【正文】 。 此法采用的主要設(shè)備電解槽是由電解室和解汞室組成，其特點(diǎn)是以汞為陰極，得電子生成液態(tài)的鈉和汞的合金。此法的優(yōu)點(diǎn)是制得的堿液濃度高、質(zhì)量好、成本低。所以此法已逐漸減少使用 ， 生產(chǎn)過程中水銀的流失。離子交換膜法在建設(shè)費(fèi)用、電能損耗、產(chǎn)品質(zhì)量和解決環(huán)境污染等方面都比隔膜法、水銀法優(yōu)越，被公認(rèn)是現(xiàn)代氯堿工業(yè)的發(fā)展方向。 產(chǎn)生原理概述 隔膜工作原理 [10] 為防止陰、陽兩極 產(chǎn)物混合，避免可能發(fā)生的有害反應(yīng)，在電解槽中，基本上都湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 用隔膜將陰、陽極室隔開。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。更多見的比較復(fù)雜的情況 是電解槽中陰、陽極室的電解液組成不同。 電解工作原理 【 11】 圖 2 隔膜電解槽電解原理圖 隔膜電解槽 由裝有陽極的槽底、吸附隔膜的陰極箱和槽蓋三部分組裝而成。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。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。由于 陰極 上有隔膜，而且陽極室的液位比陰極室高，所以可以阻止 H 2 跟 Cl 2 混合，以免引起爆炸。這樣在 陰極 室就形成了NaOH 溶液，它從陰極室底部流出。 電解過程也會(huì)發(fā)生副反應(yīng) 陽極副反應(yīng) 由于陽極上產(chǎn)生的 Cl2可溶解在水中 ,并與水作用生成次氯酸 和鹽酸 : Cl2+H2O 243。 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。生產(chǎn) 中采用湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 隔膜 (或離子膜 )將陰、陽極隔開阻止 Cl或 OH遷移及采用較高操作溫度降低 Cl2在 水中的溶解度 ,以減少氯氣與燒堿的作用等來提高電能的利用率和保證產(chǎn)品質(zhì)量。原料液中的雜質(zhì)在電極上也會(huì)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng) , 影響產(chǎn)品的質(zhì)量。因此電解前應(yīng)對(duì)原料液作凈化處理 ,以滿足生產(chǎn)的需求。滲流量由陽極室與陰極室的液面差來維持。流量過大，則陰極液中氫氧化鈉的濃度太低，需要較多的蒸汽才能將其濃縮為成品。槽溫一般為 90～ 99℃，電解的氣態(tài)產(chǎn)物為 90～ 95℃飽和水蒸氣的氯氣和氫氣，分別經(jīng)過冷卻，干燥后作為化工原料。 工藝流程示意圖 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 第 3 章 工藝計(jì)算 電解車間物料衡算 [12] 化學(xué)反應(yīng)平衡 [13] 2NaCl + 2H2O → 2NaOH + Cl2↑ + H2↑ 2 2 18 2 40 71 2 生成 1 噸可得： 氯氣： 71 ??? kg ? kmol % ? kmol 氫氣： 251000402 12 ???? kg ? kmol % ? kmol 耗鹽： 4 6 21 0 0 0402 ???? kg 耗水： 4501000402 182 ???? kg 設(shè)槽溫 90 oC， Cl2 在 90 oC 時(shí)水蒸氣分壓為 2 ?OHPmmHg，平均分子熱容 kcal/kg oC； H2在 90 oC 時(shí)平均分子熱容為 kcal/kg oC； 08 5OH 2 ???P Pa 查得 12,20,5 ???? ???A 陽極液： % ?C 陰極液： %30oNaOH ?C 陰極液上方水蒸氣壓降： a O H ??????? ?? CP陰 mmHg= 查得 H2在 90 oC 時(shí)，水蒸氣分壓為 mmHg 60 59 6OH 2 ????P Pa 6 7 2 4 6 0 0 1 3H 2 ????P Pa 6 7 2 2/ 4 6 0 22222 HHOHOH ????? NPPN kmol 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 2 ???m kg 陽極上方水蒸氣壓降： 0 a C l ?????? ?ACP陽 mmHg= Pa )(OH 2 ????P Pa= mmHg 5 3 7 3 3) 1 97 6 0(2Cl ????P Pa= mmHg ????? NPPN kmol 2 ???m kg 送入電解槽鹽水量 以生產(chǎn) 1 噸成品計(jì)，鹽耗考慮為 3kg，即 2％。 表 31 電解工段物料平衡表 輸入 (kg) 輸出 (kg) 精鹽水 NaCl Na2SO4 NaOH Na2CO3 H2O NaClO 補(bǔ)充純水 合計(jì) 45 4 5 8784 50 1000 陽解液 NaCl NaClO3 H2O Na2SO4 HClO Cl2 陰極液 濕氯氣 Cl2 H2O 濕氫氣 H2 H2O 損耗鹽水 合計(jì) 電解車間熱量衡算 ．帶入電解槽熱量 ①電能帶入熱量 設(shè)槽電壓為 ，電流效率為 ，每 kg 耗電 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 ?? 度 其中 —— NaOH 的電化當(dāng)量， g/（ A oC） 4 7 8901 0 0 0/ 1 8 8 82 5 0 ??? kJ/kg ③純水帶入熱量 0 0 0/1 0 0 ??? kJ/kg . 帶出電解槽熱量 ①電解堿液帶出熱量 電解堿液 比熱取 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，氫氣在 90oC 時(shí)的平均熱容為 oC 氯氣帶走熱量： ??? kJ/t 氫氣帶走熱量： 3 1 4 3 ??? kJ/t 氯氣、氫氣帶走總熱量： 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 0 0 0 3 1 4 0 3 5 6 ?? kJ/kg ⑦損耗鹽水帶走熱量： ???kJ/kg ⑧電解槽損失熱（平均室溫取 15 oC） 根據(jù)電解槽的損失熱的經(jīng)驗(yàn)公式為： ???????IDIDI )1590()( （ 316） 其中 I—— 電流強(qiáng)度，取 10800A； 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。 陰極與陽極材料 的選擇 [9] 經(jīng)過多年工廠生產(chǎn)和研究發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)的石墨電極、鉛基合金電極相比，鈦電極的優(yōu)點(diǎn)有： （ 1）陽極尺寸穩(wěn)定，電解過程中電極間距離不變化，可保證電解操作在槽電壓穩(wěn)定情況下進(jìn)行 。 (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)。其中 ,樹脂采用ＭＦＥ 3 型乙烯基酯不飽和聚酯樹脂 (華昌聚合物有限公司產(chǎn)品 ),增強(qiáng)材料采用 中堿玻璃纖維布、短切氈、表面氈、玻璃鱗片及適 當(dāng)?shù)妮o料 ,采用優(yōu)良的施工工藝將它們復(fù)合制作成整體玻璃鋼 (ＦＲＰ )防腐蝕構(gòu)造。目前 ,國內(nèi)外玻璃鋼制作采用的多為乙烯基酯樹脂。乙烯基酯樹脂種類較 多 ,根據(jù)乙烯基樹脂類 型以及生產(chǎn)工藝條件 ,我們選擇對(duì)氯氣耐腐蝕性好、耐溫性高的ＭＦＥ 3 型乙烯基不飽和聚酯樹脂。 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。 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 在 大多數(shù)手糊法玻璃鋼制作工藝中 ,采用的結(jié)構(gòu)為膠衣層、增強(qiáng)層及外表層。樹脂的選擇不當(dāng) 。樹脂與纖維在材質(zhì)上存在剛性差異。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。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖 1所示。 中間防腐蝕層 :6ｍｍ以上。 增強(qiáng)層 :厚度隨設(shè)計(jì)而定 ,采用 — ,其含膠量可達(dá) 45%左右 (盡可能多采用 )。 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。 制作工藝 1 膠料配制 首先稱取定量的樹脂 ,準(zhǔn)確稱取引發(fā)劑和促進(jìn)劑。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? 2 施工工藝 制模及裝模 :模具采用木制模具 ,同時(shí)襯貼 ,固化后進(jìn)行修整 ,然后刷清漆兩遍。 脫模劑 :刷脫摸劑或貼 ,要求均勻 ,不得起皺和有氣泡存在。 襯貼 :在底漆開始凝膠時(shí) ,鋪貼表面氈 ,要求氈鋪貼平整 ,不得出現(xiàn)懸空、起皺和氣泡。 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。每湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 一層均應(yīng)檢查 ,以防分層、泛白、氣泡、剝 離、纖維裸露、樹脂流掛結(jié)塊、異物夾雜和色澤不均等異常現(xiàn)象。 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 — 。 精鹽水高位槽 根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)， 中小 型企業(yè)取 小時(shí)。 精鹽水預(yù)熱器 ： ，公稱壓力為，加熱管一般采用碳素鋼。 ：進(jìn)入預(yù)熱器的溫度為 40℃ ，最高為70℃ 。℃ 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 電解堿液集中槽 電解液集中槽的貯液時(shí)間常以精鹽水高位槽貯液時(shí)間為依據(jù)，對(duì)于大型企業(yè)取。鑒于正常生產(chǎn)的需要，特作如表 61 的人員配