离子膜电解法槽电压的影响因素
食盐水电解槽槽电压的影响因素及其分析牛永恒
食盐水电解槽槽电压的影响因素及其分析牛永恒发布时间：2021-09-06T01:55:10.692Z 来源：《中国科技人才》2021年第17期作者：牛永恒[导读] 氯碱工业通过电解食盐水生产烧碱和氯气，同时副产氢气，是在我国占有重要地位的基础化工原料工业。
新疆圣雄氯碱有限公司电解车间摘要：氯碱工业通过电解食盐水生产烧碱和氯气，同时副产氢气，是在我国占有重要地位的基础化工原料工业。
目前食盐电解所采用的方法有离子膜（IEM）法、水银法和隔膜法。
本文就氯碱工业中电解槽的槽电压构成及其影响因素进行分别讨论，并介绍一些生产和研究的最新进展。
电解槽的槽电压是由理论电解电压、过电位、溶液电阻电压降部分构成。
因此需要分析讨论构成槽电压的诸多因素对槽电压影响。
关键词：离子交换膜；槽电压；电解电解工业具有能耗低，产品种类多，产品纯度好，环境污染较少，方法独特等优点而广泛应用。
电解槽是电解过程中的一台关键设备，先后经历了几次更新或替代：第一代是石墨阳极石棉隔膜槽石墨 - 石棉槽的水平式和立式；第二代为金属阳极石棉隔膜电解槽金属 - 石棉槽；第三代是离子交换膜电解槽（离子膜槽）。
水银法是十九世纪末出现的一种食盐电解法，在我国已被淘汰。
目前在我国和其他许多国家的氯碱工业中隔膜法依然是主要的生产方法。
槽电压就是电解时在电解槽的阴阳两极上实际所施加的电压，其大小对产品的生产成本、生产能耗、生产效益等的影响很大。
一、离子膜电解槽的结构每一片单元槽都有一个阳极电解室和一个阴极电解室，在安装过程中，每一片的阳极电解室都和相邻的另一片阴极室通过离子膜配对，在电解槽左边为第一片单元槽的阳极电解室，中间是通过油压挤压住的阳离子交换膜，右边则为第二片单元槽的阴极电解室，彼此配对紧密相连。
就这样，临近的两个单元槽的阳极电解室和阴极电解室通过离子膜构成了一个又一个的小的电解系统而发生电解反应。
为了增大反应面积，离子膜电解槽均采用网状的电极结构。
影响离子膜电解槽电压的因素
影响槽 电压的温度包 括 电解 温度和 电解液温度 。 温度 升高 ， 槽 电压 下降 因 为温 度上 升 ， 将使膜 的 孔隙增大 ， 有 助于 提高膜 的导 电度 ， 从 而降低 槽 电压 。 同 时， 温度上 升 ， 将 使 电解液的 电导度提 高 ， 从 而降低 溶液 电压 降。 有数据 显示 ， 电 解液 温 度每增 、 减１ ℃， 离 子膜碱 的 折标直 流 电耗 减 、 增７ ｋ Ｗ＊ ｈ ／ ｔ ［ ２ ］ 。 但温 度高 于９ ０ ＂ Ｃ时 ， 水 的蒸 发量 增加 ， 使 电压 上升 。 所 以， 生 产 中控 制 电解 温度 在８ ５ —９ Ｏ
℃。
由于羧 酸层 电阻较高 ， 因此 ， 在保证 电流效率 的条件 下 ， 尽可能 地减少 羧酸 层 的厚 度 ， 有助 于降 低离 子膜 的 电压 降 ， 从 而降 低槽 电压 。 各公司的离子膜均由数层复合而成， 而在提高膜性能的同时， 都要尽量减 少膜 的厚 度 ， 以便 降低 膜 的 电压 降 。 ２、 电流 密度 对槽 电压 的影 响 膜 电压降 直接受 电流 密度的 影响 。 一般 情况 下 ， 膜 电压 降应 正 比于 电流 密 度， 并呈直 线 关系 。 稍稍偏 离直 线关 系 ， 在１ ． ５ — ４ ． Ｏ ｋ Ａ ／ ｍ ＂ 这 一 常用 电流密度 范 围内 ， 呈直 线关 系。 对 于食盐 电解来说 ， 浓度较 高 ， 温度 也较高 ， 膜的表面 附近一 般不会产 生浓差 极化 现象 。 电流密度 不仅影 响膜的 电压 降 ， 还 影响气泡效 应 、 阳 极及 阴极 的过 电位和 溶液及导 体的 电压 降 。 总的效果 是 ， 电流 密度升高 ， 槽 电压 也逐渐 升高 。 可见 ， 虽然槽 电压与 电流密度 呈正 比关系 ， 但 随着膜结构 性能 的改 变， 电压 曲线 的斜率 发生 了变 化 ， 导 致膜 电压 降 的下降 。 （ １ ） 非活性不 锈钢 阴极 ， 非亲 水性膜 ， 极距为 ３ ｍｍ的 电解 槽的 电流密度 与槽 电压 的 关系为 ： Ｖ＝ ２ ． ６ ２ ３ ＋ ０ ． ２ ７ ７ Ｉ 。 Ｉ 为 电流 密度 ， Ｖ 为膜 电压 降 （ ２ ） 活性镍阴极， 亲水性离子膜、 零极距电解槽的电流密度与槽电压的关系 为： Ｖ＝ ２ ． ４ ２ ３ ＋ ０ ． １ ７ ７ Ｉ 。 Ｉ 为 电流密 度 ， Ｖ 为 膜 电压 降 ３ 、 烧碱 浓 度对 槽 电压 的 影 响 随着 电解 过程Ｎａ Ｏ Ｈ浓度 的提 高 ， 膜 中含水 率逐渐 降 低 ， 导致 膜 电压 降升
离子膜电解槽电压影响因素的探讨
达－１ ０ ０ ℃， 垂直 剖分 式 和整 体齿 轮式 进 气温 度达－ ４ ０ ℃， 它们
点在特性 曲线上 的坐标 ， 当其距离喘振 边界较近时 ， 要立刻按 照 防 喘振 裕度 １ ． ０ ３ 至１ ． ０ ５之 间的设 定值 进行规 避。 另外 ， 如果 气
影响离子膜 电解槽 电压 的因素较多 ， 其 电压构成主要 遵循
如 下公式 ： …
Ｖ＝Ｖ ＋Ｖ Ｍ ＋丫 槽电压 影响 因素 的探 讨
陈秀 山（ 中国石油大学（ 华东） ， 山东 青 岛 ２ ６ ６ ０ ０ ０； 山东 海科化工集团有限公司 ，山东 东营 ２ ５ ７ ０ ０ ０ ）
摘要 ： 离子膜 电解槽 电耗是烧碱 生产 的主要成本 ， 离子膜 电解槽 电压是影 响氯碱 生产 装置综合 能耗 的重要指 标， 其影 响 因素很
１ 离子膜 电解 槽 自身结构 影响
离子膜 电解槽 自身结构对 电压有较大影 响 ， 且一旦 电解槽
制作 完成将形成永 久性的 电压降 ， 其影 响 因素主 要有 电解 槽阴 振的 真正原 因并 有效用 阻止 ， 才能 成功地 排除 其吸 气故障 ， 从 极盘 、 电解槽 阳极盘 、 阴极网和 阳极 网等。 而有力地保证 天然气压缩机能 够安全生产工 作。
4结语总之影响离心式天然气压缩机气体流通量的因素很复杂除了设计安装密封冷却供电频率等因素我们只有抓住故障发生的关键要素即离心式天然气压缩机的吸入压力吸入温度吸入流量及进气组成等事项分析出造成压缩机喘振的真正原因并有效用阻止才能成功地排除其吸气故障从而有力地保证天然气压缩机能够安全生产工作
离子膜和电解槽性能的主要影响因素
离子膜和电解槽性能的主要影响因素电解槽, 离子, 影响因素, 性能1离子膜法烧碱装置的技术改造沈阳化工股份有限公司(以下简称“沈阳化工”)5万t/a离子膜法烧碱生产装置于1995年3月21日正式开车。
在装置运行过程中，对原设计不完善的地方进行了大量改进，取得了一定的成效。
1.1增加第3台树脂塔在装置运行初期，进槽盐水钙离子、镁离子的质量分数之和平均达2.6×10-8，超出了进槽盐水工艺控制指标要求(ω(Ca2++Mg2+)≤2×10-8)，这将会缩短离子膜的使用寿命，使槽电压升高，电流效率下降。
通过认真分析二次精制系统，对盐水跟踪取样分析，决定再上1台螯合树脂塔，保证两塔串联运行，另一塔再生，增大离子交换容量，并适当延长再生酸洗、碱洗时间。
改进后，进槽盐水钙离子、镁离子质量分数之和基本可控制在1.5×10-8以内，其他金属离子及盐水中的悬浮物均大幅度减少。
1.2改变氯气盐水换热工艺将氯气盐水换热器改在一次盐水加热器之前，利用氯气的余热，加热一次盐水温度达到57℃，然后根据实际情况控制盐水温度，降低汽耗。
1.3真空装置系统冷却水由工业水改为纯水离子膜真空系统冷却器的作用是冷却真空系统的氯水，以保证真空泵正常运行，保证物理脱氯效果。
原冷却水为工业水，硬度大，易结垢，容易堵塞滤网，导致真空泵停泵检修。
将冷却水改为纯水，减少了真空泵的检修次数。
2影响离子膜运行性能的主要因素2.1盐水质量对离子膜性能的影响(1)盐水中金属离子含量的影响。
过量的钙离子在短期内会导致离子膜电流效率下降(降至85%)和电压上升，长时间会造成离子膜过早失效，其破坏机制是生成的碳酸钙晶体沉淀覆盖在阴极侧膜的羧基聚合物表面，离子膜表面产生凹坑和孔洞。
镁离子含量超标时，槽电压上升严重，但不影响电流效率。
其他金属离子对离子膜的影响机制与钙镁离子相同。
这就要求钙离子、镁离子质量分数之和低于2×10-8，锶离子、钡离子均低于10-6，铁离子低于10-6，镍离子低于10-8，锰离子低于5×10-8。
解析离子膜电解槽电压升高的原因
解析离子膜电解槽电压升高的原因摘要：本文通过槽电压的引入，对离子膜电解槽电压升高的原因进行了深入细致的分析，同时提出了预防改进的措施。
关键词：离子膜电解槽电压升高原因分析考核离子膜电解槽运行性能的重要技术经济指标是槽电压，是电解生产是否正常的考核标志。
它与能耗密切相关，与离子膜的生产成本有着直接影响，因此在操作中要求尽量低的槽电压。
为保证电解槽在低压下稳定运行，对影响电压的因素进行以下分析。
一、槽电压的结构槽电压的计算公式为:V=Va+Vb+η阴+η阳+I（R金+R液），式中，V表示单槽电压V；Va表示理论分解电压V；Vb表示膜电压V；η阴为阴极过电压V；η阳为阳极过电压V；I为电流强度A；R金、R液分别表示金属导体、溶液的电阻Ω。
其中Va是不变的，V的大小取决于其他项。
二、分析槽电压升高的原因1.阴阳极性能不同程度的退化影响着单元槽电压以前生产的离子膜厚度大，膜电压较高，但膜的强度也高，保护了阴阳极涂层。
近年来，在高电流密度电解装置的运行控制自动化程度上已有了很大的提高，但配置的离子膜厚度小，强度较低，但要求的操作水平较高，一旦运行压力和压差失控发生故障，会严重的损伤离子膜，也不能有效地保护阴阳极涂层，甚至破坏性地腐蚀阴阳极基网。
当电解槽完成了一个膜寿命周期运行以后，即使更换了新膜，也不可能将单元槽电压恢复如初。
这都源于阴阳极性能的逐步退化和网面是否平整以及膜极距弹性下降曾在以前运行中受到的意外影响变差造成的。
阴阳极涂层的有效使用期为6-8年。
有效期过后，因阴阳极损坏而使单元槽电压上升达到250 mv以上。
通常如果离子膜由于携带的杂质进入造成的电压明显上升或电流效率明显下降而膜的物理损伤并不严重，其阴阳极属于自然劣化，阴阳极寿命应损失1/4，如此情况下，电压上升一般在50~70 mv左右。
然而，电解装置的管理者为进行换膜工作，一般都会选择性能状态较差、电解电压也相对较高的电解槽，因离子膜受物理损伤和渗透严重而不得不进行换膜。
影响离子膜电解槽的因素与应对措施
影响离子膜电解槽的因素与应对措施【摘要】本文研究了离子膜电解槽生产中的多种影响因素，如电流分布、电极涂层、开停车频率等。
同时为了避免因素的影响提出了相应的预防措施，达到了维持离子膜电解槽的稳定运行、提高电解效率的目的。
【关键词】氯碱；离子膜；电解槽；影响因素；应对措施陕西北元化工集团股份有限公司(以下简称“北元化工”)80万吨/年离子膜烧碱装置包括2010年建成投入使用的一期40万吨/年与2012年建成的二期40万吨/年两期。
其中核心电解槽装置伍德复极式自然循环电解槽24台，另外每台还设有二百个单元槽，离子膜采用的是全氟磺酸/羧酸复合膜。
在生产过程中存在诸多影响离子膜电解槽正常运行的因素，采取有效预防措施日渐重要。
1 离子膜电解的基本原理在离子膜电解槽生产工序当中，会将具有一定选择渗透特点的阳离子交换膜安装至阴阳极半壳当中。
当通电的情况下，此时位于阳极室的盐溶液就会与阴极室内的水溶液发生电解反应，阴极室内生成氢气、氯气与氢氧化钠溶液。
阳极：2Cl-→Cl2+2e-阴极：2H2O+2e-→H2+2OH-化学反应方程式：2NaCl+2H2O=2NaOH+Cl2+H2由于位于阳极室盐水当中的氯化钠在电解的作用下会分解为钠离子与氯离子，而氯离子在阳极室当中电子丢失后变为氯气，并且钠离子会在电流的作用下经过离子交换膜到达阴极室，而因为阴极室当中的水在电解作用下形成氢离子与氢氧离子，氢离子在阴极室获得电子变为氢气，同时由阳极室转移的钠离子和氢氧离子进一步形成氢氧化钠物质。
因为电解溶液内部的钠离子会被离子膜选择性渗透，所以就会得到纯度较高的烧碱物质。
2 影响离子膜电解槽的因素2.1 溶液影响2.1.1 阳极液浓度实际生产中如若阳极液内部氯化钠溶液浓度偏低，那么水与钠离子的反应就相应增多，导致水电解加快。
阴极室中氢氧离子会出现反向渗透至阳极室，使得电流效率降低。
同时阳极室内部氯离子转移到阴极室，就会使得碱液中含盐量加大。
1000nm3电解槽电压参数
1000nm3电解槽电压参数
电解槽的电压参数是电解过程中一个非常重要的指标，它直接影响到电解过程的效率和成本。
在工业生产中，电解槽的电压参数通常以电解槽电压（V）和电解槽电流密度（A/m^2）来描述。
首先，1000nm3是一个体积单位，通常用于描述气体的容积，而电解槽一般用于液体电解，因此需要更多的背景信息来准确回答这个问题。
例如，电解槽中电解质的种类、电极材料、电解液的浓度等都会对电压参数产生影响。
一般来说，电解槽的电压参数受到许多因素的影响，包括但不限于以下几点：
1. 电解质的种类和浓度，不同的电解质在相同条件下的电解槽电压可能会有所不同，浓度的变化也会影响电解槽的电压参数。
2. 电极材料，电极材料的选择会影响电解槽的电压参数，不同的材料具有不同的电极反应特性和电导率。
3. 电解液的温度，温度对电解过程有很大影响，通常情况下，
温度升高会降低电解槽的电压。
4. 电解槽的设计和操作条件，包括电解槽的结构、电流密度、电极间距、搅拌方式等因素都会对电解槽的电压参数产生影响。
总的来说，针对1000nm3电解槽的电压参数，需要更多具体的信息才能给出准确的回答。
希望这些信息能对你有所帮助。
离子膜电解槽槽电压上升原因探析
离 子膜 是一 种性 能 优 良的选择 性 透 过膜 ，它 的 电 阻的 大小 直接 影 响着 槽 电压 。 目前 我 们 的 电解 槽 采 用 的 是 Ｆ一 ９ ７ ５全氟 羧 酸离 子交 换 膜 ， 在此 我 们 只 对外 界影 响 因素进 行分 析 。
２ １ １ 进槽 盐 水质 量 的 影响 ． ．
２ ２ ３ 电 流 强 度 波 动 ． ．
高 。 而 金 属 导 体 的 电压 主要 决 定 于 检 修 质 量 的 好
槽 电压是 电解 槽运 行 的主要 经 济指 标 之一 ，其 高低 直 接 反 映 出电槽 的状 况 好坏 ，也 影 响 着经 济效 益 。其 主 要构 成 可用 下式 表 示 ：
Ｖ＝ ＋ ＋ －阴＋ － ｑ ｑ阳＋， Ｒ 水 率 的
在 正 常生 产状 况 下 ，只要保 证 三 元涂 层 的完 整 性， 阳极 的过 电压 就不 会 上升 。但 是 ， 过 阳极 液 长 经 期 冲刷 ， 基材 结 合不 牢 的部 分 涂层 可 能 脱去 ， 出 与 露 钛 基材 ， 会使 露 出部分 的钛 发 生 氧化 ， 成 二氧 化 就 生 钛钝 化 膜 ， 导致 电流 分布 不均 匀 ， 使 电压 升 高 。涂 致
式 中 ：卜
— —
单槽 电压 ；
理 论分 解 电压 ； 膜 电压 ；
—
—
７刚 — 阴极 过 电压 ； ７— ７ ７ —— 阳极 过 电压 ；
目前 离 子膜 电解槽 所 使用 的 阳极 极 片 中 ，大 多
数 都 使用 钛 基材 ，上 面 涂有 Ｒ —Ｔ— Ｉ三 元涂 层 作 ｕ ｉ ｒ
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第 ６期
４
中 国氯碱
Ｃｈｉ ａ Ｃｈ ｏ ｎ ｌｒ— Ａｌ ａ ｉ ｋｌ
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LIU Kai, MU Huifeng, XU Xiangping, GAO Yun (Shaanxi Beiyuan Chemical Group Co. , Ltd. , Yulin 719319, China)
第55卷第6期 2019年6月
氯碱 工 业 Chlor - Alkali Industry
Vol. 55 , No. 6 Jun. , 2019
离子膜电解法槽电压的影响因素
刘凯*，慕慧峰,徐向平，高云 (陕西北元化工集团股份有限公司，陕西榆林719319)
［关键词］离子膜电解槽;槽电压;电耗;离子膜;影响因素 ［摘 要］分析了离子膜自身结构、电解液、电解槽气相压力、杂质污染等因素对槽电压的影响。提出要尽可 能避免不当操作导致的槽电压异常情况,而且要不断优化设计,改进离子膜电解槽。 ［中图分类号］TQ114.262 ［文献标志码］B ［文章编号］1008 -133X(2019)06-0012-04
1槽电压组成
烧碱生产能耗高，电耗占离子膜法烧碱生产成 本的70%左右。目前，一般氯碱企业的电耗为 2 200-2 400 kW • h/t。如何降低电耗一宜是现代 离子膜电解系统的研究重点。迄今为止，国内外已 经推出了一系列先进的离子膜电解槽。伍迪公司推 出的第6代离子膜电解槽的电耗已经降至2 035 kW・h/t以下（电流密度为6 kA/m2）0日本氯工程 公司于2013年开发了采用柔性阴极的nx - BiTac 电解槽，该电解槽在电流密度6 kA/m2时，电耗能够 维持在2 010 - 2 025 kW・h/t。蓝星（北京）化工机 械有限公司（以下简称“蓝星北化机” ）NBZ-2.7型 膜极距离子膜电解槽可维持在5~6 kA/m2稳定运 行，电耗可降至2 030 kW • h/to
槽号 1槽 2槽 3槽
平均槽电压/V 3.229 3.453 3.126
电流密度/(kA/m2) 5.981 5.985 5.980
Key words： ion-exchange membrane electrolyzer； cell voltage； electricity consumption； ion・exchange membrane ； influencing factors
Abstract: The effects of ionic membrane structure, electrolyte, gas pressure and impurity pollution on cell voltage were analyzed. It was proposed that the abnormal cell voltage caused by improper operation should be avoided as far as possible, and ion-exchange membrane electrolyzer should be improved through continuous optimum design.
v=eo + vm + vk + vc+ir,+irc+ir,, (2)
式中，V为槽电压,V迟为理论分解电压,V；%, 为离子膜电压降,V；匕为阳极过电位,V；%为阴极 过电位,V；〃A为阳极溶液欧姆定律电压降,V;/Rc 为阴极溶液欧姆定律电压降，V；/&为金属欧姆定 律电压降,V。
其中理论分解电压是电解槽理想状态下的理论
值。根据能斯特方程[见下面公式(3)],理论分解
电压(85七)仅为2.10 Vo具体分析过程如下。
心o RT[ ao
/(3a)、
0 RT.
RT.
<Pa =卩ci + 历InPcb -■yinaci- ,
(/ 4八)
屛=1.475 2 +4.822 71 x 10^7-2.900 55 x
10&#相中CD的分压;
为CL的活度;R为气体常数,1.987 cal/(mol • K)；
F =23 060 cal/mol o
%2
=知o 2
_
RT] 2FlnP»2
RT、
_ ■ylna0H
-，
(( o b)
式中,<P?>2 = -0.828 V,与温度无关。
£().85 =^85,(¾ - ^85,¾ =2・ 10 V。 但是我国氯碱企业的离子膜电解槽电压一般维
* ［作者简介〕刘凯（1990-）,男，硕士研究生，现于陕西北元化工集团股份有限公司从事科技研发工作。 ［收稿日期］2019-02 -15
12
第6期
刘凯等：离子膜电解法槽电压的影响因素
电解槽处于最佳运行状态,从而有效降低槽电压,减
少生产成本。 槽电压作为离子膜电解槽的重要指标,需要生
产运行中操作人员定时检测。下式是槽电压的表达 式2：
持在3.2-3.5 V,实际槽电压比理论分解电压高 45% -65%,离子膜电解槽节能降耗的空间仍然较 大。某企业电解槽实际信息如表1所示。
表1某氯碱企业BM-2.7第5代电解槽信息 Table 1 Information of generation -5 electrolyzer
BM -2.7 operated in a chlor - alkali enterprise
槽电压与电流效率是吨碱电耗的关键因素。吨
碱电耗的表达式见公式（1）。只有提高离子膜电解 系统的电流效率，降低槽电压，才能有效降低吨碱电 耗。
式中：W为直流电耗,kW • h/t；V为槽电压,V； 7?为电流效率,%; 1.492为NaOH的电化当量， g/（A • h）o
目前，主流的离子膜电解槽运行稳定，可以保证 电流效率在95%以上,再进一步提高电流效率难度 较大，所以如何降低离子膜电解槽槽电压成为研究 者与生产技术人员关注的重点。降低电解槽电压, 不仅需要离子膜电解槽生产厂商从电解槽结构本身 进行改进升级，而且需要氯碱企业生产技术人员从 生产工艺和系统管理的角度出发，尽可能使离子膜