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离子膜烧碱电解原理
- 2020-05-22-

一、烧碱简介

离子膜法电解制碱的主要产品是烧碱,化学名称为氢氧化钠,又叫火碱、烧碱、苛性钠,应为名称为caustic soda,其副产品有氯气和氢气。氢氧化钠的分子式是NaOH,常温下纯的无水氢氧化钠为白色半透明结晶状、有光泽或略带颜色的固体,具有强腐蚀性,易溶于水,溶解时放出大量的热,并随水温上升,其溶解度明显增加,固体烧碱暴露在空气里容易潮解,可作为干燥剂,但不能干燥二氧化硫、二氧化碳和氯化氢等气体。

氯碱工业属于基本有机化工原料工业,基本化工原料通常是指“三酸两碱”,即盐酸、硫酸、硝酸、烧碱和纯碱,其中盐酸和烧碱是氯碱工业中的两种产品,再加上氯气和氢气可以进一步生产许多化工产品,所以氯碱工业及其相关的产品涉及国民经济和人民生活的诸多领域,除了应用化学工业外,在轻工、纺织、石油化工、冶金和公用事业等领域也均有很大用途,耗用烧碱和耗用氯气的产品已达数千种。

一、离子膜电解简介

离子膜电解制碱与隔膜法电解制碱技术相比,已被世界公认为技术更先进和经济最合理的氢氧化钠生产方法,是当今电解制碱技术的发展方向,因此离子膜电解制碱及其技术在国内外发展极为迅速。该法具有节能、产品质量高、无环境污染、运行费用低、经济效益显著的特点,而被世界各国烧碱生产厂家广泛采用。

离子膜法烧碱生产任务可分为:①一次精制盐水设备;②二次盐水精制;③精制盐水电解;④氯氢气处理;⑤液氯生产等工作任务。其生产工艺过程如下图所示:

其中精制盐水电解是整个工艺生产过程的核心岗位,而盐水的制备则是保证电解盐水生产顺利进行的关键,也被氯碱生产技术人员成为“精制盐水是电解槽的血液”。

 

三、离子膜电解的过程

用于氯碱工业的离子交换膜是一种能耐氯碱腐蚀的阳离子交换膜。膜的内部具有极为复杂的化学结构,膜内存在固定离子和可交换的对离子的膜,有排斥外界溶液中某一离子的能力。电解食盐水溶液采用的阳离子交换膜的膜体中有活性基团。

由于磺酸基团有亲水性能,而使膜在溶液中溶胀,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+可以与水溶液中的同电荷的Na+进行交换。与此同时膜中的活性基团中固定离子具有排斥Cl-OH-的能力,见图3,从而获得高纯度的氢氧化钠溶液。

电解槽的阴极室和阳极室用阳离子交换膜隔开,精制盐水进入阳极室,纯水加入阴极室。通电时H2O在阴极表面发电生成氢气,Na+通过离子膜由阳极室迁移到阴极室与OH-结合成NaOHCl-则在阳极表面放电生产氯气。经电解后NaCl被消耗,食盐水浓度降低为淡盐水,淡盐水随氯气一起离开阳极室排出。离子交换膜电解制氢氧化钠和氯气的原理图见图4和图5。氢氧化钠的浓度可利用进电电解槽阴极室的纯水量来调节。


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