2010年-1101氯碱生产工艺及装备

1、2010年-1101氯碱生产工艺及装备第一页，共59页。概 述 氯碱的工业生产方法以电解法为主，其生产工艺经历了水银法隔膜法离子膜法3个发展阶段。19世纪中期，食盐水电解生产氯气和烧碱的技术已经取得了专利，并于1890年实现了工业化。在电解中最初所用的石墨阳极消耗快且电耗高，人们开始寻找金属作阳极，并在1968年实现了金属阳极工业化。1952年开始开发离子膜法烧碱生产技术， 1966年，美国Du Pont公司开发出太空燃料电池用的全氟磺酸阳离子交换膜，即Nation膜，并于1972年成功地将这种离子膜应用于氯碱电解生产中。 水银法用水银阴极来生产氯气和烧碱，可以直接制得质量分数为50 的液碱，

2、而且产品纯度高(质量分数达995)、含盐少(质量分数约为310 -5)，具有工艺简单、投资省等优点。但是汞污染问题没有得到彻底解决。 金属阳极电解生产技术已非常成熟，但随着能源的日益紧张，电解能耗高的问题仍然非常突出。 离子交换膜法生产工艺具有产品质量高、能耗低、无污染等优势，成为氯碱工业的发展方向。9/13/20222第二页，共59页。 氯碱生产工艺及装备主要内容除硝生产工艺盐水一次精制工艺隔膜电解工艺离子膜电解工艺蒸碱工艺固碱工艺氯氢处理工艺液氯工艺9/13/20223第三页，共59页。除硝工艺简介膜法除硝技术 HCl盐水换热器脱氯淡盐水保安过滤器加压泵(80 g/l Na2SO4)过滤盐

3、水至配水一段膜组二段膜组循环泵循环泵NaHSO3ORPORPPHFCl(42 g/l Na2SO4)不合格淡盐水返回9/13/20224第四页，共59页。盐水除硝工艺简介工艺流程 原料淡盐水中加入Na2SO3去除游离氯至零，进入脱氯盐水冷却器将原盐水冷却至工艺要求，用盐酸调节pH 至工艺要求，再经过进料液过滤器除去大颗粒物质进入原料液罐储，通过高压泵和循环泵送入到膜装置，利用膜分离的特性进行脱硝，其中脱硝淡盐水透过膜送至化盐单元配水槽，部分浓缩液进入膜系统进行循环浓缩，部分浓缩液连续送至冷冻脱硝装置。通过冷冻脱硝装置回收浓缩液中的芒硝和脱硝盐水，脱销盐水则通过预冷器回收部分冷量后也送至化盐单元

4、配水槽待用。膜法除硝技术9/13/20225第五页，共59页。盐水除硝工艺简介1、无毒无害 膜法脱硝技术采用高分子无孔膜物理方法从盐水中分离硫酸钠，无需投加除硝药剂，无毒无害，无废液排放。2、循环泵工艺 系统中除一台高压泵外另有一台循环泵，用于保证盐水在膜表面的最佳流动状态，对膜的使用寿命大有好处，且出水质量可控，生产稳定。3、直正“零排放” 浓缩液中40g/l左右的硫酸钠浓度是冷冻除硝工艺最佳的进料点，定制的冷冻除硝设备最大限度地避免了芒硝在冷冻过程中析出堵塞设备，同时回收大部分冷量，可保证十水芒硝顺利地从浓缩液中结晶分析，可做到盐水达到闭路循环，废液“零排放”避免对环境的污染，提高盐水利用

5、率。4、量身定制的高分子无孔膜 特制的高分子无孔膜在单位体积内有效膜面积较大，水在膜表面流动状态较好，结构紧凑，硫酸钠去除率高，出水稳定。5、宽松的进液要求 系统包括预处理部分，可根据盐水质量提供相应的预处理配制，消除所有对膜系统的不利因素。膜法除硝工艺特点9/13/20226第六页，共59页。盐水除硝工艺简介钙法除硝盐水精制技术 中间槽反应器HCl 盐泥反冲液 高芒盐水板框压滤过滤器除硝盐水CaCl29/13/20227第七页，共59页。除硝原理 在高芒盐水中加入CaCl2溶液，和高芒盐水中的Na2SO4生成CaSO4沉淀：CaCl2+Na2SO4CaSO4+2NaCl 因CaSO4的KSP

6、比较大（KSP=9.110-6），要想将SO42-除到合格的指标，需加入过量的CaCl2。但CaCl2不能过量太大，因CaCl2过量太大，会造成盐水中Ca2+含量增加，这样就增加了很多纯碱的消耗。由两方面考虑，Ca2+过量到1.42.0g/l。 钙法除硝盐水精制技术工艺特点1、采用机械强制大循环量富集工艺，解决了设备、管道结垢问题。2、利用膜分离技术，使CaSO4分离较彻底，克服了CaSO4返溶问题，降低了盐水精制费用。3、保证盐水后续工序的平稳运行，改善预处理器（气浮槽）澄清效果，预处理器出口盐水清澈透明，澄清盐水质量得到较大改观。4、解决戈尔过滤器运行状态，降低了戈尔过滤器过滤压力，减少了

7、戈尔过滤器的酸洗频次，延长了戈尔膜的使用寿命。5、为盐水精制CaCO3盐泥的综合利用创造了条件，减少了盐泥对环境污染，达到清洁绿色化工生产的目的。6、消除了Ba2+对离子膜的影响。7、消除钡盐对环境和人体的危害。9/13/20228第八页，共59页。 工艺流程 由外管来工业水进入氯化钙配制桶（F0105），加入固体氯化钙溶解后，溶液进入氯化钙预澄桶（F0106）澄清后进入氯化钙暂贮桶（F0107）,由氯化钙输送泵(P0105)打入氯化钙高位槽(F0111)供除硝使用。 由蒸碱来高芒盐水进入高芒盐水桶（F0108），由高芒盐水泵（P0106a、b）打入中和折流槽（R0101），加入由盐酸高位槽（

8、F0110）来的盐酸中和后进入除硝中间槽（F0109），由高芒盐水进料泵分别打入反应器（R0102a、b），与来自氯化钙高位槽（F0111）或自制氯化钙反应桶的氯化钙溶液在反应器进行反应生成CaSO4沉淀，沉淀由反应器底部排到除硝盐泥池（F0118），由除硝盐泥泵（P0112）输送到盐泥岗位。反应后盐水由反应器顶部溢流HVM膜分离器（F112af），经过膜过滤后由虹吸作用经抽滤缓冲罐（F0114）进入滤液缓冲池（F0142）。抽滤泵（P0110）将F0142中的除硝盐水打入反冲液贮罐（F113），在反冲液贮罐顶部溢流到除硝盐水桶（F0115）。过滤后在HVM膜分离器中膜上的盐泥由反冲液贮罐中的

9、盐水进入分离器将其冲掉后排入中间槽。钙法除硝盐水精制技术9/13/20229第九页，共59页。盐水精制工艺简介1、 精制目的 由于食盐中含有Ca2、Mg2、SO42-等无机杂质，细菌、藻类残体、腐殖酸等天然有机物和机械杂质，这些杂质含量达不到精盐水中的要求就会造成离子交换树脂结块、交换能力下降，导致离子膜效率降低，严重影响电解的正常生产，因此必须除去大量杂质，达到生产要求。2、盐水精制的原理纯碱烧碱三氯化铁法2.1除Ca2在盐水中加入碳酸钠溶液，使其和盐水中的Ca2反应，生成不溶性的碳酸钙沉淀，其化学反应式如下：Ca2+CO32CaCO3为了将Ca2除净，精制剂碳酸钠的加入量必须稍超过反应式的

10、理论需要量。过碱量0.250.5g/l。2.2除Mg2在盐水中加入NaOH溶液，使其和盐水中的Mg2反应，生成不溶性的Mg(OH)2沉淀，其反应式如下：Mg2OH-Mg（OH）2为了将Mg2除净，精制剂NaOH的加入量必须稍超过反应式的理论需要量。过碱量为0.10.3g/l。2.3去除有机物、不溶性机械杂质由于工业原盐中存在各种杂质，并随化盐过程进入盐水中，盐水中的菌藻类、腐殖酸等天然有机物最终通过三氯化铁的吸附和共沉作用，在预处理器中被预先除去，一部分不溶性机械杂质也被同时除去。 9/13/202210第十页，共59页。盐水精制工艺简介有机聚合物膜法盐水精制技术原盐盐泥反应桶聚合物膜过滤器板

11、 框压滤机反应桶NaClNaOH、NaClO Na2CO3FeCl3化盐槽浮上桶原盐精盐水9/13/202211第十一页，共59页。盐水精制工艺简介 目前应用于氯碱生产中的膜法过滤技术有以戈尔膜法、颇尔膜法、凯膜法为代表的几种形式，它们的生产工艺存在共同特点。工艺流程 自回收盐水桶F0101a、b来的回收盐水，用泵P0101a、b输送，经回收盐水预热器C0101预热至5060后进入回收盐水分配台，经回收盐水流量计计量后进入化盐桶分配台X0105。由卤水桶F0102来的卤水用卤水泵P0102a、b输送，经卤水预热器C0102、C0103预热至5060后进入卤水分配台，经卤水流量计计量后进入化盐桶

12、分配台X0105。回收盐水和卤水分配后进入化盐桶F0105底部，与皮带输送机L0101输送进入化盐桶上部的厚盐充分逆流接触溶解。饱和粗盐水从化盐桶上部铁栅栏除去草绳等杂质后，溢流进入折流槽D0101（在折流槽内加入精制剂Na2CO3和NaOH）。粗盐水由折流槽自流进入反应桶D0102a，充分混合后进入反应桶D0102b液位达到60%后，用加压泵P0104a、b送入戈尔过滤岗位。工艺特点 节约了投资、减少了占地面积、自动化程度高、运行费用低，延长了离子膜的使用寿命，降低了电耗，节约了能源。有机聚合物膜法盐水精制技术9/13/202212第十二页，共59页。盐水精制工艺简介预处理器 经文丘里混合器

13、及减压阀后，溶解在盐水中的空气变成微小的气泡大量析出，粗盐水沿切线方向进入凝聚反应室；在离开凝聚反应室前，压力不断降低，气泡就完全释放出来，并在FeC13絮凝剂的作用下与盐水中的杂质颗粒凝聚在一起；附着了气泡的杂质颗粒，其表观密度大大减小，它们在盐水中所受的浮力使其克服本身的重力和液体摩擦阻力，以一定的速度向上浮起，经浮泥槽排出；较重的杂质颗粒则沉降在斜板上，沿斜板滑入桶底，经沉泥槽排出；澄清的盐水离开凝聚反应室，折流向下，经斜板后再折流向上，由溢流管引出，进入集水槽。它的澄清效果主要取决于杂质颗粒同气泡的附着情况，也就是说，进入预处理器的气泡越多越小，附着的杂质颗粒就越多，澄清效果就越好。另

14、外，要定时排泥。 有机聚合物膜法盐水精制技术9/13/202213第十三页，共59页。盐水精制工艺简介陶瓷膜法盐水精制技术 化盐槽反应器NaClNaOH 浓缩液精盐水Na2CO3 化盐水板框压滤循环罐陶瓷膜精滤9/13/202214第十四页，共59页。工艺流程 从化盐桶出来的饱和盐水添加碳酸钠、氢氧化钠后进入反应桶，经过充分反应进入粗盐水循环槽，然后用泵（流量为盐水应用量的2.5倍）输送到陶瓷膜过滤器，过滤压力大于0.4MPa，粗盐水经三级过滤逐步被浓缩到原流量的60，而后送到厢式压滤机滤掉盐泥，滤液返回粗盐水循环槽。陶瓷膜过滤器滤出的盐水即为精制盐水。 工艺特点1、无需道尔桶、砂滤器、纤维素

15、预涂过滤器，省略了清理、预涂的工作量，同时避免了硅的二次污染；也无需对过滤盐水采用浮上澄清桶进行预处理，减少了加压溶气、浮上澄清的工艺和设备，也省去了三氯化铁、次氯酸钠等腐蚀性化学药剂加入，减少系统设备和管道的腐蚀危害，完全避免了盐水的二次污染； 2、无机陶瓷管式膜不受酸、碱、氧化剂等的影响，可在1MPa的工作压力下长期工作过滤，不存在聚合膜的膜表面剥离、撕裂、腐蚀、孔径拉伸等现象，高效长寿，使用寿命可达五年以上；3、过滤精度高、盐水质量稳定，由于采用50nm陶瓷膜管，平均过滤孔径为40nm，且孔径分布窄，过滤后盐水中的SS可达到0.5ppm左右，相对有机聚合物膜200500nm的孔径，盐水质

16、量更高；4、陶瓷膜有出色的抗污染性能力，并且采用“错流”过滤方式，在高浓度污染物的状态下运行过滤，可适用高镁及高有机物的原料，消除了“终端”过滤工艺中过滤膜不耐原盐高镁、有机物的缺陷，降低了对原盐质量要求，拓宽了选盐的范围； 5、因流程短、设备少、过程控制和操作简单，同时，占地面积小，易与传统工艺结合，特别适用于老装置改造项目，实施极为便利。陶瓷膜法盐水精制技术9/13/202215第十五页，共59页。盐水精制工艺简介CN过滤法盐水精制技术 化盐槽混合反应槽NaClNaOH 盐泥精盐水Na2CO3 化盐水板框压滤CNI过滤器CNII过滤器9/13/202216第十六页，共59页。盐水精制工艺简

17、介工艺流程 将原盐溶解后进入折流槽，投加药剂BaCl2，NaOH和Na2CO3，使SO42-、Ca2+、Mg2+生成BaSO4、CaCO3和Mg(OH)2，进入混合反应槽充分反应（停留1个半小时）后，用泵将粗盐水打入CN过滤器进行固液分离。经过CNII过滤器处理后，精盐水出水悬浮物稳定在3mg/L以下（可以直接应用于隔膜碱一次盐水），接着进入CNI过滤器，出水悬浮物稳定在1mg/L以下，完全满足离子膜的进液要求。过滤器底部排放的盐泥用泵打入板框压滤机进行脱水，干泥外运处理，盐水则回到混合反应槽。工艺特点 与传统工艺和膜分离工艺相比，以CN过滤器为主的新工艺简化了工艺流程，占地面积小，设备投资少

18、；CN过滤器采用连续运行，反冲、排泥无需停泵。反冲操作方便，运行能耗低，运行费用少；CN过滤器悬浮物去除率高且稳定，抗冲击能力强，出水水质不会因进水水质的波动而变化，保证了一次精制盐水的质量 CN过滤法盐水精制技术9/13/202217第十七页，共59页。盐水精制工艺简介CN过滤器结构 采用悬浮介质层的吸附+过滤原理进行固液分离，能够高效除去盐水中的悬浮物质。CN过滤器对原盐的种类无要求（海盐、矿盐、卤水或混合盐均可），对粗盐水中的悬浮物（SS）适应范围广(016g/l)。粗盐水加两碱后，流入混合反应槽（停留1个半小时）经充分反应后，进CN过滤器吸附过滤后出水SSmg/L（离子膜碱）。整套工艺

19、采用PLC自动控制系统，清洗再生采用自身反冲洗，过滤层不堵塞；使用的过滤介质，只需每年少量补充 CN过滤法盐水精制技术9/13/202218第十八页，共59页。 反应器结构含硝盐水从澄清反应器的中下部进入澄清反应器中心，与同时加入反应器的CaC12溶液反应，反应器中CaC12溶液和含硝盐水在强制循环发生器的作用下，物料得到充分地混合并迅速地反应，整个反应过程都处于高浓度颗粒状态下，使反应向正反应方向进行，提高了除硝效果，反应速度很快。反应后的溶液缓慢向上移动，经过斜置澄清钢板时溶液的流速降低，运动程度得到减缓，其中大部分的反应沉淀物靠重力经斜置澄清钢板沉入澄清反应器的下部，锥形斜板使盐水在下部

20、强制循环反应，防止带反应沉淀物的盐水进入上部，影响澄清效果及降低除硝效率，含反应澄清后的盐水从上部锯齿形的溢流板汇集流入溢流槽，流入分离器。富集于澄清反应器桶底的CaSO沉淀从澄清反应器底部排泥口排出。钙法除硝盐水精制技术1桶体 2澄清钢板 3锥形体钢板 4盐水溢流槽5锯齿形的溢流板 6、7强制循环发生器 8含硝盐水进口9 氯化钙进口10排泥口 9/13/202219第十九页，共59页。离子膜电解工艺简介离子膜电解原理 9/13/202220第二十页，共59页。离子膜电解工艺简介离子膜电解原理 用于氯碱生产的离子膜是一种阳离子交换膜，由Donnan膜理论可知膜内由带负电荷的固定离子（如 SO3

21、、COO）同一个带正电荷Na组成活性基团，对外界溶液中的阴离子（如Cl 、OH）具有阻挡排斥作用，同时具有亲水性而使膜溶胀，造成许多微细弯曲的通道，从而允许金属阳离子如钠离子Na穿过膜扩散。离子膜将电解室分成阳极室和阴极室两部分，在电场的作用下，钠离子Na通过膜进入阴极室，同时水分子以3.5molH2O/1molNa+ 伴随着进入阴极室。阳极室氯离子Cl放电生成氯气，随淡盐水流出阳极室。在阴极室发生水的电解生成H2和OH。OH 与阳极室扩散来的Na结合成NaOH，与电解产生的H2一起流出阴极主反应：阳极室：ClCl 阴极室：OH电解化学反应式：l9/13/202221第二十一页，共59页。离子

22、膜电解槽 离子膜电解槽有单极式和复极式两种，不管那种槽型，每台电解槽都由若干个电解单元组成。每个电解单元都有阴极、阳极和离子膜。9/13/202222第二十二页，共59页。离子膜电解槽 1、单极槽与复极槽的介绍和比较单极槽复极槽单元槽并联，因此供电是高电流、低电压。单元槽串联，因此供电是低电流、高电压。变流效率较高。电槽与电槽之间要有连接铜排，耗用铜量多，且有电压损失约3050mV。电槽与电槽之间不用连接铜排，一般用复合板或其他方式，电压损失在320mV左右。一台电解槽发生故障，可以单独停下检修，其余电解槽仍可继续运转。一台电解槽发生故障，需停下全部电解槽才能检修，影响生产。电解槽检修拆装工作

23、比较繁琐，但每台电解槽可以轮流检修。电解槽检修拆装工作比较容易。电解厂房面积较大。电解厂房面积较小。电解槽配件、管件数量较多。电解槽配件、管件数量较少，但一般复极槽需油压机构装置。设计电解槽时，可以根据电流的大小，来增减单元槽的数量。单元槽数不能随意变动。9/13/202223第二十三页，共59页。离子膜电解槽2、复极槽一台电解槽由下面的部分组成：(1)中框+2个阳极端框+2个阴极端框(2离子交换膜(3)一台安装电解室框用的双向挤压机(4)阳极液入口总管和阴极液入口总管(5)收集电解产物的阳极液出口总管和阴极液出口总管(6)连接总管与单元槽挠性软管(7)控制油缸油压的一个油压装置9/13/20

24、2224第二十四页，共59页。离子膜电解槽复极槽结构示意图9/13/202225第二十五页，共59页。离子膜电解槽一个单元槽被阴极盘、阳极盘、复合板等构件分成两室, 即阳极室和阴极室阳极室的内部材质是钛材,具抗蚀性,防止氯气的腐蚀, 阴极室的内部材质是镍材,防止高浓度和高温度烧碱的腐蚀.在阳极盘和阴极盘上面焊接了多条筋板,筋板上焊有电极网.每个室都有两个接管,即电解液的出口接管和入口接管,气体分离室在电解室的上端.Outlet nozzle(cathode)(anode):出口接管(阴极) (阳极) gas-liquid separetion chamber:气液分离室 Inlet nozzl

25、e(cathode)(anode):入口接管(阴极) (阳极)Distributor: 液分散管 rib: 筋板 单元槽阳极侧示意图9/13/202226第二十六页，共59页。9/13/202227第二十七页，共59页。离子膜生产工艺流程通过离子交换，使盐水中Ca2+、Mg2+等多价离子的含量小于20ppb。从离子交换树脂塔出来的二次精制盐水,通过盐水高位槽D-170送入每台电解槽R230的阳极液进料总管，盐水通过与总管连接的软管送进阳极室。其流量由每个电解槽的FICA-231AF控制，以保持阳极液的浓度达到规定值。FICA231AF值由送入每台电解槽的直流电流进行串级控制。浓度17的盐酸经过

26、FICA-211AF与阳极液一起连续不断送入阳极室,用来中和从阴极室通过离子膜渗透过来的OH离子。精制盐水在阳极室中进行电解，产生氯气，同时NaCl浓度降低。电解槽进、出口之间的NaCl分解率为约50。每个阳极液室都有两个挠性软管，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排入阳极液总管，并在总管中进行初步气体和液体分离。淡盐水在淡盐水贮槽D-260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贮槽顶部。在此，氯气中的水分被分离并滴落。然后氯气被送出界区。氯气压力由安装在氯气总管线上的PICZA-216(PICZA-216-1)控制在040

27、KPa。氯气的纯度约为98vol。9/13/202228第二十八页，共59页。离子膜生产工艺流程部分含有氯气的淡盐水送回进槽盐水管线，以防止钛管的腐蚀和调整进槽盐水浓度。阴极液室的结构与阳极液室相似。每个阴极液室都有两个挠性软管，一个连接进料总管，另一个连接出料总管。烧碱经过碱液高位槽D-273送到每台电解槽R-230AF的入口总管，然后通过挠性软管送入阴极液室。向阴极液总管里添加纯水，以保持阴极液中烧碱的浓度在规定值。纯水的流量由FICA221控制。FICA-221的设定值由直流电流或DICA274所测量的阴极液密度串级控制，循环碱液换热器E-273安装在循环碱泵P-274和碱液高位槽D-2

28、73之间。循环碱液换热器E-273控制循环碱液的温度。加入电解槽的阴极液量由FIA-232AF监控。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出到阴极液出口总管，并在总管中分离成气体和液体。阴极液溶液在碱液循环槽D-270中进行汇集，并以循环碱液泵P-274送出。部分碱液经冷却器E-274冷却后作为成品送入成品碱贮槽作为商品碱出售，或用于再生碱、脱氯添加自用碱；部分碱液作为中间产品送往72%固碱生产工序生产72%固碱，其余返回碱液高位槽D-273作为循环液碱送入电解槽。碱液送出界区，流量计FIQ-274计量成品碱流量及产品总量，流量计FICQA-275计量作为生产72%固碱

29、的烧碱流量和总量。少量的阴极液送入密度仪DICA-274来测量成品烧碱的密度。 9/13/202229第二十九页，共59页。离子膜生产工艺流程氢气在氢气主管线中进行汇集，并送到循环碱贮槽D-270顶部。在此，氢气中的水分被分离并滴落。然后，氢气被送到界区以外。氢气的压力由安装在氢气总管线上的PICZA226(PICZA226-1)控制在045KPa。PICZA-226(PICZA-226-1)由氯气压力串级控制，以便把氢气和氯气之间的压力差保持在设定数值。氢气的纯度约为99.0vol (干基)。当电解槽被解体打开前或停车超过4小时后,阳极液和阴极液必须排出电解槽。电解槽排液之前,氯气和氢气必须

30、分别用新鲜盐水和新鲜碱液置换清除。氯气被送到氯气吸收塔处理, 氢气通过氮气置换被排空。存留在电解槽中的阳极液和阴极液分别排送到阳极排液槽和阴极排液槽.此外电解槽在排出电解液后必须用纯水循环进行清洗。电解槽清洗完之后,在阳极室和阴极室的水必须完全排除,以避免在离子膜上产生水泡.同时将入口总管充入纯水，高度为入口软管的一半，以保证离子膜湿润。当电解槽开车时,阳极室和阴极室,入口总管和出口总管,必须分别充满精盐水和碱液。9/13/202230第三十页，共59页。槽电压的组成（1） 槽电压是一项重要的技术经济指标，与能耗有极其密切的关系。槽电压是由以下几部分组成的：理论分解电压；过电压；一类导体电压降

31、；电解质电压降；隔膜电压降；接触电压降。理论分解电压。电解时要使离子放电，必须使电极具有一定的电压，电解质开始分解时所必须的最低电压，就是理论分解电压。 理论分解电压=阳极电位阴极电位9/13/202231第三十一页，共59页。槽电压的组成（2）过电压。电解时实际放电电位比理论放电电位高，这个差值就称为过电压。食盐水的电解过程，在电化学上属于电化学极化，其过电压可用塔菲尔公式表示： =a+b logi通过上式表明过电压与电流密度的对数值成直线关系。但是当电流密度i一定时，过电压主要取决于a和b的值，而a和b主要与电极材质、电解质溶液的浓度和电解温度等因素有关。9/13/202232第三十二页，

32、共59页。槽电压的组成（3）一类导体电压降。电解时电流进入电解槽，在电解槽中还要通过阳极铜板、阳极片、阴极箱和连接铜板，由于这些一类导体都有电阻，所以造成了电压的损失（即电压降），其电压降服从欧姆定律： V=IR=DLD为电流密度；为电阻率；L为电流通过的距离。9/13/202233第三十三页，共59页。槽电压的组成（4）电解质电压降。电解过程中，由于电解质溶液具有电阻，电流通过电解质溶液时，必须克服它的阻力，因而造成电压的损失。其电压降的计算也符合欧姆定律： V=IR=DL/XD为电流密度；L为电流流经的距离；X为电导率。为了减少电解质中电压的损失，应力求缩短阴极和阳极之间的距离，以及把电解

33、质维持在较高温度和浓度下运行，以增加溶液的电导率。9/13/202234第三十四页，共59页。槽电压的组成（5）隔膜电压降。电流通过电解槽中的隔膜，也会造成电压降。可按下式计算： V=D 2d/UI/D为电流密度；d为隔膜厚度；U为隔膜孔隙率；I为电流强度；为电阻率。隔膜电压降与隔膜厚度、吸附质量、隔膜孔隙率、渗透率、盐水质量、电解槽操作以及运行时间有关。9/13/202235第三十五页，共59页。槽电压的组成（6）接触电压降。电解槽的连接、阳极组装和阴极制造过程中，导体接触和连接的地方有电阻，当电流通过时，在连接和接触处就产生电压降。接触电压降与接点的组装质量、接点的接触面积、接触面的清洁以

34、及接触的紧密程度有关。9/13/202236第三十六页，共59页。槽电压的组成（7）电解槽的槽电压由以上六部分组成，其中以理论分解电压数值为最大，是构成槽电压的主要部分，其次是电解质和隔膜电压降。可以通过选择新型的电极材料、隔膜材料，调整极距，提高电解液温度和浓度，控制适宜的电流密度，合理的电解槽结构等条件来降低槽电压，以提高电压效率。9/13/202237第三十七页，共59页。隔膜电解槽的构成（1）隔膜电解槽是由阴极箱、阳极组件、槽盖、滴流器、连接铜板、密封垫片和辅助件构成。1.阴极箱是由阴极铜板、箱壁板、阴极网袋、碱液出口和氢气出口组成。2.阳极组件是由槽底板、钛衬板和阳极片组成，而槽底板

35、是由钢底板和槽钢焊接而成；阳极片是由钛铜复合棒、钛法兰和阳极网焊接而成。9/13/202238第三十八页，共59页。隔膜电解槽的构成（2）3.槽盖是由=12mm厚的钢板焊接后内衬二层=3mm厚的橡胶板组成。4.滴流器是由管件焊接而成。5. 密封垫片是=30mm天然橡胶制成的。6.辅助件包括连接阴极箱和阳极组件用的螺栓、绝缘套和槽盖与阴极箱密封用的B型卡子构成。9/13/202239第三十九页，共59页。隔膜电解槽9/13/202240第四十页，共59页。阳极组件9/13/202241第四十一页，共59页。扩张阳极片9/13/202242第四十二页，共59页。 活性阴极电解槽的阴极基材采用国外进

36、口不锈钢材（SUS316L）并通过特殊工艺活化处理而成，其制造工艺是移植了离子膜电解槽的活性阴极技术，并配备了科学完善的性能检测试验装置。活性阴极电解槽9/13/202243第四十三页，共59页。活性阴极技术原理采用高温碱腐蚀工艺对高镍含量的进口不锈钢冲孔阴 极网进行活化处理，并最终在阴极网表面形成富镍的 多孔状表层。镍属于析氢过电位较低的金属。多孔状表层有利于增加电极的比表面积、降低阴极的真实电流密度，从而降低阴极的析氢过电位。活性阴极技术指标析氢电位1.25 V(Vs SCE at 30A/d)活性阴极使用寿命5年配用普通石棉隔膜比传统铁丝编织网阴极电解槽保证降低槽电压0.1V9/13/2

37、02244第四十四页，共59页。采用扩张阳极电槽并配用改性隔膜，将降低槽电压0.10.15V。弹簧片采用美国或日本进口=0.5厚的钛板压制。专门为吸附改性隔膜配扩张阳极设计了阴极网网孔为1.81.8。扩张阳极电解槽扩张阳极片与阴极组装9/13/202245第四十五页，共59页。氯氢处理工艺简介1、氯气处理的目的 从电解槽出来的湿氯气,一般温度较高,并伴有大量水蒸汽及盐雾等杂质。这种湿氯气,对钢铁及大多数金属有强烈的腐蚀作用,但干燥的氯气对钢铁的腐蚀在通常情况下较小,所以湿氯气必须进行干燥。氯气干燥前通常先使氯气冷却,使湿氯气中的大部分水蒸汽被冷凝除去,然后用干燥剂进一步出去水分。干燥后的氯气经

38、过压缩,再送至用户。2、氯气干燥原理 在不同的温度与压力下气体中的含水量可以用水蒸汽分压来表示。在同一压力下,温度愈高,含水量愈大。其水蒸汽分压也就愈高。为了使氯气能用钢铁材料制成的设备及管道进行输送或处理,要求氯气的含水量小于0.04%。因此必须将氯气中的水分进一步除去。在工业上,均采用浓硫酸来干燥氯气,因为浓硫酸具有:(1)不与氯气发生化学反应;(2)氯气在硫酸中的溶解度小;(3)浓硫酸有强烈的吸水性;(4)价廉易得;(5)浓硫酸对钢铁设备不腐蚀;(6)浓硫酸可以回收利用等特点,故浓硫酸时一种较为理想的氯气干燥剂。 当温度一定时,硫酸浓度愈高,其水蒸汽分压愈低;当硫酸浓度一定时,温度降低,

39、则水蒸汽分压也降低。也就是说硫酸的浓度愈高,温度愈低,硫酸的干燥能力也就愈大,即氯气干燥后的水分愈少。但如果硫酸的温度太低的话,则硫酸与水能形成结晶水合物而析出。因此原料硫酸与用后的稀硫酸在储运过程中,尤其在冬季必须注意控制温度和浓度,以防止管道堵塞。硫酸浓度在84%时,它的结晶温度为+8,所以在操作中一般将H2SO4温度控制在不低于10。此外,硫酸与湿氯气的接触面积和接触时间也是影响干燥效果的重要因素。故用硫酸干燥湿氯气时,应掌握以下几点:(1)硫酸的浓度,(2)硫酸温度,(3)硫酸与氯气的接触面积和接触时间。氯气处理技术9/13/202246第四十六页，共59页。氯氢处理工艺简介工艺流程

40、从III组离子膜电槽来的7090的含有杂质及饱和水蒸汽的湿氯气，首先用经过工业水冷却的大量循环氯水在第一氯水洗涤塔（T4101）中洗涤，再经过用58冷冻水冷却的大量循环氯水在第二氯水洗涤塔（T4102）中洗涤、冷却，除掉杂质、降低温度。第一氯水冷却器（E4101）的冷却回水回到3#水池，第二氯水冷却器（E4102）的冷冻回水回到有机厂。 经过洗涤、冷却后的氯气进入钛冷却器（E4103），用58的冷冻水间接逆流冷却，使其温度降至1215 ，将冷却后的氯气用除雾器（V4101）除去其杂质和水雾。 第一和第二氯水洗涤塔中的氯水分别用第一氯水循环泵（P4101a/b）和第二氯水循环泵（P4102a/b

41、）送到第一和第二氯水洗涤塔中洗涤氯气，除雾器和钛冷却器产生的氯水流入第二氯水洗涤塔，第二氯水洗涤塔中循环多余的氯水则自动溢流到第一氯水洗涤塔，第一氯水洗涤塔中循环多余的氯水用第一氯水循环泵送去离子膜脱氯塔脱氯处理。钛冷却器的冷冻回水回到有机厂。 温度降至1115的氯气依次进入第一填料塔（T4103）、第二填料塔（T4104）、第三填料塔（T4105）分别用8085%、8590%、9398%的硫酸逐级进行干燥，将氯气中含水量降至400ppm以下，干燥后的氯气经泵前捕沫器（V4102）捕沫，除去氯气中夹带的酸雾，经氯压机（P4106a/c、b）压缩后，再次经泵后捕沫器（V4103）除去氯气中夹带的

42、酸雾后送至各用氯部门。氯气处理技术9/13/202247第四十七页，共59页。9/13/202248第四十八页，共59页。蒸发工艺简介蒸发目的 是将电解工序送来的电解液按要求在蒸发器内浓缩为不同浓度的商品碱，并分离电解液中的固体盐送化盐工序。工艺流程：三效六体顺流强制逆向循环工艺工艺特点a、采用三效六体顺流工艺。效蒸发器1个，效蒸发器2个，效蒸发器3个。此种设置有利于提高平均传热有效温差，从而提高蒸发强度，降低蒸汽消耗。b、采用高芒盐与普通盐分开采集工艺，为首个国内钙法除硝奠定了基础。该工艺取盐位置设在a效和b效，a效取出的盐泥作为普通盐，温度约为76，b效取出的盐泥作为高芒盐，温度约为81。

43、从盐泥温度看，较传统工艺从效取出的盐泥温度降低了约45，有效地减少了盐泥带走的热量，减少了热损失，从而降低了蒸汽消耗。c、电解液循环采用逆向强制循环工艺。该工艺效和效共五台蒸发器全部采用逆向强制循环蒸发器，碱液在加热管中自上而下流动，在被加热过程中因静压力升高而使沸点升高，避免了料液在加热管内沸腾蒸发析盐而导致加热管结盐堵塞，延长了洗效周期，提高了传热系数。另外，被加热的碱液经强制循环泵加压后再次从中央循环管进入蒸发室，经蒸发室分布器将碱液分布到四周，在加热管内形成一个循环，通过自动控制蒸发室液位避免温差短路，提高了系统的运行水平，有利于降低蒸汽消耗。d、采用高温冷凝水洗效工艺。洗效采用高温冷

44、凝水代替了常温水，有利于盐的溶解，洗效时不开蒸汽就能洗彻底，不多耗蒸汽。液碱蒸发技术9/13/202249第四十九页，共59页。蒸发工艺简介9/13/202250第五十页，共59页。9/13/202251第五十一页，共59页。蒸发工艺简介 隔膜电解液蒸发过程中将有大量结晶盐析出，致使加热管内容易结盐，而盐层的导热系数很小，热阻很大，因此加热室管结盐将会影响整个装置的能力，甚至堵塞加热管。我厂针对这一问题进行了技术攻关，该套装置效和效共五台蒸发器全部采用如图所示的逆向强制循环蒸发器，碱液在加热管中自上而下流动，在被加热过程中因静压力升高而使沸点升高，避免了料液在加热管内沸腾蒸发析盐而导致加热管结

45、盐堵塞，延长了洗效周期，提高了传热系数。另外，被加热的碱液经强制循环泵加压后再次从中央循环管进入蒸发室，经蒸发室分布器将碱液分布到四周，在加热管内形成一个循环，通过自动控制蒸发室液位避免温差短路，提高了系统的运行水平，有利于降低蒸汽消耗。液碱蒸发设备强制循环泵9/13/202252第五十二页，共59页。固碱工艺简介 固体烧碱有质量分数为73 和98两种规格，固碱的生产方法主要有间歇法锅式蒸煮和连续法膜式(升膜、降膜)蒸发。锅式蒸煮法已应用多年，工艺简单可靠，设备维修方便，热利用效率较高，产品质量稳定，不存在产量调整问题，但由于是间歇操作，所以生产能力低，而且设备笨重，不便于实现自动化。随着含盐量很低的离子膜法烧碱产量的增加，连续生产将更加方便，膜式蒸发器有可连续运行、自动化程度高等较明显的优势，近10年来，国外商家如瑞士Bertrams公司、意大利SET公司等公司在大力推广膜式蒸发装置。目前宜宾天原固碱装置全部采用膜法生产的先进工艺