离子膜法制烧碱的生产工艺
摘要：离子膜法制烧碱是烧碱生产工艺的常用制法之一。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影响碱液蒸发的因素。
简介
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。烧碱广泛用于造纸、纺织、印染、搪瓷、医药、染料、农药、制革、石油精炼、动植物油脂加工、橡胶、轻工等工业部门，也用于氧化铝的提取和金属制品的加工。
主要原理
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。
生产工艺
氯碱工业的主要原料：饱和食盐水，但由于粗盐水中含有泥沙、Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO等杂质，远不能达到电解要求，因此必须经过提纯精制。
离子交换膜法电解制碱的主要生产流程
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H2O在阴极表面放电生成H2，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Cl2。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。
离子膜法制烧碱的工艺特点
1.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，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，使操作轻易进行。
（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，假如产品的浓度为50%，则每吨50%的成品碱需蒸出水量为：
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。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，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。
2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轻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是稳定操作的必要条件。因为液位高度的变化，会造成静压头的变化，使蒸发过程变的极不稳定，液位高度低，蒸发及闪蒸剧烈，夹带严重，使大气冷凝器下水带碱，甚至跑碱；液位过高，会使蒸发量减小，进加热室的料液温度增高，降低了传热有效温差，另外也降低了循环速度，最终导致蒸发能力下降。
因此，稳定液位是提高循环蒸发器蒸发能力，降低碱损失，降低汽耗的重要环节。
（3）真空度
真空度是蒸发过程中生产控制的一个重要的控制指标，它是在现有装置中挖掘，提高蒸发能力的重要途径，也是降低汽耗的重要途径。因为真空度的提高，将使二次蒸汽的饱和温度降低，从而提高了有效温度差，除外，也降低了蒸汽冷凝水的温度，因而也就更充分的利用了热源，使蒸汽消耗降低。真空度的高低与大气冷凝器的下水温度有关，也与二次蒸汽中的不凝气含量有关。
所以，提高真空度的途径之一是降低大气冷凝器下水温度，即降低其饱和蒸汽压，但水温过低，耗水量过大，会造成成本升高。一般控制水温在28～40℃。提高真空度的另一途径就是最大限度的排除不凝气体。通常的办法是：①采用机
械真空泵；②采用蒸汽喷射泵；③采用水喷射泵。这三种办法中以①、②较佳，方法③因为受水压力的影响，很难获得较高的真空度。
（4）电解碱液浓度与温度
由于离子膜电解碱液的浓度较高，所以对其浓缩蒸发非常有利，其汽耗远比隔膜法低。我国从国外各公司引进的离子膜装置的电解碱液浓度略有差异，在30%～35%之间。但实际上除日本旭化成等少数公司外，大部分公司离子膜电解碱液都控制在32%～33%之间。
另外，尽管电解槽流出碱液温度都在85～90℃，但许多工厂，由于电解工序与蒸发工序不在一起，中间经常设有中间贮罐，这样，使实际进入蒸发器的碱液温度下降，从而增加了能源消耗。
（5）蒸发完成液浓度
按照市场要求的商品规格，严格控制蒸发的完成液浓度，是在保证产品质量指标的前提下，减少蒸汽消耗的手段之一，同时也可以适当的降低高浓碱对设备的腐蚀。
通常，国内的产品为42%、45%、50%三种。
（6）蒸发器的效数
如前所述，蒸发器的效数是决定蒸汽消耗量的最要因素之一。采用多效蒸发是降低蒸发蒸汽消耗的最要途径，但是它受到设备投资的约束。在离子膜电解碱液蒸发中，目前经常采用的是双效流程。但是，随着能源价格的不断上涨，将会有愈来愈多的企业选择三效蒸发的工艺流程。
（7）蒸汽分离器
汽液分离器也称疏水器，是蒸发过程的一种辅助设备，往往被人忽视，但其性能的好坏，即对蒸发汽耗产生相当大的影响。在蒸发过程中，大量蒸汽在加热器
内冷凝，需要及时排除，否则，不但阻碍传热，而且还会造成水锤，影响安全生产。而使凝水能顺利排除，又不带走蒸汽的设备就是汽液分离器。
汽液分离器性能的好坏，不仅仅影响蒸发器能力的发挥和正常使用，也直接与蒸汽消耗的高低有关，因为汽液分离器分离不好，跑汽、漏汽现象经常发生，造成大量蒸汽的流失，使汽耗升高，相反，汽液分离很好，但凝水排放不畅，将直接影响蒸发能力和安全。
所以设计选用合适的汽液分离器是不容忽视的问题，目前，常用的汽液分离器型式有：偏心热动式、浮子杆式、液面自控式三种，用于蒸发装置中一般用后两种。本设计选用液面自控式。
（8）热损失
蒸发过程是一个传热过程，因此，不可避免会有热的损失。这种热损失只要是通过系统内设备和管道的表面向外界散发热量以及蒸汽等物料能没有充分的被利用就排除而造成的热损失。通常，前者约占供入热量的2%～5%，后者则占10%～20%甚至更多。
因此，一方面选择优质价廉的保温材料减少散热损失，另一方面，最充分有效的利用介入蒸发系统的所有热物料的能量，最大限度的加以利用，减少流失，使排除系统的各种物料带走最小的热量，这些都是降低蒸汽消耗的重要途径。
发展现状、面临问题及解决办法
1.发展现状
我国离子膜法烧碱发展十分迅速，彻底淘汰了水银法烧碱和部分石墨阳极隔膜法烧碱，大大提升和优化了我国氯碱工业的产品结构，促进了相关工业的迅速发展。目前，世界上能生产离子交换膜法氯碱电解槽的7个生产厂其中包括北京化工机械厂生产的电解槽在国内均有使用厂家，代表当前离子膜法最先进水平的高电流密度、低电流消耗、大单元面积、自然循环工艺的电解槽在我国已有企业采用。
目前，国内离子膜法烧碱生产厂家全国共86家，产能排前4名的企业离子
膜法烧碱产能均超过了20万吨/年，2005年底前还有3家企业的离子膜法烧碱产能达到或超过20万吨/年。据统计，在2005年底前投产的142.5万吨/年装置中有112.5万吨/年采用离子膜法，到2005年底，国内离子膜法烧碱达产装置能力达到794.7万吨/年，占总产能的49.34%。而到2006年，随着又一批新建、扩建氯碱装置的投产，国内离子膜法烧碱不仅在生产能力上将超过隔膜法烧碱，而且产量也将超过隔膜法烧碱。
今年以来，有关离子膜烧碱项目评审开工投产的消息频频见诸报端：2月，沙隆达年产5万吨离子膜烧碱通过评审；5月，东明石化集团15万吨/年离子膜烧碱项目建设进入实质阶段，计划在2006年底建成投产；6月，焦作昊华年产10万吨离子膜烧碱项目开工；二季度，上海天原的36万吨／年新装置投产后，其烧碱年产规模达到76万吨；8月，唐山三友集团年产30万吨烧碱一期工程试生产;10月，山东东营市化工厂二期12万吨离子膜烧碱项目一次性送电成功，顺利投产……据统计，仅今年上半年，全国烧碱总产量为717.83万吨，同比增长20%。其中，离子膜烧碱产量为218.58万吨，同比增长35%。种种迹象表明，离子膜烧碱行业目前正在掀起新一轮的投资热潮，我国也无可争议地成为世界第一大烧碱生产国，不少企业已经乐观地等待着接下来赚个钵满盆盈了。
2.面临问题
（1）伴随着大批新建、扩建氯碱装置投产，预计未来烧碱供大于求的局面难以逆转，产能过剩必然引发市场的无序竞争，价格也会波动较大，将逐渐形成倒U 型的走势。
（2）由于与世界发达国家的先进水平尚有一定差距，国内离子膜烧碱行业在某种程度上存在着“使用超前，研发滞后”的问题。目前国内离子膜法烧碱扩能速度过快，规划存在盲目性。得益于下游产品的市场行情好和因企业缺盐、缺电限产造成的供不足需，但国内烧碱市场出现了近几年少有的火爆行情，其中离子膜法烧碱企业的规模也呈现飞速增长的趋势。但是随着大批新建、扩建装置的投产，烧碱下游产品及离子膜法副产品利用技术的发展速度跟不上，这种行情将不复存在。一些企业，特别是新建装置的企业，对上、下游市场及竞争环境缺乏长远、全面的分析，新增如此多的装置将使原本已过剩的烧碱市场更加不堪重负。
（3）特别值得一提的是，扩能速度如此之快，而所用离子交换膜却全部要依
靠进口。离子交换膜是离子膜法烧碱的核心要素之一，目前，我国已建成投产的离子膜法烧碱装置所用离子交换膜仍全部依靠进口，且价格昂贵。进口离子膜按800美元/平方米计，平均2.5年为一更换周期，大约每年需要购膜费用折合人民币约2.756亿元，不但增加了离子膜法烧碱的生产成本，而且受制于人。
（4）装置连续运行时间短，离子交换膜使用寿命不够长。我国采用离子膜法电解技术装置(无论是国外引进技术，还是国产化技术)已近20年，除少数几家技术水平、管理水平较高的企业之外，能够连续运行3个月以上的装置很少，各装置全年计划外停车次数少则几次，多则十几次，甚至达数十次。而国外发达国家先进水平的企业大多计划外停车全年只有二三次。同样的电槽，同样的膜，同样的电解工艺，我国的膜寿命一般只有2～4年，平均2.5 年，而国外的膜寿命可达3～6年，甚至更长。我国计划外故障停车次数每年如能保持在二三次，则离子交换膜寿命有望超过4年。
（5）耗高于国外先进水平。我国离子膜法烧碱的平均电耗2286kW·h/t，与国外先进水平相差17%～43%。2000年，我国离子膜法制高纯烧碱的蒸汽消耗平均为0.67吨(折标煤95.7千克)。有些厂家未经蒸发而直接按30%液碱出售，而日本的蒸汽消耗只有0.343吨(折标准煤49千克)，综合能耗国内平均水平比国外高31%左右。盐耗也远高于国外先进水平。国外离子膜法烧碱的盐耗一般在1.5吨以下，国内盐耗一般在1.55～1.60吨，甚至有些厂高达1.67～1.76吨，相差50千克左右
（6）另外，国家加强环保治理力度，制约氯碱企业的发展。近几年，国家对环保治理投入较大，氯碱企业在治理污染方面投入资金力度不断加大，有许多企业面临搬迁的难题。尽管氧化铝、化纤、造纸、轻工、制药、冶金选矿等行业也在快速发展，但其对烧碱需求总量的提高速度要低于烧碱产量提高的速度。离子膜烧碱扩容过快，将使供大于求的矛盾难以缓解。
3.解决办法
专家建议，国家要高度重视，下大力量自主研发或花费大量外汇直接引进国外先进制膜生产技术和装置，组织强大的科技力量，加大资金投入，对树脂合成、制膜工艺、膜表面处理、电槽考核和工业性试验等进行一条龙攻关，尽快实现我国氯碱生产用离子交换膜的国产化、规模化生产。与此同时，国家应实施总量控
制，在我国未掌握制膜技术之前，根据国内实际情况，适时适度发展离子膜法烧碱。对于用来淘汰落后的石墨阳极和固定盒式金属阳极隔膜法电解装置的离子膜法烧碱项目应予以大力支持，对于国家重点新建大型离子膜法烧碱项目，必须采用先进的离子膜法电解技术，以增强国际市场竞争力，提升我国氯碱工业的技术水平。同时，专家建议，我国今后新建、扩建离子膜法烧碱装置应由以国外引进为主逐步转向以国产化为主。
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
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
新疆轻工职业技术学院 毕 业 论 文 论文题目：离子膜制碱工艺 系部：化学工程系 班级：三高08化工班 学生：俞晋龙 指导老师：张明峰
目录 前言 (3) 一离子交换膜法制碱的优势及前景 1.1离子交换膜法制碱的优势 (4) 1.2离子交换膜法制碱的前景 (5) 二离子交换膜法制碱的性能和种类 2.1离子交换膜法制碱的性能 (6) 2.2离子交换膜的类型 (7) 三离子交换膜法制碱的基本原理 3.1电解原理 (8) 3.2离子交换膜 (8) 四离子交换膜法制碱的工艺条件的选择及操作控制 4.1盐水质量 (9) 4.2阴极液中的氢氧化钠的浓度 (9) 4.3阳极液中氯化钠浓度 (9) 4.4盐水中加盐酸 (9) 4.5盐水与纯水-淡碱液的供应 (10) 4.6气体压强 (10) 4.7操作温度 (10) 五离子交换膜法制碱工艺流程及主要设备 5.1工艺流程 (11) 5.2离子交换膜电解槽 (12) 六小结 (13) 七参考文献 (14) 八致谢 (15)
摘要：简单介绍了离子交换膜法制碱工艺的优势及前景，通过对隔膜法、汞法、离子膜法的比较得到，离子膜法制烧碱较传统的隔膜法，水银法具有很大优势。另外彻底根治了石棉、水银对环境的污染。因此，离子膜法制烧碱是氯碱工业发展的方向。离子膜法制碱的基本原理是：电解原理。它的工艺条件主要取决与：盐水的质量、氢氧化纳的浓度、氯化钠浓度、盐水与纯水-淡碱液的供应等。工艺流程分为四部分：一次盐水精制、二次盐水精制、电解槽、烧碱蒸发装置。关键词：离子膜、电解、烧碱、电解槽 前言 氯碱工业产品主要有烧碱、氢气、氯气及下游产品，品种超过900多种，广泛应用于轻工、化工、纺织、农业、建材、电力、电子、国防、冶金等各个部门，是我国经济发展与人民生活不可缺少的重要基本化工原料。 离子膜法生产氯碱优点是可节电1/3，成品浓度高，基建占地少，无污染，经济效益好，所产氯碱质量好，成本低，产品性能大大优于隔膜烧碱，能满足轻纺、化纤、造纸、冶金等行业对高质量碱的要求及发展。我国通过引进、消化、吸收和创新，加速了离子膜制碱技术的国产化，目前，技术已取得了突破性进展，具备了从设计施工、开车的全套技术能力，国产复极式离子膜电解槽性能已接近国外先进水平。世界烧碱消费结构中，化学工业所占比例最大，为39%，其次为造纸，占16%。我国烧碱消费以轻工、化工、纺织工业为主，三大行业每年的消费量约占75%。1998年我国烧碱消费量为500万吨，预计2010年将750万吨。目前，世界烧碱生产能力5420万吨，产量4340万吨。我国烧碱生产能力达到680万吨，产量530万吨，居世界第二位。 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。 离子膜制碱法有许多优点，现在以被关泛应用，很有发展前景。 一、离子交换膜法制碱的优势及前景 1.1 离子交换膜法制碱的优势 离子膜法食盐溶液电解工艺之所以占上风,就其规模而言,大到日产近(3.0
离子膜烧碱工艺流程 https://www.doczj.com/doc/e113715528.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。
离子膜烧碱工艺(整理过)要点
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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。
离子膜法制碱生产技术 全书共分十四章及附录部分。书中全面系统地阐述了盐水二次精制；离子膜电解工艺、电解槽结构、操作条件、脱氧；离子膜碱蒸发、片（固）碱的制备等，同时，详细介绍了高纯盐酸、设备防腐、分析、仪表自控及整流供电过程。附录中介绍了相关设备的技术标准和生产企业。 第一章绪论 第一节离子膜电解制碱的发展过程 第二节离子膜电解制碱的特点 第三节离子膜电解制碱的现状 第二章盐水二次精制 第一节盐水二次精制的目的和指标 第二节盐水二次精制的流程 第三节螯合树脂处理盐水 第四节二次盐水精制岗位操作及事故处理 第三章离子膜电解原理和工艺流程 第一节电解原理 第二节工艺流程 第四章离子膜电解解槽 第一节离子膜电解槽的结构设计 第二节离子膜电解的槽的分类及及性能 第三节离子膜电解槽技术的发展趋势 第五章离子膜电解工艺操作条件和岗位操作 第一节离子膜电解工艺操作条件 第二节离子膜电解岗位操作 第六章离子交换膜 第一节全氟离子结构、特性及其要求 第二节各种膜简介 第三节离子膜的经济寿命 第四节离子膜在国内使用情况 第五节膜损伤的原因和预防措施 第七章除氯酸盐和淡盐水脱氯 第一节脱氯原理和工艺数据 第二节真空法脱氯 第三节空气吹除法 第四节化学法除残余氯、废气吸收和除法氯酸盐 第八章离子膜电解碱液的蒸发 第一节概论 第二节离子膜法碱液蒸发流程及设备 第三节工艺操作条件及蒸发的影响因素 第四节正常操作及故障处理 第九章离子膜固体烧碱 第一节大锅熬制离子膜固体烧碱 第二节片状离子膜固体烧碱 第三节离子膜固碱的种类
第十章高纯盐酸 第一节高纯盐酸原性质和要求 第二节生产原理 第三节生产工艺流程 第四节主要设备及优缺点 第十一章设备防腐 第一节腐蚀论述 第二节IM法制烧碱装置的防腐蚀 第三节主要材料的腐蚀形态和防腐 第四节设备与管道防腐 第五节蒸发与固碱设备防腐 第十二章分析 第一节实验室用水规格 第二节工业无离子水和电导率测定 第三节高纯盐酸分析 第四节一次盐水分析 第五节二次盐水分析 第六节离子膜法液体烧碱分析 第七节氯气和氢气分析 第十三章自动控制与仪表 第一节概述 第二节主要检测与控制系统 第三节联锁系统 第四节DCS在离子膜烧碱装置中的应用 第五节仪表防腐及引进问题 第十四章离子膜电解槽的供电 第一节概述 第二节整流变压器 第三节整流装置 第四节变压整流装置的保护、测量、控制与信号 第五节近控屏、远控屏、冷却装置 第六节停送电操作及巡视检查和事故预想 第七节离子膜槽整流装置设计选型实践 附录相关设备 《离子膜法制碱生产技术》电子书下载地址
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
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/e113715528.html, 离子膜烧碱生产工艺浅析 作者：许明 来源：《中国化工贸易·上旬刊》2017年第03期 摘要：离子膜法生产烧碱是目前世界上最先进的制碱技术，国内许多氯碱企业虽然也发 现了成套引进的生产工艺存在某些工艺设计不合理、原材料及能源浪费等问题，但由于氯碱生产属于高危生产行业，且离子膜烧碱生产系统自动化程度高、联锁点多、技术复杂，一旦出现失误极易造成严重的安全环保事故和巨大的经济损失等原因，一直没有研究开发出有效的解决办法，致使我国的离子膜烧碱生产工艺一直无大的改进或实质性进展。本文分析了离子膜烧碱生产工艺。 关键词：离子膜；能耗；烧碱；生产工艺 离子膜电解法又称膜电槽电解法，是利用阳离子交换膜将单元电解槽分隔为阳极室和阴极室，使电解产品分开的方法。离子膜电解法是在离子交换树脂（见离子交换剂）的基础上发展起来的一项新技术。利用离子交换膜对阴阳离子具有选择透过的特性，容许带一种电荷的离子通过而限制相反电荷的离子通过，以达到浓缩、脱盐、净化、提纯以及电化合成的目的。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。 1 离子膜烧碱生产工艺 1.1 配水 在电解的工序中，需要脱离掉淡盐水中多余的硫酸根。被输送到一次盐水工序的淡盐水包含两个部分：第一部分便是流经自动控制的装置调节出的盐水；第二部分是存储在储槽中的上清液（已经沉淀处理）。从其它的工序中回收出来的水，调节所用的水和盐泥中排滤出的滤液，经过一定比例的调和就形成了化盐水。 1.2 化盐和盐水的精制 把化盐水的温度调到适合，在盐池的底部经过逆流的方式接触到原盐，在逆流的水流中 添加氢氧化钠溶液同液体中的镁离子发生化学反应，产生沉淀氢氧化镁而被分离出去，有机质也被逐步的分解为较小的分子。经过混合器加压后的粗盐水，会进入预处理器中。在盐水中的小分子和悬浮状的物质就会以沉淀的形式被除去。留在反应槽里面的清盐水经过膜分离之后，合格的还要进行第二次的盐水再精制。螯合树脂就是二次精制中必备的药品。过滤后的一次盐
化工毕业离子膜法制 烧碱课程
目录 1 概述 (3) 1.1氯碱工业及其重要性 (3) 1.1.1氯碱工业发展简介 (3) 1.1.2氯碱工业的特点 (5) 1.1.3氯碱工业在国民经济中的地位 (5) 1.1.4国内氯碱的现状和发展 (6) 1.2烧碱的生产 (8) 1.2.1隔膜法制碱及水银法制碱 (8) 1.2.2离子交换膜电解及其特点 (8) 1.2.3制固体烧碱 (10) 2 工艺说明 (13) 2.1概述 (13) 2.2生产原理 (13) 2.2.1离子膜烧碱片碱工段概述 (13) 2.2.2下降的沸腾传热过程 (13) 2.3工艺流程及其简述 (15) 2.4除水及附属设备说明 (15) 2.4.1预浓缩 (15) 2.4.2最终浓缩器 (15) 2.4.3其它控制回路 (16) 2.4.4 EV—1、 EV—2旁路 (16) 2.4.5主体设备及其用材 (16) 2.4.6烧碱管路 (16) 2.4.7分配装置D—1 (16) 2.4.8熔盐碱管 (17) 2.4.9制片碱 (17) 2.4.10抽气系统 (17) 2.5主要设备的选定说明 (17) 2.5.1 蒸发器 (17) 2.5.2 浓缩器 (17) 2.5.3片碱机 (17) 2.5.4 熔盐炉 (17) 2.6生产能力计算 (18) 2.6.1以100%NaOH为基准的生产能力 (18) 2.6.2原材料及产品主要技术规格 (18) 2.6.3片碱规格 (18) 2.6.4原材料、动力消耗定额及消耗量 (18) 2.6.5加热盐—HTS (19) 2.6.6进料溶液规格 (19) 2.6.7蒸汽表2-7加热
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
【综 述】 国内外离子膜法烧碱生产技术综述(续完) 张英民3,郎需霞,邵冰然,丁晓玲 (青岛海晶化工集团有限公司,山东青岛266042) [关键词]离子膜法烧碱;生产技术;离子膜;盐水精制;电解;氯气干燥;蒸发 [摘 要]对目前国内外离子膜法烧碱生产装置的相关工艺进行了系统的阐述。 [中图分类号]T Q114.2 [文献标志码]A [文章编号]1008-133X(2008)03-0001-08 A rev i ew on the worldw ide producti on technology of i on-exchange m em brane causti c soda(Part2) ZHAN G Ying-m in,LAN G X u-xia,SHAO B ing-ran,D IN G X iao-ling (Q ingdao Haijing Che m ical I ndustry Gr oup Co.,L td.,Q ingdao266042,China) Key words:i on-exchange me mbrane caustic s oda;p r oducti on technol ogy;i on-exchange me mbrane; brine refine ment;electr olysis;drying of chl orine gas;evaporati on Abstract:The p resent world wide p r oducti on p r ocesses related t o the p r oducti on facilities of i on-ex2 change me mbrane caustic s oda are elaborated syste matically. 2 二次盐水精制 2.1 工 艺 二次盐水精制采用螯合树脂塔进行吸附,该技术长期以来几乎没有变化,系统以2塔或3塔串联运行,1塔再生。2塔工艺要求一次盐水中的Ca2+、Mg2+含量低,因此越来越多的企业出于安全考虑,选择了3塔工艺,也有的企业根据盐水的质量情况及产能情况,采用更多塔的串联。生产装置有北化机、日本链水、日本旭化成、意大利迪诺拉等公司生产的装置。典型的3塔工艺见图8。 2.2 树脂种类 国外的树脂有胺基磷酸型的DuoliteES-467 (法国)、太阳珠SC-401(日本)以及亚胺基二乙酸型的CR-11(日本三菱化学)、美国罗门哈斯I RC-718、Amberlite I RC-743、德国拜尔TP-208、英国漂莱特S-940等。目前国产螯合树脂的型号也较多,南开大学的D412,上海树脂厂的D751,上海华申树脂有限公司的D403,淄博东大化工股份有限公司的TP260和TP208,苏青集团江阴市有机化工厂的D401、D402等牌号的树脂基本达到国外同类产品的水平。 螯合树脂型号较多,其主要成分螯合基团分为两种,即亚胺基二乙酸型和胺基磷酸型。这两种螯合树脂的主要物化性能指标见表1。 表1 螯合树脂的主要物化性能指标 种类 Ca2+ 吸附容量/ mol/L 水质量 分数/ % 粒径/ mm 湿表观 密度/ g/mL 适宜 温度/ ℃ n(H+)/ n(Na+)/ % D-7510.5052～620.3～1.20.70～0.80≤80 CR-11≥0.5060.10.3～1.20.73≤80 D-4030.6046～560.3～1.20.70～0.80≤800.75 D-4120.3550～600.3～1.20.7445～500.70 ES-4670.3560～650.3～1.00.7345～500.75 S-9400.5060～650.6～1.00.72～0.78≤900.69 TP-260 2.30600.40～1.250.77-20～850.75 从对不同树脂的对比分析中不难发现,除TP-260型树脂的Ca2+吸附容量较高外,其他树脂的性能指标均比较接近。目前国内企业所用的树脂,不管是国产的还是进口的,只要工艺条件控制得较好,都能满足生产需要。 1 第44卷 第3期2008年3月 氯碱工业 Chl or-A lkali I ndustry Vol.44,No.3 Mar.,2008 3[作者简介]张英民(1964—),男,高级工程师,现任青岛海晶化工集团有限公司副总经理兼总工程师。 [收稿日期]2007-09-10 [编者注]本文作者之一张英民为《氯碱工业》第4届编委会主任委员
目录 摘要 (1) 关键词 (1) 前言 (1) 1.年产10万吨离子膜烧碱项目的主要工序 (1) 2.离子膜制烧碱盐水精制介绍 (1) 3.离子膜制烧碱的特点 (1) 3.1投资省 (1) 3.2 能耗低 (2) 3.3 碱液质量好 (2) 3.4氯气及氢气纯度高 (2) 3.5无污染 (2) 4.离子膜制烧碱盐水精制的工艺原理 (2) 5.离子交换膜的性能简介 (3) 6 . 离子膜制碱盐水精制的工艺条件 (3) 6.1 NaOH的浓度 (3) 6.2 阳极液NaCl浓度 (4) 6.3 电流密度 (4) 6. 4 阳极液PH值 (4) 6.5电解液的温度 (5) 6. 6电解液流量 (5) 7. 离子膜制碱盐水精制的工艺流程 (5) 8、离子膜制碱盐水精制的工艺设计 (6) 8.1一次盐水 (6) 8.2二次盐水精制 (6) 8.3电解工艺 (6) 8.4淡盐水脱氯 (7) 8.5氯氢处理（含废氯气处理） (7) 8.6氯气液化 (8) 8.7氯化氢合成及盐酸 (8) 9. 离子膜制碱盐水精制的工艺计算 (9) 9.1一次盐水计算依据： (9) 9.2、输出 (12) 小结 (19) 参考文献 (20) 致谢 (21)
摘要：本文结合先进的离子膜法制碱技术向着复极槽、高电流密度、自然循环方向发展的趋势，介绍了盐水中各种有害物质的去除工艺，特别是膜技术在盐水精制中的良好使用效果，说明盐水精制技术正向着自动化控制、减轻环境污染、高质量盐水的方向发展，离子膜法制烧碱是烧碱生产工艺中常用的制法之一。 关键词：离子交换膜性能盐水精制工艺计算 前言 目前盐水电解生产烧碱的方法主要有隔膜法和离子膜法，离子膜法具有综合能耗低，碱液浓度高，氯氢纯度高，装置自动化控制程度高，环境污染轻等优势，是当今世界公认的先进制碱技术及发展方向。烧碱是最重要的基本化工原料之一，其最初的用途是从制造肥皂开始，逐渐用于轻工、纺织、化工等领域。随着制铝工业及石油化学工业的发展，其应用范围更加广泛，下游产品已达到900多种。 另外，在烧碱生产过程中所联产的氯气、氢气也是重要的基本化工原料，在化肥、精细化工、轻工、纺织等行业也得到广泛应用。近年来随着我国经济的快速发展，对化肥、精细化工、轻工、纺织等有强劲的需求。氯碱工业是生产烧碱、氯气和氢气以及此衍生系列产品基本化学工业，其产品广泛用于国民经济各个部门，对国民经济和国防建设具有重要的作用。随着国民经济的快速发展，现有氯碱生产能力远未达到市场需求，具有较好的经济效率。 1.年产10万吨离子膜烧碱项目的主要工序 为盐水一次精制工序、电解工序、淡盐水脱氯、氯氢处理工序、氯化氢合成及盐酸. 2.离子膜制烧碱盐水精制介绍 离子交换膜法电解食盐水的研究始于20世纪50年代，由于所选的材料耐腐蚀性能差，一直未能获得实用性的成果，直到1966年美国杜邦公司开发了化学稳定性好的全氟磺酸阳离子交换膜，离子交换膜电解食盐水才得到实质性进展。 3.离子膜制烧碱的特点 ﹙1﹚投资省 目前国内离子膜法投资比水银法或隔膜法反而高，主要是目前离子膜法电解技术和主要设备均从国外引进，因此成本高，随着离子膜法装置国产率将提高，
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
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-
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
离子交换膜法电解制碱的主要生产流程 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H2O在阴极表面放电生成H2，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Cl2。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。 编辑本段主要原料 氯碱工业的主要原料：饱和食盐水，但由于粗盐水中含有泥沙、Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO等杂质，远不能达到电解要求，因此必须经过提纯精制。 编辑本段离子膜烧碱装置的工艺设计 一、一次盐水 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。传统性的一次盐水精制工艺，采用配水、化盐、加精制剂反应、澄清、砂滤，然后再经炭素烧结管过滤器过滤。近几年新建氯碱装置一次盐水工艺大都采用膜过滤技术制取精制盐水，该工艺路线省去了砂滤器、炭素烧结管过滤器。经生产实践证明，经膜过滤分离方法制得的一次盐水质量指标、设备投资等都比传统工艺理想。所以一次精制盐水工艺采用膜过滤器过滤工艺。 二、二次盐水精制 离子膜法电解槽使用的高度选择性离子交换膜要求入槽盐水的钙、镁离子含量低于20wtppb，普通的化学精制法只能使盐水中的钙、镁离子含量降到10wtppb左右。若使钙、镁离子含量降到20wtppb的水平，必须用螯合树脂处理。 二次盐水精制的主要工艺设备是螯合树脂塔，分二塔式和三塔式流程。塔的运行与再生处理及其周期性切换程序控制，可由程序控制器PLC实现，PLC与集散控制系统DCS可以实现数据通讯；也可以直接由DCS实现控制。伍迪公司采用的就是二塔式，其他公司采用三塔式流程。建议采用三塔式流程。