专科毕业设计（论文）开题报告院 （系） ：生物与化学工程学院专业：应用化工技术班级：学生姓名：学号：指导教师：职称：2011 年12 月16 日1 本科毕业设计（论文）开题报告题目30 吨/ 年离子膜烧碱片碱生产工段工艺设计1 本课题的研究意义，国内外研究现状、水平和发展趋势 1.1 本课题研究的意义烧碱即氢氧化钠，亦称苛性钠烧碱的工业品有液体和固体，其中液体为不同含量的氢氧化钠水溶液；固体白色不透明，常制成片﹑棒﹑粒状，或熔融态以铁桶包装氢氧化钠吸湿性很强，易溶于水，溶解时强烈放热水溶液呈强碱性，手感滑腻；也易溶于乙醇和甘油，不溶于丙酮烧碱有强烈的腐蚀性，对皮肤、织物、纸张等侵蚀剧烈；易吸收空气中的二氧化碳变为碳酸钠；与酸起中和作用而生成盐广泛用于化工﹑轻工﹑纺织﹑冶金及石油化工等部门电解食盐水溶液生产烧碱的同时，可以联合产氯气和氢气， 而氯气又可进一步加工成盐酸﹑聚氯乙烯﹑率溶剂﹑氯烃﹑农药等，这一工业部门通称为氯碱工业，它是现代电化学工业中规模最大的部门之一，在国民经济中占有相当重要的地位1.2 本课题国内外研究现状和水平在 19 世纪初，人们已经研究烧碱生产的工业化问题1884 年开始在工业上采用石灰乳苛化纯碱溶液来生产烧碱；1890 年德国在格里斯海姆（ Griesheim）建成世界上第一个工业规模的隔膜电解槽装置投入生产；1892 年美国人卡斯勒（ H.Y.castner ）发明水银法电解槽。
第二次世界大战后，随着氯碱产品从军用生产转向民用生产，以及石油化工的迅速发展，氯的需求量大幅度增加，更加促进氯碱工业的发展1969 年美国首先使用金属阳极的隔膜电解槽，为隔膜电解槽工艺技术的发展开辟了新的纪元1975 年世界第一套离子交换膜法装置在日本旭化公司投入使用我国最早的隔膜法氯碱工厂是1929 年投产的上海天原化工厂（现在的天原化工厂前身） 国内第一家水银法氯碱工厂是锦西化工厂，于1952 年投产 1974 年我国首次才有的金属阳极电解槽，在上海天原化工厂投入工业化生产自1986 年我国甘肃盐锅峡化工厂引进第一套离子膜烧碱装置投产以来，离子交换膜法电解烧碱技术迅速发展到1997 年我国离子膜烧碱生产能力已达到80 万 t “八五”计划以来， 新建的氯碱厂和老企业的技术改造，基本上都采用离子膜法生产烧碱和氯气有着悠久的历史，早在中世纪就发现了存在于盐湖中的纯碱，以纯碱和石灰为原料制取 NaOH 的方法即苛化法：32322)(CaCONaOHOHCaCONa2 因为苛化过程需要加热，因此就将NaOH 称为烧碱，以别于天然碱32CONa直到 19 世纪末，世界上一直以苛化法生产烧碱采用电解法制烧碱始于1890 年，隔膜法和水银法几乎差不多同时发明。
电解食盐水溶液同时制取氯和烧碱的方法（称电解法） ，在 19 世纪初已经提出，但直到19 世纪末，大功率直流发电机研制成功，才使该法得以工业化第一个制氯的工厂于1890 年在德国建成，1893年在美国纽约建成第一个电解食盐水制取氯和氢氧化钠的工厂第一次世界大战前后，随着化学工业的发展，氯不仅用于漂白、杀菌，还用于生产各种有机、无机化学品以及军事化学品等 20 世纪 40 年代以后，石油化工兴起，氯气需要量激增，以电解食盐水溶液为基础的氯碱工业开始形成并迅速发展50 年代后，苛化法只在电源不足之处生产烧碱氯碱生产用电量大，降低能耗始终是电解法的核心问题因此，提高电流效率，降低槽电压和提高大功率整流器效率， 降低碱液蒸发能耗，以及防止环境污染等，一直是氯碱工业的努力方向隔膜法于 1890 年在德国首先出现，为了连续有效地将电解槽中的阴、阳极产物隔开，1890 年德国使用了水泥微孔隔膜来隔开阳极、阴极产物，这种方法称隔膜电解法以后，改用石棉滤过性隔膜， 以减少阴极室氢氧离子向阳极室的扩散这不仅适用于连续生产，而且可以在高电流效率下，制取较高浓度的碱液1892年美国人 H.Y.卡斯特纳和奥地利人C.克尔纳同时提出了水银电解法，其特点是采用汞阴极，使阴极的最终产物氢氧化钠和氢气，不直接在电解槽而在解汞槽中生成， 以隔离两极的电解产物。
这种方法所制取的碱液纯度高、浓度大 1897 年英国和美国同年建成水银电解法制氯碱的工厂20 世纪以来，水银法工厂大部分沿用水平式长方形电解槽，解汞槽则由水平式改为直立式， 目的在于提高电解槽的电流效率和生产能力隔膜法电解槽结构也不断改进，如电极由水平式改为直立式，其中隔膜直接吸附在阴极网表面，以降低槽电压和提高生产强度立式吸附隔膜电解槽代表了20 世纪 60 年代隔膜法的先进水平 第一台水银法电解槽是在1892 年取得专利 这不仅适用于连续生产，而且可以在高电流效率下，制取较高浓度的碱液食盐电解工业发展中的困难，首先是如何将阳极产生的氯气与阴极产生的氢气和氢氧化钠分开，不致发生爆炸和生成氯酸钠，以上两种生产方法都成功地解决了这个难题前者以多孔隔膜将阴阳两极隔开；后者则以生成钠汞齐的方法使氯气分开这样，就奠定了两种不同的生产工艺的基础，并一直沿用到现在隔膜法制得的碱液， 浓度较低，而且含有氯化钠，需要进行蒸发浓缩和脱盐等后加工处理水银法虽可得高纯度的浓碱， 但有汞害 因之离子膜电解法 （简称离子膜法） 应运而生而在 20 世纪 50 年代和 60 年代早期，一些著名的公司对离子膜电解这项崭新的技术着手研究，终究未能或得具有实用性的成果。
直到1966 年美国 Du PonT公司开发了化学性稳定的，用语宇宙燃料电池的全氟磺酸阳离子交换膜，即Nafion 膜为离子膜法电解食盐水溶液的工艺的工业化铺平了道路为离子膜法电解食盐水溶液的工艺的工业化铺平了道路19703 年开发出带有增强网的离子膜，1978 年离子膜技术在全球氯碱生产技术中占1％，1980 年在美国建立了离子膜生产厂，1975年日本旭化成公司成功地在延冈工厂用Nation 315 膜生产烧碱．第一次实现了离子膜法烧碱的工业生产针对电压和强度的相互矛盾关系，杜邦公司于 2004 年前后研制 NX-2020膜折衷了 N-966 和 N-982 的优点，强度高、电压低，比较适合目前氯碱生产的需求而另一生产商日本旭化成公司在1976 年用全氟羧酸膜取代了杜邦公司的全氟磺酸膜， 接着又开发了羧酸 - 磺酸复合膜在 1993年开发了当时世界上性能最佳的 ACI-PLEX-F4202离子膜，并于 1997 年开发出新型的 ACIPLEX-F4203离子膜，在世界上首次实现了电解电压下降到3 V以下的新型离子膜我国氯碱行业引进最多的是离子膜法烧碱技术装置自 20 世纪 80 年代开始，离子膜法烧碱技术装置经历了“空白技术、急需引进”和“发展技术，完善引进”两个阶段，先后从日本、美国、英国、意大利、德国等5 国的 9大世界知名公司引进各种型号规格的离子膜电解槽数十种。
至今个别地区仍在重复引进， 而我国国产化离子膜电解槽已基本达到国际先进水平中国氯碱工业始于20 世纪 20 年代末 1949 年前，烧碱平均年产量仅15kt ，氯产品仅盐酸、漂白粉、液氯等少数品种1949 年后，在提高设备生产能力的基础上，对电解技术和配套设备进行了一系列改进50 年代初，建成第一套水银电解槽，开始生产高纯度烧碱不久，又研制成功立式吸附隔膜电解槽，并在全国推广应用50 年代后期，新建长寿、株洲、北京、葛店等十多个氯碱企业及其他小型氯碱厂，到60 年代全国氯碱企业增至44 个70 年代初，氯碱工业中阳极材料进行了重大革新，开始在隔膜槽和水银槽中用金属阳极取代石墨阳极 80 年代初，建成年产100kt 烧碱的 47－Ⅱ型金属阳极隔膜电解槽系列及其配套设备至此，全国金属阳极电解槽年生产能力达800kt 碱，约占生产总量的1/3 在此期间，氯碱工业中的整流设备、碱液蒸发，以及氯气加工、三废处理等工艺也都先后进行了改革1983 年烧碱产量为 2123kt ，仅次于美国、联邦德国、日本、苏联氯碱工业，在我国国民经济中占有重要的地位然而近年来，由于市场的竞争日益激烈，我国各氯碱企业为了提高自身的竞争力，纷纷扩大烧碱装置规模，从1999 年开始，掀起了一轮烧碱扩建高潮，到 2000 年其生产能力已从 1998 年的 6 860 kt/a增至 8 000 kt/a，目前我国烧碱的总生产能力已经达到8 620 kt/a，居世界第 2 位。
如此快速的增长，使国内烧碱市场趋于饱和状态，而且这种扩建热潮目前还在继续，齐鲁石化公司氯碱厂正在扩建的200 kt/a的离子膜装置，上海氯碱化工股份有限公司计划再建400 kt/a的装置，其他的一些厂家的计划项目估计还有700 kt/a, 如果这些计划项目得以实施，我国的烧碱生产能力将达到近10 000 kt/a 随着生产能力的不断增加，近年来烧碱的产量也不断增加，2002 年全国烧碱产量达8 089 kt ，为历史最高纪录，与2001年的 7 135.2 kt相比，增长幅度为13.4%表 2 列出了我国烧碱产量超过100 kt 的生产厂家目前烧碱的生产方法几乎全部采用电解食盐水的方法，这样，每生产 1 t 烧碱则联产 0.88 t 氯气2001 年在生产烧碱的同时，产出氯气6 280 kt ；2002年则同时产出氯气7 120 kt 4 1.3 本课题的发展趋势随着离子膜法新装置的建成， 造成严重环境污染的水银法已停止生产，苛化法的产量也相当少，我国目前烧碱的主要生产方法是隔膜法和离子膜法我国氯碱产业目前正处于成长期向成熟期过渡的阶段，其主要特点是产业增长速度将有所减慢，技术趋于成熟，产品差异化程度较低，行业进入门槛降低, 电力、煤炭、制盐、塑料加工等行业的企业开始大量介入。
今后几年，国内氯碱产业的市场竞争将进一步加剧, 成本竞争将成为最主要的竞争方式我国氯碱产业通过这一轮高速发展, 形成了较为雄厚的产业基础, 呈现出向大规模、集约化方向发年 , 全国烧碱企业平均产能约七万吨的趋势氯碱产业是基本化工原材料产业，其主要产品烧碱、氯气和氢气, 广泛应用于轻工、化工、 纺织、建材、国防、冶金等各个领域 目前发达国家氯碱产品人均消费量约25～30kg/a ，而我国仅为 4.0 ～5.0kg/a 因此氯碱产业在我国仍将有很大的发展潜力但也应看到，目前国内氯碱产业的发展存在一定程度的过热和无序，今后一段时期将可能出现较为激烈的竞争局面今后，原料和能源供应仍将成为影响我国氯碱产业发展的重要因素原盐将从供应充裕转为供应相对不足，卤水和进口盐使用量将显著增加，盐碱联合将成为发展趋势；乙烯供应仍将成为制约我国 PVC 发展的主要因素之一；电石将成为比乙烯更为重要的氯碱原料，在山西、内蒙古、宁夏、陕西等西部地区，由于有丰富的煤炭、石灰石资源，且能源供应价格便宜，电石法 PVC和烧碱项目将有明显的竞争优势氯碱产业属高耗能产业， 电力成本占总成本的百分之六十左右近几年，我国大范围的电力紧张和电价上涨， 直接影响了氯碱产业的经济效益。
采用热电联产可充分利用能源，大大降低氯碱产品生产成本 此外，氯碱企业与电力企业建立战略联盟, 实施点对点的直供电，也可有效降低氯碱生产成本今后，以热电联产和直供电为主要方式的电- 碱联合将成为氯碱产业的重要发展趋势未来我国氯碱行业的产业格局应当是以区域性、功能型企业集团为主体的市场竞争格局，届时两种类型的企业在市场上将具有竞争力一种类型是同时拥有生产原料优势、生产成本优势的企业， 发展成为产业链一体化的大型生产型氯碱企业；另一种类型是处于具有特殊资源地区的企业，如贴近最大的消费市场, 或紧靠大型港口，以发展服务型业务为主，掌握一定的国际国内流通市场的话语权从长远看，随着电力、盐业体制改革深入， 我国氯碱产业的资源优势将会逐步显现出来同时, 国内氯碱企业将更多地关注上游产业，优化配置资源，上下游一体化，形成合理的产业链, 提高核心竞争力碱电联合、。