第二篇 电解
定离子如SO32-、COO-，与1个带正电荷的对离子Na+形成静电键。磺酸型阳离子交换膜的化学结构简式为R-SO3-H+（Na+）。由于磺酸基团具有亲水性能，使膜在溶液中溶胀，膜体结构变松，从而造成许多微细弯曲的通道，使其活性基团中的对离子Na+可以与溶液中同电荷的Na+进行交换。膜中活性基团的固定离子具有排斥Cl-和OH-的能力。从而获得高纯度的NaOH溶液。水化Na+离子从阳极室透过离子膜迁移到阴极室时，水分子也伴随着迁移。此外，还有少数C1-通过扩散移动到阴极室，少量的OH-则由于受阳极的吸引而迁移到阳极室，这部分反向迁移的OH-导致了阴极室电流效率的降低。OH-可能在阳极上放电，生成O2，而使氯气纯度降低，生成的ClO3-，积累在阳极液中，其电化学反应如下：
阳极室
2Cl--2e→Cl2↑ 式2-1 4OH--4e→O2+2H2O 式2-2
6ClO-+2H2O-6e→2ClO3-+4Cl-+6H++2/3O2 式2-3 Cl2+2OH-→ClO-+Cl-+H2O（液相反应） 式2-4
阴极室
2H2+2e→H2↑+2OH- 式2-5
阴极附近形成的OH-和从阳极室通过离子膜进入阴极室的Na+生成NaOH溶液。为了提高阴极电流效率，要适当提高离子交换膜的交换容量并降低含水率，尽可能减少阴极室OH-的反迁移。 2.1.3 离子膜电解槽工艺流程
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第二篇 电解
图2-1 离子膜电解槽流程图
3.1 阳极循环
由二次盐水精制工序送来的精制盐水通过盐水高位槽送入每台电解槽的阳极液进料总管。其流量由每个电解槽的流量计控制，以保持阳极液的浓度达到规定值。用31％的盐酸与纯水混合配制成17％的盐酸，来中和从阴极室通过离子膜渗透过来的OH-，并与精制盐水一起送入阳极室。精制盐水在阳极室中进行电解，产生氯气，同时NaCl浓度不断降低。电解槽进、出口之间的NaCl分解率约为50％。每个阳极液室都有2个挠性软管，一个连接进料总管，另一个连接出料总管。电解后产生的氯气和淡盐水的混合物通过软管汇入阳极液总管，并在总管中进行气、液分离。淡盐水在淡盐水循环槽中汇集，然后送入脱氯工序。氯气在氯气主管中进行收集后送入淡盐水循环槽顶部，将氯气中的水份分离后被送出。将氯气压力调节为0.001MPa，氯的体积分数约为99.0％（干基）。部分含有氯气的淡盐水送回精制盐水管线，以防止钛管的腐蚀。淡盐水循环槽的液位由液位计控制。一小部分淡盐水打到pH计检测系统，以检测淡盐水的pH值，之后回到淡盐水循环槽。
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第二篇 电解
3.2阴极循环
阴极液室的结构与阳极液室相似。每个阴极液室都有2个挠性软管，一个连接进料总管。另一个连接出料总管。向阴极室入口总管线添加纯水。以保持阴极液中烧碱的浓度保持在规定值。稀释后的烧碱送到每台电解槽的入口总管。然后，通过挠性软管送入阴极液室。阴极液冷却器安装在烧碱泵和烧碱高位槽之间，用来控制阴极液的温度。经过电解，阴极室中产生氢气和烧碱。氢气和烧碱的混合物通过软管排到阴极液出口总管。并在总管中分离成气体和液体。阴极液在碱液循环槽中汇集，并用碱液循环泵送出。部分烧碱作为成品送出界区，其余返回碱液高位槽。成品送出界区，用烧碱流量计计量流量及产品总量。少量的阴极液送入密度仪来测量成品碱液的浓度，用以控制加纯水量。氢气在氢气主管线中汇集，并送到碱液循环槽顶部。在此，氢气中的水分被分离并滴落，然后被送出界区。氢气的压力由安装在氢气总管线上的调节阀控制，并与氯气压力串级按比例调节控制，以便把氢气和氯气之间的压力差（约为0.004～O.005MPa）保持在设定值。氢气中氢的体积分数为99.9％（干基）。 2.1.4 离子膜电解槽运行的关键参数
（1）生成物的产量
电解过程中，电极上生成物的量与通过电解液的电流强度、运行时间、电解槽数量成正比。其计算公式为：
m=KInt 式2-6
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第二篇 电解
式中：m为电极上生成物的量，g；K为电化当量，g/Ah（NaOH为1.492；C12为1.323；H，为0.0376）；I为电解槽电流，A；n为电解槽数；t为运行时间，h。
（2）电能消耗
电解过程需要大量的电能，其理论消耗的计算公式为：
W=1000 V/Kn 式2-7
式中：W为每吨100％烧碱消耗的电能，kW·h；V为槽电压，V；K为电化当量，g/Ah；n为效率，％。
（3）槽电压
离子膜电解槽的槽电压可用下式表示。
V=V0+VM+n阳+n阴+IR液+IR金 式2-8
式中：V为槽电压，V；V0为理论分解电压，V；VM为离子膜电压降，V；n阳为阳极过电压，V；n阴为阴极过电压，V；IR液为溶液中的欧姆电压降，V；IR金为金属导体中欧姆电压降，V。
理论分解电压是一定的，其计算过程如下：
分解1mol NaCl，产生1 mol NaOH，反应中游离能F为211.3 kJ/mol。
NaCl+H2O→1/2H2+1/2Cl2+NaOH 式2-9
相当于此游离能变化的理论分解电压由下式求出：
V0=211.3/F=211.3/96.59=2.19（V） 式2-10
式中：F=96 480C/mol电子=96.59 kJ/V·mol电子。
影响槽电压的因素很多，主要包括膜自身结构、电流密度、NaOH浓度、两极间距、阴、阳极液循环量、温度、盐水中杂质、槽结构、
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第二篇 电解
开停车次数、电解槽压力和压差、阳极液pH值、阳极液NaCl浓度等。运行离子膜槽电压和电流密度的关系是非线性的，原因是槽电压的某些部分，特别是阴极过电压不是随电流密度直线上升。但当电流密度超过1kA/m2时，运行槽电压和电流密度的关系是线性的。槽电压随电解液浓度和温度不同而变化，在5 kA/m2时，浓度每增加1％，槽电压增加大约33 mV；电槽温度每提高1℃，槽电压下降16mV。槽电压的测量应参照以下运行条件：阴极液出口32％NaOH；电解液温度90℃；电流密度5 kA/m2。
（4）烧碱电流效率
CE(％)=m(NaOH)×1000×100％/(1×1.4923×N×24) 式2-11
式中：m(NaOH)为24 h烧碱平均产量，由在线烧碱产品的流量和密度记录仪测量，t/d；I为电解24 h平均负荷，kA；1.4923为法拉弟常数，kg/(kA·h)；N为单台电解槽单元槽数量。 2.1.5 离子膜电解槽工艺控制条件
2.1.5.1 电解槽操作条件
（1）电流密度
电流密度推荐范围为（1.5～6.0）kA/m2，在此范围内电流密度增加，将导致①电流效率几乎不变；②槽电压呈线性增加。电流密度不仅影响膜电压降，而且还对阳极和阴极的过电压，溶液及导体电压降和气泡效应产生影响。对于伍迪复极式电槽，V=2.42+0.145i。（i为开停车次数）；③水输送系数几乎保持不变；④烧碱中NaCl含量降低。
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