【正文】 D—— 電流密度，取 4000A/m2； ?—— 電流效率，取 ； 電解槽熱損失： 0 8 0 0 )1590)(40001 0 8 0 040001 0 8 0 ( ?? ???? kJ/kg 電解工段熱量平衡表列表如表 32。目前 ,國內(nèi)外玻璃鋼制作采用的多為乙烯基酯樹脂。樹脂的選擇不當(dāng) 。 中間防腐蝕層 :6ｍｍ以上。配好的膠料 必須在適用期內(nèi)用完 ,隨用隨配 ,用多少配多少 ,要充分?jǐn)嚢杈鶆蚍娇墒褂谩? 防腐蝕層與中間防腐蝕層施工完后 ,自然固化 4— 8ｈ ,再進(jìn)行打磨 ,然后襯貼 — ,在一定厚度時(shí)將預(yù)埋吊耳固定 ,然后繼續(xù)襯貼玻纖布。 精鹽水預(yù)熱器 ： ，公稱壓力為，加熱管一般采用碳素鋼。鑒于正常生產(chǎn)的需要，特作如表 61 的人員配置?！? st —— 飽和蒸汽溫度 1t —— 鹽水出熱熱器溫度 nK —— 傳熱系數(shù)，加強(qiáng)管用碳素鋼時(shí)， nK =300kJ/m2 工藝接管的制作 :在制品上按圖紙尺寸進(jìn)行開孔 打磨 ,工藝接管模具固定后 ,作好脫模處理 ,然后襯貼表面氈、短切氈及 — 。 脫模劑 :刷脫摸劑或貼 ,要求均勻 ,不得起皺和有氣泡存在。 采用這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ,環(huán)境中的化合物或蒸汽向金屬基體的擴(kuò)散能很好地被施加的湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 玻璃鋼防腐蝕層所阻擋。因而減少 ＦＲＰ中纖維含量 ,增加樹脂含量是改善抗?jié)B性的主要方向。 玻璃磷片具有較高的耐熱性能 ,耐酸堿性能良好 ,熱膨脹系數(shù)小 ,有良好的彈性和湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 韌性 ,在樹脂中覆蓋性強(qiáng) ,附著力較高。 (4)可克服石墨陽極和鉛陽極溶解問題 ,避免對(duì)電解液和陰極產(chǎn)物的污染 ,因而可提高金屬產(chǎn)品純度 . (5)可提高電流密度 . (6)氯堿生產(chǎn)中 ,使用鈦陽極后 ,產(chǎn)品質(zhì)量高 ,氯氣純度高 ,不含 CO2,堿濃度高 ,可節(jié)省加熱用蒸氣 ,節(jié)省能源消耗 . (7)耐腐蝕性強(qiáng) . (8)可避免鉛陽極變形后的短路問題 ,因而可提高電流效率 . (9)鈦電極重量輕 ,可減輕勞動(dòng)強(qiáng)度 . (10)形狀制作容易 ,可高精度化 . (11)基體可反復(fù)使用 涂層鈦電極的應(yīng)用 :氯堿工業(yè) ,氯酸鹽工業(yè) ,次氯酸鹽工業(yè) ,高氯酸鹽的生產(chǎn) ,電解法制造銅箔 ,過硫酸鹽電解 ,電解有機(jī) 合成 ,電解提取金屬 ,電解銀催化劑的生產(chǎn) ,電解氧化法回收汞 ,電解水 ,二氧化氯的制取 ,醫(yī)院污水處 理 ,電鍍工業(yè) ,生活用水和食品用具的消毒 ,發(fā)電廠冷卻循 環(huán)水的處理 ,電解法制取酸堿離子水 ,鋼板鍍鉻 \鍍鈀 \鍍金 \鍍釕 ,電滲析法淡化海水 ， 廣泛應(yīng)用于化工，環(huán)保，水電解，水處理，電冶金，電鍍，金屬箔生產(chǎn)，有機(jī)電合成，電滲析，陰極保護(hù)等眾多行業(yè)。 oC 6 8 4901 0 0 0/ 2 8 ??? kJ/kg ③電解液帶出的熱量為： 7 7 0 9 6 8 4 ?? kJ/kg ④氯化鈉的分解熱 氯化鈉溶液的理論分解電壓為 ，考慮副反應(yīng)，故取 1kgNaOH 要多耗 熱量（經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)） 氯化鈉溶液的分解消耗熱量： 9 6 0 0 6 ?????? kJ/kg ⑤水蒸發(fā)帶走熱量 濕氯氣、濕氫氣中總帶水量： ?? kg 在槽溫下，水蒸汽熱焓為 0 4 71 0 0 6 2 6 7 ?? kJ/kg ⑥氯氣氫氣帶走熱量 氯氣在 90oC 時(shí)的平均分子熱容為 oC； H2在 90 oC 時(shí)平均分子熱容為 kcal/kg滲流量由陽極室與陰極室的液面差來維持。 副反應(yīng)中產(chǎn)生的 O2會(huì)將石墨電極氧化 ,縮短石墨電極的使用壽命。將已除去 Ca2+ 、 Mg 2+ 、 下兩種 電離 方程： NaCl =Na + + Cl H2O= （可逆） H + + OH 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 所以，食鹽水中含有 Na + 、 H + 、 Cl 和 OH 四種離子。這些性能要求在使用過程中基本不變，并且要求在陰、陽極室電解液的作用下，有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度。此法的優(yōu)點(diǎn)是制得的堿液濃度高、質(zhì)量好、成本低。離子膜法工藝是燒堿生產(chǎn)的發(fā)展方向，但由于我國離子膜法燒堿“使用超前、研發(fā)滯后”的特點(diǎn)非常明顯，國內(nèi)沒有掌湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 握離子膜法燒堿的核心要素 —— 離子膜。 電解工序 隔膜電解槽加入的只有一種物料，即精鹽水從電解槽蓋進(jìn)入陽極室，經(jīng)改性隔膜流入陰極室，經(jīng)電解后在陰極室得到電解液和氫氣，在陽極室得到氯氣。 原材料規(guī)格及技術(shù)指標(biāo) 原材料規(guī)格 [5] （ 1）精鹽水規(guī)格，見表 11。建議操作人員佩戴頭罩型電動(dòng)送風(fēng)過濾式防塵呼吸器，穿橡膠耐酸堿服，戴橡膠耐酸堿手套。 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 產(chǎn)品性質(zhì)及用途 燒堿的有效成分是； NaOH,分子量： 。 2．陰極材料 陰極材料要具有耐氯化鈉、氫氧化鈉的腐蝕，導(dǎo)電性能良好，且氫在電極上的過電位要低等特點(diǎn)。 隔膜由惰性材料制作，如氯堿工業(yè)中長期使用的 石棉 隔膜。 燒堿總體經(jīng)營狀況較好 。 h，若折合成相同電流密度，則國內(nèi)電耗比國外先進(jìn)水平高 200～ 300 kW h/t以上；大容量電解槽的出現(xiàn)既節(jié)省了能耗和投資，又便于自控管理。但因生產(chǎn)設(shè)備容易制作，材料便于取得，在電源比較豐富或電價(jià)比較低廉，對(duì)于燒堿含鹽量的要求又不很苛刻的地區(qū)，特別是有地下鹽水或附近有聯(lián)合發(fā)電與供汽設(shè)施的地區(qū)，仍在普遍采用。本設(shè)計(jì)采用了新的電解制堿技術(shù) —— 隔膜 電解制堿技術(shù)，在此設(shè)計(jì)中，對(duì)隔膜、電解槽進(jìn)行選擇，燒堿生產(chǎn)包括下列工序：鹽水精制、蒸發(fā)堿液、固堿生產(chǎn)，氯氣干燥。過程包括鹽水精制、電解和產(chǎn)品精制等工序，其中主要工序是電解．工業(yè)上采用隔膜電解法、水銀電解法和離子膜電解法．離子膜法工藝是燒堿生產(chǎn)的發(fā) 展方向，但由于我國離子膜法燒堿“使用超前、研發(fā)滯后”的特點(diǎn)非常明顯，國內(nèi)沒有掌握離子膜法燒堿的核心要素 —— 離子膜。設(shè)備均可采用國產(chǎn)設(shè)備；在相同的產(chǎn)能條件下 ,具有設(shè)備數(shù)量少、投資少、見效快的優(yōu)勢(shì)。t grasp the core elements of ionic membrane caustic soda ionic membrane. At present, 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。 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(shí)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(yīng)中釋放出來的化學(xué)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(dāng)于解汞反應(yīng)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(shí)，也會(huì)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(dǎo)致析出氫氣并妨礙汞的正常流動(dòng)．因此水銀法電解對(duì)鹽水的質(zhì)量要求較高 。 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。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。電解水時(shí)，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(gòu)成爆炸性的混合物。 3．隔膜材料 隔膜是整個(gè)電解槽中最重要的組成部分。操作時(shí)必須配戴好防護(hù)眼鏡和橡皮手套。配備泄漏應(yīng)急處理設(shè)備。 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(diào)控，產(chǎn)能擴(kuò)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。 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(dá) 16． 4％，因此隔膜蒸發(fā)采用流程復(fù)雜的四效逆流蒸發(fā)技術(shù)，且?guī)в须x心分鹽設(shè)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(qiáng)制循環(huán)式，其內(nèi)部堿液溫度高達(dá) 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(jié)晶鹽，對(duì)加熱室腐蝕、磨損嚴(yán)重 (材質(zhì)為純鎳 )，加熱室平均壽命只有 3 a 左右，由于其造價(jià)昂貴，大大增加了隔膜燒堿成本。隔膜法的缺點(diǎn)主要是投資和能耗較高，產(chǎn)品燒堿中會(huì)含有雜質(zhì)食鹽。在這次設(shè)計(jì)中我們選擇離子膜法制燒堿 ， 缺點(diǎn)：投資大、技術(shù)要求高，短期尚難取代原有的兩種工藝。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(nèi)）與陽極室（隔膜與陽極之間的空隙）（圖 1）。 電解食鹽水 的總反應(yīng)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。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(yīng)可表示為 : 反應(yīng)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。陰極室流出的電解液經(jīng)多效蒸發(fā)器濃縮并分離出結(jié)晶鹽后，得到含 50％的氫氧化鈉液體燒堿，并可進(jìn)一步加熱濃縮制成固體燒堿商品。 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(yù)熱到 90oC,鹽水比熱取 （ kg 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(jì)