【正文】 , the ion exchange resin membrane used in ionic membrane caustic soda unit all rely on imports, 10000 t/a ionic membrane device needs to be 100 m2, at present our country about 56000 m2 ion exchange resin membrane, only for film fee is 340 million yuan, high purchase film fees increase the cost of ionic membrane caustic soda production, caustic soda production 1 t an increase of 100 yuan. Compared with the developed countries, the production method of ionic membrane law continuous operation time is short, the problem of high energy consumption, in view of this, according to the caustic soda consumption level and the current situation of chloralkali production plant, metal anode diaphragm electrolyser and ionic membrane electrolyser will coexist in China for a long time. Although alkali ionic membrane law technology developing rapidly, but the diaphragm alkali technology legal system still need longer time to quit the historical stage. Diaphragm electrolysis alkali legal system the biggest advantage is less investment, short construction period, quick effect, management is relatively easy, mature technology。 20世紀 80 年代初期，隔膜電解法在世界氯堿工業(yè)總的生產(chǎn)能力中約占 55％ ,由于經(jīng)濟原因 ,采用此法的大多數(shù)氯堿廠經(jīng)過技術改造 ,仍將繼續(xù)生產(chǎn) ,近年來我國的氯堿行業(yè)發(fā)展前景較好，主要表現(xiàn)為 : 燒堿，聚氯乙烯主要氯堿產(chǎn) 品產(chǎn)量保持較高速度的增長 。 水銀法和隔膜法主要不同之處．水銀法可制得氯化鈉含量極低的高純度、高濃度的氫氧化鈉溶液．水銀法的電解槽中以汞為陰極，石墨或金屬為陽極．解汞槽中以鈉汞齊為陽極，石墨為陰極，在堿液中陰陽兩極相互接觸，組成短路電池以加速汞齊分解．這時鈉汞齊中的金屬鈉作為陽極而溶解，水則在石墨陰極表 面還原而析出氫．解汞反應中釋放出來的化學能尚難加以利用，因而水銀法的電耗比隔膜法高．水銀電解槽的槽電壓約比隔膜電解槽高 1V 左右，它相當于解汞反應的分解電壓．鹽水中鈣、鎂、鐵以及釩、鉬、鈦、錳等重金屬離子含量過高時，也會在汞陰極上還原，生成不穩(wěn)定的汞齊和汞渣，降低析氫過電位，導致析出氫氣并妨礙汞的正常流動．因此水銀法電解對鹽水的質量要求較高 。大容量現(xiàn)代電解槽是金屬陽極隔膜電解槽的發(fā)展方向，國外氯堿廠使用的槽型較大，有 MDC55 型 (55 m )、 H4 型 (64 In2)、 LCDH4 型 (72 m )等大容量電解槽。 h，而我國目前大多數(shù)為固定盒式金屬陽極隔膜電解槽配普通石棉隔膜。 h/t。由于金屬陽極隔膜法產(chǎn)量的增加使我國燒堿產(chǎn)量由 1988 年的 297． 84 萬 t 居世界第 5位， 一躍而至 1995 年的 496萬 t居世界第 2 位。產(chǎn)品出口勢頭很猛 ,企業(yè)參與國際市場競爭的能力越來越強。電解水時，陰、陽極室的電解液相同， 電解槽的隔膜只需將陰、陽極室隔開，以保證氫、氧純度，并防止氫氧混合發(fā)生爆炸。但石棉隔膜性能不穩(wěn)湖南工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 4 定，當鹽水中含有鈣、鎂雜質時，容易在隔膜中生成氫氧化物沉淀，降低透過率；在比較高的溫度和在電解液作用下，還會發(fā)生膨脹、松脫。隔膜的微孔容許離子和液體通過，但能分開陽極上產(chǎn)生的氯氣和陰極上產(chǎn)生的氫氧化鈉溶液和氫氣，避免氯氣溶解在氫氧化鈉 溶液中生成次氯酸鈉，并最終成為氯酸鈉，還防止氯與氫混合而構成爆炸性的混合物。隔膜電解槽常見的陰極材料有鐵、銅、鎳等。 3．隔膜材料 隔膜是整個電解槽中最重要的組成部分。屬強堿，具有強烈的腐蝕性，常溫下30%的燒堿為液體。操作時必須配戴好防護眼鏡和橡皮手套。遠離易燃、可燃物。配備泄漏應急處理設備。 表 11 精鹽水規(guī)格表 單位 NaCl Na2SO4 NaClO3 H2O NaOH Na2CO3 g/L wt％ 300 （ 2）淡鹽水規(guī)格，見表 12。 表 15 出槽堿液規(guī)格 NaOH H2O （ g/L） 30％（ wt） （ g/L） 70％（ wt） 我國燒堿工業(yè)存在的問 題和隔膜法與離子膜法 的比較 [6] 中國燒堿工業(yè)存在的問題 （ 1）缺乏有限調控，產(chǎn)能擴展過快， 20202020 年增速為 16%； （ 2）安全管理水平跟不上行業(yè)發(fā)展，新企業(yè)更容易出事故； （ 3）行業(yè)集中度低，布局不合理， 2020 年燒堿企業(yè) 176 家，產(chǎn)能 3021 萬噸，平均產(chǎn)能 17 萬噸。而離子膜電廨槽則是由陽極側加入精制鹽水，陰極側加入高純水，經(jīng)電解后在陽極側得到淡鹽水和氯氣，在陰極側得到電 解液和氫氣。 電解液蒸發(fā)工序 隔膜電解液氫氧化鈉含量低而氯化鈉含量高達 16． 4％，因此隔膜蒸發(fā)采用流程復雜的四效逆流蒸發(fā)技術，且?guī)в须x心分鹽設備及堿液析鹽冷卻器及過濾器，能耗高，操作難度大；隔膜裝置一效蒸發(fā)器采用強制循環(huán)式，其內部堿液溫度高達 162． 5℃，氫氧化鈉含量為 43． 5％，并且由于蒸發(fā)過程中產(chǎn)生約 10％的固體結晶鹽，對加熱室腐蝕、磨損嚴重 (材質為純鎳 )，加熱室平均壽命只有 3 a 左右，由于其造價昂貴，大大增加了隔膜燒堿成本。目前我國離子膜法燒堿裝置所用離子樹脂交換膜全部依賴進口， 1 萬 t/a 離子膜法裝置需 100m2 計，目前我國大約需 56000m2 離子樹脂交換膜，僅購膜費用折合人民幣為 億元，高額的購膜費用增加了離子膜法燒堿的生產(chǎn)成本，生產(chǎn) 1t燒堿增加 100 元。隔膜法的缺點主要是投資和能耗較高，產(chǎn)品燒堿中會含有雜質食鹽。水銀法的最大的缺點是會帶來汞對環(huán)境的污染。在這次設計中我們選擇離子膜法制燒堿 ， 缺點：投資大、技術要求高，短期尚難取代原有的兩種工藝。電解水時，陰、陽極室的電解液相同， 電解槽的隔膜只需將陰、陽極室隔開，以保證氫、氧純度，并防止氫氧混合發(fā)生爆炸。隔膜是一種由石棉纖維制成的多孔滲透性隔層，將電解槽分隔為陰極室（陰極網(wǎng)袋內）與陽極室（隔膜與陽極之間的空隙）（圖 1）。當接通電源后，在 電場 的作用下，帶負電的 Cl 和 OH 移向 陽極 ，帶正電的 Na + 和 H + 移向 陰極 ，在這種條件下，電極上發(fā)生如下反應： 在陽極 2Cl － 2e= Cl 2 ↑ 在陰極 2H + + 2e=H 2 ↑ 即在陽極室放出 Cl 2 ，陰極室放出 H 2 。 電解食鹽水 的總反應可以表示如下： 2NaCl+2H2O=2NaOH+H 2 ↑+Cl 2 ↑ 用這種方法生產(chǎn)的堿液比較稀，其中含有多量未電解的 NaCl ，需要經(jīng)過分離、濃縮，才能得到固態(tài) NaOH。 (2)陰極副反應 由于陽極處含有少量的次氯酸鈉和氯酸鈉 ,它們會遷移到陰極附近 ,并和由陰極上產(chǎn)生的新生態(tài)［ H］發(fā)生如下反應 : 陰極上的這些副反應 ,都要增加電能消耗 ,降低產(chǎn)量和影響產(chǎn)品質量。例如 ,上例食鹽水中若混入一定量的硫酸鹽 ,雖然濃度比氯化鈉小得多 ,但在石墨電極的孔隙中氯離子因放電而濃度下降 ,給硫酸根放電創(chuàng)造了條 件 ,其放電反應可表示為 : 反應中放出的 O2將石墨電極氧化成 CO2,加速了電極的消耗并污染了氯氣。流量過小時，陰極液 (電解液 )所含的氫 氧化鈉濃度高，但有少量氫氧離子從陰極室向陽極室反向移動 ,以致產(chǎn)生副反應 ,而降低電流效率。陰極室流出的電解液經(jīng)多效蒸發(fā)器濃縮并分離出結晶鹽后，得到含 50％的氫氧化鈉液體燒堿，并可進一步加熱濃縮制成固體燒堿商品。 mol h） 1 度 = 106 J k= cal/J 1010 00/ 61 ?????Q kcal 6 0 ?? kJ/kg ②鹽水帶入熱量 鹽水預熱到 90oC,鹽水比熱取 （ kg mol 表 32 電解工段熱量平衡表 輸入熱量 （ kJ） 支出熱量 （ kJ） 電能帶入熱量 鹽水帶入熱量 純水帶入熱量 合計 電解液帶出熱量 NaCl分解消耗熱量 水蒸汽帶出熱量 H2， Cl2帶出熱量 損耗鹽水帶出熱量 電解槽熱損失 合計 湖南工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 22 第 4章 主要設備選型和計算 隔 膜電解槽選擇 現(xiàn)在市場上使用的電解槽種類繁多， 隔膜電解槽又可分為均向膜 (石棉絨）及固體電解質膜（如 β Al2O RuO2TiO2涂層 ）等形式 ， 它們在設計方面各有千秋，下面將根據(jù)以下幾個方面選擇出合適的電解 槽。 湖南工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 23 電解槽防腐蝕玻璃鋼的設計與制作 [14] 選材 針對電解槽腐蝕環(huán)境的特點 ,電解槽采用整體玻璃鋼 (ＦＲＰ )。乙烯基酯樹脂除具有酯密度低而耐腐蝕性好以及具有環(huán)氧樹脂的粘結和不飽和樹脂 的加工工藝性能外 ,由于乙烯基酯樹脂分子中羥基的存在 ,提高了樹脂對玻璃纖維的浸潤性 ,具有更優(yōu)良的施工工藝性。由于鱗片在樹脂涂層中疊合排列 ,能提高玻璃鋼的密實性和抗?jié)B性 ,大大增強玻璃鋼的防腐蝕作用。樹脂 纖維 的粘結不佳 。故而在設計ＦＲＰ的結構中 ,采用高樹脂層設計的原理 ,其結構設計為表面防 腐蝕層、中間防腐蝕層、增強層和外表層。采用短切纖維氈 (中堿 450ｇ /ｍ )與樹脂結構 ,其含膠量可達 80%以上 ,同時再鋪一層表面氈作為埋伏防線 ,起到第二次防滲作用。圖 2所示為鱗片涂層中物質的滲透示意圖。施工配合比由小試驗確定。 底漆 :在表面均勻涂刷 2遍玻璃磷片樹脂清漆 ,刷涂應均勻 ,不得有流掛、漏涂。 層與層間玻纖布錯縫應大于 200ｍｍ ,在施工時要嚴格控制樹脂與玻璃布的含量比例 ,以防樹脂膠料流淌和布皺折。 制作完工后進行修整、打磨、刷樹脂清漆兩遍 ,養(yǎng)護 15天后方可使用。 的飽和蒸汽，如果蒸汽壓過高，會加速鹽水預熱器的腐蝕，過飽和則會降低傳熱系數(shù)。 h ??t —— 溫差校正系數(shù) ??t =1 當采用 飽和蒸汽加熱時，在正常操作條件下，可采用如下簡化公式： 1 s ????? GF n m2 由計算選用四臺 ，其中兩臺備用。 序號 1 2 3 4 5 6 7 崗位 一班 二班 三班 合計 備槽 分析 送堿 維修 電工 其他 2 1 1 1 1 1 2 1 1 1 1 1 2 1 1 1 1 1 6 3 3 3 3 3 21 合計 7 。 湖南工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 28 容積計算： KVC tGV nJ ? ?? 3 s1000 （ 47） 式中 JV —— 電解堿液集中堿的體積， m3 nC3 —— 電解堿液濃度 對于大型企業(yè)，采用如下公式近似計算： s ????? GV J m3 電解液貯槽 貯存電解時間 6h產(chǎn)量，采用 2個電解液貯槽貯存，貯槽有效容積 ??? t28 28 / 54 則容積為 3 3 1 103 1 3 ???V m3 湖南工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 29 第五章 非工藝部分 人員配備 電解工段是比較簡單的工藝流程，但由于要控制電解槽的正常運行和盡量的保護好電解槽中的 隔 膜，所以特定的增加了在線分析人員，對