离子膜法生产氯碱技术基本知识 入二段盐水预热器,用蒸汽进一步补充加热盐水，加热到盐水温度在60～80℃间，再经盐水总管、支管连续均衡地分别送入各台电解槽5进行电解。电解生成的氯气从电解槽盖顶部支管导入氯气总管，送到氯气处理工段.氢气从电解槽阴极箱上部支管经断电器断电后汇集入氢气总管，经一段盐水预热器预热盐水降温后送氢气处理工段。生成的含氢氧化钠11％的电解液经碱液断电器断电后从电解槽下侧流出导入电解液总管，汇集于电解液贮槽6中，再经泵7输送到蒸发工段进行蒸发浓缩。 3.1.4主要设备及作用
金属阳极电解槽是隔膜电解槽的两大类型之一，其结构如图2－1－2。隔膜电解槽是隔膜法电解食盐溶液制取氯气、氢气、烧碱的主要设备。是我国发展比较成熟的一种技术。隔膜电解槽示意图如图2－1－3。
电解槽主要由槽盖、阴极箱、阳极组合件三大部分组成。
金属阳极电解槽的槽盖多数采用钢板焊接制成，内衬橡胶防腐蚀层。在槽盖的顶部有氯气出口孔，侧面有盐水注入口，槽盖前侧面装有液面计便于掌握电解槽内盐水液位高低。槽盖上还装有氯气压力表和取样孔。
阴极箱是由阴极铁丝网袋`钢板外壳和阴极导电钢板组合成一个完整的阴
极导电系统。在阴极箱的外壳下端有电解液导出管，上方有氢气出口管。
金属阳极电解槽阳极组合件是由钛-钢-铜三板叠合组成，上层2mm钛板作为防腐 蚀层，中层20mm钢板作支撑层,下层16mm铜板作为阳极导电板．涂有钌层的钛阳极片通过铜螺丝、铜螺母联接固定在下层阳极铜导电板上,电流由此导入。
槽盖与阴极箱、阻极箱与阳极组合件之间可用“陶泥沥清软封料”外围麻绳进行密封以免盐水泄漏,也可采用橡胶垫片加绝缘螺栓联接密封。
3.2离子膜工段
3.2.1工艺原理
以食盐水为原料的离子膜法电解工艺，因离子交换膜性能要求，进离子膜电解槽的盐水质量必须严格控制，不然将影响离子交换膜性能的发挥和使用寿命以及产品的质量。因此本工段的任务是： 青海大学化工学院化学工程系
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离子膜法生产氯碱技术基本知识 (1)将送来的一次精制盐水再经过一次精密过滤，使盐水中的悬浮物达到≤1PPm，送二次精制； (2)将上述过滤后的合格盐水，经二次精制处理即采用树脂吸咐（使用过的树脂经处理后再生），使盐水中的ca2+、Mg2+杂质含量达到≤20ppb，送离子膜电解槽；
(3)合格的二次精制盐水在电解槽内经通电电解，得到合格的氢氧化钠，然后经冷却、计量后送成品槽；
(4)电解副产品氯气和氢气，分别送氯处理和氢处理后．生产相应的氯、氢产品；
(5)食盐水经电解后流出的淡盐水，经脱氯装置除去盐水中的游离氯，使游离氯含量达到标准，然后将脱氯后合格的淡盐水送回化盐工段再化盐使用。 3.2.2主要工艺控制指标
1、经盐水过滤器一次精制盐水质量指标 NaCI 310～31 5g／L ClO3- ≤10g／L NaOH ≤0．6g／L SO42+ ≤4g／L
Na2CO3 ≤0．5g／L
Hg ≤10ppm Ca+Mg ≤10ppm(以CaO计算) S(含悬浮固体重) ≤10ppm
Sr ≤2．5mL／L 其它的重金属 ≤0.2ppm Ba ≤0．1ppm 个别金属①Al ≤0.1ppm Fe ≤0．1ppm ②Mn ≤0.05ppm Si02 ≤15ppm
③Cr ≤0.05ppm
2、进螫合树脂塔过滤盐水质量指标 (1)NaCI 310~315g／L 0.1ppm以下 (2)pH 9士0．5 (7)Fe 0.Ippm以下 (3)温 度 60-士5℃以上 (8)SiO2 15ppm以下 (4)Ca+Mg 5ppm(按照CaO)以下 (9)ClO- 不存在 (5)Sr 2.5mg／L(按照Sr)以下(6)Ba (10)CIO3- 10g／L以下 青海大学化工学院化学工程系 - 7 -
离子膜法生产氯碱技术基本知识 (11)SO42- 4g／L以下
(14)其它重金属 总共 0.2ppm以下 (12)S 1ppm以下(但不含有Ca、 个别金属 ①A1 0.Ippm以下 Mg、Sr等固态物)
②Mn 0.05ppm以下 (13)Hg 10ppm以下
③Cr 0.05ppm以下
3、进离子膜电解槽二次精制盐水质量指标 NaCI 31 0-31 5g／L SO42+ ≤4g／L Ca+Mg ≤20ppb(以Ca计算) 其它重金属总量 ≤0.2ppm Sr ≤0.Ippm 个别金属：
Ba ≤0.1ppm ①AI≤0.1ppm Fe ≤0.1ppm ②Mn ≤0.05ppm SiO 2 ≤15ppm ③Cr≤0.05ppm
CIO3- ≤10g／L 4、出离子膜电解槽各物料质量指标 (1)氢氧化钠 33士0.15％ 含氢 ≤0.1％ NaCI／NaOH ≤80ppm (3)氢气H2 ≥99％ Fe2O3 ≤8ppm (4)淡盐水
(2)氯气
NaCI 210士10g／L CI2 ≥97％ pH 2～4 含02 ≤2．5％ CIO- ﹤2g／L 5、各操作压力
炭素过滤器操作压差 <0.2MPa C12压力 0士10mmH2O 清洗加压操作压力 0.45MPa H2压力 100~10mm H2O 螯合树脂塔压差 <0.12MPa 脱氯鼓风机压力 900-1100mm H2O
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离子膜法生产氯碱技术基本知识 6、出脱氯塔淡盐水质量指标 NaCI 210土10g／L 7、各操作温度
一次精制盐水温度 >45℃ 过滤盐水温度 60士5℃ 电槽槽温 85士3℃ 脱氯塔回收氯冷却温度 ＜40℃ 吸收液苛性钠温度 ＜40℃ 3.2.3工艺流程
图2－2－1为离子膜法制碱工艺流程图。原盐经溶解、反应、沉清．砂滤后，制成一次精制盐水，该一次精制盐水进入本工段后，加入适量的亚硫酸钠以除去微量的游离氯，同时加入适量的α-纤维素助滤剂，然后用泵送入盐水过滤器进行过滤，经过滤后的盐水，其悬浮物含量达到规定指标≤lppm，再经加热使温度达到60士5℃，并用pH自控调节使pH控制在9士0．5。将上述符合质量指标的盐水,用泵送入螯合树脂塔进行螯合处理．使盐水中Ca2+、Mg2+杂质含量达到20ppb以下，此盐水称二次精制盐水。二次精制盐水再经加热,用泵送离子膜电解槽阳极侧．加热温度视电解槽槽温而调节，一般冬季比夏季高一些．以保证槽温稳定在85士31°C。在电解槽的阴极侧，加入与碱浓度相当的纯水量．以保证产品浓度稳定在规定的指标范围内(30～35％)。在直流电作用下经电
pH 7～8
解，在阴极侧流出规定浓度的氢氧化钠，经冷却、计量后送入成品贮槽或再经蒸发浓缩到规定浓度；在阴极侧上方，放出副产品氢气送氢处理工序。在电解槽的阳极侧．经电解后的淡盐水流入贮槽。经加酸用pH自动调节计使pH调节在2左右，以使大部分的氯酸盐和次氯酸盐分解，分解出的氯气并入总管，淡盐水再用泵送入脱氯塔。经脱氯后合格的淡盐水则用泵送回化盐工段再使用．脱氯如青海大学化工学院化学工程系
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离子膜法生产氯碱技术基本知识 是采用真空脱除．则脱出的氯气并入氯总管；如是用空气吹除的，则脱出之氯气需用20％的氢氧化钠进行循环吸收，制成10％的次氯酸钠．在阳极侧上部放出的氯气，则送入氯气处理工段。 3.2.4主要设备及作用和工作原理 1、盐水过滤器
盐水过滤器的作用是使一次精制盐水经过滤除去所含微量悬浮物，指标为≤1ppm。离子膜法制碱工艺中，要求盐水中的悬浮物含量控制在1ppm以下。以防止盐水中所含微细悬浮物引起膜的堵塞而导致槽电压上升。然使用传统的砂过滤器，盐水中的悬浮物含量一般在5~10ppm．因此，必须再经过一次精密过滤。实习工厂采用碳素管式过滤器。
碳素管过滤器的外壳由钢衬橡胶防腐层．内部由多组炭系管均匀固定在花板上．其结构见图2－2－2所示。碳素管式过滤面积由生产能力大小而定一般年产l万吨规模的过滤面积约在7～8m2，使用寿命在8～10年。
碳素管式过滤器由纯凝经烧结后制成，外径120mm，内径70mm ，长度500mm，为圆筒状元件。 碳素管式过滤器的特点是经一定时间使用后，可经再生恢复重新使用。
碳素管的过滤原理见图2－2一3。一次精制盐水从圆筒的外部流入圆筒的内部进行过滤。为了保持最高的过滤精度，首先在碳素管外先预涂上一层助滤剂，预涂层的厚度约为2~3mm，同时采用助滤剂添加方式，使定量的助滤剂与一次精制盐水混合后送过滤器过滤，过滤时初始阻力0.02MPa，随着盐水中悬浮物的积累，其阻力逐渐上升，当升到0.15～0.20MP时，应停止使用予以清洗再生．碳素管的清洗再生，是将清洗液从管内向管外反洗，并通入0.45MPa的压缩空气，当迅速打开专用排液阀时，盐水因受到压缩空气的压力迅速由管的内侧流向管的外侧，同时将炭素管外的预涂层和被截留的悬浮物滤饼，同时从过滤管上脱落除去，然后经过各步清洗，则可完全恢复原有性能而重复使用。 2、螯合树脂塔
螯合树脂塔通常是二台或三台串联使用，其作用是将一次精致盐水中Ca2+、Mg2+杂质含量降低到
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