《年产20万吨烧碱电解工段的初步工艺设计11948.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《年产20万吨烧碱电解工段的初步工艺设计11948.docx（57页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、湖南科技大学本科生毕业设计（论文）目录前言- 1 -第一章综综述- 22 -1.1 烧碱碱的性质质- 22 -1.2 其他他副产物物的性质质- 33 -1.3 氯碱碱工业的的发展状状况- 3 -1.3.1 我我国氯碱碱工业的的发展状状况- 3 -1.3.2 世界氯氯碱工业业的发展展现状- 5 -1.4 氯碱碱工业的的生产工工艺现状状- 55 -第二章隔隔膜法电电解制烧烧碱- 7 -2.1 隔膜膜法制烧烧碱的基基本原理理- 77 -2.1.1 基基本原理理- 77 -2.1.2 电电压效率率及槽电电压- 8 -2.2 电极极和隔膜膜材料的的选择- 9 -2.2.1 阳阳极材料料- 99 -2.2
2、.2 阴阴极材料料- 100 -2.2.3 隔隔膜材料料- 110 -2.3 隔膜膜电解槽槽的选择择- 110 -2.4 隔膜膜法电解解工艺流流程及操操作条件件- 111 -2.4.1 工工艺流程程- 111 -2.4.2 操操作条件件及主要要技术经经济指标标- 113 -2.4.3 电电解操作作指标与与生产控控制点分分析- 14 -第三章工工艺计算算- 116 -3.1 物料衡衡算- 16 -3.1.1 对对电解槽槽做物料料衡算- 166 -3.1.2 对对氢盐换换热器进进行物料料衡算- 177 -3.2 能量量衡算- 188 -3.2.1 对对氢盐换换热器进进行热量量衡算- 188 -3.
3、2.2 对对电解槽槽进行热热量衡算算- 220 -第四章主主要设备备的工艺艺计算与与选型- 222 -4.1 电解解槽数量量的估算算- 222 -4.2 氢盐盐换热器器的选型型- 222 -4.3 盐水水预热器器的选型型- 223 -4.4 其他他设备的的选型- 244 -第五章主主要工艺艺管道的的计算与与选择- 266 -5.1 主要要工艺管管道的计计算与选选择- 26 -5.1.1 水水蒸气管管道的选选型- 26 -5.1.2 电电解槽氢氢气出口口总管道道的选型型- 226 -5.1.3 电电解槽氯氯气出口口总管道道的选型型- 226 -5.1.4 氢氢盐换热热器排水水管道的的选型- 26
4、6 -5.1.5 盐盐水预热热器排水水管道的的选型- 277 -5.1.6 精精盐水管管道的选选型- 27 -5.1.7电解解碱液出出口总管管道的选选型- 27 -5.2 主要要管道选选择结果果汇总- 277 -第六章经经济核算算- 228 -6.1 经济核核算- 28 -6.1.1 生生产消耗耗核算- 288 -6.1.2 生生产成果果核算- 288 -6.1.2核算算结果分分析- 29 -第七章厂厂址选择择和车间间布置- 300 -7.1 化工工厂选址址的重要要性- 30 -7.1.1化工工厂厂址址选择的的影响因因素- 30 -7.1.2厂址址的选择择- 331 -7.2 车间间设备布布置
5、- 31 -7.2.1化工工厂总平平面布置置的原则则- 331 -7.2.2车间间布置的具体体要求- 322 -第八章氯氯碱生产产中的防防腐及三三废处理理- 334 -8.1 氯气气的腐蚀蚀原因和和防护措措施- 34 -8.2 盐酸酸的腐蚀蚀成因与与防护措措施- 34 -8.3 烧碱碱产生的的腐蚀及及防护措措施- 35 -8.4 氯碱碱生产中中三废的的处理- 366 -8.4.1 “废渣”治理与综合利用- 36 -8.4.2 “废气”治理及综合利用- 36 -8.4.3 “废水”的治理- 37 -第九章设设计小结结- 338 -参考文献献- 339 -致谢- 40 -1-湖南科技大学本科生毕业
6、设计（论文）前言氯碱，即即氯碱工工业，也也指使用用饱和NNaCll溶液制制氯气氢氢气烧碱碱的方法法。工业业上用电电解饱和和NaCCl溶液液的方法法来制取取NaOOH、CCl2和H2，并以以它们为为原料生生产一系系列化工工产品，称称为氯碱碱工业，即工业上上电解法法生产烧烧碱也称称氯碱工工业。氯碱工业业是最基本本的化学学工业之之一，它它的产品品除应用用于化学学工业本本身外，还还广泛应应用于轻轻工业、纺纺织工业业、冶金金工业、石石油化学学工业以以及公用用事业。电解法生生产烧碱碱，根据据电解槽槽结构、电电极材料料和隔膜膜材料的的不同可可分为水水银法、隔隔膜法和和离子交交换膜法法。电解法生生产烧碱碱除原
7、料料易得、生生产流程程较短外外，主要要有以下下三个特特点：第一、能能耗高，电解法法生产烧烧碱的主主要能耗耗是电能能，其耗耗电量仅仅次于电电解法生生产铝；第二、氯氯与碱的的平衡，电解法法制烧碱碱所得到到的烧碱碱与氯气气的产品品的质量量比恒定定为1:0.888，但但一个国国家或地地区对烧烧碱和氯氯气的需需求量，是是随着化化工产品品生产的的变化而而变化的的；第三、腐腐蚀和污污染严重重。目前国内内主要采采用隔膜膜电解法法制烧碱碱，而电电解工段段是电解解食盐水水生产氯氯气、氢氢气、烧烧碱的主主要工段段，因此此电解工工段的工工艺设计计至关重重要。第一章综综述烧碱（NNaOHH）即氢氢氧化钠钠，俗称称火碱、
8、苛苛性钠。是一种常见的重要强碱，在国民经济中占有重要地位，广泛用于纺织工业、轻工业、冶金和有色冶金工业、化学工业和石油化学工业等部门。工业上常常见的烧烧碱生产产方法有有苛化法法和电解解法两种种。苛化化法是用用纯碱（Na2CO3）和石灰乳（Ca(OH)2）通过苛化反应生成烧碱而得名，也叫石灰苛化法。电解法是是采用电电解食盐盐（NaaCl）水水的方法法生产烧烧碱，在制得得烧碱的的同时还还生产氯氯气(CCl2)和氢气气(H2)，所以以工业上上电解法法生产烧烧碱也称称氯碱工工业。1.1烧烧碱的性性质（1）物物理性质质纯的无无水氢氧氧化钠为为白色半半透明，结结晶状固固体。氢氢氧化钠钠极易溶溶于水，溶溶解
9、度随随温度的的升高而而增大，溶溶解时能能放出大大量的热热。其溶溶液呈强强碱性，腐腐蚀性极极强。纯氢氧化化钠的物物理性质质如下：分子式NNaOHH分子量339.9998熔点 3318 .4沸点 113999折射率 1.35776熔融热 1664.77J/gg溶解度 1009比热容 1.4777J/（g）（2）化化学性质质氢氧化化钠是强强碱，具具有碱的的一切通通性，另另外还具具有其他他碱没有有的特性性。a.放在在空气中中易潮解解，并吸吸收空气气中的CCO2而变质质。故应应放置在在干燥的的环境中中，也可可用于干干燥气体体。b.在水水溶液中中能电离离出大量量的OHH-离子。 NaaOH=Naa+OH-
10、c.能和和酸和一一些酸性性氧化物物反应 NaaOH + HHCl = NNaCll + H2O2NaOOH + SOO2(不足)= Naa2SO3 + H2Od.能和和一些金金属盐反反应。2NaOOH + CuuSO44= Cuu(OHH)2+ Na22SO4f.氢氧氧化钠溶溶液和铝铝反应2Al + 22NaOOH + 2HH2O = 2NNa(AAl（OH)4）+3HH2在NaOOH不足足量时发发生的反反应为2Al+6H22O + NaaOH= 2All(OHH)3+ 3H221.2 其他副副产物的的性质（1）氢氢气氢气气是一种种无色、无无味、无无嗅易燃燃的气体体。在各各种液体体中溶解解甚微
11、，难难于液化化，液态态时为无无色透明明液体，有有超导性性质。主主要化学学性质为为高燃烧烧性和还还原性。常常用作还还原剂。（2）氯氯气氯在在常温常常压下为为黄绿色色气体，有强烈的刺激性气味，吸入少量就能使人中毒。经压缩可液化为金黄色液态氯。常用作为强氧化剂与氯化剂。氯混合 5%（体积）以上氢气时有爆炸危险。氯能与有机物和无机物进行取代或加成反应生成多种氯化物。氯在早期作为造纸、纺织工业的漂白剂。氯气易液化，可溶于水，易溶于有机溶液。1.3 氯碱工业业的发展展状况1.3.1 我我国氯碱碱工业的的发展状状况.生产产能力氯氯碱工业业，在我我国国民民经济中中占有重重要的地地位。我我国各氯氯碱企业业为了提
12、提高自身身的竞争争力，纷纷纷扩大大烧碱装装置规模模，从119999年开始始，掀起起了一轮轮烧碱扩扩建高潮潮，到220000年其生生产能力力已从119988年的6 8600 ktt/a增增至8 0000 ktt/a，目目前我国国烧碱的的总生产产能力已已经达到到8 6620 kt/a，居居世界第第2位。如如此快速速的增长长，使国国内烧碱碱市场趋趋于饱和和状态，而而且这种种扩建热热潮目前前还在继继续，齐齐鲁石化化公司氯氯碱厂正正在扩建建的2000 kkt/aa的离子子膜装置置，上海海氯碱化化工股份份有限公公司计划划再建4400 kt/a的装装置，其其他的一一些厂家家的计划划项目估估计还有有7000
13、ktt/a, 如果果这些计计划项目目得以实实施，我我国的烧烧碱生产产能力将将达到近近10 0000 ktt/a。目前我国国的烧碱碱企业有有2000多家，装装置规模模普遍较较小，生生产能力力超过1100 kt/a的生生产企业业只有224家。.产量量随着生生产能力力的不断断增加，近近年来烧烧碱的产产量也不不断增加加，20002年年全国烧烧碱产量量达80899 ktt，为历历史最高高纪录，与与20001年的的7 1135.2 kkt相比比，增长长幅度为为13.4%。目目前烧碱碱的生产产方法几几乎全部部采用电电解食盐盐水的方方法，这这样，每每生产11 t烧烧碱则联联产0.88 t氯气气。20001年年
14、在生产产烧碱的的同时，产产出氯气气6 2280 kt；20002年则则同时产产出氯气气7 1120 kt。随着离子子膜法新新装置的的建成，造造成严重重环境污污染的水水银法已已停止生生产，苛苛化法的的产量也也相当少少，我国国目前烧烧碱的主主要生产产方法是是隔膜法法和离子子膜法。.我国国氯碱工工业存在在的问题题（1）规规模、技技术问题题目前我我国烧碱碱每套装装置的平平均规模模在400 ktt/a左左右。只只有244家企业业达到了了1000 ktt/a规规模，布布局分散散，规模模小，与与国外大大型烧碱碱企业差差距大，国国外氯碱碱企业的的集中度度相对较较高，日日本、欧欧盟的前前5家企业业分别集集中了它
15、它们烧碱碱生产能能力的550%，美美国的55家大公公司集中中了美国国烧碱生生产能力力的800%，而而我国前前5家企业业的生产产能力不不到全国国总生产产能力的的16%，装置置规模小小，效益益自然差差距很大大。近几年，我我国的氯氯碱生产产工艺虽虽然有了了较大变变化，采采用先进进生产工工艺的生生产装置置逐年增增加，但但是，总总的来说说，生产产工艺与与国外相相比相对对落后，再再加上其其他的一一些因素素，生产产成本普普遍偏高高。目前前我国的的烧碱生生产中，电电解法产产量已占占总产量量的999.3%，苛化化法仅占占0.77%。在在电解法法烧碱中中，隔膜膜法烧碱碱产量占占74.0%，离离子膜法法烧碱所所占比
16、例例占到225.99%，水水银法烧烧碱下降降仅为00.1%。（2）氯氯与碱平平衡问题题氯与碱碱的平衡衡是氯碱碱工业发发展的关关键，在在20世纪纪80 年代，是是以碱定定氯，通通常把氯氯气作为为生产烧烧碱的副副产品；而到了了20 世纪900年代，由由于氯产产品的应应用越来来越广泛泛，氯碱碱工业逐逐步发展展为以氯氯定碱，烧烧碱逐渐渐被一些些业内人人士称为为副产品品了。近近十几年年来由于于我国氯氯碱工业业的盲目目扩建，使使烧碱产产能增长长过快，而而下游相相关产业业发展滞滞后，氯氯与碱的的需求不不平衡问问题越来来越突显显。而且且国内市市场上氯氯产品需需求旺盛盛，而烧烧碱市场场疲软，目目前我国国成为世世
17、界上唯唯一有烧烧碱过剩剩需要出出口，却却需要大大量进口口氯产品品的国家家，估计计今后这这种氯与与碱的供供求不平平衡还将将会继续续进一步步扩大。显显然，氯氯产品的的发展是是今后氯氯碱工业业所必须须关注的的一个重重要问题题，氯产产品的开开发与生生产成为为企业今今后主要要的效益益增长点点，也是是氯碱生生产中决决定企业业经济效效益和技技术水平平的最关关键的因因素之一一，氯产产品的生生产与发发展对氯氯碱行业业的氯碱碱平衡起起着决定定性的作作用。我我国的氯氯碱工业业目前已已开始由由建国初初期的以以碱为主主的产品品结构转转向以氯氯为主的的产品结结构的新新的发展展时期。目目前国内内氯产品品市场呈呈现出需需求旺
18、盛盛而国内内生产供供应不足足的现象象，为数数不少的的氯产品品全部或或大量从从国外进进口。因因此，如如何合理理开发生生产氯产产品，搞搞好氯碱碱平衡是是当前需需深入研研究和认认真探讨讨的重要要课题（3）氯氯产品的的结构问问题目前前我国的的氯产品品主要有有无机氯氯产品和和有机氯氯产品。我我国氯产产品开发发与生产产最近几几年有了了很大发发展，但但是，与与国外发发达国家家相比，我我们的差差距还相相当大。从从耗氯结结构来看看，我国国的无机机氯产品品的耗氯氯量始终终占据全全部氯产产品耗氯氯量的主主导地位位，虽然然从19983年年我国停停止生产产耗氯量量占122%左右右的“六六六六”原粉商商品后，聚聚氯乙烯烯
19、树脂的的耗氯量量有所增增加，尤尤其200世纪900年代中中期，我我国开始始大力推推广使用用塑料建建材，限限制使用用木材，使使建筑行行业以塑塑代木、以以塑代钢钢得到迅迅速发展展，从而而推动了了聚氯乙乙烯行业业的发展展。尽管管如此，我我国的无无机氯产产品的耗耗氯量依依然占据据我国氯氯产品耗耗氯总量量的544%（包包括盐酸酸和其他他无机氯氯化物），其其余466%用于于生产有有机氯化化物（包包括聚氯氯乙烯、氯氯乙酸和和氯丁橡橡胶等）。生生产聚氯氯乙烯耗耗氯量约约占氯总总消耗量量的222%。在耗氯结结构这一一点上，国国外一些些发达国国家与我我国完全全不同。美美国19995年年有机化化学品的的耗氯量量占其
20、整整个氯产产品耗氯氯量的776.66%，而而无机氯氯产品仅仅占122.8%；西欧欧19995年有有机氯产产品的耗耗氯量占占其整个个氯产品品耗氯量量的844.1%，无机机氯产品品耗氯量量占氯产产品耗氯氯总量的的9.66%；日日本19995年年有机氯氯产品耗耗氯量占占整个氯氯产品耗耗氯量的的55%，无机机氯产品品耗氯量量占整个个氯产品品耗氯量量的9.6%。和国外发发达国家家相比，我我国的有有机氯产产品所占占比例小小，但这这并不说说明我国国有机氯氯产品需需求少，事事实上，我我国这几几年进口口的有机机氯产品品占国内内总用氯氯量的220%以以上。造造成我国国有机氯氯产品大大量进口口的主要要原因在在于国内
21、内原料路路线及生生产工艺艺落后，生生产规模模小，产产品成本本高和质质量差，竞竞争不过过进口产产品。1.3.2 世界氯氯碱工业业的发展展现状（1）世世界氯碱碱工业生生产能力力及其分分布世界界氯碱工工业中烧烧碱、氯氯气的生生产能力力19993年至至19996年稳稳定在年年产48800万万吨左右右。其中中烧碱年年产量约约40000万吨吨，美国国和欧洲洲约25500万万吨/年，日日本4000万吨吨/年。19997年年世界烧烧碱生产产能力有有所增长长，约为为50775万吨吨，产量量约为443400万吨，220000年预测测生产能能力约为为51889万吨吨，产量量约为445488万吨，一一些老装装置将被被
22、关闭。美美、日、欧欧三个地地区大体体上占世世界总产产量的773%，预预计到220000年美国国和欧洲洲的烧碱碱产量为为21770万吨吨，由原原来占663%的的比例降降为488%。日日、美、西西欧作为为全球氯氯碱工业业的基础础，形成成三足鼎鼎立之势势，引导导世界氯氯碱行业业发展的的潮流，主主宰着氯氯碱产业业的价格格动向，平平衡动向向，是氯氯碱生产产的原动动力，这这种状况况将持续续到20000年年。（2）西西方发达达国家氯氯碱工业业的发展展趋势：第一，以以技术改改造为手手段，向向节能降降耗发展展。世界先进进国家大大多数彩彩用离子子膜法生生产烧碱碱，日本本离子膜膜法工艺艺占888%，而而我国仅仅占1
23、55%不到到。第二，以以联合兼兼并等方方式，向向大型规规模发展展。美国麦道道化学、OXY Chemical、PPG三公司烧碱产量所占全国比例高达65%；前四大氯碱工业企业的产量占全国总产量的80%。而我国烧碱企业有220多家，厂多规模小，布局分散，经营条件差，前四大氯碱工业企业的产量仅占全国总产量的15%，因此，影响了我国氯碱工业企业在国际市场上的竞争力。第三，发发展以氯氯碱为原原料的项项目，确确定精细细化工发发展战略略。美、日、欧欧大型氯氯碱企业业产品结结构向精精细化工工升级，其其长远战战略就是是发展精精细化工工，不断断提高产产品精细细化率。英英国ICCI公司司、德国国拜耳公公司、美美国麦道
24、道化学公公司、日日本旭化化成公司司，转向向生产化化工、生生命科学学、电子子化工材材料、信信息化学学品、功功能高分分子等高高科技精精细化工工领域，这这些公司司20000年产产品的精精细化率率将超过过50%。1.4 氯碱工工业的生生产工艺艺现状电解法生生产烧碱碱在制得得烧碱的的同时还还生产氯氯气和氢氢气，所所以工业业上电解解法生产产烧碱也也称氯碱碱工业。它它是基础础化学工工业之一一，它的的产品烧烧碱和氯氯气在国国民经济济中占有有重要地地位，广广泛用于于纺织工工业、轻轻工业、冶冶金和有有色冶金金工业、化化学工业业和石油油化学工工业等部部门。电解法生生产烧碱碱除原料料易得、生生产流程程较短外外，主要要
25、有以下下三个特特点。（）能能源消耗耗大，主主要是用用电量大大氯碱生生产的耗耗电量仅仅次于电电解法生生产铝，电电能是氯氯碱工业业的重要要原料之之一。在在美国，氯氯碱工业业用电量量占总发发电量的的2%，中中国氯碱碱工业生生产的耗耗电量占占年总发发电量的的1.55%。因因此，电电力供应应状况和和电价对对氯碱产产品的生生产成本本影响极极大，各各国始终终的把降降低能耗耗作为电电解法的的核心问问题。通通过运用用先进设设备，提提高电解解槽的电电能效率率和碱液液蒸发热热能的利利用率，来来降低烧烧碱的电电耗和蒸蒸汽消耗耗。因此此，开辟辟节约能能源新途途径，具具有重要要意义。（）氯氯与碱的的平衡电电解食盐盐水溶液
26、液时，按按固定质质量比例例(1:0.885)同同时产出出烧碱（NaOH）和氯气两种联产品。在一个国家和地区，对烧碱和氯气的需求结构不一定符合烧碱和氯气的供给结构，因此出现了烧碱和氯气的供需平衡问题。一般情况下，发展中国家工业发展的初期用氯量较少，由于氯气又不宜长途运输，所以总是以氯气需用量来决定烧碱产量，往往出现烧碱短缺。在石油化工和基本有机原料发展较快的国家和地区用氯量较大，因此出现烧碱过剩。总之，烧碱与氯气的平衡问题始终是氯碱工业发展中的恒定矛盾。（）腐腐蚀和污污染氯碱碱产品如如烧碱、盐盐酸等具具有强腐腐蚀性，在在生产过过程中使使用的原原材料如如石棉、汞汞、含氯氯废气等等都可能能对环境境造
27、成污污染，因因此防止止腐蚀和和环境污污染也一一直是氯氯碱工业业努力革革新的方方向。电解法生生产烧碱碱，根据据电解槽槽结构、电电极材料料和隔膜膜材料的的不同可可分为水水银法、隔隔膜法和和离子交交换膜法法。200世纪700年代中中期水银银法在发发达国家家的氯碱碱工业中中占有相相当重要要的地位位，但因因汞有毒毒性，770年代代末该法法开始被被逐渐淘淘汰。隔隔膜法是是最早出出现的食食盐水电电解技术术，已历历经多次次技术革革新。隔隔膜法电电解槽中中采用的的石棉隔隔膜有一一定的局局限性。离离子膜法法师200世纪700年代发发展的新新技术，其其电极反反应与隔隔膜法的的完全相相同，但但用离子子交换膜膜代替石石
28、棉隔膜膜，离子子交换膜膜反应器器组装灵灵活，单单原料进进入和产产物排放放用的管管道很多多，此外外因受到到离子膜膜尺寸的的限制，反反应器单单元的生生产能力力较小。本设计参参照中盐盐株洲化化工集团团的氯碱碱生产工工艺，选择隔隔膜法电电解生产产烧碱。-40-第二章 隔膜膜法电解解制烧碱碱2.1 隔膜法法制烧碱碱的基本本原理2.1.1 基基本原理理NaCll水溶液液中，主主要存在在四种离离子：NNa+、Cl-、H+、OH-。电解解槽的阳阳极通常常使用石石墨电极极或金属属涂层电电极；阴阴极用铁铁丝网或或冲孔铁铁板；中中间的隔隔膜由一一种多孔孔渗透件件材料做做成，多多采用石石棉，将将电解槽槽分隔成成阴极室
29、室和阳极极室两部部分，使使阳极产产物与阴阴极产物物分离隔隔开，可可使电解解液通过过，并以以一定的的速度流流向阴极极。目前前，工业业上较多多使用的的是立式式隔膜电电解槽，工工作原理理如图33.1所示。图3.11 立式隔隔膜电解解槽示意意图饱和食盐盐水由阳阳极室注注入，使使阳极室室的液面面高于阴阴极室的的液面，阳阳极液以以一定流流速通过过隔膜流流入阴极极室以阻阻止OHH-的返迁迁移。得得到产品品氢气、氯氯气分别别从阴极极室和阳阳极室上上方的导导出管导导出，氢氢氧化钠钠则从阴阴极室下下方导出出。此过程中中发生的的电极反反应如下下：阴极反应应：2HH+ + 2e = H22阳极反应应：2CCl- 22
30、e = Cl22电解总反反应：22NaCCl + 2HH2O = H2+ CCl2+ 2NaaOH在电解过过程中，由由于阳极极产物的的溶解，以以及通电电时阴阳阳极产物物的迁移移扩散等等原因，在在电解槽槽内还会会有一系系列的副副反应发发生。Cl2 + HH2O = HCllO + HCClClO- + 2HH = Cl- + H2O副反应的的发生，不不但会降降低碱和和氯的产产量，而而且还会会降低电电流效率率。为了了减少副副反应的的发生，在在生产中中采取的的主要措措施如下下：(1) 采用精精制的饱饱和食盐盐水溶液液并控制制在较高高的温度度下进行行电解，以以减少氯氯气在阳阳极液中中的溶解解度。(2)
31、 保持隔隔膜的多多孔型和和良好的的渗透率率，使能能阳极液液正常均均匀地透透过隔膜膜，阻止止两极产产物的混混合和反反应。(3) 保持阳阳极室的的液面高高于阴极极室的液液面，用用一定的的液位差差促进盐盐水的定定向流动动而阻止止OH-由阴极极室向阳阳极室的的扩散。2.1.2 电电压效率率及槽电电压（1）理理论分压压为了增增大食盐盐水的电电导和减减少氯在在食盐水水中的溶溶解以抑抑制副反反应,电解时时常常采采用浓度度高的接接近于饱饱和的食食盐水，含含氯化钠钠约为3300-3300/m3.按吉布布斯-亥姆霍霍兹公式式计算,此条件件下的食食盐水的的理论分分压为22.177V。计计算如下下：E= + T对于从
32、食食盐水生生成的氯氯、氢和和氢氧化化钠的电电解过程程来说,式中：Q由氯氯化钠和和水生成成氯、氢氢和氢氧氧化钠的的热反应应的，JJdE/ddT分分解电压压的浓度度系数,对氯化化钠的水水溶液的的电解来来说,浓度系系数等于于-0.00004V/K。氯化钠的的水溶液液电解的的总过程程可以写写为：NaCll + H2O = NaaOH + 11/2CCl2 + 1/22H2其热效应应可以根根据盖斯斯定理计计算，由由元素生生成的氯氯化钠的的生成热热为：Na +1/22Cl22 = NaCCl +4099.0kkJ氯化钠在在水中的的溶解热热为-11.9KKJ/mmol由钠和水水生成的的氢氧化化钠溶液液的热效
33、效应为：Na + H22O = NaaOH + 11/2HH2 +1185.8kJJ/mool分解氯化化钠的水水溶液所所需要的的热量为为：Q = 4099.0 + (-1.9)1855.8=2211.755kJ/moll代入公式式求得225时时的氯化化钠的理理论分压压为：E=00.000042988=2.17VV（2）槽槽电压电电解槽两两极上所所加的电电压称为为槽电压压，槽电电压Em包括:理论分分压E、过电电位E0、电流流通过电电解液的的电压降降EL和通过过电极、导导线、接接点、等等的电压压降EER，即E槽=EE+E00+EEL+EER理论分压压E对槽电电压EM之比，称称为电压压效率E,即：E
34、=(E/EE槽)1100%隔膜法的的电压效效率一般般在600%左右右。隔膜膜电解槽槽的槽电电压一般般为3.2-33.8VV，本设设计采用用的槽电电压为33.344V，则则理论分分压2.17VV可知：E=1000%=664.998%电能效率率为电压压效率与与电流效效率的乘乘积，即即= E I也可以写写成:=而理论上上生产11t氢氧氧化钠时时消耗的的电量为为：Q0=2.4413 GC按理论分分压为22.177V计算算，耗用用的电能能为：W0=22.1772.4133=5.24GGWss (114600KWh)本设计采采用955%的电电流效率率，则耗耗电量为为：Q=22.544 GCC而采用槽槽电压
35、为为3.334V,则消耗耗的电能能为:W=3.342.554=88.488GWs(224000KWh)电能效率率为：=1100%=611.722%2.2电电极和隔隔膜材料料的选择择2.2.1阳极极材料由于电解解槽的阳阳极是直直接地持持续地与与化学性性质十分分活泼，且且腐蚀性性较强的的湿氯气气、盐酸酸和次氯氯酸等接接触，因因此阳极极材料应应具有较较强的耐耐化学腐腐蚀性，同同时具有有对氯的的过电压压低，导导电性能能良好，机机械强度度高而且且易于加加工，来来源广泛泛和使用用寿命长长等特点点。目前前国内外外氯碱工工业中普普遍采用用的电极极是石墨墨阳极和和金属阳阳极。金属阳极极与石墨墨阳极相相比较有有如
36、下优优点：（1）生生产能力力高金属属阳极能能耐高电电流密度度，一般般情况下下可达115117A/dm22，为石石墨电解解槽电流流密度的的2倍，国国外的MMDC型型和Hoookeer型电电解槽可可达200 A/dm22。这就就大大提提高了单单槽生产产能力。（2）产产品质量量好金属属阳极性性能稳定定，碱液液无色透透明，浓浓度高，氯氯气中无无CO、CO2等杂质质，纯度度高。（3）电电能损耗耗小在金金属阳极极上氯的的放电电电位逼在在相同条条件下的的石墨电电极上约约低2000mVV，每生生产1tt1000% NNaOHH可以节节电14401150度度（kWWh）电电。另外外，因碱碱液浓度度比石墨墨阳极电
37、电解槽高高，还可可节约蒸蒸发碱液液的蒸汽汽用量。（4）使使用寿命命长金属属阳极耐耐碱和氯氯的腐蚀蚀并可更更换涂层层，使用用寿命可可达100年以上上。另外外，电解解槽和隔隔膜的寿寿命长，使使检修和和材料费费用大大大降低。（5）环环境污染染小金属属阳极不不使用沥沥青和铅铅，因此此改善了了对环境境的污染染。因此，采采用金属属阳极比比较好，目目前氯碱碱工业上上使用最最广泛的的是钌钛钛金属阳阳极。2.2.2阴极极材料阴极材料料要具有有耐氯化化钠、氢氢氧化钠钠的腐蚀蚀，导电电性能良良好，且且氢在电电极上的的过电位位要低等等特点。隔隔膜电解解槽常见见的阴极极材料有有铁、铜铜、镍等等。由于于铁的耐耐氯化钠钠、
38、氢氧氧化钠等等的腐蚀蚀性好且且具有导导电性能能好、氢氢的过电电压低的的优点，是是一种质质优价廉廉的阴极极材料。使使用寿命命可长达达40年。为为了便于于吸附隔隔膜及易易于使氢氢气和电电解液流流出，立立式隔膜膜电解槽槽的阴极极一般采采用铁丝丝编成网网状，也也有用冲冲孔铁板板。2.2.3隔膜膜材料隔膜是整整个电解解槽中最最重要的的组成部部分。它它是隔膜膜电解槽槽中直接接吸附在在阴极上上的多孔孔型材料料层，用用它将阳阳极室和和阴极室室隔开。对对隔膜材材料的要要求大致致有以下下几点：应具有有较强的的化学稳稳定件，既既耐酸又又耐碱的的腐蚀，并并应具有有相当的的机械强强度，长长期使用用不宜损损坏；必须保保持
39、多孔孔及良好好的渗透透性，能能使阳极极液维持持一定的的流速且且均匀地地透过隔隔膜，并并防止阳阳极液与与阴极液液的机械械混合；应具有有较小的的电阻，以以降低电电压损失失；材料易易得，制制造成本本低。石棉是一一种硅酸酸盐纤维维状矿物物质，具具有耐酸酸耐碱的的特性，能能够比较较全面地地满足上上述要求求，所以以自200世纪200年代以以来一直直使用石石棉作为为隔膜材材料。2.3隔隔膜电解解槽的选选择隔膜电解解槽是隔隔膜电解解法生产产的主要要设备。根据隔膜膜的安装装位置，隔隔膜电解解槽分为为立式和和水平式式两种。早期的隔膜电解槽是水平安装的，但电流密度小，占地面积大，相对成本高，后来逐渐被立式隔膜电解槽
40、取代。目前国内大、中型氯碱厂都普遍使用化工部第八设计院设计的C30-型金属阳极隔膜电解槽。如图2.2为C30-III型金属阳极隔膜电解槽的结构示意图。各种隔膜膜电解槽槽的结构构虽然不不尽相同同，但基基本构件件中都包包括槽盖盖、阳极极组合件件和阴极极组合件件。中国国金属阳阳极电解解槽主要要部件见见下表2.1。表2.11 中国国金属阳阳极电解解槽主要要部件槽型3-AA3-BB3-3-47-B47-B阳极片规规格/mmm22440880032332080003433308000364400800033.44288077503755607500阳极片数数/片8060664811256复合棒规规格/mm
41、m242427272929333327273333复合棒质质量/KKg330366370365640436铁网质量量/Kgg133130130130208201钛法兰垫垫圈聚四氟天然胶天然胶=350/24天然胶=450/29天然胶聚四氟铁丝网质质量/KKg9009001000010000铜材质量量/Kgg1300015000阴阳极极极距/mmm10.559.598.5107.5图2.22 C30-IIII型型金属阳阳极隔膜膜电解槽槽的结构构示意图图1阳极组组合件；2-电解解液出口口：3-阴极连连接铜排排；4-阴极网网袋；55-阳极极片；66-阳极极水位表表接口；7-盐水水喷嘴插插口；88-氯气
42、气压力表表接口；9-氯气气出口；10-氢气出出口；111-槽槽盖；112-橡橡皮垫床床；133-阴极极箱组合合件；114-阳阳极连接接铜排2.4隔隔膜法电电解工艺艺流程及及操作条条件2.4.1工艺艺流程电解工段段的主要要任务是是在直流流电的作作用下，完完成电解解食盐水水溶液制制取NaaOH、Cl2和H2的工艺艺过称。由由盐水精精制工段段送来的的精制盐盐水进入入高位槽槽（1），液液面维持持恒定，以以便利用用高位槽槽的液位位压差，使使盐水平平稳地经经盐水预预热器（2）加热到7080,由总管均匀分流到各电解槽（3），进行电解。电解生成的氯气从电解槽顶部出口支管导入氯气总管，送氯气处理工序；氢气从阴极
43、箱上部出口支管导入氢气总管，送氢气处理工序。生成的电解液，从电解槽阴极箱出口流出，导入总管，汇集到碱液贮槽（4），用泵（5）送往蒸发工段，蒸发浓缩。流程见示意图2.3。图2.33 电解解工段生生产流程程简图1-高位位槽；22-预热热器；33-电解解槽；44-碱液液储槽；5-碱泵泵具体流程程图如下下图2.4所示示图2.44隔膜法法工艺流流程方框框图2.4.2操作作条件及及主要技技术经济济指标(1) 盐水的的浓度电电解质溶溶液的导导电是依依靠溶液液中正负负离子的的迁移并并在电极极上放电电而引起起的。所所以，电电导率随随电解质质溶液浓浓度的升升高而升升高，一一直到溶溶液饱和和为止。工工业生产产上电解
44、解液采用用的是NNaCll的饱和和溶液，其其质量浓浓度为(3155 5)gg/L。普通工业业食盐中中常含有有钙盐、镁镁盐、硫硫酸盐等等其他杂杂质，对对电解操操作极其其有害。故故工业用用原盐制制备的粗粗盐水，必必须加以以精制。在生产中中，一般般采用添添加过量量的Naa2CO3和NaOOH除去去Ca2+、Mg2+杂质；为了控控制SOO42-的含含量，采采用加入入氯化钡钡的方法法。精盐盐水的质质量见表表2.2。表2.22 精盐盐水的质质量指标标 (g/LL)NaCll含量Ca2+、Mgg2+总量量SO422-含量量NaOHH过碱量量Na2CCO3过碱量量31551050.077-0.60.255-0
45、.6(2) 盐水的的温度提提高温度度，可提提高电解解质的电电导率，降降低氯气气在阳极极液中的的溶解度度，提高高阳极电电流效率率，同时时还可降降低阳极极上析出出氯气和和阴极上上析出氢氢气的过过电位。虽虽然升高高温度对对NaCCl的溶溶解度影影响不大大，但升升高温度度可提高高NaCCl的溶溶解速度度。一般般入电解解槽前的的盐水温温度在880左右右，电解解槽温度度控制在在95左左右。(3) 盐水的的流量与与碱液浓浓度盐水水流量的的大小会会对电解解过程带带来较大大的影响响。盐水水流量小小，NaaCl分分解率高高、NaaOH浓浓度高，但但OH-的反迁迁移严重重，副反反应多，电电流效率率低。但但盐水流流量大，NaOH浓度低，碱液中NaCl含量高，碱液蒸发的能耗高。为此，各各厂应根根据具体体的条件件确定碱碱液成分分。通常常碱液成成分控制制在如下下范围：NaOHH含量：13001445 gg/LNaCll含量： 17752210 g/LL(4) 氯气的的纯度及及压力氯