【導(dǎo)讀】故長(zhǎng)期以來(lái)高純氫氧化鈉完全由水銀法制得，水銀法堿液含鹽量可小于50mg/L。于離子膜電解制堿具有節(jié)能、產(chǎn)品質(zhì)量高、且無(wú)汞和石棉污染，故應(yīng)時(shí)而生。在制堿方面獲得實(shí)用性成果，無(wú)法實(shí)現(xiàn)離子膜法制堿工業(yè)化。當(dāng)時(shí)離子交換膜只是在電滲。析海水淡化和海水濃縮制鹽上得到工業(yè)化應(yīng)用。例如，日本旭化成公司，1961年開(kāi)始建。烯腈生產(chǎn)已二腈的工廠，此外離子膜法還用于鈾的電解還原，廢水、廢熱處理等?；撬彡?yáng)離子交換膜，即Nafion膜。并于1972年以后大量生產(chǎn)轉(zhuǎn)為民用。水溶液電解時(shí)的苛刻條件，為離子膜法制堿奠定了基礎(chǔ)。使C—C鏈得到保護(hù)。因此具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性。大部分的陽(yáng)離子交換膜雖大都具有阻擋C1-. OH-反滲到陽(yáng)極室，由此降低電流效率。冬開(kāi)始全部使用旭化成公司自己開(kāi)發(fā)的全氟磺酸、全氟羧酸膜取代Nafion膜。1987年末，日本燒堿生產(chǎn)方法中，隔膜法占29%，離子膜法占71%。這種膜在電價(jià)較便宜的國(guó)家或地區(qū)會(huì)收到較高的經(jīng)濟(jì)效益。安全，而且能提高液化效率。

　　

【正文】 水（ l） 40℃ 1atm 水（ g） 40℃ 1atm 年產(chǎn) 30 萬(wàn)噸離子膜燒堿生產(chǎn)工藝 25 所以，將水蒸氣從 65℃冷凝到 40℃的冷凝熱為△ H=（ ） = ∵ 1kcal/kmol=∴△ H1= = 查《江蘇氯堿氯堿生產(chǎn)手冊(cè)》得， 40℃， 1atm 下飽和 水蒸氣的焓 H（ g） =，飽和水蒸氣液體的焓 H（ l） = kcal/kg 所以，△ H2=（ ） = △ H=△ H1+△ H2== 氯氣溶解在水中與水反應(yīng)生成的反應(yīng)熱 [6] Cl2（ g） +H2O（ l） → HClO（ l） +HCl（ g） 由于反應(yīng)在 65℃時(shí)進(jìn)行，反應(yīng)后物料溫度為 40℃，所有設(shè)計(jì)過(guò)程如下： △ H △ H1 △ H3 △ H2 由于氯氣在水中溶解的量非常的少，所以可以把過(guò)程 3 中的溶液看作全部是由水溶液組成，根據(jù)△ H=nCp△ T，可得： △ H1= （ 2565） = △ H3= （ 4025） = 查《物理化學(xué)上冊(cè)》得，該反應(yīng)在 25℃， 1atm下，各物質(zhì)得標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成熱為： （△ H298K） Cl2（ g） =（△ H298K） H2O（ l） =（△ H298K） HClO（ l） =（△ H298K） HCl（ g） =所以， 25℃， 1atm下，該反應(yīng)的摩爾反應(yīng)熱為△ Hf=（ ） = kJ/mol 因?yàn)槁葰馊芙獾昧繛?，即 3? = 所以，△ H2= = ∴△ H=△ H1+△ H2+△ H3 =++ 氯氣（ g） +水（ l） 65℃ 1atm 氯化氫（ g） +次氯酸（ l） 40℃ 1atm 40℃ 1atm 氯氣（ g） +水（ l） 25℃ 1atm 氯化氫（ g） +次氯酸（ l） 25℃ 1atm 年產(chǎn) 30 萬(wàn)噸離子膜燒堿生產(chǎn)工藝 26 = 三、 HE501 的能量衡算 氯氣冷卻熱 △ H ∵△ H=nCp△ T[5] 查《化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》得，氯氣在 1atm， 30℃ ~45℃下的 Cp=℃ ∴△ H= （ 3045） = 又∵ 1kcal/kmol=∴△ H= = 水的冷凝熱 △ H △ H △ H2 假設(shè)該過(guò)程中的水蒸氣均為飽和水蒸氣。 查《江蘇氯堿氯堿生產(chǎn)手冊(cè)》得， 45℃， 1atm 下的飽和水蒸氣的蒸發(fā)熱H1=， 30℃， 1atm下的飽和水蒸氣的蒸發(fā)熱 H2=所以，將水蒸氣從 65℃冷凝到 40℃的冷凝熱為△ H=（ ） = ∵ 1kcal/kmol=∴△ H1= = 查《江蘇氯堿氯堿生產(chǎn)手冊(cè)》得， 30℃， 1atm下飽和水蒸氣的焓 H（ g） =，飽和水蒸氣液體的焓 H（ l） = kcal/kg 所以，△ H2=（ ） = △ H=△ H1+△ H2== 氯氣溶解在水中與水反應(yīng)生成的反應(yīng)熱 [6] Cl2（ g） +H2O（ l） → HClO（ l） +HCl（ g） 氯氣（ g） 45℃ 1atm 氯氣（ g） 30℃ 1atm 水（ g） 45℃ 1atm 水（ l） 30℃ 1atm 水（ g） 30℃ 1atm 年產(chǎn) 30 萬(wàn)噸離子膜燒堿生產(chǎn)工藝 27 由于反應(yīng)在 45℃時(shí)進(jìn)行，反應(yīng)后物料溫度為 30℃，所有設(shè)計(jì)過(guò) 程如下： △ H △ H1 △ H3 △ H2 由于氯氣在水中溶解的量非常的少，所以可以把過(guò)程 3 中的溶液看作全部是由水溶液組成，根據(jù)△ H=nCp△ T，可得： △ H1= （ 2545） = △ H3= （ 3025） = 查《物理化學(xué)上冊(cè)》得，該反應(yīng)在 25℃， 1atm下，各物 質(zhì)得標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成熱為： （△ H298K） Cl2（ g） =（△ H298K） H2O（ l） =（△ H298K） HClO（ l） =（△ H298K） HCl（ g） =所以， 25℃， 1atm下，該反應(yīng)的摩爾反應(yīng)熱為△ Hf=（ ） = kJ/mol 因?yàn)槁葰馊芙獾昧繛?，即 71 3? = 所以，△ H2= = ∴△ H=△ H1+△ H2+△ H3 =++ = 四、 HE50 FT501 的能量衡算 氯氣冷卻熱 [5] △ H ∵△ H=nCp△ T[5] 查《化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》得，氯氣在 1atm， 15℃ ~30℃下的 Cp=℃ ∴△ H= （ 1530） 氯氣（ g） +水（ l） 45℃ 1atm 氯化氫（ g） +次氯酸（ l） 30℃ 1atm 40℃ 1atm 氯氣（ g） +水（ l） 25℃ 1atm 氯化氫（ g） +次氯酸（ l） 25℃ 1atm 氯氣（ g） 30℃ 1atm 氯氣（ g） 15℃ 1atm 年產(chǎn) 30 萬(wàn)噸離子膜燒堿生產(chǎn)工藝 28 = 又∵ 1kcal/kmol=∴△ H= = 水的冷凝熱 [7] △ H △ H1 △ H2 假設(shè)該過(guò)程中的水蒸氣均為飽和水蒸氣。 查《江蘇氯堿氯堿生產(chǎn)手冊(cè)》得， 30℃， 1atm 下的飽和水蒸氣的蒸發(fā)熱H1=， 15℃， 1atm下的飽和水蒸氣的蒸發(fā)熱 H2=所以，將水蒸氣從 30℃冷凝到 15℃的冷凝熱為△ H=（ ） = ∵ 1kcal/kmol=∴△ H1= = 查《江蘇氯堿氯堿生產(chǎn)手冊(cè)》得， 15℃， 1atm 下飽和水蒸氣的焓 H（ g） =，飽和水蒸氣液體的焓 H（ l） = kcal/kg 所以，△ H2=（ ） = △ H=△ H1+△ H2== 氯氣溶解在水中與水反應(yīng)生成的反應(yīng)熱 [6] Cl2（ g） +H2O（ l） → HClO（ l） +HCl（ g） 由于反應(yīng)在 30℃時(shí)進(jìn)行，反應(yīng)后物料溫度為 15℃，所有設(shè)計(jì)過(guò)程如下： △ H △ H1 △ H3 △ H2 水（ g） 30℃ 1atm 水（ l） 15℃ 1atm 水（ g） 30℃ 1atm 氯氣（ g） +水（ l） 30℃ 1atm 氯化氫（ g） +次氯酸（ l） 15℃ 1atm 40℃ 1atm 氯氣（ g） +水（ l） 25℃ 1atm 氯化氫（ g） +次氯酸（ l） 25℃ 1atm 年產(chǎn) 30 萬(wàn)噸離子膜燒堿生產(chǎn)工藝 29 由于氯氣在水中溶解的量非常的少，所以可以把過(guò)程 3 中的溶液看作全部是由水溶液組成，根據(jù)△ H=nCp△ T，可得： △ H1=（ 2530） = △ H3=（ 1525） = 查《物理化學(xué)上冊(cè)》得，該反應(yīng)在 25℃， 1atm下，各物質(zhì)得標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成熱為： （△ H298K） Cl2（ g） =（△ H298K） H2O（ l） =（△ H298K） HClO（ l） =（△ H298K） HCl（ g） =所以， 25℃， 1atm 下，該反應(yīng)的摩爾反應(yīng)熱為△ Hf=（ ）= kJ/mol 因?yàn)槁葰馊芙獾昧繛?， 即 71 3? = 所以，△ H2= = ∴△ H=△ H1+△ H2+△ H3 =+ = 五、干燥塔的能量衡算 [6] 98%濃 H2SO4→ 75%的 H2SO4， 20℃，吸收水蒸氣 硫酸的原始組成： X1= 98/9818/2 =稀釋后的組成： X2= 98/7518/25 = molH2O/mol H2SO4 由 X1=，查得積分溶解熱為△ H1=1500cal/ mol H2SO4 X2= molH2O/mol H2SO4， 查得積分溶解熱為△ H2=8500cal/ mol H2SO4 ∴ △ H2△ H1=8500（ 1500） =7000cal/ mol H2SO4 =∵消耗 H2SO4 得量為 98%== ∴ △ H= = 為了設(shè)計(jì)需要，假設(shè)在各個(gè)反應(yīng)器中放出的熱量全部用冷卻水作為冷卻介質(zhì)，經(jīng)過(guò)換熱器將熱量移走，使得各反應(yīng)器中放出的熱量全部被冷卻水吸收。 六、能量衡算表 年產(chǎn) 30 萬(wàn)噸離子膜燒堿生產(chǎn)工藝 30 表 氯氣 處理崗位能量衡算表 放出的熱量（ KJ） 吸收的熱量（ KJ） 氯氣的冷卻熱： HE301： TW310： HE501： HE50 FT501： 水蒸氣的冷凝熱： HE301： TW310： HE501： HE50 FT501： 氯氣與水的反應(yīng)生成熱： HE301： TW310： HE501： HE50 FT501： 氯氣干燥過(guò)程硫酸的稀釋熱 ： 冷卻水吸收的熱量： HE301： TW310： HE501： HE50 FT501： 干燥塔： 總計(jì)： kJ kJ 4 工藝流程設(shè)計(jì) 工藝流程圖（見(jiàn)附表） 開(kāi)停車流程 [4] 電解系統(tǒng) 一、正常開(kāi)車流程 （ 1）開(kāi)車前的準(zhǔn)備工作 、陽(yáng)極分離器中的液位，確認(rèn)正常； ，如濃度偏低，則關(guān)閉各槽陰極液循環(huán)閥，打開(kāi)各槽淡堿閥門，把 VE302 中濃度較高的燒堿送往各電解槽進(jìn)行循環(huán)。當(dāng)各槽陰極液濃度都已調(diào)整到 年產(chǎn) 30 萬(wàn)噸離子膜燒堿生產(chǎn)工藝 31 25%左右，停止循環(huán)，同時(shí)打開(kāi)陰極液循環(huán)閥； ，使用鹽水預(yù)熱器（ HE304）提高供給 鹽水溫度，使電槽溫度升到規(guī)定溫度（ 50~60℃）； 。首先置換氫氣總管，總管沖洗合格后（含氧量＜2%），按順序逐臺(tái)打開(kāi)電槽和氫氣總管連接閥，對(duì)電解槽進(jìn)行 N2 置換，待合格后，關(guān)閉分離器上排氣閥。 N2 置換完畢后，氫氣系統(tǒng)用 N2 保壓至通電（壓力為 2020Pa； ，確認(rèn)空氣從分離器上排氣閥吸入后，關(guān)閉排氣閥。在通電前，電解廠房氯氣系統(tǒng)按下列管線進(jìn)行空氣運(yùn)轉(zhuǎn)：空氣吸入閥→氯氣總管→除害系統(tǒng)。 （ 2）通電前的確認(rèn) 、陽(yáng)極分離器液位正常。 極液濃度達(dá)到規(guī)定范圍（ 25%左右）。 （ 50~60℃）。 ，陰極液循環(huán)閥全開(kāi)。 、氫氣總管連接閥均全部打開(kāi)。 。 。 。 （工作指示燈亮）。 （ 3）通電 開(kāi)始通電后，立即對(duì)下列項(xiàng)目進(jìn)行檢查，確認(rèn)正常。 a. 電槽溫度和槽電壓。 b. 陰、陽(yáng)極波紋管中氣體流動(dòng)情況及顏色。 c. 陰、陽(yáng)極分離器的液面和泡沫層高度。 d. 防腐蝕電極保險(xiǎn)絲有無(wú)熔斷 。 （ 4）電流上升 電解槽通電后，將電流一步步地提升到規(guī)定值，電流提升速度視具體情況而定，關(guān)鍵是要能夠使氯氣和氫氣系統(tǒng)壓力保持穩(wěn)定，不能產(chǎn)生較大的波動(dòng)。同時(shí)，還要考慮用氯部門接受氯氣的情況。 a. 當(dāng)電流升到 20kA，可以慢慢關(guān)閉氯氣總管、尾部空氣吸入閥，分析氯氣純度，待氯氣純度合格后，可以將氯氣由除害系統(tǒng)切換至用戶。 b. 在電流上升過(guò)程中，選擇代表槽，經(jīng)常測(cè)量其陰極液濃度，根據(jù)槽溫和陰極液濃度，確定純水加入量，并不斷進(jìn)行調(diào)整，控制電槽陰極液濃度、溫度上升在控制范圍內(nèi)