3． 建造
当设备制造把设备的所有部分都做好了以后，这些东西要运到工厂所在地（有时这是后勤部门颇具挑战性的任务，尤其对象运输分馏塔这样大型的船只来说）。建造阶段要把所有的部件装配成完整的工厂，首先要做的就是在地面打洞并倾入混凝土，为大型设备及建筑物打下基础（比如控制室、流程分析实验室、维修车间）。
完成了第一步，就开始安装设备的主要部分以及钢铁上层建筑。要装配热交换器、泵、压缩机、管道、测量元件、自动控制阀。控制系统的线路和管道连接在控制室和操作间之间。电线、开关、变换器需装备在马达上以驱动泵和压缩机。生产设备安装完毕后，化学工程师的职责就是检查它们是否连接完好，每部分是否正常工作。
对大部分工程师来说这通常是一个令人激动、享受成功的时候。你将看到自己的创意由图纸变为现实。钢铁和混凝土代替了示意图和表格。建筑是许多人多年辛劳的结果。你终于站到了发射台上，工厂将要起飞还是最后失败。揭晓的那一刻即将到来。
测试阶段一旦完成，“运转阶段”就开始了。启动是工厂的首项任务，是令人兴奋的时刻和日夜不停的工作。这是化学工程师最好的学习机会之一。现在你可以了解你的构思和计算究竟有些什么好。参与中试车间和设计工作的工程师通常也是启动队伍中的人员。
启动阶段需要几天或几个月，根据设计所涉及工艺技术的新颖、流程的复杂程度以及工程的质量而定。中间经常会遇到要求设备完善的问题。这是耗时耗财的阶段：仅仅每天从车间出来的废品会高达数千美金。确实，曾经有些车间因为没有预计到的问题如控制、腐蚀、杂质或因为经济方面的问题而从来没有运转过。
在启动阶段，工程师们通常需轮流值班。在很短的时间里有很多的东西需要学习。一旦车间按照设定程序成功运转，它就转变为产品的常规生产或制造部门。
4． 制造
化学工程师在制造阶段占据中心的位置。车间技术服务部门负责车间有效而安全地运转的技术方面。他们进行生产量和性能测试以找出设备的瓶颈在哪，然后设计一些修正或附加的东西以解决这些瓶颈。 化学工程师研究一些方法节省能源，降低原材料消耗、减少不合要求的需进行处理的产品的生产，以降低生产成本。他们还研究一些提高产品质量、减少空气和水中环境污染的措施。
除了提供技术服务外，许多工程师还负责生产监督。这些监督保证工厂日常生产的各个方面正常进行。包括管理换班工作的操作工，满足质量要求，按期按量发出产品，生产并保持设备备件的存储量，为车间设备维修，保证安全规则被遵守，避免过多排出废物污染环境，并且做工厂对当地社会的代言人。
5． 技术销售
许多化学工程师发现在技术销售中充满了刺激性的、有利可图的机会。与其它的销售业务一样，这项业务包括拜访客户，推荐一些特别的商品以满足客户的需要，并确保订单能顺利完成。销售工程师是公司的代表，必须十分清楚公司的产品生产情况。销售工程师的销售能力极大地影响公司的发展和利润。
许多化工产品的市场开发需要制造化工产品公司的工程师与使用化工产品公司的工程师密切合作。这种合作所采取的方式可以是对如何使用一种化学产品提出建议，或者是生产出一种新的化学产品以解决客户的某个特殊的困难。
当销售工程师碰到他自己没有把握解决的问题时，他或她必须要请教专家。有时销售工程师还需组织来自不同公司的研究人员共同努力来解决某个问题。
6． 研究
化学工程师能从事多种类型的研究工作。他们与化学家联合开发新的或革新的产品。他们探索新的和改良的工程技术（比如更好的计算机程序以模拟化工工艺，更好的实验室分析方法分析有代表性的化学产品，新型的反应和分离系统。）他们研究改进的传感器以进行物理性质的在线检测，他们还研究单个流程结构和设备。
研究工程师可能是在实验室或办公桌前钻研难题。他们通常是一组科学家或工程师中的一员。了解生产流程以及通常流程所使用的设备使化学工程师能在研究工作中做出突出的贡献。化学工程师的日常工作有时颇似那些化学家和物理学家。
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Unit 4 Sources of chemicals
化学物质的来源
化学物质的数量多得惊人，其差异很大：所知道的化学物质的数量就达上千万种。如此的数量与理论上可能形成的含碳化合物的数量相比，相形见绌。含碳化合物的数量之大是耦合的结果：即相对较强的碳碳共价键的碳原子长链和异构体的形成。大部分这些化合物只是满足实验室好奇心或学术兴趣。然而，其他剩余的达几千种，是商业和实践兴趣。因此，可以预料到这些化学物质的来源很广。虽然对无机化学品如此，但是奇怪的是，大多数有机化学品来源于一种资源，即原油（石油）。 1. 无机化学品
Table1-1 无机化学品的主要来源因为“无机化学品”这个词（术语）涉及到（cover，包括、涵盖）的是除碳以外所有元素构成的化合物。其来源的多样性并不很大（见表1-1）。一些较重要的来源是金属矿（包括重要的金属铁和铝）以及盐和海水（用于生产氯、钠、氢氧化钠和碳酸钠）。在这些情况下，至少两种不同的元素化合以一种稳定的化合物在一起。因此，如果要得到单个元素（也就是金属），那么提取过程除了纯物理的分离方法以外，还必
须涉及到化学处理（过程）。金属矿或无机矿很少以纯物质的形式存在，因此，处理过程的第一步通常是：（将无机矿中）从不要的固体如粘土或沙石中分离出来。固体筛分后经压碎和研磨，利用颗粒尺寸差异可以完成一些物理分离。下一步骤则取决于所需矿物的本质及其特征。例如，铁矿常在磁分离器利用他们的磁性加以分离。泡沫浮选是另一种广泛应用的分离技术。在该技术中，所需要的矿物，以细小颗粒形式存在，借助被水溶液润湿能力的差异而与其他矿物加以分离。常加入表面活性剂（抗润湿剂），这些典型的分子，一头为非极性部分（如长碳氢链），另一头为极性部分（如-NH2）。该极性基团与矿物相吸，形成不牢固的键；而碳氢基团与水相斥而阻止矿物被润湿，因而矿物能浮选。相反，其他固体物质很容易被润湿而沉在水溶液中。搅拌溶液或液体中鼓泡以产生泡沫能大大促进表面活性剂包裹的矿物的漂浮，这些矿物从容器中溢出到收集容器中，在收集容器，矿物得到回收。显然，该过程成功的关键在于，为所处理矿物选择一种高选择的特定的表面活性剂。2 有机化合物
相比于无机化学品来自于众多不同的资源（这一点我们已经明白了），商业上的一些重要的有机化合物基本上来源单一。如今，所有有机化合物的99%以上，可以通过石化工艺过程从原油（石油）和天然气得到。这是一种有趣的情形— — 该情形一直在改变，而且将来也会变化，因为从技术上讲，相同的化学品可以从其他原料得到。尤其是脂肪族化合物，可以通过由碳水化合物的发酵所得的乙醇加以生产，另一方面，芳香族化合物可以从煤焦油中分离得到。煤焦油是煤炭化工过程的副产物。动植物油脂，是为数不多的脂肪族化合物的特定的资源，这些脂肪族化合物包括长链脂肪酸（如正十八酸）和长链醇（如正十二烷醇）。化石燃料（即石油、天然气和煤）的形成要花上百万年，一旦用掉就不能被替换，因此，它们称之为不可再生的资源。这与来自于植物的碳水化合物恰恰相反，碳水化合物能够较快被更新。一种较为普遍应用的资源为蔗糖— — 一旦作物被收割和土地被清理，又可以种植和收割新的作物，通常少于一年。因此，碳氢化合物可称为可再生资源。据估计，植物原料（干重）的总的年产量为1*1011 吨。化石燃料－天然气、原油和煤，主要用作为能源，而不是作为有机化合物的资源。例如，各种石油分馏物的气体，用于家用烹调和取暖、用作为汽车用的汽油、加热建筑物重燃油，或用于在工业处理以产生的蒸汽。通常，一桶原油的8%用于化学品的生产。下列数据可以说明，为什么化学工业在原油的使用方面与燃料或能源消耗的工业展开着竞争。显然，若我们愿意使用可代替化石燃料的其他能源，那么这些可替代能源可以利用的，同时，我们自信地预料到在不久的将来，可以用上其他的可替代能源。因此，有必要要去保存宝贵的石油供应以用于化学品的生产。“处理石油的最后一件事情是将之燃烧”该说法是有根据的。注意到这件事很有趣且有益的：早在1894 年门捷列夫（发现元素周期表之俄国科学家）就向当局报道，“石油是太宝贵的资源而不能将之燃烧掉，应该将之以化学品资源加以保存。”来自于碳水化合物（植物茎杆）的有机化学物质，职务的主要成分是碳水化合物，碳水化合物组成职务的结构。它们为多糖（如纤维素和淀粉），大量的淀粉存在于食物（如谷类、大米和马铃薯）之中，纤维素是组成细胞壁的主要物质，因而广泛存在，可以从木材、棉花等中得到。因此，来自于碳水化合物的化学品的潜力是相当大的，而且该原料可再生。从碳水化合物得到化学物质的主要途径是通过发酵过程。然而发酵
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过程不能利用多糖（如维素和淀粉），因此，淀粉必须先收到酸性或酶水解反应生成更简单的糖类（单糖或二糖（如蔗糖），这些较为简单的糖是发酵过程中的）合适的起始原料。发酵过程是利用单细胞的微生物（一般有酵母菌、真菌、细菌或霉菌）生产特殊化学品。有些发酵农家已用了上千年。最著名的例子为，谷物发酵生产含酒精的饮料。直到1950 年，该方法才成为生产脂肪族有机化学品的最普遍的途径。因为生产的乙醇脱水生成乙烯，而乙烯是合成大量脂肪族化合物的关键中间体。尽管用此方法生产的化学品有所减少，但是用这种方法生产汽车燃料方面存在大量的兴趣。反映在发酵过程的缺点可分为两方面（1）原料（2）发酵过程。因为植物茎杆是一种农业原料，其生产和收割均为劳动力密集型的过程，所以相比之，它的原料费用高于原油的费用。同时，物料的运输更困难，费用更高。与石化处理过程相比，发酵过程的主要缺点是：其一，时间通常要好几天，相比有些催化石油反应只要几秒；其二，所得的产物通常是以稀的水溶液（浓度<10%）存在，因此，分离和纯化费用较高。因为微生物是活的体系，过程的条件几乎不容许改变。为了增加反应速度，即使相对于小的温升，独有可能会导致微生物的死亡和发酵过程终止。另一方面，发酵方法的独特优点是，其选择性高，一些结构复杂而很难以合成或者需要多步合成的化合物，通过发酵很容易制得。著名的实例有多种多样的抗生素的生产。如青霉素，头孢菌素和链霉素。如果也基因工程中快速发展的过程中大量的实际问题得到解决，那么发酵方面的兴趣存在很大的兴趣。在基因工程中。微生物（如细菌）能定制地生产成所需的化学品。然而，因为发酵反应速度慢和产物
分离费用高，在不久的将来要实现用发酵方法生产大众化学品（即需求量极大的化学品如依稀，笨。）看来是不可能。
来自于动植物油和脂肪的有机化学品，动植物油脂（常指类肪）是由甘油脂组成，甘油酯为三羟基醇，甘油（丙烷-1，2，3-三醇，丙三醇）。有多种不同的种植物油资源，较为普通的有，大豆，谷物，棕树核，油菜籽，橄榄油，动物脂肪和巨鲸。这些油类可通过溶剂萃取分离得到。有相当大的部分，烹调油脂的形式用食品工业中，用于生产黄油，人选黄油和其他食品（如冰激凌）。这些食品的烷基对人的健康的影响，尤其对血液中的胆固醇的影响，存在着争议。血液中的高胆固醇的含量会引起高血压和心脏病。目前的观点似乎赞成高含量不饱和的基因在降低胆固醇的水平和降低心脏病（发病率）危险是有利的。这引起如下趋势。不用烹调脂类和普通黄油或人造黄油（这些物质中饱和烷基含量丰富），而转向用烹调油和不饱和烷基的含量高的人造黄油。
类脂属于脂类（物质），用于生产化学物质时，以水解反应开始，虽然水解反应可以用酸或碱催化，但碱催化效果更好，因为碱催化反应不可逆。碱性条件下的水解反应叫做皂化反应。
注意到这样事实很重要— 皂化反应，水解反应（脂肪分解）一级氢解反应不会利用单一甘油酯（或甲基醇，实际上，所用植物油是各种甘油酯的混合物，因此（水解）产物也是混合物，需要分离。
Unit 5 Basic Chemicals
基本化学品
我们将化学工业部门分成两类，生产量较大的部门和产量较低的部门。在产量高的部门中，各种化学品的年产量达上万吨至几十万吨。结果这样所用的工厂专门生产某一个单个产品。这些工厂的连续方式进行操作，自动化程度高（计算机控制）归类于产量高的部门有硫酸，含磷化合物，含氮化合物，氯碱及其相关化合物，加上石油化学品和商品聚合物（如聚乙烯）（生产部门）。除商品聚合物外，其它的均为重要的中间体，或基本化学品。这些基本化学品是其他许多化学品的生产原料，其他许多基本化学品的需求量很大。
相反，产量低的部门主要从事精细化学品的生产。单个化学品的年产量只有几十吨到几千吨。然而，与高产量的产品相比，这些产品单位重量具有很高的价值。通常，精细化斜坡的生产与间歇方式操作在工厂中，而且这些工厂常进行多种产品的生产。低产量生产部门生产农用化学品，染料，药品和特种聚合物（如聚醚醚酮）。基础化学品在化学工业中得不到支持，它们不那么引人注意（如药品），有时候利润不很高。其利润来自于经济盛衰时难以预测的周期。这些基本化学品不被公众注意到和直接使用，因此其重要性常得不到理解。即使在化学工业中，其重要性也得不到足够的重视。然而，如果没有这些基本化学品，其他工业就不复存在。基本化学品处于原料（及那些从地下通过采矿、开采或用泵抽出来的
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物质）和最终产品的中间位臵。基本化学品的一个显著的特征就是它们的生产规模，每一种（基本化学品）的生产规模都相当大。图2-1表示在1993 年美国市场上的25 中化学品。（为了使我们了解化学品的分类与生产量有关。）通常，基本化学品生产于那些年产量上万吨的工厂。年产量10 万吨的工厂每小时要生产1.25 吨。基本化学品的另一显著重要的特征是其价格。大多数价格相当便宜。基本化学品工业所作的工作（或任务）是找到经济的途径将原来转变为有用的中间体。生产厂家要对它们的产品收取较高的价格几乎没有余地，因此，那些最低费用生产产品的厂家可能获得的利润最高。这就意味着，厂家就必须不断准备寻求新的，更经济的生产和转变原料的方法。许多基本化学品为石油精炼的产物，而部分基本化学品工业----硫、氮、磷和氯碱工业是把除C 和H、S 外的元素转变为化学品。总之，这些产品和石化工业的基本产物两者结合起来可生产无数重要的化学物质，这些重要的化学物质可作为其余化学工业的原料。基本化学工业现在面临着其历史上中最大的挑战之一，该工业中的产品消费部门---农业以停止增长。同时大大减小了对肥料的需求。西方的农场主生产了大多的食物，政府减小了对农业部门的津贴，结果导致了更少的土地用于耕种和所需的肥料减少。过量肥料的流失而引起的环境的关注也减少了对肥料的需求。诸如含氯化合物之类的产品，已收到了来自环境学家的压力。根据《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔白皮书》，一些产品将受到禁止。而其它的物质，可以受得住环境学家的压力。基本化学品工业再也不会依靠在需求量方面的长期增长。为了实现更好的规模经济和某一特殊产品更好的市场地位，厂家相互交换工厂（车间），该工业注重不断合并联合。这使从事某一工业的人员减少，使该工业达到更好的供需平衡和更好的利润。基本化学品工业正逐渐转向为其他化学工业服务，而越来越小地为农业服务。基本化学品受到的压力是许多大规模过程引起的（觉察得到的）较大的环境污染。尽管许多大厂家的生产效率较高，但是该工业要实现最好的环境标准还有很长的路要走。增加重复利用的驱动力和理想化的无排放的工厂，是影响接下来十年该工业发展的主要因素。
技术的进步不会停止，我们将日益重视无污染的工厂和过程。厂家将在效率上展开竞争。那些能以最低的成本生产最高质量产品的厂家将繁荣昌盛。这需要厂家在技术改进方面保持投资。基本化学品的合成有用的中间体的新颖方法将不断被人们发现。在基本化学品工业中，仍然还有许多工作有待去做。
Unit 6 Chlor-Alkali and Related Processes
氯碱及其相关过程
纵观历史，大众化学品工业在氯碱及其相关过程之上。该部分通常包括氯气、苛性苏打（氢氧化钠）无水碳酸钠（以各种形式存在的碳酸钠的衍生物），以及以石灰为基础的产品。自从无水碳酸钠和氢氧化钠的各种制备工艺发现以来，两者在作为碱为主要原料方面相互竞争。电解过程的特殊经济性意味着不管对氯气和氢氧化钠这两种不同类型的产品的相对需求量如何，你只有以固定的比例同时制备氯气和氢氧化钠。这引起了氢氧化钠的价格的摇摆不定，从而使得纯碱作为一种碱或多或少有利。氯气苛性苏打和纯碱的生产都取决于廉价易得的原料供应，前者的生产需要廉价的海水和电力的供应，而纯碱的生产需要海水、石灰和大量的能耗。纯碱厂只有在其原料不必要长距离的运输时才能赢利。这些原料供应利用是影响化工企业位臵分布的一个重要因素。 1. 石灰为基础的产品
一种关键（重要）原料是石灰石。石灰石主要是由CaCO3 组成，高质量的石灰石可直接用于下一步反应。石灰石通常在大型露天石矿中开采，许多采石矿也进行原料的一些处理。
从石灰石得到两种重要的产物：生石灰（CaO）和熟石灰水，生石灰是由石灰石根据该反应是热分解（1200-1500℃）制备得到。CaCO3 — — > CaO+ CO2
一般的，石灰石经过粉碎加入倾斜旋转窑的较高端，在此发生热分解反应，生石灰在另一端回收。然而，通常生石灰用于进一步反应而分离，而加入其它化合物，与生石灰在窑的较低口处生成最低产品。例如，加入铝矿、铁矿和沙石可生成硅酸盐水泥。纯碱的生产，通常要向生石灰加入焦炭，焦炭燃烧生成纯碱所需的CO2，熟石灰由生石灰和水的反应制造，较生石灰更加方便。大约40%的石灰工业的产品用于钢铁制造业。在钢铁制造业中，纯碱用来与铁矿石中难溶解的硅酸盐反应，生成流态矿渣，矿渣漂浮于表面上，很容易从液态金属中分离，叫少量但重要的石灰工业的产品用于化学品的制造，污染控制和水处理。从石灰石得到的最重要的化学茶品是纯碱。
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2. 纯碱
索尔维工艺，该工艺发现于1965 年由ES 优化：工艺是以当含氮的盐溶液经来自于石灰窑中焦炭燃烧产物CO2 碳酸盐反应时，NaHCO3 沉淀析出为基础。NaHCO3 经过滤、干燥、煅烧生成CaCO3。过滤后NH4Cl溶液和熟石灰反应后（溶液体呈碱性）。蒸馏出NH3 在该过程中循环利用，生成物CaCl2 是废弃物或副产物。对于某一简单的基本产物来说，索尔维法看起来十分复杂。该反应的基本原理是，以NaCl2 和CaCO3为原料生成产物CaCl2 和Na2CO3.然而发生于原料和产物之间的反应并不明显，需要利用NH3 和Ca(OH)2作为中间化合物。
该过程的基本原理为：利用准确的控制组分（尤其是NH3 和NaCl）的浓度，NaHCO3 能够从含NaCl、CO2 和NH3 的溶液里沉淀析出。该过程的关键是控制溶液的酸碱强度和结晶的速度，该工艺的基本路线如下，NH3 气于氨气吸收器中吸收于事先经纯化的海水中，纯化的海水以减小Ca+、Mg+离子的量。（Ca+、Mg+在生产过程中易产生沉淀而阻塞管道）。含NaCl 和NH4HCO3 的溶液经吸收了CO2 的吸收塔(CO2 气体量塔底向上流) 开始时形成(NH4)2CO3 然后再生成NH4HCO3。在工厂的下面步骤中，Nacl 和NH4HCO3 经复分解反应生成NaHCO3（以沉淀形式形成）和NH4Cl。过滤将固体NaHCO3 从溶液中分离。将NaHCO3 送至旋转干燥器，在该干燥器中，NaHCO3 失去水和CO2后生成疏松的晶体块（即轻质纯碱）它的主要成分为Na2CO3 蓬松的晶体块很轻，是因为NaHCO3 失去CO2后，留下很多空隙，而保留原来的晶体形状。通常要得到密度更大的物质很方便，加入水（水能引起咦密度较大的形式重结晶）进一步干燥即可实现。值得争议的是，上述的化学知识是否为该过程的很好的描述，但这些只是肯定有助于理解过程。想要对此过程有详细的理解，必须要熟悉该组分体系中关于溶度积的很多知识。需要知道的重要知识是，该体系是复杂体系，为了使该过程高效操作，需要对该过程每部分小心控制。该过程的一个缺点是：产生的CaCl2 的量很大，其产生量比所需量大得多。因此，大部分CaCl2 只是简单的倒掉（CaCl2 毒性不大），如果能要该过程中的有的进料加以利用，那么该过程是有优势，例如，从该氯化物可产生HCl。纯碱的用途，有50%的纯碱销往玻璃制造业，因为穿件是玻璃制造过程中的主要原料。因此纯碱工业的财富与玻璃需求量息息相关。纯碱作为一种碱在许多化学过程中与NaOH 存在直接竞争。Na2SO3 是由纯碱和SiO2 在1200-1400℃反应衍生而来的另一类化学物质。硅酸是具有大表面积细小颗粒的Na2SO3，可用于催化剂、色谱之中， 洗涤剂和肥皂中作为部分磷酸盐的替代品。
3. 生成Cl2/NaOH 的电解过程
简介，在化学工业法杖是的各个时期，Cl2 和NaOH 两者的需求量均很大，但是不幸的是，对于电化学工厂的操作人员来说，两者的需求量必总是相同。Cl2 可作为漂白粉或作为漂白粉的生产原料，水供应的消毒剂，以及作为塑料和溶解剂知道的原料。苛性钠用于生产纯碱、肥皂和纺织品，以及在多种化学过程中作为一种十分重要的原料。所有的电解有着共同之处，盐的电解生成Cl2 和NaOH。大多数生产过程是电解（盐的）水溶液，但是有些重要的工厂，电解熔融盐生成Cl2 和液态钠。这些电解熔融盐的过程用用于重要液态Na 的工业。虽然石油添加剂厂家多种多样，设会出现液态钠的其他用途，但是他的主要是用于生产四烷基铅石油添加剂。实质上用于水溶液电解过程有三种不同的电解槽：水银槽、隔板槽和膜电解槽。膜电解槽只是用于此案在化工厂中新的生产过程，但是还存在着大量的旧生产过程，尽管说阴曹涉及到对环境的影响，但是许多生产厂家上位法此案膜片电解槽代替水印电解槽的经济性。
所有的电解反应都是以电子作为化学反应的试剂的观点为基础。设水电解过程的基本反应可写成下式： 阳极2Cl— — 2e-→ Cl2 阴极2H2O + 2e— → H2 + 2OH— 总反应为2Na+ + 2Cl— + 2H2O→ NaOH + Cl2 + H2
该反应的自由能为正，因此，需要电驱使进行。像其他许多化学品工艺一样，尽管该反应看起来似乎极其简单，但是有一些方面很复杂。首先，该反应的产物必须分开，如果H2 和Cl2 允许混合在一起，它们会剧烈反应。H2 和Cl2 反应生成HOCl 和氯化物（两者均会浪费产物、生成副产物）。接着，HOCl 和次氯酸盐反应生成氯酸盐（ClO3-）、质子和更多的氯化物。OH— 在阳极区反应生成能污染Cl2 的O2。所有的这些反应可降低效率和（或）引起分解困难或污染问题。因此，在产物销售之前，有必要对这些反应清理。理解各种用于电解过程的关键是各种类型的过程分离反应产物的方式。尽管不同的制造商所用的电解槽在细节方面有着多种改变，但是用于盐水的电解过程的电解槽基本可分为以上三类。 4、Cl2 和NaOH 的用途
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