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離子膜燒堿電解原理
- 2020-05-22-

一、燒堿簡介

離子膜法電解製堿的主要產品是燒堿,化學名稱為氫氧化鈉,又叫火堿、燒堿、苛性鈉,應為名稱為caustic soda,其副產品有氯氣和氫氣。氫氧化鈉的分子式是NaOH,常溫下純的無水氫氧化鈉為白色半透明結晶狀、有光澤或略帶顏色的固體,具有強腐蝕性,易溶於水,溶解時放出大量的熱,並隨水溫上升,其溶解度明顯增加,固體燒堿暴露在空氣裏容易潮解,可作為幹燥劑,但不能幹燥二氧化硫、二氧化碳和氯化氫等氣體。

氯堿工業屬於基本有機化工原料工業,基本化工原料通常是指“三酸兩堿”,即鹽酸、硫酸、硝酸、燒堿和純堿,其中鹽酸和燒堿是氯堿工業中的兩種產品,再加上氯氣和氫氣可以進一步生產許多化工產品,所以氯堿工業及其相關的產品涉及國民經濟和人民生活的諸多領域,除了應用化學工業外,在輕工、紡織、石油化工、冶金和公用事業等領域也均有很大用途,耗用燒堿和耗用氯氣的產品已達數千種。

一、離子膜電解簡介

離子膜電解製堿與隔膜法電解製堿技術相比,已被世界公認為技術更先進和經濟最合理的氫氧化鈉生產方法,是當今電解製堿技術的發展方向,因此離子膜電解製堿及其技術在國內外發展極為迅速。該法具有節能、產品質量高、無環境汙染、運行費用低、經濟效益顯著的特點,而被世界各國燒堿生產廠家廣泛采用。

離子膜法燒堿生產任務可分為:①一次精製鹽水設備;②二次鹽水精製;③精製鹽水電解;④氯氫氣處理;⑤液氯生產等工作任務。其生產工藝過程如下圖所示:

其中精製鹽水電解是整個工藝生產過程的核心崗位,而鹽水的製備則是保證電解鹽水生產順利進行的關鍵,也被氯堿生產技術人員成為“精製鹽水是電解槽的血液”。

 

三、離子膜電解的過程

用於氯堿工業的離子交換膜是一種能耐氯堿腐蝕的陽離子交換膜。膜的內部具有極為複雜的化學結構,膜內存在固定離子和可交換的對離子的膜,有排斥外界溶液中某一離子的能力。電解食鹽水溶液采用的陽離子交換膜的膜體中有活性基團。

由於磺酸基團有親水性能,而使膜在溶液中溶脹,膜體結構變鬆,從而造成許多微細彎曲的通道,使其活性基團中的對離子Na+可以與水溶液中的同電荷的Na+進行交換。與此同時膜中的活性基團中固定離子具有排斥Cl-OH-的能力,見圖3,從而獲得高純度的氫氧化鈉溶液。

電解槽的陰極室和陽極室用陽離子交換膜隔開,精製鹽水進入陽極室,純水加入陰極室。通電時H2O在陰極表麵發電生成氫氣,Na+通過離子膜由陽極室遷移到陰極室與OH-結合成NaOHCl-則在陽極表麵放電生產氯氣。經電解後NaCl被消耗,食鹽水濃度降低為淡鹽水,淡鹽水隨氯氣一起離開陽極室排出。離子交換膜電解製氫氧化鈉和氯氣的原理圖見圖4和圖5。氫氧化鈉的濃度可利用進電電解槽陰極室的純水量來調節。


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