文獻(xiàn)綜述離子膜燒堿片堿工段概述

1、 ?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文）文獻(xiàn)綜述院 （系）： 生物與化學(xué)工程學(xué)院 專 業(yè)： 應(yīng)用化工技術(shù) 班 級： 2009應(yīng)用化工技術(shù) 學(xué)生姓名： 學(xué) 號 2011年 12月 13 日攀枝花學(xué)院專科畢業(yè)設(shè)計(jì) 文獻(xiàn)綜述?？粕厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文）文獻(xiàn)綜述評價(jià)表畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目30噸/年離子膜燒堿片堿生產(chǎn)工段工藝設(shè)計(jì)綜述名稱離子膜燒堿片堿工段概述評閱教師姓名范文娟職稱助教評 價(jià) 項(xiàng) 目優(yōu)良合格不合格綜述結(jié)構(gòu)01文獻(xiàn)綜述結(jié)構(gòu)完整、符合格式規(guī)范綜述內(nèi)容02能準(zhǔn)確如實(shí)地闡述參考文獻(xiàn)作者的論點(diǎn)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果03文字通順、精練、可讀性和實(shí)用性強(qiáng)04反映題目所在知識領(lǐng)域內(nèi)的新動(dòng)態(tài)、新趨勢、新水平、新原理、新技術(shù)等參考文獻(xiàn)05中、英

2、文參考文獻(xiàn)的類型和數(shù)量符合規(guī)定要求，格式符合規(guī)范06圍繞所選畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目搜集文獻(xiàn)成績綜合評語： 評閱教師（簽字）： 年 月 日文獻(xiàn)綜述：離子膜燒堿片堿工段概述1 燒堿的應(yīng)用燒堿即氫氧化鈉，亦稱苛性鈉。燒堿的工業(yè)品有液體和固體，其中液體為不同含量的氫氧化鈉水溶液；固體白色不透明，常制成片棒粒狀，或熔融態(tài)以鐵桶包裝。氫氧化鈉吸濕性很強(qiáng)，易溶于水，溶解時(shí)強(qiáng)烈放熱。水溶液呈強(qiáng)堿性，手感滑膩；也易溶于乙醇和甘油，不溶于丙酮。燒堿有強(qiáng)烈的腐蝕性，對皮膚、織物、紙張等侵蝕劇烈；易吸收空氣中的二氧化碳變?yōu)樘妓徕c；與酸起中和作用而生成鹽1。廣泛用于化工輕工紡織冶金及石油化工等部門。電解食鹽水溶液生產(chǎn)燒堿

3、的同時(shí)，可以聯(lián)合產(chǎn)氯氣和氫氣，而氯氣又可進(jìn)一步加工成鹽酸聚氯乙烯率溶劑氯烴農(nóng)藥等，這一工業(yè)部門通稱為氯堿工業(yè)，它是現(xiàn)代電化學(xué)工業(yè)中規(guī)模最大的部門之一，在國民經(jīng)濟(jì)中占有相當(dāng)重要的地位。設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括生產(chǎn)工藝的確定和比較，物料衡算和能量衡算，設(shè)備的選型與設(shè)計(jì)和管道尺寸設(shè)計(jì)以及繪制帶控制點(diǎn)的工藝流程圖、車間設(shè)備的平面圖2。2工作原理2.1電解原理離子交換膜(iem或im)是對溶液中離子有選擇性透過的高分子材料膜。氯堿電解槽選用的是陽離子交換膜，它能使陽離子()通過，而排斥帶負(fù)電的陰離子()。不能透過離子交換膜,陰極室得到的是不含nacl、高純度的燒堿溶液。離子交換膜法制堿的原理如圖2-1所示1。飽

4、和精鹽水進(jìn)入陽極室，去離子水加入陰極室。導(dǎo)入直流電時(shí)，在陽極表面放電產(chǎn)生逸出，在陰極表面放電生成，通過離子膜由陽極室遷移到陰極室與結(jié)合成naoh。通過調(diào)節(jié)加入陰極室的去離子水量，可得到一定濃度的燒堿溶液。淡鹽水離子交換膜圖2-1 離子交換膜制堿原理目前工業(yè)采用的離子交換膜有全氟磺酸型和全氟羧酸型陽離子交換樹脂。對離子交換膜的工藝要求是：化學(xué)穩(wěn)定性好，能夠耐、和酸堿腐蝕；機(jī)械穩(wěn)定性好，保持尺寸穩(wěn)定和膜面平整陽離子選擇透過性好，能透過和，阻止進(jìn)入陰極室，對進(jìn)入陽極室也起一定阻止作用；膜電阻低3。2.2電解液蒸發(fā)原理 本工序是借助于蒸汽，使電解液中的水部分蒸發(fā)，以濃縮氫氧化鈉。工業(yè)上該過程都是在沸騰

5、狀態(tài)下進(jìn)行的。由于電解液中含有naoh、nacl、naclo等多種物質(zhì)，所以溶液的沸點(diǎn)是隨著蒸發(fā)過程中溶液濃度的提高而升高，同時(shí)也與蒸發(fā)的操作壓力有關(guān)。 實(shí)驗(yàn)證明nacl在naoh水溶液中的溶解度隨naoh含量的增加而明顯減少，隨溫度的升高而稍有增大的。 應(yīng)當(dāng)指出，在電解液蒸發(fā)的全過程中，燒堿溶液始終是一種被nacl所飽和的水溶液。因而隨著燒堿濃度的提高，nacl便不斷地從電解液中結(jié)晶出來，從而提高了堿液的純度。 為了減少加熱蒸汽的耗量，提高熱能利用率，電解液蒸發(fā)常在多效蒸發(fā)裝置中進(jìn)行。隨著效數(shù)的增加，單位質(zhì)量的蒸汽所蒸發(fā)的水分也越多，蒸汽利用的經(jīng)濟(jì)程度自然越佳；但蒸發(fā)效數(shù)過多，其經(jīng)濟(jì)效益的增

6、加也不明顯，故本設(shè)計(jì)采用三效蒸發(fā)工藝。3隔膜法電解工藝流程3.1工藝流程 二次精制鹽水經(jīng)鹽水預(yù)熱器升溫后送往離子膜電解槽陽極室進(jìn)行電解；純水由電解槽底部進(jìn)入陰極室。通入直流電后，在陽極室產(chǎn)生的氯氣和流出的淡鹽水經(jīng)分離器分離后。濕氯氣進(jìn)入氯氣總管，經(jīng)氯氣冷卻器與精制鹽水熱交換后，進(jìn)入氯氣洗滌塔洗滌，然后送往氯氣處理工序。從陽極室流出來的淡鹽水，一部分補(bǔ)充到精制鹽水中返回電解槽陽極室，另一部分進(jìn)入淡鹽水儲槽，再送往氯酸鹽分解槽，用高純度鹽酸進(jìn)行分解。分解后的鹽水回到淡鹽水儲槽，與未分解的淡鹽水充分混合并調(diào)節(jié)ph值在2以下，送往脫氯塔脫氯，最后送到一次鹽水工序重新制成飽和食鹽水。3.2電解液蒸發(fā)工藝

7、流程來自電解工序的電解液先進(jìn)入計(jì)量槽，由泵送往堿液預(yù)熱器，預(yù)熱器中用來自蒸發(fā)器的冷凝水加熱，既回收了熱量，又降低了蒸汽的消耗。經(jīng)預(yù)熱后的電解液依次進(jìn)入一效、二效、三效蒸發(fā)器，直到堿液濃度為25%30%。由于堿液濃度的提高，大部分溶解的食鹽逐漸析出結(jié)晶。從第三效出來的鹽堿混合物由堿液泵送至中間堿液儲槽，鹽沉至槽底，上部清液流入濃效蒸發(fā)器。在濃效蒸發(fā)器中蒸至濃度為42%45%時(shí)，即可送入循環(huán)冷卻系統(tǒng)冷卻至2530，即得液堿產(chǎn)品。4國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和水平在19世紀(jì)初，人們已經(jīng)研究燒堿生產(chǎn)的工業(yè)化問題。1884年開始在工業(yè)上采用石灰乳苛化純堿溶液來生產(chǎn)燒堿；1890年德國在格里斯海姆（griesheim

8、）建成世界上第一個(gè)工業(yè)規(guī)模的隔膜電解槽裝置投入生產(chǎn)；1892年美國人卡斯勒（h.y.castner）發(fā)明水銀法電解槽。第二次世界大戰(zhàn)后，隨著氯堿產(chǎn)品從軍用生產(chǎn)轉(zhuǎn)向民用生產(chǎn)，以及石油化工的迅速發(fā)展，氯的需求量大幅度增加，更加促進(jìn)氯堿工業(yè)的發(fā)展。1969年美國首先使用金屬陽極的隔膜電解槽，為隔膜電解槽工藝技術(shù)的發(fā)展開辟了新的紀(jì)元。1975年世界第一套離子交換膜法裝置在日本旭化公司投入使用。生產(chǎn)燒堿和氯氣有著悠久的歷史，早在中世紀(jì)就發(fā)現(xiàn)了存在于鹽湖中的純堿，以純堿和石灰為原料制取naoh的方法即苛化法： 因?yàn)榭粱^程需要加熱，因此就將naoh稱為燒堿，以別于天然堿。直到19世紀(jì)末，世界上一直以苛化法

9、生產(chǎn)燒堿4。采用電解法制燒堿始于1890年，隔膜法和水銀法幾乎差不多同時(shí)發(fā)明。電解食鹽水溶液同時(shí)制取氯和燒堿的方法（稱電解法），在19世紀(jì)初已經(jīng)提出，但直到19世紀(jì)末，大功率直流發(fā)電機(jī)研制成功，才使該法得以工業(yè)化。第一個(gè)制氯的工廠于1890年在德國建成，1893年在美國紐約建成第一個(gè)電解食鹽水制取氯和氫氧化鈉的工廠。第一次世界大戰(zhàn)前后，隨著化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，氯不僅用于漂白、殺菌，還用于生產(chǎn)各種有機(jī)、無機(jī)化學(xué)品以及軍事化學(xué)品等。20世紀(jì)40年代以后，石油化工興起，氯氣需要量激增，以電解食鹽水溶液為基礎(chǔ)的氯堿工業(yè)開始形成并迅速發(fā)展。50年代后，苛化法只在電源不足之處生產(chǎn)燒堿。氯堿生產(chǎn)用電量大，降低能

10、耗始終是電解法的核心問題。因此，提高電流效率，降低槽電壓和提高大功率整流器效率，降低堿液蒸發(fā)能耗，以及防止環(huán)境污染等，一直是氯堿工業(yè)的努力方向。隔膜法于1890年在德國首先出現(xiàn)，為了連續(xù)有效地將電解槽中的陰、陽極產(chǎn)物隔開，1890年德國使用了水泥微孔隔膜來隔開陽極、陰極產(chǎn)物，這種方法稱隔膜電解法。以后，改用石棉濾過性隔膜，以減少陰極室氫氧離子向陽極室的擴(kuò)散。這不僅適用于連續(xù)生產(chǎn)，而且可以在高電流效率下，制取較高濃度的堿液。1892年美國人h.y.卡斯特納和奧地利人c.克爾納同時(shí)提出了水銀電解法，其特點(diǎn)是采用汞陰極，使陰極的最終產(chǎn)物氫氧化鈉和氫氣，不直接在電解槽而在解汞槽中生成，以隔離兩極的電解

11、產(chǎn)物。這種方法所制取的堿液純度高、濃度大。1897年英國和美國同年建成水銀電解法制氯堿的工廠。20世紀(jì)以來，水銀法工廠大部分沿用水平式長方形電解槽，解汞槽則由水平式改為直立式，目的在于提高電解槽的電流效率和生產(chǎn)能力。隔膜法電解槽結(jié)構(gòu)也不斷改進(jìn)，如電極由水平式改為直立式，其中隔膜直接吸附在陰極網(wǎng)表面，以降低槽電壓和提高生產(chǎn)強(qiáng)度。立式吸附隔膜電解槽代表了20世紀(jì)60年代隔膜法的先進(jìn)水平。第一臺水銀法電解槽是在1892年取得專利。這不僅適用于連續(xù)生產(chǎn)，而且可以在高電流效率下，制取較高濃度的堿液。食鹽電解工業(yè)發(fā)展中的困難，首先是如何將陽極產(chǎn)生的氯氣與陰極產(chǎn)生的氫氣和氫氧化鈉分開，不致發(fā)生爆炸和生成氯酸

12、鈉，以上兩種生產(chǎn)方法都成功地解決了這個(gè)難題。前者以多孔隔膜將陰陽兩極隔開；后者則以生成鈉汞齊的方法使氯氣分開。這樣，就奠定了兩種不同的生產(chǎn)工藝的基礎(chǔ)，并一直沿用到現(xiàn)在5。隔膜法制得的堿液，濃度較低，而且含有氯化鈉，需要進(jìn)行蒸發(fā)濃縮和脫鹽等后加工處理。水銀法雖可得高純度的濃堿，但有汞害。因之離子膜電解法（簡稱離子膜法）應(yīng)運(yùn)而生。而在20世紀(jì)50年代和60年代早期，一些著名的公司對離子膜電解這項(xiàng)嶄新的技術(shù)著手研究，終究未能或得具有實(shí)用性的成果。直到1966年美國du pont公司開發(fā)了化學(xué)性穩(wěn)定的，用語宇宙燃料電池的全氟磺酸陽離子交換膜，即nafion膜。為離子膜法電解食鹽水溶液的工藝的工業(yè)化鋪平

13、了道路。1970年開發(fā)出帶有增強(qiáng)網(wǎng)的離子膜，1978年離子膜技術(shù)在全球氯堿生產(chǎn)技術(shù)中占1，1980年在美國建立了離子膜生產(chǎn)廠，1975年日本旭化成公司成功地在延岡工廠用nation 315膜生產(chǎn)燒堿第一次實(shí)現(xiàn)了離子膜法燒堿的工業(yè)生產(chǎn)。針對電壓和強(qiáng)度的相互矛盾關(guān)系，杜邦公司于2004年前后研制nx-2020膜折衷了n-966和n-982的優(yōu)點(diǎn)，強(qiáng)度高、電壓低，比較適合目前氯堿生產(chǎn)的需求。而另一生產(chǎn)商日本旭化成公司在1976年用全氟羧酸膜取代了杜邦公司的全氟磺酸膜，接著又開發(fā)了羧酸-磺酸復(fù)合膜。在1993年開發(fā)了當(dāng)時(shí)世界上性能最佳的aci-plex-f4202離子膜，并于1997年開發(fā)出新型的ac

14、iplex-f4203離子膜，在世界上首次實(shí)現(xiàn)了電解電壓下降到3 v以下的新型離子膜。我國氯堿行業(yè)引進(jìn)最多的是離子膜法燒堿技術(shù)裝置。自20世紀(jì)80年代開始，離子膜法燒堿技術(shù)裝置經(jīng)歷了“空白技術(shù)、急需引進(jìn)”和“發(fā)展技術(shù)，完善引進(jìn)”兩個(gè)階段，先后從日本、美國、英國、意大利、德國等5國的9大世界知名公司引進(jìn)各種型號規(guī)格的離子膜電解槽數(shù)十種。至今個(gè)別地區(qū)仍在重復(fù)引進(jìn)，而我國國產(chǎn)化離子膜電解槽已基本達(dá)到國際先進(jìn)水平6。5燒堿工業(yè)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢中國氯堿工業(yè)始于20世紀(jì)20年代末。1949年前，燒堿平均年產(chǎn)量僅15kt，氯產(chǎn)品僅鹽酸、漂白粉、液氯等少數(shù)品種。1949年后，在提高設(shè)備生產(chǎn)能力的基礎(chǔ)上，對電解

15、技術(shù)和配套設(shè)備進(jìn)行了一系列改進(jìn)。50年代初，建成第一套水銀電解槽，開始生產(chǎn)高純度燒堿。不久，又研制成功立式吸附隔膜電解槽，并在全國推廣應(yīng)用。50年代后期，新建長壽、株洲、北京、葛店等十多個(gè)氯堿企業(yè)及其他小型氯堿廠，到60年代全國氯堿企業(yè)增至44個(gè)。70年代初，氯堿工業(yè)中陽極材料進(jìn)行了重大革新，開始在隔膜槽和水銀槽中用金屬陽極取代石墨陽極。80年代初，建成年產(chǎn)100kt燒堿的47型金屬陽極隔膜電解槽系列及其配套設(shè)備。至此，全國金屬陽極電解槽年生產(chǎn)能力達(dá)800kt堿，約占生產(chǎn)總量的1/3。在此期間，氯堿工業(yè)中的整流設(shè)備、堿液蒸發(fā)，以及氯氣加工、三廢處理等工藝也都先后進(jìn)行了改革。1983年燒堿產(chǎn)量為

16、2123kt，僅次于美國、聯(lián)邦德國、日本、蘇聯(lián)。氯堿工業(yè)，在我國國民經(jīng)濟(jì)中占有重要的地位。然而近年來，由于市場的競爭日益激烈，我國各氯堿企業(yè)為了提高自身的競爭力，紛紛擴(kuò)大燒堿裝置規(guī)模，從1999年開始，掀起了一輪燒堿擴(kuò)建高潮，到2000年其生產(chǎn)能力已從1998年的6 860 kt/a增至8 000 kt/a，目前我國燒堿的總生產(chǎn)能力已經(jīng)達(dá)到8 620 kt/a，居世界第2位。如此快速的增長，使國內(nèi)燒堿市場趨于飽和狀態(tài)，而且這種擴(kuò)建熱潮目前還在繼續(xù)，齊魯石化公司氯堿廠正在擴(kuò)建的200 kt/a的離子膜裝置，上海氯堿化工股份有限公司計(jì)劃再建400 kt/a的裝置，其他的一些廠家的計(jì)劃項(xiàng)目估計(jì)還有7

17、00 kt/a, 如果這些計(jì)劃項(xiàng)目得以實(shí)施，我國的燒堿生產(chǎn)能力將達(dá)到近10 000 kt/a。隨著生產(chǎn)能力的不斷增加，近年來燒堿的產(chǎn)量也不斷增加，2002年全國燒堿產(chǎn)量達(dá)8 089 kt，為歷史最高紀(jì)錄，與2001年的7 135.2 kt相比，增長幅度為13.4%。目前燒堿的生產(chǎn)方法幾乎全部采用電解食鹽水的方法，這樣，每生產(chǎn)1 t燒堿則聯(lián)產(chǎn)0.88 t氯氣。2001年在生產(chǎn)燒堿的同時(shí)，產(chǎn)出氯氣6 280 kt；2002年則同時(shí)產(chǎn)出氯氣7 120 kt7。隨著離子膜法新裝置的建成，造成嚴(yán)重環(huán)境污染的水銀法已停止生產(chǎn)，苛化法的產(chǎn)量也相當(dāng)少，我國目前燒堿的主要生產(chǎn)方法是隔膜法和離子膜法。我國氯堿產(chǎn)業(yè)

18、目前正處于成長期向成熟期過渡的階段，其主要特點(diǎn)是產(chǎn)業(yè)增長速度將有所減慢，技術(shù)趨于成熟，產(chǎn)品差異化程度較低，行業(yè)進(jìn)入門檻降低,電力、煤炭、制鹽、塑料加工等行業(yè)的企業(yè)開始大量介入。今后幾年，國內(nèi)氯堿產(chǎn)業(yè)的市場競爭將進(jìn)一步加劇,成本競爭將成為最主要的競爭方式。我國氯堿產(chǎn)業(yè)通過這一輪高速發(fā)展,形成了較為雄厚的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ),呈現(xiàn)出向大規(guī)模、集約化方向發(fā)展,全國燒堿企業(yè)平均產(chǎn)能約七萬噸的趨勢。預(yù)計(jì)到 2010年將達(dá) 10萬噸以上,重點(diǎn)企業(yè)燒堿產(chǎn)能將向 20萬30萬噸發(fā)展。氯堿產(chǎn)業(yè)是基本化工原材料產(chǎn)業(yè)，其主要產(chǎn)品燒堿、氯氣和氫氣,廣泛應(yīng)用于輕工、化工、紡織、建材、國防、冶金等各個(gè)領(lǐng)域。目前發(fā)達(dá)國家氯堿產(chǎn)品人均消

19、費(fèi)量約2530kg/a ，而我國僅為4.05.0kg/a因此氯堿產(chǎn)業(yè)在我國仍將有很大的發(fā)展?jié)摿?。但也?yīng)看到，目前國內(nèi)氯堿產(chǎn)業(yè)的發(fā)展存在一定程度的過熱和無序，今后一段時(shí)期將可能出現(xiàn)較為激烈的競爭局面。今后，原料和能源供應(yīng)仍將成為影響我國氯堿產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要因素。原鹽將從供應(yīng)充裕轉(zhuǎn)為供應(yīng)相對不足，鹵水和進(jìn)口鹽使用量將顯著增加，鹽堿聯(lián)合將成為發(fā)展趨勢；乙烯供應(yīng)仍將成為制約我國 pvc發(fā)展的主要因素之一；電石將成為比乙烯更為重要的氯堿原料，在山西、內(nèi)蒙古、寧夏、陜西等西部地區(qū)，由于有豐富的煤炭、石灰石資源，且能源供應(yīng)價(jià)格便宜，電石法pvc和燒堿項(xiàng)目將有明顯的競爭優(yōu)勢。氯堿產(chǎn)業(yè)屬高耗能產(chǎn)業(yè)，電力成本占總成

20、本的百分之六十左右。近幾年，我國大范圍的電力緊張和電價(jià)上漲，直接影響了氯堿產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。采用熱電聯(lián)產(chǎn)可充分利用能源，大大降低氯堿產(chǎn)品生產(chǎn)成本。此外，氯堿企業(yè)與電力企業(yè)建立戰(zhàn)略聯(lián)盟,實(shí)施點(diǎn)對點(diǎn)的直供電，也可有效降低氯堿生產(chǎn)成本。今后，以熱電聯(lián)產(chǎn)和直供電為主要方式的電-堿聯(lián)合將成為氯堿產(chǎn)業(yè)的重要發(fā)展趨勢8。未來我國氯堿行業(yè)的產(chǎn)業(yè)格局應(yīng)當(dāng)是以區(qū)域性、功能型企業(yè)集團(tuán)為主體的市場競爭格局，屆時(shí)兩種類型的企業(yè)在市場上將具有競爭力。一種類型是同時(shí)擁有生產(chǎn)原料優(yōu)勢、生產(chǎn)成本優(yōu)勢的企業(yè)，發(fā)展成為產(chǎn)業(yè)鏈一體化的大型生產(chǎn)型氯堿企業(yè)；另一種類型是處于具有特殊資源地區(qū)的企業(yè)，如貼近最大的消費(fèi)市場,或緊靠大型港口，以發(fā)

21、展服務(wù)型業(yè)務(wù)為主，掌握一定的國際國內(nèi)流通市場的話語權(quán)。從長遠(yuǎn)看，隨著電力、鹽業(yè)體制改革深入，我國氯堿產(chǎn)業(yè)的資源優(yōu)勢將會逐步顯現(xiàn)出來。同時(shí),國內(nèi)氯堿企業(yè)將更多地關(guān)注上游產(chǎn)業(yè)，優(yōu)化配置資源，上下游一體化，形成合理的產(chǎn)業(yè)鏈,提高核心競爭力。堿電聯(lián)合、堿鹽聯(lián)合將成為發(fā)展趨勢，有條件的企業(yè)甚至可以采取煤、鹽-電-堿-塑料加工及建材的大聯(lián)合模式9。發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，提高資源利用率，是實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要途徑。其基本特征就是低消耗，低排放，高效率，是對大量生產(chǎn)，大量消費(fèi)，大量廢棄的傳統(tǒng)增長模式的根本變革。近年來，化工企業(yè)在推動(dòng)國民經(jīng)濟(jì)切實(shí)走新型工業(yè)化道路,堅(jiān)持節(jié)約發(fā)展，清潔發(fā)展，安全發(fā)展等方面發(fā)揮了核心作用。在生產(chǎn)中運(yùn)用減量，再利用，再循環(huán)的基本原則，成為實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的主要