離子膜電解工序培訓教材

重慶天原化工有限公司

離子膜電解工序

培

訓

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重慶天原化工有限公司

二OO六年十月

第一章概述

第一節(jié)電解槽介紹

一、電槽規(guī)格

1類型：BiTAC?-888

2離子膜類型Flemion“8020”（F8020）

3單元槽數(shù)量88

4陽極有效面積3.276m2x88

5陽極DSA@

6陰極活性陰極

7額定電流14.795kA（Max最大.17.8kA）

8額定電流密度4.516kA/m2（Max.5.4kA/m2）

9重量（凈重）：大約22.5噸/槽

10重量（運行重量）：大約39.7噸/槽

11電解槽數(shù)量：4臺

二、結構

BiTAC?-888由一個陽極端框、87個中框和一個陰極端框通過一套拉桿組合而成。在陽

極使和陰極室間裝備88張離子膜，以及特殊的墊片。見如下插圖

BiTAC?槽容易并且能快速裝配和解體，這是因為電解槽部件少，重量較輕。

三、電解槽電回路

4臺套BiTAC?-888型離子膜電解槽和4個獨立的回路。4臺電解槽設計成一個電解槽

回路，按4行布置，通過母排連接到一臺整流變壓器上，該整流變壓器可提供用于電化學反應的

直流電。

來自整流器正極的電流通過電解槽陽極端框、中框和陰極端框回到整流器的負極。

電解槽回路和地面作電氣隔離，避免電流漂移。每臺電解槽安裝在側梁上,單元槽支架和

側梁間用特氟隆制墊片隔離。此外，在側梁上還安裝有4個絕緣墊,確保和大地的絕緣。

在電解槽回路上有88個單元槽，整流器正負極接線端子的直流電額定電位差為280V,來

自整流器正極側的DC（直流）接線端子的電流和大地間的電位差為140V,電流到達下一個單

元槽,與大地的電位差降低，在回路的中性點,電壓為0,然后電位開始遞減，在整流器DC（直流）

接線端子的負極為負140V。回路的中性點可能會漂移，因為每臺單元槽有一個單元電位差。

四、電解槽的特性

在裝置中，離子膜電解槽是關鍵設備，采用CEC（氯工程公司）新型的BiTAC?電解槽。

1、能耗低

2、高電流密度運行

3、原料鹽水添加HC1

4、方便的維護

5、電解槽的耐用材料

6、溢流形式

對于BiTAC?電解槽，在每個中框的上方設置了分離空間,氣體和電解液在其中被分離，以

較低壓力波動的溢流方式從單元室流出。因此，需維持每個單元槽上部空間陽極液和陰極液

的液位，并且離子膜不得暴露在氣相中。

7、流體可視

8、上部電解液的分布均勻

9、防止漏電的措施

BiTAC?采用特殊設計的樹脂制成的分歧管，防止漏電，特氨隆制的原料管較長。單元槽

廠房內電解液總管采用了電腐蝕防護，并作最佳設計。

第二節(jié)生產原理

一、概述

本裝置采用了日本CEC公司的BiTAC?888高電密自然循環(huán)復極式電解槽，界區(qū)包括過

濾鹽水二次精制、電解和脫氯等工序。鹽水的二次精制采用三塔運行工藝，切換和再生由現(xiàn)

場PLC控制盤實行自動控制。電解槽采用的離子膜為日本旭硝子8020磺酸竣酸復合膜，具

有槽電壓低、適應高電流密度運行（達到6.0KA/m2）的特點，電解槽采用了獨特的結構，波紋

狀的陰陽極室，將常見的隔板和導電筋板結合在一起，改善了電解槽內部的循環(huán)，保證了電解

液濃度的均勻。脫氯工序采用了真空脫氯+化學脫氯的工藝，脫氯及氯酸鹽分解所產生的氯

氣進入氯氣總管。

二、基本原理

（-）鹽水二次精制原理

由于過濾鹽水中還含有少量的金屬陽離子如Ca"、Mg”等，會沉積于膜表面或內部，堵

塞離子膜的交換通道，造成槽電壓上升,電流效率下降，因此，必須對過濾鹽水進行二次精制，除

去金屬離子,滿足離子膜電解槽的要求。鹽水的二次精制采用了螯合樹脂吸附的方法,螯合樹

脂結構為苯乙烯一二乙烯基苯共聚物作為母體的氨基磷酸基官能團、亞胺基乙酸、亞胺二乙

酸基、胺基磷酸型等,苯乙烯一二乙烯基苯共聚物作為母體的氨基磷酸基官能團它的堆占比

0.1—0.3g/ml,總容量1.3N/L其化學式為：RCH2NHCH2PChNaz,樹脂中的鈉易被金屬離子特別

是二價陽離子所取代，難易程度順序為Cu2+>Pb2+>Zn2+>Ca2+>Mg2+>Ni2+>Ba2+>

Na+,

2++

例如2RCH2NHCH2PO3Na2+Ca^（RCH2NHCH2PO3）2CaNa2+2Na

螯合樹脂吸附陽離子后可以用鹽酸及燒堿再生,再生方法是將鹽酸用脫鹽水稀釋至4%

后送入樹脂塔再生，達到再生時間后,用脫鹽水沖冼，分析再生合格后，再用5%NaOH再生，目的

是使樹脂轉型，方法與酸相同。其反應方程式如下：

（RCH2NHCH2PO3）2CaNa2+4HC1-2RCH2NHCH2PO3Hi+CaCh+ZNaCl

RCH2NHCH2PO3H2+2NaOH—RCH2NHCH2P03m2+2比0

三塔運行的模式，即二塔串聯(lián)運行，在運行一定時間后，主塔離線進行再生。三塔運行順序

如下：

時間第一塔第二塔再生塔（脫機）

0—24T—1501A---------YT—1501BT—1501C

24—48T—1501B*<\..“y—15016.'T—1501A

48—72T—1501C*<\.,1501A一=>T—1501B

4

72—96T—l501ALT—1501B-?T—1501C

（二）電解基本原理

在一臺離子交換膜電解槽中，超純鹽水發(fā)生下列主要的電化學反應來生成燒堿（NaOH）。

1、在陽極室，氯化鈉在鹽水中離解以離子狀態(tài)存在，反應方程式如下：

NaCl-Na++C「

陽極主要的反應是陰離子cr氧化成氣態(tài)的CL

2dC12+2e

陽極室的陽離子Na+攜帶部分水通過離子交換膜到達陰極室。

2、陰極室中的水被電解，陰極的主要反應是陽離子H+還原生成了產品比,同時生成氫氧根離

子,鈉離子Na+和OH結合生成NaOH。反應方程式如下：

2H2。+2e—氏+2OH

Na++OH->NaOH

3、總的電化學反應方程式為：

2NaCl+2H2。-?2NaOH+Cl2?+H2T

離子膜電解采用了磺酸較酸復合膜，離子交換膜的膜體中有活性基團，由帶負電荷的固定

離子如SOICOO:與一個帶正電荷的對Na+形成靜電健。由于磺酸基團具有親水性,能使離

子膜在溶液中溶脹,膜體結構變松，形成許多細微彎曲的通道，使其活性基團中的對Na+可以

與水溶液中的同電荷的Na+進行交換。同時膜中的活性基團中固定離子具有排斥。一和OH

的特性，從而制成高純度的氫氧化鈉溶液。

在運行期間，陽極液中會有部分cr離子通過離子交換膜滲透到陰極室，生成少量的鹽。通

常情況下，離子膜的電流效率較低,陰極室生成的鹽就會較高。

在電解期間，由于電場的作用從陰極室反遷移到陽極室,電解槽電流效率降低，陽極

和陰極的效率都會降低，直接損失OH、

在循環(huán)NaOH管道中加入脫鹽水，以調節(jié)陰極室的燒堿液濃度。從陽極中放出含有CL

的淡鹽水。從陰極室中放出含有H2的成品燒堿液。用脫鹽水稀釋循環(huán)燒堿液,然后返回進入

陰極室。

由于陰極液OH-濃度升高，電流效率會降低，因此，成品NaOH的濃度是有限度的,根據(jù)采

用的離子膜類型,一般為32?35wt%。

新安裝的離子膜允許攜帶少量OH和C「的Na+通過，但是，隨著離子膜運行時間的增長,

離子膜會出現(xiàn)老化，陰離子通過離子膜泄漏量將增加，引起電流效率下降和陽極液PH升高，見

下列電極反應方程式。

(1)氏0被氧化生成氧氣。

氏0-1/2O2(g)+2H++2e

4、電解過程主要付反應

(1)氯氣不分解

C12(g)-Cl2(aq)Eq.(1)

(2)游離氯在水中離解

+

Cl2(aq)+H2O-HC10(aq)+H+CfEq.⑵

(3)次氯酸的離解

HC10(aq)1C10+H+Eq.(3)

(4)反應式⑵和(3)相加

C12(aq)+H2O-2H++C10-+C1-Eq.⑷

(5)CIO3-的產生

+

2HC10(aq)+0C1-<^C103+2H+2CVEq.(5)

(6)反應式⑷和(5)相加

+

3C12(aq)+3H2O-C1Oj+6H+5CrEq.(6)

(7)H+和陰極室反遷移過來的OH-發(fā)生中和反應

H++OH-H2O

(8)超純鹽水中的碳酸鈉和陽極液中的H+作用，生成鹽和二氧化碳，可能會影響氯氣的純度。

Na2c。3+2HC1->2NaCl+H2O+CO2

NaHCCh+HC1-NaCl+H2O+CO2

在陽極室生成氯氣的電流效率為92.5-97%時,正常的燒堿陰極電流效率為94~97%。在

陰極室生成氫氣的電流效率一般接近100%。

當氯氣和氫氣分別在陽極室和陰極室產生時,Gibbs(吉布斯)自由能轉變?yōu)殡姌O反應,

作用于電極，離子交換膜的分解電壓降如下：

名稱電壓(V)

分解2.25

液體接觸0.06

陽極過電壓0.04

陰極過電壓0.13

離子膜0.33

溶液0.02

氣泡效應+結構0.23

電阻降

總電壓3.06

在4.0kA/m2,90℃,32wt%NaOH

當電解槽新裝配后，上述總電壓顯示的是陽極和陰極接線端子間的電壓。引起電壓降損

失的電壓消耗如下：

(1)陽極活性衰減

(2)陰極活性衰減

(3)陽極表面被超純鹽水中的雜質覆蓋

(4)因為超純鹽水雜質的污染，離子膜電阻增大

(5)產生的氧使電流效率下降

(三)脫氯及氯酸鹽分解基本原理

1、淡鹽水脫氯

本裝置采用真空脫氯加化學處理的工藝。從離子膜電解槽出來的淡鹽水含有游離氯，以

二種形式存在。一部分是溶解氯,其溶解量與淡鹽水的溫度、濃度、溶液上部的氣相分壓有

關。另一部分是陰極室OH?返遷移到陽極室進行副反應消耗的氯，其反應量與返遷移OH濃

度有關，電流效率越低，返遷移的OH越多,生成的CIO-也越多。

在進脫氯塔前加入一定量的鹽酸，利用同離子效應的原理，使平衡向有利于氯氣解析出來

的方向移動,解析出來的氯氣用脫氯真空泵抽出并入氯氣總管，反應方程式為：

+

H2O+Cl2H+cr+HCIO

經過真空脫氯后的淡鹽水仍含有少量的氯氣,這些殘余的氯氣用亞硫酸鈉和少量的堿進

行中和，反應方程式為：

C/2+2NaOH+Na2so3—>2NaCl+Na2SO4+H2O

2、氯酸鹽分解

鹽水在電解過程中會產生氯酸鹽(NaCICh),它是電解生產中不允許的副產物。氯酸鹽產

生的速率受電解槽運行的電流效率影響。

原料鹽水含NaClCh過高對離子膜性能會產生危害。因此，原料鹽水NaCK)3的含量一般

控制在20g/l以下。

裝置中氯酸鹽分解過程按照下列二個反應方程式進行

NaClO3+6HCI-NaCl+3cli+3H2。..(1)

H

NaClO3+2HCI-?NaCl+CIO2+；%+i°…..…(2)

上述反應式中，哪一個優(yōu)先發(fā)生要視運行條件而定，不管怎樣,反應式(1)應優(yōu)先選擇，因

為反應式(2)會產生有危害性的CIO?氣體。有必要依照下列條件減少反應式(2)的產生。

(1)提高反應溫度

(2)提高過量酸濃度

但是,反應式(2)不可能完全避免,也不可能完全分解。

第二章原輔材料規(guī)格

一、原材料規(guī)格

1、主要原材料

(1)名稱：過濾精鹽水(2)相態(tài):液體

(3)主要成分

2

NaCl：300?315g/1SO4-：5?8g/1

NaC103：<2g/1NaOH：0.2?0.3g/1

Na2co3：0.4?0.6g/1Ca+Mg(折Ca)：<1.0mg/1

：

Sr<0.3PPmSiO2：<5PPm

Ba：<0.1PPmI：<0.2PPm

Al：<0.1PPmFe：<0.1PPm

Ni：<0.01PPmMn：<0.01PPm

游離氯：檢不出有機物(asTOC)：<10PPm

ss：<1.0PPm

(4)PH：約，11

(5)給予壓力最大：200kPaG最小：150kPaG

(6)給予溫度：約50℃

二、主要化學品規(guī)格

IN亞硫酸鈉

(1)名稱：亞硫酸鈉

(2)成份(wt%)

Na2so3：>96Fe：<0.005

游離堿(以Na2cO3計)：<0.4透明度(mm)：>50

(3)狀態(tài)：粉狀

(4)給予方式：袋裝

2、燒堿(NaOH)

(1)成份

NaOH：>32%

雜質：離子膜堿級含F(xiàn)e<0.3PPm

(2)給予壓力(kPaG)：200

(3)給予溫度(°C)：環(huán)境溫度

3、高純鹽酸(HC1)

⑴成份

HC1：31wt%Fe3+：<10wtPPm

Ca2++Mg2+:<0.5wtPPm游離氯：<5wtPPm

有機物TOC：檢不出

(2)給予壓力(kPaG)：200

(3)給予溫度(℃)：環(huán)境溫度

三、界區(qū)公用工程

1、蒸氣

(1)壓力(kPaG)最大：350最?。?00

(2)溫度(℃)：飽和

2、一次水給予壓力：300KPaG溫度：常溫

3、電源

AC380V+5/-10%3相50Hz±l%

AC220V+5/-10%1相50Hz±1%

AC35KV+5/-10%3相50Hz±l%

4、空氣

(1)名稱儀表空氣裝置(工藝)空氣

(2)給予壓力(kPaG)

最低：500400

(3)給予溫度(℃)：環(huán)境溫度

(4)設計溫度(℃)：5050

(5)露點(℃)：<-26<-40

(6)污染物油和塵：無無

5、氮氣

(1)給予壓力(kPaG)

正常：300最低：200

(2)給予溫度(°C)：環(huán)境溫度

(3)成分(vol%)N2：>99.5

(4)污染物油和塵含量：無

第三章產品規(guī)格

一、燒堿NaOH

1、產品名稱：燒堿；俗名：火堿、苛性鈉；學名：氫氧化鈉；分子式：NaOH分子量：39.997。

2、氫氧化鈉的物理性質：固體燒堿呈白色,有光澤，可以做成桶堿、片堿和粒堿。隔膜堿因

含有雜質，有時呈蘭紫色。純氫氧化鈉是白色易潮解的固體，能溶于水，溶化時放出高熱,NaOH

水溶液有滑膩感,呈堿性，具有極強的腐蝕性，對皮膚侵蝕力很大。燒堿能溶于酒精、甘油，不溶

于丙酮。固體NaOH熔點318.4℃,占比2.13(20/4℃),沸點1390℃,比熱

1.582kJ/kg.℃(19-100℃)^2.07kJ/kg.℃(熔融態(tài))，溶解熱42.218kJ/mol,生成熱426.32kJ/mol,

熔融熱0.69kJ/mol,汽化熱132.09kJ/mol,

電導率2.12C“m」(320℃)、2.82C」m”(400℃)，粘度Cp4.0(350℃)、2.2(450℃),導

熱系數(shù)3.64kJ/mol.h.℃(400℃)，飽和蒸汽壓0.13kPa(739℃)，相對密度(水=1)2.12,

3、氫氧化鈉的化學性質：氫氧化鈉是強堿,化學性質十分活潑。

3.1氫氧化鈉水溶液呈堿性，能使紫色石蕊變蘭，使無色的酚醐變紅。

3.2能與酸發(fā)生中和反應：

NaOH+HC1=NaCl+H2O

NaOH+CH3COOH=CH3COONa+H2O

3.3能與酸性氧化物反應：

2NaOH+CO2=Na2cO3+H2O

NaOH+CO=NaCOOH加熱時反應)

3.4能與鹽類發(fā)生反應：

2NaOH+MgC12=Mg(OH)2J.+2NaCl

3.5能與非金屬元素發(fā)生反應,如和氯氣反應生成次氯酸鈉和氯化氫氣體，氯化氫氣體可進一

步為氫氧化鈉吸收生成鹽和水：

NaOH+Cl2=NaClO+HCl

NaOH+HC1=NaCl+H2O

3.6與金屬作用：氫氧化鈉水溶液在常溫下能溶解兩性金屬，如和錫、鋅、鋁反應生成鋅酸鈉、

錫酸鈉、鋁酸鈉，同時放出氫氣：

2A1+6NaOH=2Na3AlO3+3H2T

Zn+2NaOH=NazZnCh+H2T

Sn+2NaOH+2H2O=Na2Sn(OH)4](白色)+H2T

在常溫下，氫氧化鈉對銅、鐵的腐蝕性較少，對生鐵則更小,紫銅能被濃堿腐蝕。對銀、銀、

金、伯等無腐蝕性，在高濃度高溫時，對鋼鐵有嚴重的腐蝕作用，濃度越高，腐蝕越強。

3.7氫氧化鈉及其水溶液對纖維和人體皮膚有強烈的刺激和腐蝕作用，會溶解皮膚中的脂肪,

使皮膚糜爛、脫皮，對人眼及皮膚傷害尤為厲害。

3.8與硅化物的作用：氫氧化鈉對含有二氧化硅的玻璃、陶器、瓷器等均有腐蝕作用生成硅

酸鈉：

2NaOH+SiO2=Na2SiO3+H2O

由此可知氫氧化鈉溶液可浸蝕陶瓷、玻璃、石英玻璃等材料制成的容器，因此應用鐵、不銹

鋼、銀等材料制作容器。

3.9與硫作用：氫氧化鈉與硫作用,生成一復雜的混合物(含硫化鈉、過硫化鈉、硫代硫酸鈉

和亞硫酸鈉)。

4、主要成分

NaOH：32-33wt%NaCl：<40wtPPm

NaClOj：<10wtPPmFeaCh：<3wtPPm

Na2cO3:<400wtPPm

二、氯氣(在界區(qū))

(1)主要成分(干基無空氣)

Cl2：>98.5vol%

02：<1.0vol%

H2：<0.03vol%

(2)出界區(qū)

(a)溫度：82-90℃

(b)壓力：約OmmAq(在電解槽處)

三、氫氣(在界區(qū))

(1)主要成分(干基無空氣)

H2：>99.9vol%

濕度：飽和

(2)出界區(qū)

(a)溫度：82~90C

(b)壓力：在電解槽處約為350mm比0

四、回收鹽水

1、脫氯后淡鹽水

(1)主要成分

NaCl：200+10g/1游離氯：檢不出

NaClOj：約5g/1

(2)PH：7~9

(3)出界區(qū)溫度(℃)：70-80

第四章工藝敘述

第一節(jié)生產能力

本系統(tǒng)離子膜燒堿生產能力為：

正常：6萬噸/年（折100%NaOH）

最大：7.2萬噸/年（折100%NaOH）

第二節(jié)年操作時間

本裝置按年工作時間8000小時計

第三節(jié)工藝流程敘述

一、工藝流程方塊示意圖（見附圖）

槽貯槽

31%HC1NaOH鹽酸

氫氣總管

32%堿去片堿工序

二、工藝流程敘述

1、140工序-鹽酸添加工序

為了滿足螯合樹脂吸附工序的需要，來自界區(qū)的過濾精鹽水加入HC1調節(jié)PH,將1#鹽酸

泵輸送來的鹽酸按比例加入純水稀釋至15?20%后，直接加入到過濾精鹽水管道中,31%HC1

通過FT-1401控制，流量大約為0.12n?/h,并和PH計實行串極調節(jié)。經管道混合器充分混合

均勻,經在線PH分析檢測為9后進入過濾精鹽水槽(V-1402),液位控制在?40%以上,然后通

過過濾精鹽水泵(P-1402A/B)輸送至過濾鹽水換熱器(E-1401)將過濾鹽水加熱到大約60℃,

根據(jù)鹽水中游離氯的含量，適量加入Na2s03溶液,控制游離氯的含量為0,然后輸送至螯合樹

脂吸附工序。換熱器低壓蒸汽的調節(jié)閥TV-1413和出口溫度檢測TE-1413實行串極調節(jié)，在

樹脂塔鹽水進口流量FICA-1508低低報和TE-1413高高報時，該閥自動關閉。過濾精鹽水泵

(P-1402A/B)在過濾精鹽水槽(V-1402)液位出現(xiàn)低低報(?13%)時自動停止運轉。

加酸系統(tǒng)：來自界區(qū)的31%HC1進入高純酸貯槽(V-1407)中,液位控制在?64%,酸霧

至酸霧吸收器(V-1505),鹽酸溶液用1#酸泵(P-1408A/B)輸送至各用酸點，如氯酸鹽分解槽

(V-1603)、過濾精鹽水槽進口管、電解槽(R-2001A/C)、超純鹽水槽(V-1501)、淡鹽水槽(V-2001)

等。2#酸泵(P-1409)將鹽酸輸送至再生酸貯槽(V-1504)中，用于樹脂再生。當?shù)}水槽(V-2001)

液位出現(xiàn)低低報(20%)時,2#酸泵(P-1409)自動停止運轉。

2、150工序-螯合樹脂吸附

在螯合樹脂吸附工序中,過濾鹽水經過樹脂層，鹽水中的微量雜質如鈣、鎂被吸附在樹脂

上，鹽水得到精制,鹽水流量通過FICA-1508控制,調節(jié)閥FV-1508和超純鹽水槽(V-1501)液位

實行串極調節(jié)，來自螯合樹脂塔的超純鹽水經樹脂捕集器(F-1501)除去破碎樹脂顆粒，來自

1#酸泵(P-1408A/B)的31%HC1(約0.02m3/h)按比例加入脫水稀釋至15?20%后,加入到

過濾精鹽水管道中調節(jié)PH至5后進入超純鹽水槽(V-1501),PH為在線檢測。液位控制在?

85%,并且液位和鹽水流量調節(jié)閥FV-1508實行串極調節(jié),。

用超純鹽水泵(P-1501A/B)將超純鹽水送至電解槽,流量根據(jù)電解槽的反饋信號，通過

FICA-2002-1?4控制。

在樹脂塔切換到流程前,用超純鹽水進行置換，流量通過流量計FG-1505控制，置換的鹽

水和超純鹽水作為回收鹽水送至過濾鹽水槽(V-1402)。

螯合樹脂再生廢水的處理：來自樹脂再生的廢水含有很強的酸性或堿性,通常流入再生

廢水地坑(V-1502)中，與來自酸霧吸收器(V-1505)的廢水混合后用再生廢水泵(P-1502)輸送

至廢水處理工序,通過液位開關LS-1504控制廢水泵的運行(手動或自動)，從而控制地坑的

液位在8?84%。

脫鹽水輸送系統(tǒng)：來自脫鹽水站的純水進入脫鹽水槽V-1506中，控制液位在60%,用1#

脫鹽水泵(P-1504)輸送至樹脂塔(再生)和電解槽(清洗)，用2#脫鹽水泵(P-1505A/B)

輸送至脫鹽水總管，供各使用單元。

3、淡鹽水脫氯和氯酸鹽分解

3.1淡鹽水脫氯

為了去除游離氯，在進入脫氯和除氯酸鹽系統(tǒng)前，加入稀鹽酸酸化來自電解槽

(R-2001A/C)的淡鹽水，調節(jié)淡鹽水PH值在2以下后，進入淡鹽水槽(V-2001)中,控制液

位在60%。液位和淡鹽水泵(P-2001A/B)出口液位調節(jié)閥LV-2003、電解槽超純鹽水進口

流量調節(jié)閥FV-2002?01/04實行串極調節(jié)，用淡鹽水泵(P-2001A/B)將淡鹽水送出，機泵和液

位開關LS-2003實行串極調節(jié)，當?shù)}水槽(V-2001)液位低低報時(約17%),機泵自動停

止運轉。淡鹽水一部分去氯酸鹽分解槽(V-1603)除去淡鹽水中的C1O3一后進入氯水槽(V-1605),

一部分去脫氯塔(T-1601)去除淡鹽水中的游離氯。還有一部分淡鹽水經流量調節(jié)閥FV-2015

調節(jié)流量后，返回到電解槽進口管中，調節(jié)進槽鹽水濃度，提高鹽水中的游離氯,使部分鈦材表

面形成氧化膜。脫氯工序的反應原理見如下化學反應方程式。

C/2+“2。=HCIO+HCI

在酸性鹽水中，通過脫氯塔(T-1601)處理，可以除去大部分的游離氯，在T-1601的出口，鹽

水中的游離氯含量約為10-30mg/L在脫氯塔(T-1601)中，通過真空泵(P-1601A/B)控制真空度

為270torr,并與真空調節(jié)閥PV-1601實行串極調節(jié)，從淡鹽水中分解游離氯與氯氣的分壓相平

衡。從脫氯塔(T-1601)出來的氯氣經氯氣冷凝器(E-1601)除去部分水分后，用真空泵輸送至

氯氣總管，冷凝產生的氯水回流到氯水槽(V-1605)中。經過真空脫氯后的淡鹽水需進行化

學脫氯，在送出界區(qū)的脫氯淡鹽水泵(P-1602A/B)進口管道中加入32%NaOH和10%亞硫

酸鈉(Na2so3)溶液,除去余氯后出界區(qū)?；瘜W反應方程式如下：

HCIO+NaOH<-NaClO+H2O

NaClO+Na2so3—>NaCl+Na2SO4

脫氯后的淡鹽水用脫氯淡鹽水泵(P-1602A/B)送出界區(qū)。

脫氯塔(T-1601)的液位通過液位控制系統(tǒng)LICA-1603控制,保持其液位在60%。

通過PH計AICA-1602控制32%NaOH的加入，使PH保持穩(wěn)定，流量調節(jié)閥與機泵實行

聯(lián)鎖。加入10%Na2sCh溶液后，用ORP計A1A-1604可以監(jiān)測鹽水中的游離氯。

3.2氯酸鹽分解

淡鹽水通過淡鹽水泵(P-2001A/B),在加入31%HC1溶液后輸送至NaC103分解槽

(V-1603),31%HC1的加入量依照淡鹽水的流量控制,NaCICh分解后的過量酸濃度高于30g/l。

在NaC103分解槽(V-1603)通入蒸汽和裝置空氣使淡鹽水充分鼓動，然后靠重力作用,分解后

的淡鹽水進入氯水槽(V-1605)中。

來自NaCICh分解槽(V-1603)的尾氣輸送至氯氣廢氣處理工序。

4、電解工序

U)陽極系統(tǒng)

來自超純鹽水槽(V-1501)的超純鹽水加酸后輸送到各電解槽中，然后分布到各陽極室分

解成氯氣和鈉離子。每臺電解槽的原料鹽水管道上設置一個流量控制器(FIC-2002-01/04),控

制超純鹽水的流量。

從每個陽極室出來的淡鹽水和濕氯氣兩相，進入安裝在每個電解槽上的集液分離裝置，在

此實現(xiàn)淡鹽水和氯氣分離。

從分離器出來的淡鹽水通過支管和總管,靠靜壓力進入陽極液循環(huán)槽(V-2001)中，同時

通過分歧管和氯氣總管將氯氣輸出至氯氣冷卻和鼓風機系統(tǒng)。

在來自電解槽的淡鹽水中加入鹽酸，加入量經一個HC1流量控制器(FICA-2005)調節(jié)到淡

鹽水的PH為2。在陽極液收集系統(tǒng)設置一個PH計（AIA-2005）監(jiān)控淡鹽水的PH。

來自陽極液收集系統(tǒng)的部分淡鹽水經淡鹽水泵（P-2001A/B）被輸送到脫氯和氯酸鹽分

解工序，淡鹽水槽（V-2001）液位通過液位控制器（LICA-2003）控制,另一部分返回到電解，與新

鮮的超純鹽水混合后進入電解槽。

為了保持電解槽的壓差穩(wěn)定，在氯氣總管上設置了二個氯氣液封（V-2003A/B）,

（V-2003A）液封高度為80mm，當氯氣壓力過高時（大于80mm）沖破液封氯氣泄壓到廢氯

氣管，排至吸收工序。（V-2003B）液封高度為120mmH2O,當氯氣負壓過高時.（大于120mm氏0）,

外部空氣進入維持壓力在正常水平。

在裝置停車期間，向陽極充入脫鹽水進行稀釋,防止鹽結晶。開車時，按離子膜要求調節(jié)陽

極液濃度。

（2）陰極系統(tǒng)

來自電解槽的32%NaOH靠靜壓作用進入循環(huán)堿槽（V-2002）中，通過液位控制系統(tǒng)

LT-2010和LV-2010控制液位在?72%,然后用循環(huán)堿泵（P-2002A/B）送出，一部分加入脫鹽

水的循環(huán)稀堿液通過燒堿換熱器（E-2001）進行冷卻，返回到各電解槽的分支管，再進入每個

陰極室，在此產生的陰極電極反應將水分解成H2和OH,循環(huán)量由安裝在每個電解槽上的流量

控制器（FICA-2008-01/04）控制,脫鹽水的加入由流量調節(jié)閥FV-2006控制，并與整流器實行聯(lián)

鎖。一部分直接送至片堿工序，余下部分作為成品堿經成品堿冷卻器（E-2002）冷卻到?45℃

后送出界區(qū)。

從每個陰極室出來的堿液和H2兩相，進入安裝在每個電解槽上的集液分離裝置,在此實

現(xiàn)堿液和氫氣分離。

從分離器出來的堿液通過支管和總管,靠靜壓力進入陰極液循環(huán)槽（V-2002）中,同時氫

氣通過支管和總管被送至出處理工序。

燒堿換熱器（E-2001）對循環(huán)堿液進行加熱或冷卻，通過溫度控制器（TICA-2007）保持電

解槽溫度在85?90℃。開車時換熱器對電解槽的電解液進行加熱，使其在電壓不過高的前提

下達到最大電流負荷。

通過一個堿密度計（AIA-2006）監(jiān)控來自電解槽的循環(huán)堿濃度，正常情況下維持在大約

32%,是離子膜性能的最佳濃度,通過一個流量控制器（FICA-2006）調節(jié)循環(huán)堿液的脫鹽水加

入量，樣品流回循環(huán)堿槽（V-2002）,

為平衡氫氣壓力和開停車充氮氣，在氫氣總管上設置了氫氣防空槽（V-2004），液封高度

為500mm。

第五章儀表和控制系統(tǒng)

一、超純鹽水

1、流量控制

在單槽超純鹽水進口管道上設置一個帶高低報的流量控制系統(tǒng)（FICA-2002-1/4）,在各種

電流條件下保持鹽水流量為恒定值。

2、流量顯示

若超純鹽水的給予意外打亂，繼續(xù)電解后的電解液氯化鈉濃度會降低，最后低于離子膜所

允許的極限條件，將導致離子膜的損壞。

為了避免鹽水流量故障引起的損壞，流量顯示器在低流量時給出一個報警,DCS聯(lián)鎖開關

在流量低低報時關閉對應的整流器，整流器開關延時180秒關閉。

3、管道接地

在每臺槽原料鹽水管道上設置Ti+DSA制(MA-2001-A/D犧牲電極)的接地，防止金屬材

料的電腐蝕，避免因為電位差引起雜散電流，使鹽水流量控制系統(tǒng)出現(xiàn)顯示錯誤。

4、鹽水稀釋

在每個回路脫鹽水管道上設置一個就地流量計(FG-2004-1/4),檢查流量，稀釋陽極液，以

維持電解槽當時的運行條件。(以及在電槽維護時，稀釋陽極液)

二、循環(huán)鹽水

1、流量控制

返回鹽水設置了一個帶顯示的流量控制系統(tǒng)(FICA-2015),并提供低報警。

2、流體回流保護

在循環(huán)鹽水管道上的機泵出口處，設置止回閥，防止流體回流，以及在電解液排放時導致

機泵故障。為了防止流體回流和排放時損壞止回閥，在P-2001A/B都停止運轉時,DCS將聯(lián)

鎖流量控制閥(FV-2015)故障關閉。

3、混合器

為了使返回鹽水和超純鹽水更好地混合，在單槽原料鹽水管道上設置靜態(tài)管道混合器

(MS-2001A/D)o

三、單槽原料堿液

1、流量控制

在單槽原料堿液管道上設置一個帶高報和低報的流量控制系統(tǒng)(FICA-2008-1/4),保持堿

液流量為恒定。

2、流量顯示

單槽原料堿液的給予若出現(xiàn)意外情況，不良的堿液分配會使原料給予不平衡，超過規(guī)定允

許界限的過低或過高的堿濃度最終都會導致離子膜損壞。為了避免離子膜損壞，流量顯示器

在流量低低報時給出一個報警,DCS聯(lián)鎖開關在流量低低報時關閉整流器。整流器延時300

秒關閉。

成品堿流量用一個流量集成器(FRQ-2012)進行監(jiān)控和累計.當循環(huán)燒堿液槽(V-2002)液

位為高高或P-2002A/B都停止運轉時,DCS將聯(lián)鎖流量控制閥故障關閉。

3、管道接地

在每臺電解槽原料燒堿液管道和返回燒堿液總管上設置了保制的管道接地裝置

(MA-2002A/D,2004A/D犧牲電極)，保護金屬材料免受電化學腐蝕，避免因為電位差引起電流

漂移,使單槽原料燒堿液流量控制系統(tǒng)出現(xiàn)顯示錯誤。

4、溫度控制

通過燒堿液換熱器(E-2001)冷卻或加熱燒堿液，控制電解槽溫度。通過溫度控制系統(tǒng)

(TICA-2007),TV-2007進行加熱或冷卻操作。

在高溫和低溫時，一個溫度顯示器(TICA-2007)給出報警，以監(jiān)控出現(xiàn)的異常運行狀況。

當所有的整流器停止或原料燒堿液流量為低低時,DCS聯(lián)鎖關閉TV-2007。

5、溫度顯不器

在每臺電解槽陰極液出口上設置一個帶高報的溫度顯示器(TIA-2009-1/4),用于監(jiān)控電解

槽溫度。

6、燒堿液濃度控制

加入到返回堿液的脫鹽水流量用流量控制系統(tǒng)(FICA-2006)控制,確保電解槽出口的堿液

濃度大約為32wt%。在高流量和低流量時，提供一個報警，以監(jiān)測異常運行狀況。如果所有整

流器停止運行,DCS聯(lián)鎖關閉流量控制閥(FV2006)。

7、液位控制

用帶高位和低位報警的液位控制系統(tǒng)(LICA-2010)控制循環(huán)燒堿液槽液位。

LICA-2010在低低位時,DCS聯(lián)鎖將停止燒堿液循環(huán)泵(P-2002A/B),保護機泵不受機械損傷。

在高高位時,DCS聯(lián)鎖將關閉返回堿液流量控制閥(FV2008),如果液位恢復，則聯(lián)鎖將自動恢

復原料液閥開啟。

8、燒堿液循環(huán)泵

對于燒堿液的循環(huán)，配備一臺備用泵，一旦主機故障,手動啟動備機。兩臺泵都停止時,DCS

將聯(lián)鎖故障關閉TV-2007,停止蒸汽的提供。

9、燒堿液密度

用帶高低報警的密度計(AIA-2006),檢測成品堿液濃度，用于監(jiān)測異常運行條件。

10、流體回流保護

在循環(huán)堿液管道上機泵出口，設置止回閥，防止流體回流，以及在陰極液排放時導致機泵

故障。為了防止流體回流和排放時損壞止回閥，在P-2002A/B都停止運轉時,DCS將聯(lián)鎖流

量控制閥FV-2008-1/4故障關閉。

四、淡鹽水

1、液位控制

通過帶高低液位報警的控制系統(tǒng)(LICA-2003),維持陽極液循環(huán)槽(V2001)的液位。當

LS-2003高高報時,DCS將關閉流量控制閥(FV-2002-1/4),防止陽極液循環(huán)槽液位在高高時溢

流。

如果液位恢復正常，原料液閥門的聯(lián)鎖將自動恢復。

在LICA-2003液位低低報時,DCS聯(lián)鎖將停止淡鹽水泵(P-2001A/B),防止機泵的機械損

傷。

2、淡鹽水泵

對于淡鹽水的循環(huán)，配備一臺備用泵,一旦主機故障，手動啟動備機。

3、淡鹽水PH值

在HC1添加管道上，設置一個帶高低報警的流量控制系統(tǒng)(FICA-2005),維持HC1流量為

恒定值。當所有整流器停止時,DCS將聯(lián)鎖故障關閉流量控制閥。

用帶高低報警的PH檢測儀測定淡鹽水PH,監(jiān)測異常運行狀態(tài)。

4、管道接地

在每臺槽淡鹽水管道上設置Ti+DSA制的接地裝置(MA-2003A/D犧牲電極)，防止金屬材

料的電腐蝕，避免因為電位差引起雜散電流，使鹽水流量控制系統(tǒng)出現(xiàn)顯示錯誤。

五、氯氣和氫氣

調節(jié)C12和H2的壓力，可以防止離子膜的機械損傷，延長離子膜的使用壽命，提高離子膜

性能。下面敘述了C12和H2保護和控制系統(tǒng)，使壓力波動最小。避免壓力過高。維持電解槽

Cl2和H2的運行壓力，分別控制氣相總管的壓力低于±OmmWC和+350minWC。

1、氯氣壓力

通過一個帶高低報警的Cl2總管的壓力控制系統(tǒng)(PLA-2001A)監(jiān)測C12壓力，設定值為

-5mmWCo

如果在Ch總管上設定的CL壓力值出現(xiàn)高高報警,DCS聯(lián)鎖停止所有的整流器。

2、氫氣壓力

通過帶高低報警的比總管壓差控制控制系統(tǒng)(PdICA-2002)監(jiān)測C12和比壓差，設定值為

+350mmWC,維持CL和H2總管間穩(wěn)定的壓差。如果壓差達到設定值的高高報警或低低報

警,DCS聯(lián)鎖停止所有的整流器，因為壓差異?？赡軙斐呻x子膜的機械損傷,或性能衰減。壓

力開關延時1秒動作，消除瞬時壓力波動的影響。

設置一個帶壓力高低報警的壓力顯示器(PIA-2001B),監(jiān)控比總管的壓力。

3、氯氣正壓波動

設置的1#氯氣密封槽(V-2003A)用于排放任何情況下氣相出現(xiàn)的過高正壓，密封水深度

維持在80mmH2O,,

4、氯氣負壓波動

設置的2#氯氣密封槽(V-2003B)用于消除氣相出現(xiàn)的過高負壓，密封水深度維持在120

mmH2Oo

5、氫氣放空槽

設置的氫氣放空槽(V-2004)用于排放任何情況下氣相出現(xiàn)的過高正壓，密封水深度維持

在500mm出0。

開車期間，手動打開閥門用于防止氫氣燃燒而加入的氮氣，通過氫氣排放槽排放至大氣

中。

一旦正常運行期間，氫氣出現(xiàn)燃燒,手動完全開啟隔斷閥，并通入蒸汽，使火焰窒息。

六、流出物

電解工序的流出物連接至地坑，并用泵輸送至廢水處理裝置。

七、電解槽電壓

通過設置的帶高報警的電解槽電壓監(jiān)控器(EIA-2001-1/4)監(jiān)測電解槽電壓,以及時觀察電

解槽出現(xiàn)的異常狀況。

當電解槽電壓出現(xiàn)高高報警時,DCS聯(lián)鎖停止整流器。

第六章操作手冊

第一節(jié)運行條件和監(jiān)控/分析頻次

控制指標監(jiān)控/分析頻

參數(shù)設備位置分析手冊

標準最大.最小次

1.電解槽

1）主負荷整流器I4.8kA17.76kA4.91kA1次/4小時

2）總回路整流器265v300V-1次/4小時

EIA-2001-01/

3）電解槽電壓2.98v3.37V2.64V連續(xù)

04-01/02

EIA-2001-01/

4）電解槽電壓2.98v3.37V2.64V連續(xù)

06-03/15

2.超純鹽水

2.1總管超純鹽水

1）成分

NaCl在p-1501A/B300?310g/l*l310g/l*l280g/l*l1/班

在?—

SO4p-1501A/B<58g/l*l8g/l*l1/天

—

NaC103在p-1501A/B<2g/l*l2g/l*l1/天

Ca+Mg(asCa)在p-1501A/B<0.02ppm0.02ppm—1/班

Sr在p-1501A/B<0,05ppm0.05ppm—1/周

Ba在p-1501A/B<0.1ppm0.1ppm—1/周

在——

SiO2p-1501A/B<5ppm5ppm1/周

Al在p-1501A/B<0.1ppm0.1ppm—1凋

Fe在p-1501A/B<0.1ppm0.1ppm—1倜

I在p-1501A/B<0.2ppm0.2ppm—1/周

Ni在p-1501A/B<0.01ppm0.01ppm—1倜

Mn在p-1501A/B<0.01ppm0.01ppm—1/月

SS在p-1501A/B<lppmIppm—1/月

TOC在p-1501A/B<10ppmlOppm——1/月

AV-Ch在p-1501A/B檢不出——1/天

PH在p-1501A/B4?99——1/天

16.4m3/h(at14.8

2）流量FICA-2002-1/4——1/4小時

kA,310g/l)

3）溫度在P-1501A/B60±5℃——1/班

3.淡鹽水（陽極液）

3.1淡鹽水

1）成分

NaCl在P-2001A/B190-210g/l*l210g/l*l180g/l*l1/8小時

在——

NaC103P-2001A/B<3g/l*l5gpl*l1/8小時

PH在P-2001A/B2pH2.5pH1.5pH

AV-C12在P-2001A/B0.3?3g/l3g/l—1/8小時

Ni在P-2001A/B————在開車時

2）液位LICA-2003

LG-2001

3.2每臺電解槽

1）成分

NaCl在分歧管190-210g/l*l210g/l*l180g/l*l1/天

——

NaC103在分歧管<3g/l*l5g/l*l1/天

PH在分歧管4±lpH7pH2pH1/天

有效CL在分歧管1?3g/13g/l—1/天

等量分布，均勻溢流

溢流在陽極液出口1/4小時

顏色：黃色,無轉變成蒼白色現(xiàn)象

4.單槽原料堿液

4.1總管單槽原料堿液

19.5m3/h