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1、离子膜烧碱工艺一、工艺流程简介烧碱目前以离子膜工艺为主。按流程顺序分为一次盐水、二次盐水精制、电 解、淡盐水脱氯、Cl处理、H处理等工序。核心工序是二次盐水精制和电解部 分。盐水一次精制的主要目的是控制悬浮物(SS)与各种杂质离子的含量在要求 的范围内，为盐水二次精制作准备。盐水二次精制最主要部分是螯合树脂塔， 使粗盐水经过树脂塔后除去二价阳离子。部分工艺在二次精制中盐水进螯合树脂 塔之前设置碳素管或其它类型过滤器，以进一步降低盐水中的悬浮物的含量。电 解部分是烧碱制备流程的关键工序，符合电解要求指标的精制盐水流经电解槽 时，在一定直流电作用下，离子经离子交换膜的发生迁移，最终在阴极液相形成
2、烧碱，阳极液相产生淡盐水，阴极气相生成H，阳极气相生成Cl。二、离子交换膜法电解制碱的主要生产流程工艺流程图图I高于昧烧韩工艺览程示意图精制的饱和食盐水进入阳极室；纯水(加入一定量的NaOH溶液)加入阴极 室，通电后HO在阴极表面放电生成H，Na+则穿过离子膜由阳极室进入阴极室， 此时阴极室导入的阴极液中含有NaOH；2 Cl-则在阳极表面放电生成Cl。电解后 的淡盐水则从阳极室导出，经添加食盐增加浓度后可循环利用。2阴极室注入纯水而非NaCl溶液的原因是阴极室发生反应为2H+2e-=H2 t； 而Na+则可透过离子膜到达阴极室生成NaOH溶液，但在电解开始时，为增强溶 液导电性，同时又不引入
3、新杂质，阴极室水中往往加入一定量NaOH溶液。三、具体工艺流程盐水精制单元工艺简述：饱和粗盐水加入精制反应剂，经过精制反应后加入絮凝剂进入澄 清桶澄清，澄清盐水经砂滤器粗滤后，再经a-纤维素预涂碳素管过滤器二次过 滤，使盐水中的悬浮物小于1 X106,然后进入离子交换树脂塔，进行二次精制， 得到满足离子膜电解槽运行要求的精制盐水。其工艺流程简图如图1所示。NaCI竺尸聚丙烯酿钠s纤维素L_ zzz . i , r 化水顼赤辅H厚击桶Tm；盅陶楠德舞一碰剖!电解1.京t拓树脂塔图|盐水精制1：艺疏程一次盐水精制一次澄清盐水的制备是氯碱生产工艺至关重要的工段，精制效果的好坏直 接影响产品的质量和产
4、量。bc精制原理 除镁镁离子常以氯化物的形式存在于原盐中，精制时向粗盐水中加入 烧碱溶液生成不溶性的氢氧化镁沉淀。反应方程式：MgCl 2+2NaOH二Mg(OH) 2 ! +2NaCl离子反应方程式：Mg2+2OH-=Mg(OH) 2 !为使反应完全，控制氢氧化钠过量，本反应速度快几乎瞬间完成，是本工艺中的前反应。 除钙钙离子一般以氯化钙和硫酸钙的形式存在于原 盐中，精制时向粗盐 水中加入碳酸钠溶液使生成不溶性的碳酸钙沉淀，反应方程式：CaCl 2+Na2C03=CaC0 3 ! +2NaClCaS0 4+Na2C03=CaC0 3 ! +N&2S04离子反应方程式：Ca 2+CO32-=C
5、aC03 !为使反应完全，碳酸钠一般控制过量，本反应速度较慢，反应速度 受温度影响较大，一般在 50C左右，在碳酸钠过量情况下需半小时方能反应完全。二次盐水精制离子膜法电解槽使用的高度选择性离子交换膜要求入槽盐水的钙、镁离子含量 低于20wtppb，普通的化学精制法只能使盐水中的钙、镁离子含量降到10wtppb 左右。若使钙、镁离子含量降到20wtppb的水平，必须用螯合树脂处理。二次盐水精制的主要工艺设备是螯合树脂塔，分二塔式和三塔式流程。塔 的运行与再生处理及其周期性切换程序控制，可由程序控制器PLC实现，PLC与 集散控制系统DCS可以实现数据通讯；也可以直接由DCS实现控制。伍迪公司采
6、 用的就是二塔式，其他公司采用三塔式流程。建议采用三塔式流程。2、电解单元离子膜电解槽电解反应的基本原理：离子膜电解槽电解反应的基本原理是将电能转换为化学能，将盐水电解， 生成NaOH、C、H2，如图20所示，在离子膜电解槽阳极室（图示左侧），盐水在 离子膜电解槽中电离成Na+和Cl-，其中Na+在电荷作用下，通过具有选择性的阳 离子膜迁移到阴极室（图示右侧），留下的Cl-在阳极电解作用下生成氯气。阴极 室内的HO电离成为H+和OH-，其中OH-被具有选择性的阳离子挡在阴极室与从2 Cl Na，CNaOHh2o阳极室过来的Na+结合成为产物NaOH，H+在阴极电解作用下生成氢气。I I合NaC
7、l图20离子膜电解槽电解反应的基本原理示意图电解流程：由二次盐水精制工序送来的精制盐水，通过盐水高位槽，进入电解槽的阳极 液进料总管。其流量由每个电解槽的自调阀来控制，以保证阳极液的浓度达到规 定值。进槽值由送入每台电解槽的直流电流进行串级控制。浓度31%的高纯盐酸用来中和从阴极室通过离子膜渗透到阳极室的OH-离 子，盐酸经过自动调节与阳极液一起送入阳极室。精制盐水在阳极室中进行电解，产生氯气，同时NaCL浓度降低。电解槽进、出 口之间的NaCL分解率为约50%。每个阳极室都有两个挠性软管，一个连接进料总管，另一个连接出料总管。电解 后产生的氯气和淡盐水混合物通过软管汇集排入阳极液总管，并在总
8、管中进行气 体和液体分离。氯气在氯气总管中进行汇集后送入淡盐水储槽顶部。在此，氯气中的水分被 分离并滴落，然后氯气被送往界外。氯气压力由自调阀控制。淡盐水送入淡盐水储槽底部，然后用淡盐水循环泵一部分经液位自调控制送往脱 氯工序；另一部分送往电解槽，进槽淡盐水流量由自动控制。阴极液在阴极室电解产生氢气和烧碱，碱液进入阴极液循环槽，通过阴极液 循环泵一部分经阴极液冷却器进入碱高位槽后，进入电槽，这部分电解液进槽前 加纯水稀释，纯水量自调由直流电和碱串级控制；另一部分电解液经液位自调控 制送入碱冷却器冷却至约45C后送往碱储槽，然后送往罐区。氢气在阴极液出口总管中分离，并在氢气主管线中进行汇集后，送
9、到碱液循 环槽顶部。氢气中的水分被分离并滴落，然后氢气送往界外。氢气压力由自调阀 控制，与氯气压力串级控制，使氢气和氯气之间压差保持在设定范围内（5KPa）。 离子膜电解装置电解循环的工艺流程为了保证离子膜电解槽的阴极室和阳极室能在一个合适稳定的工艺边界条件下 运行，以及获得最佳的电流效率，无论是强制循环工艺，还是自然循环工艺，通 常设计采用阳极循环系统和阴极循环系统来实现各自的工艺边界条件。以下用自 然循环工艺（北化机电解槽系统）为例详述之。离子膜电解装置电解循环的工艺流程包括阳极循环和阴极循环。图76离子膜电解装置循环系统工艺流程示意图1盐水高位槽；Z一淡盐水循环槽；3淡盐水泵；4-离子膜
10、电解槽;5一返回淡盐水调节阀6淡盐水循环槽液位调节阀；7进槽盐水调节阀* 8一进槽盐酸调节阀；9一阳根气液分离器；1。-碱液稀释纯水调节阀：H 一瓠气总管调节阀：12-M气总管调节阀f13一阻极气液分离器14一碱液循环槽#15碱液循环泵*16碳液高位槽；！7一阴极液换热器$ 18一踱液高位槽液位调节阀3 19破液循环槽液位调节阀(1)阳极循环部分从盐水高位槽来的精盐水与淡盐水循环泵输送来的淡盐水按一定比例混合 (初始开车时，加纯水)，并在进入总管前加入高纯盐酸，调节pH值后，再送到 每台电解槽的阳极入口总管，并通过与总管连接的进口软管送进阳极室。进槽盐水的流量是由安装在每台电解槽槽头的盐水流量
11、调节阀来控制的，流 量的大小由供给每台电解槽的直流电联锁信号控制。电解期间，Na+离子通过离子交换膜从阳极室迁移到阴极室，盐水在阳极室 中电解产生氯气，同时氯化钠浓度降低转变成淡盐水；氯气和淡盐水的混合物通 过出口软管流入电解槽的阳极出口总管和阳极气液分离器，进行初步的气液分 离；分离出的淡盐水流入淡盐水循环槽。在阳极气液分离器初步分离出的氯气，通过氯气总管流入淡盐水循环槽的上 部气液分离室，进一步进行气液分离；然后从其顶部流出至氯气总管；在此总管 适宜处设置氯气压力调节回路，通过其调节阀控制氯气压力，并与氢气调节回路 形成串级调节，控制氯气与氢气的压差，流出系统至氯气处理装置。较大型的装置，
12、在氯气流出界区前，还设置氯气与二精盐水的热交换器，回 收氯气中的热量。淡盐水循环槽中的淡盐水由淡盐水循环泵加压输送，一部分通过调节回路， 返回阳极系统与精盐水混合后再次参加电解；另一部分输送至淡盐水脱氯系统进 行脱氯。(2)阴极循环部分从碱高位槽来的约32%液碱与纯水按一定比例混合后，流入阴极入口总管， 并通过与总管连接的进口软管送进阴极室。进槽碱液的流量是根据安装在每台电 解槽槽头的流量计来操作控制的。电解期间，阴极液在阴极室电解产生氢气和烧碱。氢气和碱液的混合物通过 出口软管流入阴极出口总管和阴极气液分离器，进行初步的气液分离；分离出的 碱液流入碱液循环槽。在阴极气液分离器初步分离出的氢气
13、，通过氢气总管流入碱液循环槽的顶部 气液分离室，进一步进行气液分离；然后从其顶部流出至氢气总管；在此总管适 宜处设置氢气压力调节回路，通过其调节阀控制氢气压力，并与氯气调节回路形 成串级调节，控制氢气与氯气的压差，流出系统至氢气处理装置或就地放空(一 般在开车时)。碱液循环槽中的碱液由碱液循环泵加压输送，一部分通过调节回路输送至碱 液高位槽，通过碱液高位槽回到阴极系统；一部分通过调节回路作为成品碱送到 成品碱贮槽。3、淡盐水脱氯单元电解槽出来的淡盐水和氯氢处理来的氯水混合后，用31%的高纯盐酸将PH值调 节到约1.5,送入脱氯塔的顶部。脱氯塔的压力为-7075Kpa，由真空泵进行控 制。脱氯塔
14、出口处游离氯降低到50mg/L，脱出的氯气汇入氯气总管，也可送入 废气吸收塔。脱氯后的淡盐水先用NaOH把PH调到911，再将亚硫酸钠储槽中配制的浓 度为10wt%的亚硫酸钠溶液用亚硫酸钠泵加入到淡盐水管道中，以彻底除去残余 的游离氯。游离氯含量为0的脱氯盐水送回一次盐水工序化盐。目前，国内物理脱氯生产工艺主要有真空脱氯和空气吹除脱氯；实际生产中为提 高脱氯技术经济效益，回收氯气，一般先采取物理脱氯法将大部分游离氯脱除后，再用化学脱氯法将剩余的游离氯除去。淡盐水空气吹除法脱氯生产工艺流程废急气丢吸收，生产次氯酸衲20%NaOH 来盲电槽淡盐水Na2SOj.10 ORPNa2SQ3i sF去,次
15、盐水图88空气吹除法脱氯工艺流程简图1消音器；N一风机；5罕气过滤器1一脱氟塔；F废氮气冷却器；俱-淡盐水泵：7静态混合器；8亚硫酸钠泵,小 亚琉酸钠配制槽l疝一pH计、蒐化坯原电位计在绽分析仪表工艺流程简述：来自电解工序的淡盐水（温度约85C, pH值约3,游离氯一 般为600800mg/L）在进入脱氯塔前，定量加入盐酸，将其pH值调至1.31.5, 然后进入脱氯塔顶部；风机鼓入的空气（压力约600mmHO,气量是淡盐水体积的 268倍）由脱氯塔底部进入，在塔内填料表面淡盐水与空气逆流接触，逸出的湿 氯气随空气从塔顶流出，淡盐水在此完成物理脱氯过程。湿氯气经废氯气冷却器 冷却后，一般送去生产次氯酸钠（因吹脱出的氯气中含有大量空气，浓度较低， 一般采用二级填料塔串联，用碱吸收）。脱氯后的淡盐水含游离氯约（1020）X10-6，自流到脱氯塔釜，其中的淡盐 水由淡盐水泵抽送，在该泵的进口处先加入NaOH溶液调节pH值至911（用pH 计检测），然后在其出口处加入浓度约为8%9% （质量分数）的亚硫酸钠溶液进 一步除去残余的游离氯（要求游离氯为零），并用氧化还原电位计检测（ORPV +50mV）其中的游离氯含量。为达到充分混合，在管路中设有静态混合器（或增设 孔板）。淡
