8.第十章---烧碱解析

一、烧碱产品的品种和规格二、烧碱的生产方法和流程方框图三、食盐水的制备与精制四、隔膜电解工艺五、离子膜电解工艺六、产物的分离和精制第十章烧碱一、烧碱产品的品种与规格烧碱产品品种液碱固碱30%液碱50%液碱30%液碱规格（离子膜法生产P412）50%液碱规格（隔膜法生产P413）固体烧碱产品规格（见P413）烧碱生产方法苛化法：即用石灰乳苛化10%~20%的纯碱溶液电解法隔膜法离子膜法二、烧碱的生产方法和总流程方框图22232322222)(ClHNaOHOHNaClCaCONaOHOHCaCONa直流电水银法1.隔膜法生产流程示意方框图电解交流电整流化盐精制直流电食盐精盐水泠却泠却蒸发析盐洗涤干燥氢气氯气液碱固碱固碱加工烧碱纯碱氯化钡盐11-12%NaOH二、烧碱的生产方法和总流程方框图2.离子膜法生产流程示意方框图整流交流电食盐二次精制一次精制重饱和脱氯塔蒸发离子膜电解槽预热循环泠却液碱去离子水阳极槽液阴极槽液去氢气加工工序去氯气加工工序固碱加工固碱32%NaOH三、食盐水的制备与精制研究的问题:1.粗盐水的制备方法有哪些？2.食盐水为什么需要精制?精制要达到什么要求？3.精制方法有哪些?4.工艺流程如何?三、食盐水的制备与精制粗盐水的制备方法原盐：固体食盐(如海盐)地下盐卤：其方法是凿井达地下岩盐层，灌入淡水使成饱和或接近饱和，引出地面其它卤水精制的目的：除钙、镁、硫酸根精制方法一次精制：纯碱-烧碱-氯化钡等法二次精制：炭素过滤-超过滤（如螯合树脂）三、食盐水的制备与精制钙、镁、硫酸根杂质的有害性223322243232242244(22()2224222242CaNaCOCaCONaMgNaOHMgOHNaSOSOOeSOHOHSOHSOHSO阴极室，少量）（阴极室）这些沉淀使隔膜堵塞放出的氧使阳极氧化，更加速了电极的腐蚀。三、食盐水的制备与精制盐水精制反应223322242422()22CaNaCOCaCONaMgNaOHMgOHNaSOBaClBaSOCl三、食盐水的制备与精制隔膜法生产时控制精盐水的质量指标33242263155810:7.5~8.2(3~5)NaClkgmNaSOkgmCaMgpH-6或悬浮物10三、食盐水的制备与精制离子膜法生产时控制精盐水的质量指标33242263154210:7.5~8.2(3~5)NaClkgmNaSOkgmCaMgpH-6或悬浮物10-81.一次精制隔膜法盐水精制工艺流程化盐桶澄清桶反应槽混合槽砂滤器pH调节槽进料精盐水槽原盐纯碱烧碱氯化钡助沉剂盐酸泥浆去下道工序隔膜法盐水精制工艺流程2.二次精制用亚硫酸钠除去次氯酸钠过滤（一般采用碳素管过滤器）目的是去除悬浮物，使之对树脂吸附不产生不良影响调节pH和树脂吸附其目的是钙镁离子含量降到至20μg/L以下。二次精制亚硫酸钠添加流程简图碳素管过滤器流程流程:生产盐水→盐水罐→预涂罐→泵→碳素过滤器→去过滤盐水槽调节pH和树脂吸附流程四、隔膜法电解工艺（一）电解的基本原理解决的问题：电解生产的实际产量与需消耗电能的关系（二）隔膜法电解工艺原理（三）隔膜法电解工艺流程(四）隔膜电解槽（五）隔膜法电解工艺参数四、隔膜法电解工艺（一）电解的基本原理实际产量与消耗电能的关系%97~%95流效率一般为在现代氯碱工厂中，电电量际产量可求出需消耗的根据上述关系式，由实法拉第常数物质的化合价物质的摩尔质量电化当量消耗电量电化当量理论产量电流效率理论产量实际产量超电位差标准电位差理论分解电压左右压效率在（通常隔膜电解槽的电电压效率理论分解电压槽电压般为隔膜电解槽的槽电压一槽电压消耗电量消耗电能)%608.3~2.3四、隔膜法电解工艺（一）电解的基本原理“电化当量”产生1克当量的任何物质都需要1法拉第电量即96500库仑或26.8Ah所以，电解食盐水时，H2电化当量为0.0376gCl2为1.323gNaOH为1.492g槽电压0101::::::MpnmMpnmVVVIRIMVVVIRIR槽电压；理论分解电压；隔膜电压降；阳极过电压；阴极过电压；溶液欧姆电压降；：金属导体电压降。（二）隔膜法电解原理四、隔膜法电解工艺（二）隔膜法电解原理四、隔膜法电解工艺电极材料阳极阴极：铁，用铁丝编成的网袋或用铁板冲孔焊成石墨：易损耗，被淘汰金属阳极：基体+涂层即以钛为基体，最常用的是钌-钛涂层和钌-铱涂层电极材料（二）隔膜法电解原理四、隔膜法电解工艺隔膜材料石棉隔膜：将石棉纤维制成石棉浆利用真空吸附的方法将石棉浆中纤维吸附在阴极铁丝网上即为石棉隔膜，现已被淘汰。改良石棉隔膜：即在石棉浆中加入SM-2改性剂（复合纤维），被广泛采用。隔膜合成材料隔膜：如氟塑料隔膜盐水-H2换热器电液贮槽高位槽盐水预热器电解槽Cl2去处理工序H2去处理工序H2精盐水去蒸发工序蒸汽碱液泠凝水(三)隔膜法电解工艺流程(三)隔膜法电解工艺流程(四)金属阳极隔膜电解槽结构示意图阳极组件:由阳极片和底座组成阴极组件:由阴极箱体(铁)、阴极网袋和阴极铜板（阴极导体）组成槽盖隔膜电解槽示意图槽盖阴极箱五、离子交换膜电解工艺1.离子交换膜电解原理五、离子交换膜电解工艺1.离子交换膜制碱原理2.离子交换膜电解工艺流程2.离子交换膜电解工艺流程3.日本旭硝子公司AZEC-F2单极离子膜电解槽单极槽:每个单元槽的电路是并联的，电压相等；复极槽则相反。日本旭硝子公司AZEC-F2型单元槽结构阳极是由阳极框及焊在两侧的一对阳极网构成。阳极框是钛钯材，阳极网为2mm厚钛扩张网，活性涂层为钙钛铱等四元涂层。阴极框为SUS310S不锈钢材,网材为1mm镀镍铜板，活性层Ra—Ni五、离子膜电解工艺4.离子交换膜电解槽的主要参数：金属导体电压降。溶液欧姆电压降；阴极过电压；阳极过电压；离子膜电压降理论分解电压；槽电压；mnpMmnpMIRIRVVVIMIRVVV::::::1010槽电压五、离子膜电解工艺4.离子交换膜电解槽的主要参数电解电耗AhgNaOHVVNaOHtKWhWVW/,492.1,%:;,:);(/,:492.11000的电化学反应常数为电流效率槽电压直流电耗六、产物的分离与精制（一）浓缩制液碱１、三效顺流生产４２％液碱２、三效逆流生产５０％液碱（二）降膜法制固碱（三）氯气净化与液氯生产（四）氢气精制三效顺流蒸发工艺流程图五、产物的分离与精制（一）浓缩制液碱１、三效顺流生产４２％液碱三效顺流蒸发工艺流程图Ⅰ效蒸发器Ⅱ效蒸发器Ⅲ效蒸发器1#旋液分离器2#旋液分离器离心机大气泠凝器水喷器1#螺旋预热器2#螺旋预热器碱液自电解工序第Ⅰ效（二次）蒸汽第Ⅱ效二次蒸汽泠凝水泠凝水泠凝水去浓碱槽结晶盐去盐水工序生蒸汽去锅炉房不凝气泠却水上水下水精卤水热水罐泵去盐水工序第Ⅲ效二次蒸汽三效逆流强制循环蒸发流程图Ⅰ效蒸发器Ⅰ效预热器高位槽旋液分离器Ⅱ效蒸发器Ⅲ效蒸发器离心机加料槽Ⅱ效预热器大气泠凝器水喷器闪蒸器闪蒸旋液分离器高位槽碱液泠却器碱液泠却器贮槽生蒸汽二次蒸汽二次蒸汽不凝气电解液50%NaOH成品泠却水泠却水二次蒸汽三效逆流强制循环蒸发流程图双效并流蒸发流程双效降膜蒸发生产片碱流程降膜法连续生产固碱流程碱液贮槽碱液泵预热蒸发器中间贮槽碱分离器降膜蒸发器溶盐贮槽管式炉碱液高位槽中间碱液泵熔盐泵空气预热器烟囱碱液自电解工序二次蒸汽接水喷射器熔盐液泠水凝成品碱包装空气预热蒸发器下部是管式换热器，上部是蒸发室二次蒸汽走管隙，碱液走管内降摸蒸发器的单部件由管子和管外套组成，碱液自上而下走管子；熔盐走外套，再经碱分离保温夹套热载体是熔融盐，其组成：KNO353%,NaNO240%,NaNO37%降膜法连续生产固碱流程氯气处理工艺流程泠却塔第一干燥塔脱氯塔第二干燥塔第三干燥塔中间槽泵中间槽中间槽泵泵高位槽泠却槽废水罐废酸槽泵压缩机分离器泠却塔捕集器泠却槽湿CL2来自电解工序泠却水95%浓硫酸蒸汽下水干氯废硫酸送仓库水水水下水废水氢气处理工艺流程水封槽氢气泠却塔水分离器氢气干燥塔氢气干燥塔H2分配台压缩机阻火器干燥H2去各用户排入下水道下水上水泠却水湿H2来自电解工序从电解工序出来的的氢含H2＞98%、少量的空气、碱和大量的水蒸气干燥塔内填充块状固碱，用来吸收水分安全措施：水封槽和阻火器。如压力突升高和电解工序发生爆炸第十章复习思考题1.电解制烧碱的方法有哪些?并分别画出它们的流程方框图。2.电解制烧碱的食盐水为什么需要精制？其精制的原理和流程如何？3.隔膜电解的电极材料有哪些？4.隔膜电解槽的部件有哪些？5.简述离子膜电解的原理和流程。6.分别画出50%烧碱和固碱的生产流程，并简述之。7.分别简述电解氢气和氯气的处理流程。