base titration product was content analysis. [Key word] Ion film caustic soda, Analysis, Industrial art 一、前言 烧碱是一种重要的氯碱产品，在国民经济中占有重要地位，其中离子膜烧碱不仅质量好，能耗低，“三废”排放少，而且从根本上解决了由石棉隔膜法制碱造成的石棉绒对水质的污染和对操作人员健康的影响。 近年来，我国烧碱产业发展迅速，2004年生产能力只有1190万吨，2007年增加到2l81万吨，2008年进一步增加到2472万吨，同比增长l3.34％。其中离子膜法烧碱工艺因为具有能耗低、产品质量好，占地面积小，自动化程度高，清洁环保等优势发展较为迅速，新扩产的烧碱项目中以离子膜碱为主，2007-2008年扩能统计显示，新建离子膜烧碱产能占到同期烧碱扩能的92％[2]。 目前世界上生产烧碱的方法有4种：隔膜法、水银法、离子膜法、苛化法。隔膜法、水银法和离子膜法都是通过电解盐水生产烧碱；而苛化法则是以石灰和纯碱为原料制取烧碱。苛化法目前仅在少数地区采用，我国苛化法烧碱仅占总产
离子膜烧碱的工业分析-----中间产品及副产物分析 离子膜烧碱就是采用离子交换膜法电解食盐水而制成烧碱（即氢氧化钠）。其主要原理是因为使用的阳离子交换膜，该膜有特殊的选择透过性，只允许阳离子通过而阻止阴离子和气体通过，即只允许H＋、Na+通过，而Cl－、OH－和两极产物H2和Cl2无法通过，因而起到了防止阳极产物Cl2和阴极产物H2相混合而可能导致爆炸的危险，还起到了避免Cl2和阴极另一产物NaOH反应而生成NaClO影响烧碱纯度的作用。 离子膜法电解制碱是世界上工业化生产烧碱当中最先进的工艺方法，具有能耗低、三废污染少、成本低及操作管理方便等优点。副产的氯气和氢气，可以合成盐酸，或深加工氯下游产品如PVC、有机硅及甲烷氯化物等。 淡盐水脱氯 淡盐水脱氯有两种工艺路线：一种采用空气吹除法，该法脱氯效果欠佳，从淡盐水中分离出来的废氯气纯度低，无法汇入湿氯气总管送氯气处理工序，只能由烧碱液循环吸收，制成次氯酸钠溶液。另一种采用真空脱氯法，该法脱氯效果较好，通过蒸汽喷射器或真空泵提供的真空系统将含氯淡盐水中的游离氯抽出分离后进入湿氯气总管。建议采用真空法淡盐水脱氯工艺技术。 氯氢处理（含废氯气处理） 1、氯气处理 由电解槽出来的湿氯气，温度高并伴有大量的水蒸气和杂质，具有较强的腐蚀性，必须经过冷却、干燥和净化处理。 氯气处理系统分为冷却、干燥、输送三部分。 冷却选用填料式洗涤塔，能够较好地除去湿氯气带出的盐雾，填料采用CPVC 花环。氯气冷凝下来的氯水回收送淡盐水脱氯工序。 对于干燥部分，在实践应用中已采用过多种干燥塔型和不同的组合方式，比较典型的有： a、一段泡沫塔、二段泡沫塔； b、一段填料塔、二段泡沫塔； c、一段填料塔、二段泡罩塔。 国内采用最多的是填料塔和泡沫塔组合，这是两种典型的塔。 泡沫塔的特点是结构简单、造价低、塔板数多；缺点是操作弹性小、不便于增加硫酸循环量，操作弹性仅为15%，塔板阻力降大，一般为100-200mmH2O， 而且开孔的加工精度、酸泥沉积等因素易影响其操作稳定性。 填料塔操作弹性大，易操作，压降小，但投资大，有效塔板数少。 泡罩塔的特点介于泡沫塔与填料塔制碱，塔板数多，压降与泡沫塔相当，操作弹
离子膜烧碱生产原理 烧碱生产是以超纯盐水为原料，在离子交换膜电解槽中进行强烈的电化学反应而生成的。 在阳极室中氯化钠按下列方式在溶液中进行电离: NaCl → Na+ + Cl- 主要阳极反应为阴离子Cl-在阳极上发生氧化生成氯气 2Cl-→ Cl 2 + 2e- 阳极室的Na+和水通过离子交换膜一起传输到阴极室. 阴极室的水在电流的作用下发生如下的电解反应: 2H 2O + 2e-→ H 2 + 2OH- 阴极室最开始的反应是阳离子H+得到电子被还原为H 2 ，同时产生OH-。 Na+和OH-结合生成NaOH: Na+ + OH-→ NaOH 整个电化学反应方程式如下: 2NaCl + 2H 2O → 2NaOH + Cl 2 + H 2 为了调节阴极室中NaOH的浓度在NaOH循环管中加入纯水 淡盐水和Cl 2 一起排放出阳极室外。 阴极室中产生的烧碱和H 2 一起排放出阴极室外。 把循环碱液用纯水稀释后重新加到阴极室中。 上述电化学反应如图1所示 在电解进行过程中，由于阳极中的一部分Cl-透过了离子交换膜进入阴极室，阴极液就受到了少量盐的污染。一般来说，膜的电流效率越低，阴极液的盐污染程度就越高。 电解时，由于OH-在电场作用下由阴极室向阳极室移动，我们称之为OH-反渗透。Na+传输量的减少取决于OH-的透过离子膜的多少。电解槽电流效率的减少和OH-的减少直接有关。当阴极室OH-浓度增加时，电流效率减少。因此所生产烧碱的浓度受到限制，一般为32-35wt%此外，还要取决所用膜的类型。 新装膜原理上只允许Na+和少量的OH-和Cl-透过。实际上膜都有一定的使用寿命，随着膜工作时间的增加，阴离子透过膜的量也相应增加，槽的电流效率下降，阳极室由于下面的副反应PH值增加: 电化学副反应 ·H 2 O被氧化产生氧气
离子膜烧碱工艺(整理 过)
离子膜烧碱工艺 一、工艺流程简介 烧碱目前以离子膜工艺为主。按流程顺序分为一次盐水、二次盐水精制、 电解、淡盐水脱氯、Cl 2处理、H 2 处理等工序。核心工序是二次盐水精制和电解 部分。 盐水一次精制的主要目的是控制悬浮物(SS)与各种杂质离子的含量在要求的范围内，为盐水二次精制作准备。盐水二次精制最主要部分是螯合树脂塔，，使粗盐水经过树脂塔后除去二价阳离子。部分工艺在二次精制中盐水进螯合树脂塔之前设置碳素管或其它类型过滤器，以进一步降低盐水中的悬浮物的含量。电解部分是烧碱制备流程的关键工序，符合电解要求指标的精制盐水流经电解槽时，在一定直流电作用下，离子经离子交换膜的发生迁移，最终在阴极液相形成烧碱，阳极液相产生淡盐水，阴极气相生成H 2 ，阳极气相生成 Cl 2 。 二、离子交换膜法电解制碱的主要生产流程 工艺流程图 精制的饱和食盐水进入阳极室；纯水（加入一定量的NaOH溶液）加入阴极 室，通电后H 2O在阴极表面放电生成H 2 ，Na+则穿过离子膜由阳极室进入阴极 室，此时阴极室导入的阴极液中含有NaOH；Cl－则在阳极表面放电生成Cl 2 。电解后的淡盐水则从阳极室导出，经添加食盐增加浓度后可循环利用。 阴极室注入纯水而非NaCl溶液的原因是阴极室发生反应为2H++2e－=H2↑；而Na+则可透过离子膜到达阴极室生成NaOH溶液，但在电解开始时，为增强溶液导电性，同时又不引入新杂质，阴极室水中往往加入一定量NaOH溶液。
三、具体工艺流程 盐水精制单元 工艺简述：饱和粗盐水加入精制反应剂，经过精制反应后加入絮凝剂进入澄清桶澄清，澄清盐水经砂滤器粗滤后，再经α-纤维素预涂碳素管过滤器二次过滤，使盐水中的悬浮物小于1×10－6，然后进入离子交换树脂塔，进行二次精制，得到满足离子膜电解槽运行要求的精制盐水。其工艺流程简图如图1所示。 ①一次盐水精制 一次澄清盐水的制备是氯碱生产工艺至关重要的工段，精制效果的好坏直接影响产品的质量和产量。 bc 精制原理 ①除镁 镁离子常以氯化物的形式存在于原盐中，精制时向粗盐水中加入烧 碱溶液生成不溶性的氢氧化镁沉淀。 反应方程式： MgCl 2+2NaOH=Mg(OH) 2 ↓+2NaCl 离子反应方程式： Mg2++2OH-=Mg(OH) 2 ↓ 为使反应完全，控制氢氧化钠过量，本反应速度快几乎瞬间完成，是本工艺中的前反应。 ②除钙 钙离子一般以氯化钙和硫酸钙的形式存在于原盐中，精制时向粗盐水中加入碳酸钠溶液使生成不溶性的碳酸钙沉淀，反应方程式： CaCl 2+Na 2 C0 3 =CaC0 3 ↓+2NaCl CaS0 4+Na 2 C0 3 =CaC0 3 ↓+Na 2 S0 4 离子反应方程式： Ca2++CO 32-=CaC0 3 ↓
离子膜法制烧碱的生产工艺总结 本文着重介绍了离子膜法制烧碱的生产工艺过程中的离子膜法碱液蒸发的特点以及影响碱液蒸发的因素。标签：离子膜法隔膜法蒸汽分离器 离子膜法制烧碱是烧碱生产工艺的常用制法之一，但是在目前烧碱生产工艺中所见的比例并不是很大，所以我们必须仔细的认识一下子膜法制烧碱的工艺特点 一、离子膜法碱液蒸发的特点 1.流程简单，简化设备，易于操作。由于离子膜碱液仅含有极微量的盐，所以，在其整个蒸发浓缩过程中，即使是生产99的固碱，也无须除盐。这就是极大的简化了流程设备，即隔膜碱蒸发必须有的除盐的设备及工艺工程都被取消（如旋液分离器、盐沉降槽、分离机、回收母液贮罐等），而且，由于在蒸发过程中没有盐的析出，也就很难发生管道阻塞，系统打水问题，使操作容易进行。 2.浓度高，蒸发水量少，蒸汽消耗低。离子膜法碱液的浓度高，一般在30～33，比隔膜法碱液的10～11要高很大，因而大量的减少了浓缩所用的蒸汽。若以32的碱液为例，如果产品的浓度为50，则每吨50的成品碱需蒸出水量为：1.15t，而隔膜法电解碱液若同样浓缩到50，则一般要蒸出6.5t的水量（隔膜碱液浓度按10.5计）。也就是说，浓缩到同样的50，离子膜碱液蒸发比隔膜碱液蒸发少蒸出约5. 4t水。由于蒸发水量的减少，蒸汽消耗就大幅度下降。以双效流程为例，一般仅耗汽0.73～0.78t/t（100碱），另外蒸汽的空间也相应的减少，使设备的投资也相应的降低。 二、影响碱液蒸发的因素 1.生蒸汽压力。蒸汽是碱液蒸发中的主要热源，生蒸汽（或称一次蒸汽）的压力高低对蒸发能力有很大的影响。通常较高的一次蒸汽压力，使系统获得较大的温差，单位时间所传递的热量也相应的增加，因而也使装备具有较大的生产能力。当然，蒸汽压力也不能过高，因为过高的蒸汽压力容易使加热管内碱液温度上升过高，造成液体的沸腾，形成汽膜，降低了传热系数，反而使装备能力受到影响。同样，蒸汽压力偏低，经过加热器的碱液不能达到需要的温度，减少了单位时间内的蒸发量，使蒸发强度降低。 因此，选择适宜的蒸汽压力是保证蒸发强度的重要因素。另外，保持蒸汽的饱和度也是至关重要的。因为，饱和蒸汽冷凝潜热是其可提供的最大热量；再则，保持蒸汽压力的稳定也是保持操作的主要因素之一，因为，加热蒸汽压力的波动，就会使蒸发过程很不稳定，从而直接影响了进出口物料的浓度、温度，甚至影响液面、真空度、产品质量等。 2.蒸发器的液位控制。在循环蒸发器的蒸发过程中，维持恒定的蒸发器液位
离子膜法烧碱装置的安全保证 在电解烧碱技术中，电解产品氯气剧毒，氢气易与空气或氯气混合而形成爆炸性气体，烧碱、盐酸则为强腐蚀性物质，此外，电解生产时所用直流电的电压较高，有触电和被电流灼伤的危险；因此，离子膜法烧碱装置的主要危险、有害因素是：中毒、火灾、爆炸、腐蚀、灼伤和触电等。在多层安全防护设计的理念下，从核心层的工艺本质安全开始，经过基本过程控制系统、监测报警系统、安全连锁系统、安全附件和结构防护，逐层向外扩展至应急处置救援防护，共7方面 来保证装置的安全运行。 1工艺本质安全 1.1防腐措施 离子膜法烧碱生产电解过程中存在着大量的烧碱、盐酸、硫酸、次氯酸钠溶液等物质，对设备具有较强的腐蚀作用，而且盐酸中的氯化氢气体逸出，或者烧碱、盐酸、次氯酸钠溶液等泄漏，会对建筑、设备产生腐蚀；长时间接触盐水，一些金属设备也会被腐蚀。若重要建筑和设备的关键结构被腐蚀，结构损坏，强度下降，还可能产生更严重的后果。电解会产生高温湿氯气，淡盐水中也含有少量氯气，如果氯气处理设备、管线、法兰等选材不合理，将会腐蚀穿孔，物料泄漏。因此，生产中使用的工艺管道、设备、仪表等的防腐工作尤为重 要。
(1)接触盐水(含微量游离氯)的设备，一般应采用碳钢衬鳞片玻璃钢树脂或采用整体玻璃钢的材质；泵的材料多选用钛泵或铸铁衬聚四氟乙烯。树脂塔等几台设备，应采用碳钢衬低Ca2+、Mg2+的橡胶，以保证人电解槽盐水的高纯性；对于氯化钠盐水管线大多采用钢衬聚 烯烃管道、非金属管道等。 (2)电解工序，主要是阳极液、阴极液系统设备的防腐及离子膜电解槽的防腐。接触淡盐水的设备、泵的材质，一般采用钛材，如阳极液循环槽，主要是阳极液的腐蚀，所以选用钛材，其后的淡盐水泵、脱氯塔也选用钛材。而接触阴极液设备，由于碱的浓度较高、温度较高，所以使用SUS310S不锈钢；阀门、管道、管件材料较多采用非金属材料如聚偏二氟乙烯(PVDF)、氯化聚氯乙烯(CPVC)、硬聚氯乙烯(PVC)、玻璃钢(FBP)等，既降低了工程造价，又保证了防腐蚀效 果。 (3)氯处理工序，接触介质为氯气、水的设备一般选用玻璃钢，换热器选用钛材；经洗涤、冷却后的氯气用浓硫酸进行干燥，接触浓硫酸、氯气的设备采用PVC，外部用FRP加强；接触质量分数为75%-92%的浓硫酸(含微量的溶解氯)的换热器应采用哈氏合金；接触质量分数为92%以上的浓硫酸的换热器采用316L；因为浓硫酸能使碳钢表面形成致密的保护膜，其他设备采用碳钢，可以达到防腐目的。 (4)离子膜法烧碱装置所涉及的设备及其附件(平台、支座、楼梯、扶手等，但不包括土建钢结构)和管道、管道组件、管架等需要外部 防腐设计。
膜法脱硝工艺在离子膜烧碱生产中的应用 彭祥燕 张中华 王兴华 邹先军 （中盐湖南株洲化工集团有限公司，湖南 株洲412004） [关键词]烧碱 膜法脱硝 应用 [摘 要]本文介绍了当前脱硝的两种方法，并对其进行了分析。 着重介绍了膜法脱硝在年产18万吨离子膜烧碱生产中的应用情况。 Application of sulfate-removing by membrane method in the production of ionic membrane caustic soda Peng xiangyan,Zhang zhonghua,Wang xinhua,Zou xianjun (Hunan Zhuzhou Chemical Industry Group Co.,Ltd.-CNSIC, Zhuzhou 412004,China) Key words: caustic soda; sulfate removed by membrane method; application Abstract:This paper is introduction and analysis of two sulfate-removing method, have introduced the Application of sulfate-removing by membrane method in the production of 180000t/a ionic membrane caustic soda. 前言 在烧碱生产过程中，盐水精制是主要工序之一，为保障电解工 序乃至整个烧碱的正常生产，必须保证盐水质量达到规定的工艺指 标。盐水中的SO42-过高会增加电解过程中的副反应，导致电流效率普 遍下降，严重影响离子膜烧碱的正常生产，为此大多生产厂家规定其 浓度不得超过5g/ L[1]。在离子膜电解生产烧碱的流程中，通过盐水 的回用，原盐（或卤水）中所含的SO42-和加入亚硫酸钠等产生的SO42-
8万吨/年离子膜烧碱装臵试车方案 编制说明 一．此方案是为DD电化厂2009年5月20日8万吨离子膜烧碱扩建装臵安装生产试车工作而编制的。 二．本方案主要包括以下7个部分的内容： 1.扩建工程安装验收 2.新安装的管道、设备清洗预膜、臵换。 3.重点管道再次检漏。 4. 新增公用工程装臵试车（空压站、冷冻、循环水） 5、联动试车 6、开车方案 7. 开车考核
三．引用技术来源说明： 开车步骤的制定主要参考日本氯工程式公司提供的CANUAL SODA PLANT OPERATION，符合该文件的技术要求；装臵国内设计部分主要参考DD电化厂各岗位操作法及工艺规程。 四．此文件报韶关市安全技术监督局、乳源环保局、总公司生产办备案。 电化厂8万吨/年离子膜烧碱装臵 扩产化工投料试车方案 1、目的：为了确保我厂8万吨离子膜烧碱扩产装臵系统安全、有序、正常开车，协调安装单位、设备提供厂家参与试车验收工作；保证厂内安全生产运行管理迅速转入正常轨道，考核新增生产装臵各项指标的运行指标，特制订本方案。 本次扩建装臵的规模及项目有：20万吨/年烧碱装臵配套的一、二次盐水生产装臵、8万吨/年离子膜烧碱电解装臵,20吨/年烧碱配套的淡盐水脱氯、氯气处理、氢气处理装臵、8万吨/年液氯生产螺杆液化装臵、5万吨/年31%盐酸生产装臵、4500m3/h循环水处理装臵、10t/h氢气锅炉、 40m3/min空压装臵、6m3/min的氮气生产装臵。 我厂离子膜生产装臵设计能力、危险化学品储存品种见附表1 2、试车起止时间：2009年5月20日－5月30日。 3、参加试车的单位： 参加试车厂内人员：生产计划科、氯车间、碱车间、设备科、品保科、安保
离子膜烧碱工艺 一、工艺流程简介 烧碱目前以离子膜工艺为主。按流程顺序分为一次盐水、二次盐水精制、电 解、淡盐水脱氯、Cl 2处理、H 2 处理等工序。核心工序是二次盐水精制和电解部 分。 盐水一次精制的主要目的是控制悬浮物(SS)与各种杂质离子的含量在要求的范围内，为盐水二次精制作准备。盐水二次精制最主要部分是螯合树脂塔，，使粗盐水经过树脂塔后除去二价阳离子。部分工艺在二次精制中盐水进螯合树脂塔之前设置碳素管或其它类型过滤器，以进一步降低盐水中的悬浮物的含量。电解部分是烧碱制备流程的关键工序，符合电解要求指标的精制盐水流经电解槽时，在一定直流电作用下，离子经离子交换膜的发生迁移，最终在阴极液相形成 烧碱，阳极液相产生淡盐水，阴极气相生成H 2，阳极气相生成Cl 2 。 二、离子交换膜法电解制碱的主要生产流程 工艺流程图 精制的饱和食盐水进入阳极室；纯水（加入一定量的NaOH溶液）加入阴极 室，通电后H 2O在阴极表面放电生成H 2 ，Na+则穿过离子膜由阳极室进入阴极室， 此时阴极室导入的阴极液中含有NaOH；Cl－则在阳极表面放电生成Cl 2 。电解后的淡盐水则从阳极室导出，经添加食盐增加浓度后可循环利用。 阴极室注入纯水而非NaCl溶液的原因是阴极室发生反应为2H++2e－=H2↑；而Na+则可透过离子膜到达阴极室生成NaOH溶液，但在电解开始时，为增强溶液导电性，同时又不引入新杂质，阴极室水中往往加入一定量NaOH溶液。
三、具体工艺流程 盐水精制单元 工艺简述：饱和粗盐水加入精制反应剂，经过精制反应后加入絮凝剂进入澄清桶澄清，澄清盐水经砂滤器粗滤后，再经α-纤维素预涂碳素管过滤器二次过滤，使盐水中的悬浮物小于1×10－6，然后进入离子交换树脂塔，进行二次精制，得到满足离子膜电解槽运行要求的精制盐水。其工艺流程简图如图1所示。 ①一次盐水精制 一次澄清盐水的制备是氯碱生产工艺至关重要的工段，精制效果的好坏直接影响产品的质量和产量。 bc 精制原理 ①除镁 镁离子常以氯化物的形式存在于原盐中，精制时向粗盐水中加入 烧碱溶液生成不溶性的氢氧化镁沉淀。 反应方程式：MgCl 2+2NaOH=Mg(OH) 2 ↓+2NaCl 离子反应方程式：Mg2++2OH-=Mg(OH) 2 ↓ 为使反应完全，控制氢氧化钠过量，本反应速度快几乎瞬间完成，是本工艺中的前反应。 ②除钙 钙离子一般以氯化钙和硫酸钙的形式存在于原盐中，精制时向粗盐水中加入碳酸钠溶液使生成不溶性的碳酸钙沉淀，反应方程式： CaCl 2+Na 2 C0 3 =CaC0 3 ↓+2NaCl CaS0 4+Na 2 C0 3 =CaC0 3 ↓+Na 2 S0 4 离子反应方程式： Ca2++CO 32-=CaC0 3 ↓ 为使反应完全，碳酸钠一般控制过量，本反应速度较慢，反应速度受温度影响较大，一般在50℃左右，在碳酸钠过量情况下需半小时方能
离子膜法制烧碱 1 2 ——10化工班 3 第四组全体成员 4 一、世界离子膜法电解装置发展历程 5 （一）第一阶段为萌发成长期 6 1、“四竞争” 7 （1）复极槽与单极槽的竞争 8 复极槽是低电压、高电压，在复极槽中，各个阴阳极单元串联而成，从而使每个电槽的槽电流相对较小，而槽电压相对较高，这对整流效率来将是一9 10 般有利的。复极槽具有流程短，设备台数少，易采用计算机控制，占地面积少，11 节省电解厂面积等优势。单极槽是高电流，低电压，在单极槽中，电流并联式12 的流经各电极对，由于电流流经的通道较长，致使电压降较高，唯有把各“电13 极对”的尺寸减少或引入内部铜导体后，才可将槽电压降低。初期的离子膜单14 极槽在运行中一旦发现某槽泄露或者有问题，可与隔膜槽一样借助停槽开关，单独停槽检修或者更换，以防止对其他电槽的影响，不至于因局部事故而影响 15 16 全厂生产。单极槽可传入隔膜槽系统逐步替换隔膜槽而成为离子膜法电解。 17 （2）自然循环与强制循环的竞争 自然循环是靠电解液的相对密度差推动电解液循环的，具有动力消耗小，循 18 19 环量大，对膜冲击小，压力稳定，运行安全等特点，但是生产符合一般不能低20 于50%，不像强制循环那样有高压差和因操作上压差波动二造成膜的机械损伤； 强制循环是采用崩推动电解液循环，增加电解反应过程中电解液在电解液内 21 22 部循环的推动力，具有不受低电流负荷的影响、循环量易控制等特点，但动力
消耗大，对摸冲击大，压力不稳定。 23 24 （3）单元槽有效面积的竞争 25 单元槽有效面积增大可以有效地提高离子膜利用率，减少更换和维修费。但 是并非面积越大越好，面积过大，离子交换膜的实际强度就难以支撑，也会造26 27 成垫圈泄露。 28 （4）压滤机式压紧与单元组合式压紧的竞争 29 压滤式电解槽是把多个单元槽用一个压紧装置压紧加以封闭，特点在于组装 30 简单，膜内不受压，无接触电压损失，但需要有较高的压紧力，密封面加工要 31 精密、单片槽加工精度要求高，存在槽框加工误差累积问题； 32 单元组合式电解槽是单独地将每一电极对的法兰夹夹紧，以达到可靠的密封 33 要求， 34 2、“四趋向” 35 36 （1）电流密度趋向提高； 37 （2）单元槽数量趋向增多； 38 （3）单槽产能趋向增大； 39 （4）直流电耗趋向降低。 40 41 42 （二）第二阶段新发展时期 43 （1）2001年，旭硝子公司退出了离子膜电解槽制造业，将AZEC型电解槽的
离子膜烧碱生产安全技术规定 第一章总则 第一条本规定适用于离子膜法食盐电解制取烧碱的生产。 第二章物料的安全要求 第二条化盐用水、原盐及纯碱需定期分析铵含量，以确保电解用盐水对铵量的要求≤1ppm。 第三条辅助材料：氯化钡属有毒物品，应定点贮存，由专人负责。 第四条氯中含水≤100ppm。 第三章生产安全技术规定 第五条主要安全指标 1、原盐中铵量分析要求和控制指标： （1）无机铵含量≤15ppb； （2）铁离子含量≤900ppb； （3）氯化钠含量308-314g/l； （4）Ca+Mg≤5ppm。 2、二次盐水的质量要求： （1）Ca+Mg≤20ppb； （2）Sr≤200ppb （3）铁离子含量≤500ppb； （4）Ni≤10ppb；
（5）Ba≤500ppb 3、阳极液的质量要求：氯化钠含量220-230g/l 4、高纯酸中游离氯≤300ppb。 5、氯氢压差控制在40mbar。 6、单槽氯中含氢≤0.4%。 7、氢气总管含氧≤0.4%。 8、电解系统停车后和开车前，氢气系统必须用惰性气体进行置换（若用氮气，纯度应大于99%，含氧≤0.5%）；开车前，氢气管道中含氧应小于1%。 第六条生产中的安全要求 1、阳极液氮气流量5Nm3/h。 2、在电槽运行期间要做到：直流电均衡稳定，二次盐水连续稳定，阴极液连续稳定，氯气、氢气压力、压差平稳。 3、在电解系统的氯氢处理过程中，应保证氢气系统正压，干燥塔严禁大负压、氢气总管严禁负压。 4、在电槽运行期间，禁止将氢气排放在厂房内。 5、在氢气管道装设排空、排水装置。 6、透平机出口流量≥1000N m3/h，喷油压力1.0～1.5MPa，油温30～55℃，电机电流≤280A。 7、在电槽运行期间，作业人员都必须穿绝缘鞋，并禁止一手接触电槽，一手触及其它接地构件，以防触电。 第七条紧急情况处理中的特殊要求
目录 1.工程概况 (1) 2.编制依据 (1) 3.施工应具备的条件及施工准备 (1) 4、施工程序（见下面示意图） (2) 5.管道组成件及管道支撑件的检验 (3) 6、材料的保管与发放 (5) 7、管道预制 (6) 8、管道焊接 (7) 9、管道安装 (10) 10、管道压力试验 (12) 11、管道吹扫与清洗 (12) 12、施工安全措施 (13) 13. 施工质量措施 (14) 14. 施工质量控制点表 (14) 15、环境、职业安全健康保证措施 (15) 16.工艺管道施工主要危险源识别及控制措施 (16) 17.工艺管道施工主要环境因素识别及控制措施 (18) 18.工艺管道、阀门保持干燥措施 (18) 19.质量保证体系 (19) 20.安全保证体系 (21) 21．应急措施 (22)
1.工程概况 本方案适用于XXXXX有限责任公司60万吨/年离子膜烧碱装置工艺管道安装工程的施工。为了能安全、高效、保质保量按时完成施工任务更好地指导施工生产，结合现场施工条件、场地、环境，特编制本施工方案，作为施工指导。 2.编制依据 2.1设计图纸及招标文件、业主程序文件 2.2《现场设备、工业管道焊接工程施工质量验收规范》GB 50683-2011 2.3《现场设备、工业管道焊接工程施工规范》GB50236-2011 2.4《石油化工建设工程施工安全技术标准》GB50484-2019; 2.5《工业金属管道工程施工质量验收规范》 GB50184-2011。 2.6《石油化工剧毒、可燃介质管道工程施工及验收规范》SH3501-2011 2.7《石油化工建设工程项目交工技术文件规定》 SH3503-2017； 2.8《工业金属管道施工规范》GB50235-2010 2.9《特种设备焊接操作人员考核细则》，TSG Z6002-2010。 2.10《石油化工铬镍不锈钢、铁镍合金和镍合金焊接规程》SH/T 3523-2009。 2.11石油化工铬钼钢焊接规范SH/T 3520-2015 3.施工应具备的条件及施工准备 3.1 施工应具备的条件： 3.1.1施工图纸、安装规范、标准、施工方案等资料齐全，熟悉和了解主要工艺流程，图纸会审完毕，并进行设计交底； 3.1.2 到货的配管材料满足施工要求，施工所需机具、工具、仪器及消耗材料等配备齐全。 3.1.3 与管道有关的土建工程专业经检验合格，满足安装要求，并已办理交接手续。 3.1.4 与管道连接的设备找正合格，固定完毕。 3.1.5 针对工程编制的焊接工艺规程已经审定，焊接人员已经过培训并经考试合格。 3.1.6施工人员已进行过培训，焊接工艺评定PQR经审定批准。 3.2 施工准备 3.2.1 技术人员、质检人员及施工人员应认真熟悉图纸和有关规范、标准、设计要求。3.2.2 技术人员应向参加施工的有关人员进行技术交底。