化工工藝學(xué)燒堿

化工工藝學(xué)燒堿第1頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期一1.2氯堿工業(yè)發(fā)展史苛化法生產(chǎn)燒堿以純堿水溶液與石灰乳為原料，通過(guò)苛化反應(yīng)生成燒堿（NaOH）的方法，反應(yīng)式如下：

Na2CO3+Ca(OH)2＝2NaOH+CaCO3↓苛化法電解法燒堿第2頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期一水CaCO3濾液水液石灰渣粗加工天然堿溶堿苛化澄清液濃縮結(jié)晶濃縮30%NaOH沉淀物4/27/20233第3頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期一苛化法生產(chǎn)過(guò)程分為：化堿、苛化、澄清、蒸發(fā)等四個(gè)工序。在19世紀(jì)末電解法出現(xiàn)之前，苛化法一直是世界上生成燒堿的主要方法。第4頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期一電解法及發(fā)展概況通過(guò)生產(chǎn)鈉汞齊來(lái)使氯氣分開(kāi)的。電能消耗高，汞污染嚴(yán)重，已被淘汰。隔膜法離子交換法電解法水銀電解法隔膜法于1890年在德國(guó)首先出現(xiàn)，隨后1892年水銀法電解槽在美國(guó)取得專利。隔膜法：石墨或金屬為陽(yáng)極，鐵為陰極。兩極間用隔膜將溶液分開(kāi)。第5頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期一選擇透過(guò)性的陽(yáng)離子交換膜分隔陽(yáng)極室與陰極室10.1概述陽(yáng)極室和陰極室間設(shè)置多孔滲透性隔層通過(guò)生成鈉汞齊來(lái)使氯氣分開(kāi)溶液中Na2CO3起始含量與平衡轉(zhuǎn)化率的關(guān)系苛化法生產(chǎn)過(guò)程：化堿、苛化、澄清、蒸發(fā)（2）電解法及發(fā)展概況據(jù)電解槽結(jié)構(gòu)、電極材料和隔膜材料的不同隔膜法水銀法離子交換膜法將陽(yáng)極產(chǎn)生的氯氣與陰極產(chǎn)生的氫氣和氫氧化鈉分開(kāi)4/27/20236第6頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期一離子交換膜法：實(shí)質(zhì)上也是一種隔膜法。用有選擇性的離子交換膜來(lái)分隔陽(yáng)極和陰極。這種離子交換膜是一種半透膜，只允許鈉離子和水通過(guò)。離子交換膜法與隔膜法、水銀法相比，離子膜法具有能耗低、產(chǎn)品質(zhì)量高、裝置占地面積小、生產(chǎn)能力大及能適應(yīng)電流波動(dòng)大、還可根除石棉、水銀對(duì)環(huán)境的污染等優(yōu)點(diǎn)。因此，被公認(rèn)為氯堿的發(fā)展方向。第7頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期一1.1氯堿工業(yè)及特點(diǎn)電解食鹽水制燒堿同時(shí)，可聯(lián)產(chǎn)氫氣和氯氣，氯氣有可進(jìn)一步加工成鹽酸、PVC、農(nóng)藥等，這一工業(yè)部門稱為氯堿工業(yè)。它是電化學(xué)工業(yè)中規(guī)模最大的部門之一，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有相當(dāng)重要地位。（1）原料易得（2）能源消耗大（3）氯與堿的平衡（4）腐蝕和污染嚴(yán)重第8頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第二章電解制堿原理2.1電解過(guò)程電解過(guò)程是將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的過(guò)程。過(guò)程不能自發(fā)進(jìn)行，電解方法強(qiáng)制進(jìn)行。溶液中離子產(chǎn)生定向移動(dòng)，陰離子向陽(yáng)極，陽(yáng)離子向陰極，發(fā)生氧化還原反應(yīng)。這種通過(guò)電流使電解質(zhì)水溶液產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)稱為電化學(xué)反應(yīng)。9第9頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期一法拉第定律（1）法拉第第一定律

電解過(guò)程中，電極上所生成物質(zhì)的質(zhì)量與通過(guò)電解質(zhì)溶液的電量成正比。（2）法拉第第二定律

相同的電量通過(guò)不同的電解質(zhì)時(shí)，電極上每析出的物質(zhì)的量與通過(guò)電解液的電量成正比。即通過(guò)1法拉第電量可析出1克當(dāng)量物質(zhì)。

電解時(shí)，根據(jù)電解質(zhì)的電流強(qiáng)度、通電時(shí)間及運(yùn)行電槽數(shù)可計(jì)算出理論產(chǎn)量。

由于存在副反應(yīng)等原因，實(shí)際產(chǎn)量總比理論產(chǎn)量低。實(shí)際產(chǎn)量與理論產(chǎn)量之比就是電流效率，這是電解生產(chǎn)中一個(gè)重要的指標(biāo)。

第10頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期一槽電壓實(shí)際生產(chǎn)中，電解槽的實(shí)際操作電壓稱為槽電壓。槽電壓主要取決于電解運(yùn)行條件、操作溫度、壓力、電解液濃度、電流密度等，電解槽結(jié)構(gòu)、隔膜材質(zhì)及位置、兩極間距、電極結(jié)構(gòu)及電解液內(nèi)部循環(huán)等對(duì)槽電壓影響也較大。槽電壓包括以下幾部分：理論分電壓（V理）、過(guò)電位（V過(guò)）、電解液的電壓降（△V液）和電極、觸和線等的歐姆電壓降（∑V降）

Ｖ槽＝V理＋V過(guò)＋

△V液＋

∑V降第11頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（１）理論分電壓（V理）理論分電壓是電解質(zhì)開(kāi)始分解時(shí)所需要的最低電壓。電解食鹽水時(shí)，等于陽(yáng)極析出氯電位與陰極析出氫之差。計(jì)算：能斯脫方程或吉布斯－蓋姆荷茨方程吉布斯－蓋姆荷茨方程計(jì)算V理

V理=△H/nF+（dF/dT)T

式中△H－反應(yīng)熱效應(yīng)，隔膜法和離子膜法電解氯化鈉水溶液時(shí)為221.08kJ；T—絕對(duì)溫度，K；

n－電極反應(yīng)得失電子數(shù)；

F－法拉第常數(shù)（96500C）；

dF/dT電動(dòng)勢(shì)溫度系數(shù)，為-0.0004（V/K）第12頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期一所以，25℃時(shí)電解氯化鈉水溶液生成氫氧化鈉，氫氣和氯氣時(shí)的理論分解電壓為：V理=221080/（1×96500）-0.0004×298=2.172V

在工業(yè)上通常將隔膜法和離子膜法電解食鹽溶液的理論分解電壓定為2.3V。第13頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（2）過(guò)電位（V過(guò)）定義：電離時(shí)離子在電極上的實(shí)際放電電壓要比理論放電電壓要高，兩者的差值稱為過(guò)電位（V過(guò)），也稱過(guò)電壓、超電位或超電壓。金屬離子在電極上放電時(shí)過(guò)電位不大，可忽略；當(dāng)電極上發(fā)生氣體，如Cl2、H2等的反應(yīng)時(shí)，過(guò)電位比較大，不可忽略。過(guò)電位的數(shù)值主要取決于電極材料性質(zhì)，電流密度、電解液溫度、電極表面特性等也過(guò)電位的大小有不同程度影響。注：過(guò)電位雖然消耗了一部分電能，但在電解技術(shù)中作用重要。由于過(guò)電位的存在，結(jié)合選擇適當(dāng)?shù)碾娊鈼l件可使電解過(guò)程按照要求進(jìn)行。第14頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期一電壓效率與電能效率電壓效率：理論分解電壓與電解槽實(shí)際分解電壓之比。電壓效率=V理/V槽×100%式中V理計(jì)算得到，V槽一般實(shí)測(cè)得到。電壓效率高，節(jié)省電耗。氯堿廠電解槽的電壓效率一般60～65%電解效率：電壓效率與電流效率的乘積。電能效率=電流效率×電壓效率×100%在工業(yè)生產(chǎn)中，電能效率不高，主要是槽電壓比理論分解電壓高得多。因此生產(chǎn)上多采用多種方法來(lái)降低槽電壓。第15頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期一在槽電壓中，理論分解電壓占比重最大，是構(gòu)成槽電壓的主要部分，其次是電解質(zhì)溶液和隔膜電壓降。降低槽電壓手段：選擇和研制新型陰陽(yáng)極材料、隔膜材料，調(diào)整兩極間離，提高電解質(zhì)溶液的溫度和濃度，控制適宜的電流密度，設(shè)計(jì)合理的電解槽結(jié)構(gòu)。第16頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期一10.3電解法制燒堿技術(shù)10.3.1隔膜法電解10.3.1.1隔膜法電解制堿原理石墨或涂RuO2-TiO2陽(yáng)極鐵陰極陰極上：陽(yáng)極上：陽(yáng)極室陰極室17第17頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期一10.3電解法制燒堿技術(shù)10.3.1.2電極和隔膜材料（1）陽(yáng)極材料對(duì)陽(yáng)極材料的要求：具有較強(qiáng)的耐化學(xué)腐蝕性；對(duì)析氯的過(guò)電位低；導(dǎo)電性能好；機(jī)械強(qiáng)度高；易于加工，壽命長(zhǎng)。濕Cl2、[O]、HCl、HClO4/27/202318第18頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期一10.3電解法制燒堿技術(shù)（2）陰極材料對(duì)陰極材料的要求：耐氫氧化鈉、氯化鈉的腐蝕；導(dǎo)電性能好；氫在電極上的過(guò)電位低。低碳鋼立式吸附隔膜電解槽：φ2.6的鐵絲編織成孔眼尺寸3×3鋼絲網(wǎng)打孔的鐵板4/27/202319第19頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期一10.3電解法制燒堿技術(shù)（3）隔膜材料隔膜材料的選擇較強(qiáng)的化學(xué)穩(wěn)定性。良好的滲透率，并防止陰極液與陽(yáng)極液機(jī)械混和。具有較小的電阻。材料成本低，隔膜制造簡(jiǎn)便和易更換。石棉表征隔膜特性的參數(shù)：MacMullin數(shù)：Nm=r/r0；隔膜厚度4/27/202320第20頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期一10.3電解法制燒堿技術(shù)石棉隔膜溫石棉耐堿性和二次加工性能良好化學(xué)成分：3MgO·2SiO2·2H2O改性石棉隔膜“搭橋現(xiàn)象”合成材料隔膜微孔聚四氟乙烯(PTFE)隔膜4/27/202321第21頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期一22第22頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期一5.2.4離子交換膜法電解5.2.4.1電解原理

電解槽的陰極室和陽(yáng)極室用陽(yáng)離子交換膜隔開(kāi)，飽和精制鹽水進(jìn)入陽(yáng)極室，純水加入陰極室。所用離子膜有選擇性，僅允許Na＋透過(guò)，而Cl－不能透過(guò)。通電時(shí)H2O在陰極表面放電生成氫氣，Na＋離子通過(guò)離子膜由陽(yáng)極室遷移到陰極室與OH－結(jié)合成NaOH；Cl－離子則在陽(yáng)極表面放電生成氯氣。經(jīng)電解后的淡鹽水隨氯氣一起離開(kāi)陽(yáng)極室。23第23頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期一離子交換膜結(jié)構(gòu)氯堿工業(yè)離子交換膜是一種耐腐蝕的陽(yáng)離子交換膜。膜內(nèi)有2種離子：固定離子和可交換離子。活性基團(tuán)是有帶負(fù)電荷的固定離子和帶一個(gè)正電荷的對(duì)離子組成，他們之間以離子鍵連接。例如，磺酸型陽(yáng)離子交換膜結(jié)構(gòu)可表示如下：R表示大分子結(jié)構(gòu)。第24頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期一由于磺酸基團(tuán)具有親水性，在溶液中膨脹，使膜體結(jié)構(gòu)變松，形成許多微細(xì)彎曲通道?；钚曰鶊F(tuán)中的對(duì)離子（Na+)可與水中的Na+進(jìn)行交換并透過(guò)膜，與陰極室的OH-生成NaOH。同時(shí)，活性基團(tuán)中固定離子（SO3-）具有排斥Cl-和OH-能力，使他們沒(méi)法通過(guò)膜，可獲得高純度NaOH。第25頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期一4/27/202326第26頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期一離子交換膜的性能離子膜是離子交換法制堿的核心部位，應(yīng)具備以下特性：（1）高化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。電解槽中，離子膜的陰極側(cè)接觸是高溫濃堿，陽(yáng)極側(cè)是高溫酸性鹽水，所以它必須具有良好的耐酸堿性和耐氧化性能，并具有良好的熱穩(wěn)定性。（2）優(yōu)良的電化學(xué)性能。電解過(guò)程中，為降低槽電壓離子膜必須具有較低的膜電位和較大的離子交換容量。陽(yáng)離子選擇透過(guò)性好，具有較好的反滲透能力，以組織OH-的滲透。（3）穩(wěn)定的操作性能。為適應(yīng)生產(chǎn)變化，必須能在較大電流波動(dòng)范圍內(nèi)正常工作，且操作條件變化時(shí)能迅速恢復(fù)其電化學(xué)性能。第27頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（4）較高的機(jī)械強(qiáng)度。具有較好的物理性能，膜薄但不易破，柔韌性好但不易變形。由于要長(zhǎng)時(shí)間在鹽水中工作，要具有較小的膨脹率。離子交換膜的種類根據(jù)離子交換基團(tuán)的不同，可分為以下3種，P132。全氟羧酸膜（Rf—COOH）全氟磺酸膜（Rf—SO3H）全氟磺酸/羧酸復(fù)合膜（Rf—SO3H/Rf—COOH）第28頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期一離子交換基團(tuán)R-SO3HR-COOHR-COOH(厚)/RSO3HR-COOH(薄)/RSO3H交換基團(tuán)酸度pKa親水性含水量電流效率/%電阻化學(xué)穩(wěn)定性陽(yáng)極液的pH值用鹽酸中和OH-氯中含氧陽(yáng)極壽命電流密度<1高高75低很高>2可用<0.5%長(zhǎng)高<2~3低低96高高>3.5不可用>1.5%短低2~3/<1低/高低/高96中高>2可用<1.5%長(zhǎng)高2~3/<1低/高低/高96低高>2可用<0.5%長(zhǎng)高表2-3-5具有各種交換基團(tuán)的離子膜的比較4/27/202329第29頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期一離子膜法電解工藝流程電解工藝方框圖如圖，除了電解過(guò)程外，堿的凈化和提純工藝與純堿過(guò)程大同小異。第30頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期一離子交換膜法電解操作條件控制離子交換膜法是一種先進(jìn)的電解法制燒堿工藝，對(duì)工藝條件提出了較嚴(yán)格的要求。(1)飽和食鹽水的質(zhì)量鹽水中的Ca2+、Mg2+和其它重金屬離子以及陰極室反滲透過(guò)來(lái)的OH－結(jié)合成難溶的氫氧化物會(huì)沉積在膜內(nèi)，使膜電阻增加，槽電壓上升；還會(huì)使膜的性能發(fā)生不可逆惡化而縮短膜的使用壽命。用于離子膜法電解的鹽水純度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于隔膜法和水銀法，須在原來(lái)一次精制的基礎(chǔ)上，再進(jìn)行第二次精制，保證膜的使用壽命和較高的電流效率。第31頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第32頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期一(2)電解槽的操作溫度離子膜在一定的電流密度下，有一個(gè)取得最高電流效率的溫度范圍。表4.12一定電流密度下的最佳操作溫度電流密度/(A/dm3)溫度范圍/℃電流密度/(A/dm3)溫度范圍/℃308590106570207580

操作溫度不能低于65℃。因?yàn)闇囟冗^(guò)低，膜內(nèi)的－COO－離子與Na＋結(jié)合成－COONa后，使離子交換難以進(jìn)行；同時(shí)陰極側(cè)的膜由于得不到水合鈉離子而造成脫水，使膜的微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生不可逆改變，電流效率急劇下降。槽溫也不能太高（92℃以上），否則產(chǎn)生大量水蒸氣而使槽電壓上升。電解槽溫度通?？刂圃?090℃之間。第33頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期一(3)陰極液中NaOH的含量

如圖所示，當(dāng)陰極液中NaOH濃度上升時(shí)，膜的含水率就降低，膜內(nèi)固定離子濃度上升，膜的交換能力增強(qiáng)，電流效率高。但是NaOH濃度過(guò)高，膜中OH－離子反滲透到陽(yáng)極機(jī)會(huì)增多，使電流效率下降。曲線有一最高點(diǎn)，NaOH濃度

35%左右時(shí)，電流效率最高。目前所用離子膜的NaOH含量在32～35%。

圖4.37氫氧化鈉濃度對(duì)電流效率的影響第34頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期一(4)陽(yáng)極液中NaCl的含量。如圖所示，當(dāng)陽(yáng)極液中NaCl濃度太低時(shí)，對(duì)提高電流效率、降低堿中含鹽都不利。主要是陰極室的OH－容易反滲透，陽(yáng)極液中的氯離子易遷移到陰極室。另外，離子膜長(zhǎng)期處于NaOH低濃度下運(yùn)行，還會(huì)使膜膨脹、嚴(yán)重起泡、分離直至永久性破壞。陽(yáng)極液中的NaCl濃度也不宜太高，否則槽電壓上升。生產(chǎn)中一般控制陽(yáng)極液中NaCl濃度約為190～220g/L。第35頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期一36第36頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期一三種氯堿生產(chǎn)電解方法的比較

1975年離子膜法實(shí)現(xiàn)工業(yè)化以來(lái)，它在電能消耗、產(chǎn)品質(zhì)量、建設(shè)費(fèi)用和解決環(huán)境污染等方面顯示出的優(yōu)越性，而成為現(xiàn)代氯堿工業(yè)的發(fā)展方向。第37頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第38頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期一綜合比較，離子交換膜法明顯較隔膜法、水銀法為優(yōu)，所以20世紀(jì)80年代以來(lái)，新建的氯堿廠普遍采用離子交換膜法。一些現(xiàn)有的隔膜法和水銀法氯堿廠技術(shù)比較成熟，設(shè)備相當(dāng)完好，結(jié)合當(dāng)?shù)貤l件充分發(fā)揮現(xiàn)有設(shè)備的經(jīng)濟(jì)效益，仍在美國(guó)和西歐繼續(xù)使用，但不斷進(jìn)行技術(shù)革新，努力減少石棉的污染和水銀的流失，并取得一定得成效。第39頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期一NaCl濃度290~310g/LCa2+、Mg2+總量20~40ppb懸浮物（S.S）≤1ppmSiO2≤15ppmSr2+＜0.1ppm（當(dāng)SiO2＝1ppm時(shí)）＜0.06ppm（當(dāng)SiO2＝5ppm時(shí)）＜0.02ppm（當(dāng)SiO2＝15ppm時(shí)）其它重金屬離子≤0.2ppm2023/4/2740第40頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期一4/27/202341第41頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期一4/27/202342第42頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期一4/27/202343第43頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

三種氯堿生產(chǎn)方法產(chǎn)品質(zhì)量的比較產(chǎn)品組分離子膜法隔膜法水銀法1.燒堿（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）/%NaOH505050Na2C03＜0.040.090.05NaCl＜0.0051.0-1.20.005NaClO3＜0.0010.1＜0.0005Na2SO4＜0.00010.010.0005CaO＜0.00010.001＜0.001A12O3＜0.00010.0005＜0.0005SiO2＜0.0020.02＜0.001Fe2O3＜0.00040.00070.0005重金屬＜0.0010.001<0.0012.氯氣（體積分?jǐn)?shù)）/%Cl2>99.5>9.5~98>99.0O2<0.51~20.1~0.33.氫氣（體積分?jǐn)?shù)）/%H2>99.9>99.9>99.0Cl2<0.05<0.10.0032023/4/2744第44頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期一項(xiàng)目水銀法(金屬陽(yáng)極)隔膜法(改性石棉及擴(kuò)張陽(yáng)極)德山曹達(dá)離子膜法(碳鋼陰極，系TSE-270成果)電流效率/%槽電壓電解能力（交流電）/kw·h/t電動(dòng)機(jī)電力（交流電）/kw·h/t蒸汽（交流電）/kw·h/t電解液NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)總能耗（交流電）/kw·h/t974.503100802545~503205963.45240021065010~113260963.1~3.222009525032~332645表2-3-8三種氯堿生產(chǎn)方法的比較4/27/202345第45頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期一去離子水淡鹽水精鹽水電解槽直流電變電系統(tǒng)Cl2氯處理鹽水循環(huán)鹽水制備與精制H2氫處理堿液循環(huán)堿液處理圖2-4-1氯堿廠主要組成示意圖4/27/202346第46頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期一表2-4-1工業(yè)原鹽質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)等級(jí)優(yōu)級(jí)一級(jí)二級(jí)三級(jí)氯化納/%≥95.5094.0092.0089.00水分/%≤3.304.205.608.00水不溶物/%≤0.200.400.400.502023/4/2747第47頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第四章氯堿生產(chǎn)過(guò)程及工藝流程第48頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期一10.4氯堿生產(chǎn)過(guò)程及工藝流程10.4.1鹽水制備與精制10.4.2電解堿液的蒸發(fā)10.4.3固體燒堿生產(chǎn)10.4.4氯氣、氫氣的處理4/27/202349第49頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期一10.4氯堿生產(chǎn)過(guò)程及工藝流程10.4.1鹽水制備與精制原鹽、海鹽、湖鹽及井礦鹽技術(shù)指標(biāo)10.4.1.2鹽水的精制（1）雜質(zhì)對(duì)電解的影響機(jī)械雜質(zhì)，惡化電解槽的運(yùn)行鈣鹽：Ca2++Na2CO3→CaCO3+2Na+

鎂鹽Mg2++2NaOH→Mg(OH)2+2Na+

SO42-；其它重金屬離子4/27/202350第50頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期一10.4氯堿生產(chǎn)過(guò)程及工藝流程2）鹽水精制原理精制劑：純堿和燒堿；除去Ca2+、Mg2+氯化鋇；控制SO42-的含量CaCl2+Na2CO3→CaCO3↓+2NaClCaSO4+Na2CO3→CaCO3↓+2Na2SO4MgCl2+2NaOH→Mg(OH)2↓+2NaClFeCl3+3NaOH→Fe(OH)3↓+3NaClNa2SO4+BaCl2→BaSO4↓+2NaCl4/27/202351第51頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期一52第52頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期一4.2電解堿液的蒸發(fā)4.2.1電解液蒸發(fā)的目的

NaCl在NaOH水溶液中的溶解度是隨NaOH含量的增加而明顯減少，隨溫度的升高稍有增大。第53頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期一蒸發(fā)除鹽堿液濃縮54第54頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期一溫度壓力55第55頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期一4.3固體燒堿生產(chǎn)從蒸發(fā)工序出來(lái)的堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)不超過(guò)50%，需要進(jìn)一步濃縮去水生產(chǎn)固體燒堿。生產(chǎn)方法有間歇法鍋式蒸煮和連續(xù)法膜式蒸發(fā)兩種。間歇法鍋式蒸煮采用鑄鐵鍋，直接火加熱，熬制固堿。分兩步，首先堿液在預(yù)熱鍋內(nèi)用煙道氣余熱預(yù)熱，溫度130~140℃，第二步在熬堿鍋中蒸發(fā)脫水、熔融和澄清。優(yōu)點(diǎn)：工藝簡(jiǎn)單、成熟缺點(diǎn)：工藝落后，設(shè)備笨重，生產(chǎn)能力小，勞動(dòng)條件差，熱能利用低。第56頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期一連續(xù)法膜式蒸發(fā)根據(jù)薄膜蒸發(fā)器原理，采用升降膜蒸發(fā)器把堿液蒸發(fā)工序送來(lái)的45%的堿液濃縮為熔融堿，冷卻得固體堿。第57頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期一5.2.5.2固堿制造1)連續(xù)式降膜法制固堿熱載體熔鹽加熱系統(tǒng)58第58頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第59頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期一4.4氯氣、氫氣的處理從電解槽出來(lái)的濕氯氣和濕氫氣，溫度約80~90℃，并為水蒸氣所飽和。濕氯氣具有強(qiáng)腐蝕，另外為了便于運(yùn)輸和使用，也需要對(duì)濕氯氣進(jìn)行加工處理。氫氣的純度雖然很高，可達(dá)99%以上，但含有少量的堿霧和大量的水蒸氣，也需要進(jìn)行處理。第60頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期一4.4.1氯氣處理處理過(guò)程主要包括：氯氣冷卻、干燥脫水、凈化和壓縮、輸送等幾部分。泡沫干燥塔流程第61頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期一泡沫干燥塔流程第62頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第63頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期一4.5液氯生產(chǎn)

利用氯氣加壓易液化性質(zhì)，可制取高純氯氣。液化方法（1）高溫高壓：液化溫度常溫，氯氣壓力1.4~1.6MPa（2）中溫中壓法：液化溫度-5℃，氯氣壓力0.3~0.4MPa（3）低溫低壓法：液化溫度＜-20℃，氯氣壓≤0.2MPa中小型氯堿廠采用低溫低壓法，大型氯堿廠采用中壓法。液化效率：氯氣的液化程度，

η液化=液氯量/原料中氯氣的總量工業(yè)上一般控制液化效率在80~85%之間。第64頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期一工藝流程：包括氯氣過(guò)濾凈化、氯氣液化尾氣處理和液氯儲(chǔ)存和包裝。如圖所示。第65頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期一4.7氯堿生產(chǎn)安全主要包括：危險(xiǎn)性，氯氣作為一種有毒氣體，而液體燒堿是一種強(qiáng)堿，均可損傷人體；易爆性，氫氣與空氣和氯氣可形成爆炸性混合氣；腐蝕性，濕氯氣、次氯酸鹽和液堿等均是強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)；用點(diǎn)安全性，電解過(guò)程要使用強(qiáng)大的直流電。第66頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（1）氯氣系統(tǒng)安全措施（2）燒堿生產(chǎn)安全（3）氫氣系統(tǒng)安全（4）供電安全（5）勞動(dòng)衛(wèi)生安全第67頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期一5.2.5產(chǎn)物的分離和精制5.2.5.1電解液的蒸發(fā)濃縮制液堿1)電解液蒸發(fā)原理隔膜法電解液含NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％-12%(120-145kg·m-3)，卻含大量NaCl，要濃縮到30％或42％才成為商品燒堿，也可再熬制成固體燒堿。濃縮過(guò)程中，大部分食鹽因互溶度影響而析出。

蒸發(fā)過(guò)程都是在沸騰狀態(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(guò)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)。應(yīng)當(dāng)指出，在電解液蒸發(fā)的全過(guò)程中，燒堿溶液始終是NaCI的飽和水溶液，隨著燒堿濃度的提高，NaCI不斷地從電解液中結(jié)晶出來(lái)，從而提高了堿液的純度。68第68頁(yè)，共75頁(yè)，2023年，2月20日，星期一5.2.5.3Cl2凈化和液氯生產(chǎn)1)Cl2干燥從電解槽出來(lái)的濕氯氣一般溫度在90℃左右，夾帶同溫飽和水蒸氣、鹽霧進(jìn)入氯氣洗滌塔，以工業(yè)上水直接循環(huán)噴淋洗滌冷卻到40-50℃，再經(jīng)鈦制鼓風(fēng)機(jī)送入氯氣冷卻塔，以8-10℃的冷凍水將氯氣進(jìn)一步冷卻到10-20℃，除霧后進(jìn)入三或四塔串聯(lián)的干燥塔，與98%的濃硫酸逆流接觸除去氯氣中水分，干氯氣經(jīng)除酸霧后含水0.1mg/L，溫