氯碱工程详解(复极式离子膜电解槽工艺)20120813
离子膜烧碱电解槽安装施工方案(非常详细,可直接指导施工)
目录第1章编制说明 (2)第2章离子膜电解槽的工作原理和施工原理- (2)2.1 离子膜电解槽工作原理 (2)2.2 离子膜电解槽施工原理 (2)第3章安装前应具备的条件 (3)第4章电解槽组装程序 (4)第5章离子膜电解槽施工特点 (5)第6章电解槽安装 (6)6.1 基础验收 (6)6.2 电解槽框架安装 (6)6.3竣工验收 (20)第7章质量技术措施 (21)7.1 质量措施 (21)7.2 质量保证体系 (21)第8章安全技术措施 (23)第9章技术措施用料计划 (25)第10章主要施工机具计划 (26)第1章编制说明本项目为中国化学工程第四建设有限公司承建的天津渤化化工发展有限公司公司60万吨/年离子膜烧碱项目安装工程，共计20台电解槽，其中电解厂房A共计10台日本进口电解槽，电解厂房B共计10台利旧电解槽，为确保电解槽安装质量，特编制此施工方案。
结构：复极式电解槽，规格17620mm x 2686mm x 1812mm，单元槽个数176个；第2章离子膜电解槽的工作原理和施工原理-2.1 离子膜电解槽工作原理离子膜法制碱是用离子膜把阳极室和阴极室隔开，在这种电解室中进行盐水电解。
这种阳离子膜对溶液中阳离子具有高选择透过性（单透性）和拒绝OH-、CL-离子通过。
由于阳离子膜容许Na+带少量水分透过膜层进入阴极区，并对OH-具有排斥作用，从而阻止了OH-进入阳极区，阳极区的CL-由于受膜和阴极的双重排斥而无法进入阴极区。
因此，阴极区可获得含盐量少的高浓度烧碱。
2.2 离子膜电解槽施工原理离子膜电解槽是由多个单元槽组成，相邻的单元槽之间安装有离子膜，单元槽之间由油压系统挤压串联在一起，安装铜排，软管，从而组装一台完整的电解槽。
第3章安装前应具备的条件一、设备基础验收合格，并办理完工序交接安装技术负责人与主要安装人员都已经过培训并全面掌握了电解槽各零部件的安装要点及安装位置，对各工序都有严格的监控预防措施。
氯碱电解工艺
氯碱电解工艺安全知识及安全作业第一节氯碱电解工艺简介电流通过电解质溶液或熔融电解质时，在两个电极上所引起的化学变化称为电解反应，涉及电解反应的工艺过程为电解工艺。
工业上用电解饱和食盐水溶液的方法来制取NaOH、Cl2和H2，称为氯碱工业。
主要分为氯化钠电解和氯化钾电解。
典型过程包括电解过程，液氯以及氢气的储存和充装过程。
第二节氯碱电解工艺主要危险特点盐水电解工艺过程：电解食盐水过程中产生的氢气是极易燃烧的气体，氯气是氧化性很强的剧毒气体，两种气体混合极易发生爆炸，当氯气中含氢量达到5％以上，则随时可能在光照或受热情况下发生爆炸。
电解原料或盐水中有氨或铵存在时，氨或铵在电解过程的酸性条件（pH<4.5）下与氯气或次氯酸反应生成三氯化氮。
反应方程如下：NH4+ + 3Cl2NCl3+3HCl+H+NH3+3HClO NCl3+3H2O三氯化氮是一种爆炸性物质，与许多有机物接触或加热至90℃以上以及被撞击、摩擦等，即发生剧烈的分解而爆炸；原料中铵盐含量过高或液氯排污不及时，易在液氯汽化系统富集，极易造成三氯化氮爆炸事故。
电解溶液腐蚀性强。
此外，电解饱和食盐水的工艺过程中，氢氧化钠、湿氯气、氯水、盐酸、次氯酸钠等均有较强的腐蚀性。
氯气处理工艺过程：电解食盐水过程中产生的氯气是氧化性很强的剧毒气体，液氯的生产、储存、包装、输送、运输过程可能发生液氯的泄漏。
氢气处理工艺过程:电解食盐水过程中产生的氢气是极易燃烧的气体。
第三节氯碱电解设备安全技术目前，氯碱行业使用的电解槽主要有两大类：一是金属阳极隔膜电解槽，二是离子膜型电槽，槽型有单极槽和复极槽，循环方式有强制循环和自然循环两种。
氯碱企业选用的离子膜电解槽主要有旭化成、氯工程公司、伍德公司、迪诺拉公司、北化机及ICI公司生产的电槽，电槽所用离子膜主要供应商有美国杜邦公司、日本旭化成和旭硝子公司。
一、隔膜电解槽隔膜电解槽的图解原理如图一所示，电解时，氯气照方程式(2)在阳极发生，工业生产上的阳极是钌基或铂/铱基涂刷在钛板上制成的，称为金属阳极．在阳极产生的氯气首先溶解在电解液中直至饱和，后呈气泡放出．由于氯的溶解度是温变的函数，所以电解一般在较高的温度(95～100℃)下进行，以减少氯的溶解度，并增加溶液的电导．伴随着氯气的产生，在阳极可能发生两个副反应，一是在阳极上H2O 放电而产生O2，如方程式(4)所示，另一是OCl-离子的电化学氧化而生成氯酸盐，如方程式(5)所示．2H2O→O2+4H++4e-(4)上列反应中，O2的析出是跟“阴极材料”和介质的pH有关如果采用石墨作阳极，由于产生了C→CO2的反应，而导致阳极材料的消耗C+2H2O→CO2+2H2电解质通过隔膜，从阳极区渗入阴极区，通常采用石棉或氟高聚物改性石棉为隔膜，采用真空吸附的方法沉积在多孔的阴极上(编网或多孔钢板)．在阴极区，水分子放电产生H2和NaOH，其中NaOH部分地回迁移至阳极区，跟溶解在里面的氯起反应而产生氯酸盐．如方程式(7)(8)和(9)所示．Cl2+OH-→HCl O +Cl-(7)HOCl+OH-H2O+OCl-(8)2HOCl+OCl-→ClO3-+2H++2Cl-(9)上列副反应产生影响电解的电流效率．阴极流出液中一般会有12％NaOH和15%NaCl．此类电解槽现已逐渐被淘汰二、离子交换膜电解槽离子交换膜电解槽的图解示意图如图二所示．这类型的电解槽通常采用离子交换膜作为隔膜．其中一种常用的离子交换膜叫做“Naflon”，系全氟碳共聚物，由美国杜邦公司制造．电解用的纯盐水是采用离子交换的方法制备的，其中所含的Ca2+和Mg2+少于0.1ppm，该盐水送入阳极室，无离子水送入阴极室，阳极区的Na+被离子交换膜交换到阴极区，跟阴极区的OH-形成NaOH，交换膜能阻止Cl2的迁移，因而可能生成高纯度的NaOH，其浓度达50%以上，从而免去烧碱的蒸发工段．三、汞电解槽隔膜电解槽和离子交换膜电解槽中，其阳极液和阴极液的分离分别地采用隔膜或离子交换膜，而汞电解槽无隔膜．其图解示意图如图三所示：阴极本身可以达到分离的目的．Cl2在阳极产生，而Na+在阴极放电形成钠汞齐，经第二电槽与水反应生成H2和Hg2NaHg+2H2O→2NaOH+H2+Hg所产生的汞经回收循环使用．由于汞严重地污染环境，此类电解槽已被逐渐淘汰．旭化成、氯工程、北化机三种电解装置的比较一、工艺比较目前，旭化成、氯工程、北化机三家最新推出电槽均为高密度、低电耗运行的复极式电槽。
氯碱电解工艺
氯碱电解工艺安全知识及安全作业第一节氯碱电解工艺简介电流通过电解质溶液或熔融电解质时，在两个电极上所引起的化学变化称为电解反应，涉及电解反应的工艺过程为电解工艺。
工业上用电解饱和食盐水溶液的方法来制取NaOH、Cl2和H2，称为氯碱工业。
主要分为氯化钠电解和氯化钾电解。
典型过程包括电解过程，液氯以及氢气的储存和充装过程。
第二节氯碱电解工艺主要危险特点盐水电解工艺过程：电解食盐水过程中产生的氢气是极易燃烧的气体，氯气是氧化性很强的剧毒气体，两种气体混合极易发生爆炸，当氯气中含氢量达到5％以上，则随时可能在光照或受热情况下发生爆炸。
电解原料或盐水中有氨或铵存在时，氨或铵在电解过程的酸性条件（pH<4.5）下与氯气或次氯酸反应生成三氯化氮。
反应方程如下：NH4+ + 3Cl2NCl3+3HCl+H+NH3+3HClO NCl3+3H2O三氯化氮是一种爆炸性物质，与许多有机物接触或加热至90℃以上以及被撞击、摩擦等，即发生剧烈的分解而爆炸；原料中铵盐含量过高或液氯排污不及时，易在液氯汽化系统富集，极易造成三氯化氮爆炸事故。
电解溶液腐蚀性强。
此外，电解饱和食盐水的工艺过程中，氢氧化钠、湿氯气、氯水、盐酸、次氯酸钠等均有较强的腐蚀性。
氯气处理工艺过程：电解食盐水过程中产生的氯气是氧化性很强的剧毒气体，液氯的生产、储存、包装、输送、运输过程可能发生液氯的泄漏。
氢气处理工艺过程:电解食盐水过程中产生的氢气是极易燃烧的气体。
第三节氯碱电解设备安全技术目前，氯碱行业使用的电解槽主要有两大类：一是金属阳极隔膜电解槽，二是离子膜型电槽，槽型有单极槽和复极槽，循环方式有强制循环和自然循环两种。
氯碱企业选用的离子膜电解槽主要有旭化成、氯工程公司、伍德公司、迪诺拉公司、北化机及ICI公司生产的电槽，电槽所用离子膜主要供应商有美国杜邦公司、日本旭化成和旭硝子公司。
一、隔膜电解槽隔膜电解槽的图解原理如图一所示，电解时，氯气照方程式(2)在阳极发生，工业生产上的阳极是钌基或铂/铱基涂刷在钛板上制成的，称为金属阳极．在阳极产生的氯气首先溶解在电解液中直至饱和，后呈气泡放出．由于氯的溶解度是温变的函数，所以电解一般在较高的温度(95～100℃)下进行，以减少氯的溶解度，并增加溶液的电导．伴随着氯气的产生，在阳极可能发生两个副反应，一是在阳极上H2O 放电而产生O2，如方程式(4)所示，另一是OCl-离子的电化学氧化而生成氯酸盐，如方程式(5)所示．2H2O→O2+4H++4e-(4)上列反应中，O2的析出是跟“阴极材料”和介质的pH有关如果采用石墨作阳极，由于产生了C→CO2的反应，而导致阳极材料的消耗C+2H2O→CO2+2H2电解质通过隔膜，从阳极区渗入阴极区，通常采用石棉或氟高聚物改性石棉为隔膜，采用真空吸附的方法沉积在多孔的阴极上(编网或多孔钢板)．在阴极区，水分子放电产生H2和NaOH，其中NaOH部分地回迁移至阳极区，跟溶解在里面的氯起反应而产生氯酸盐．如方程式(7)(8)和(9)所示．Cl2+OH-→HCl O +Cl-(7)HOCl+OH-H2O+OCl-(8)2HOCl+OCl-→ClO3-+2H++2Cl-(9)上列副反应产生影响电解的电流效率．阴极流出液中一般会有12％NaOH和15%NaCl．此类电解槽现已逐渐被淘汰二、离子交换膜电解槽离子交换膜电解槽的图解示意图如图二所示．这类型的电解槽通常采用离子交换膜作为隔膜．其中一种常用的离子交换膜叫做“Naflon”，系全氟碳共聚物，由美国杜邦公司制造．电解用的纯盐水是采用离子交换的方法制备的，其中所含的Ca2+和Mg2+少于0.1ppm，该盐水送入阳极室，无离子水送入阴极室，阳极区的Na+被离子交换膜交换到阴极区，跟阴极区的OH-形成NaOH，交换膜能阻止Cl2的迁移，因而可能生成高纯度的NaOH，其浓度达50%以上，从而免去烧碱的蒸发工段．三、汞电解槽隔膜电解槽和离子交换膜电解槽中，其阳极液和阴极液的分离分别地采用隔膜或离子交换膜，而汞电解槽无隔膜．其图解示意图如图三所示：阴极本身可以达到分离的目的．Cl2在阳极产生，而Na+在阴极放电形成钠汞齐，经第二电槽与水反应生成H2和Hg2NaHg+2H2O→2NaOH+H2+Hg所产生的汞经回收循环使用．由于汞严重地污染环境，此类电解槽已被逐渐淘汰．旭化成、氯工程、北化机三种电解装置的比较一、工艺比较目前，旭化成、氯工程、北化机三家最新推出电槽均为高密度、低电耗运行的复极式电槽。
离子膜电解装置工艺学习
4.设备结构与运行过程 4.1螯合树脂塔运行及再生过程
3.2电解的原理
在直流电作用下，二次精制盐水进入电 解槽阳极室，碱液进入阴极室进行电解， 离子膜安装在阴极和阳极之间, 氯气在阳极 室产生，氢气和烧碱在阴极室产生，反应 方程式如下：
阳极: 2Cl- → Cl2 +2e阴极: 2H2O + 2e- → H2 + 2OH方程式: 2NaCl + 2H2O → 2NaOH + Cl2 + H2
氯化钠被电离成钠离 子和氯离子。 氯离子 在阳极室放电转变为氯 气。同时， 钠离子通过离子交换 膜移到阴极室。在阴极 室，与水电解生成的氢 氧根反应生成氢氧化钠， 氢离子在阴极表面放电 转变为氢气。
Cl2 Ｈ2
Ｈ+ ClＮa+
OH―
NaCl
H2O
3.3脱氯的原理
脱除游离氯有三种方法：空气吹除法、真 空脱氯法、化学试剂法。 一般多采用两种方法结合去除游离氯。我 公司采用真空脱氯法和化学试剂法，空气吹除 法作为备用，如果真空系统出现问题，则用空 气吹除法去除脱氯塔游离氯，但因混进空气， 故脱氯塔出来的废氯气只能去事故氯系统。
将操作台上展开的膜移到电槽上时，把膜折叠后运走。 将操作台上展开的膜移到电槽上时，把膜折叠后运走。
×
×
将操作台上展开的膜卷到筒上时，在有皱褶的状态下卷起来。 将操作台上展开的膜卷到筒上时，在有皱褶的状态下卷起来。
×
×
5 6 9 11 1 2
14 10
2 5 3 8 32 2 3 4 7 2 3
8
3 0
纯水：73m 纯水：73m³
步骤 5
NaOH 再生
1.5 小 时
氯碱生产技术 离子膜法生产工艺流程
单极式电解槽内部的直流电路是并联 的，通过各个电解单元的电流之和是 通过这台单极电解槽的总电流，各电 解单元的电压是相等的。所以，单极 式电解槽适合于低电压电流单元的直 流运转。
复极式电解槽 各电解单元的直流电路都是串联的，各 个单元的电流相等，电解槽的总电压是 各电解单元电压之和。所以复极式电解 槽适合于低电流高电压运转。
《离子膜法生产工艺流程》
离子膜法生产工艺流程
• 1. 盐水一次精制
食盐 化盐
回收盐水 粗盐水
NaOH Na2CO3
BaCl2
精制 助沉剂
洗泥 水
热水
盐泥
盐泥洗涤
废泥 图 5-3 盐水一次精制流程图
澄清
过滤 盐酸
中和 精制盐水
• 2．盐水二次精制
压缩空气 废α-纤维素
盐水 亚硫酸钠 一次盐水贮槽 一次盐水泵 管式过滤器
• 离子膜电解槽 • 主要部件是阳极、阴极、隔板和槽框。
在槽框的当中，有一块隔板将阳极室与 阴极室隔开。两室所用材料不同，阳极 室一般为钛，阴极室一般为不锈钢或镍。
• 隔板一般是不锈钢或镍和钛板的复合板。 隔板的两边还有筋板，其材料分别与阳 极室和阴极室的材料相同。筋板上开有 圆孔以利于电解液流通，在筋板上焊有 阳极和阴极。
过滤盐水贮槽 过滤盐水泵
ห้องสมุดไป่ตู้
废水、废酸、废碱
螯合树脂塔
二次精制盐水贮槽
去离子膜电解槽 图5—4 二次盐水精制流程方框图
α-纤维素 α-纤维素配制槽
α-纤维素泵
α-纤维素预混槽
α-纤维素泵 盐水泵 去离子水 盐酸 烧碱液
离子膜法生产氯碱操作规程
离子膜法生产氯碱操作规程离子膜法是一种用于生产氯碱的成熟工艺，它以离子膜电解器为核心设备，在工业生产中具有广泛的应用。
下面是离子膜法生产氯碱的操作规程，详细介绍了操作步骤和注意事项。
一、设备准备1.确保离子膜电解器及相关设备处于良好状态，检查设备的电缆、管道等是否完好无损。
2.检查原料储槽的液位及浓度，确认储槽内氯化钠（NaCl）和水（H2O）的供应充足。
3.检查电力供应情况，确保电解器正常运行所需的电力供应稳定可靠。
二、操作步骤1.打开水浴加热器的循环泵，使加热器内的水循环流动，将水温升至设定温度。
2.打开氯化钠储槽进料泵，将氯化钠供应至电解器的氯化钠仓中，注意控制进料流量。
3.打开水储槽进料泵，将水供应至电解器的阳离子仓中，注意控制进料流量。
4.打开电解器冷却水进出水阀门，确保电解器冷却水循环正常。
5.启动电解器设备，开启电流电压，监测电流电压是否在正常范围内。
6.持续监测电解过程中的温度、电流和电压等参数，确保电解过程稳定运行。
7.在电解过程中定期检查和清理离子膜和阳离子、阴离子层，保持离子膜的通透性。
8.电解过程结束后，关闭电解器设备，断开电流电压供应。
9.关闭水浴加热器循环泵和水储槽进料泵，切断水浴加热器和水储槽的供水。
三、注意事项1.操作前应熟悉离子膜电解器及相关设备的结构和工作原理。
2.严格按照规程操作，不得擅自改变操作步骤或参数。
3.定期检查设备，确保设备处于良好状态，及时处理设备故障。
4.离子膜电解器操作结束后，应及时进行清洗和维护，保持设备的正常运行。
5.操作人员应穿戴好防护装备，注意操作过程中的安全防护措施，避免发生事故。
6.定期进行设备检修和维护，保障设备的长期稳定运行。
以上是离子膜法生产氯碱的操作规程，操作时需要严格按照规程进行操作，并注意设备的安全和维护，确保生产过程正常运行和生产质量的稳定。
操作人员应具备相关工艺知识和操作经验，在操作过程中严格遵守相关规定，确保生产安全和环境保护。
离子膜电解槽施工工法(2)
离子膜电解槽施工工法离子膜电解槽施工工法一、前言离子膜电解槽是一种用于电化学工业的重要设备，通过离子膜将电介质分离，实现阳离子和阴离子的选择性传输。
离子膜电解槽施工工法是指在建设离子膜电解槽时，所采用的施工方法和技术措施。
本文将详细介绍离子膜电解槽施工工法的特点、适应范围、工艺原理、施工工艺、劳动组织、机具设备、质量控制、安全措施、经济技术分析以及工程实例，旨在为读者提供一份全面、实用的工法指南。
二、工法特点离子膜电解槽施工工法的特点主要包括：1. 施工工序简单明了，施工周期短，能够提高施工效率；2. 工艺成熟稳定，施工工法经过多年实践验证，具有较高的可靠性；3. 采用先进的材料和设备，能够提高电解槽的耐腐蚀性和运行效率；4. 施工工艺具有灵活性，能够针对不同的工程要求进行调整和优化。
三、适应范围离子膜电解槽施工工法适用于电化学工业中的各种离子交换反应和电解反应，包括盐类生产、金属精炼、电镀、水处理等领域。
根据具体的工程要求和产品质量要求，可以选择适合的施工工法进行实施。
四、工艺原理离子膜电解槽施工工法的基本原理是将电解槽的阳极室和阴极室通过离子膜分隔开来，以实现阳离子和阴离子的选择性传输。
具体的实施工法需要根据实际工程情况进行调整和优化。
在施工过程中，可以采取一些技术措施，如控制电解液的温度和浓度、调整电流密度等，以确保电解槽的正常运行和产量质量的稳定。
五、施工工艺离子膜电解槽施工工艺分为准备工作、构筑工作、膜材料安装和接头处理等阶段。
具体的施工过程中，需注意保持施工环境干燥清洁，避免杂质和污染物进入电解槽。
同时需要严格遵守施工规范和操作流程，确保施工质量和施工安全。
六、劳动组织离子膜电解槽施工工法的劳动组织包括施工人员的角色和职责划分、工作流程的安排和任务分配等。
在施工过程中，需要充分发挥施工人员的专业能力和技术经验，以有效协调和管理施工工作。
七、机具设备离子膜电解槽施工工法所需的机具设备包括起重机、挖掘机、焊接设备、膜材料切割机等。
离子膜电解槽的工作原理
离子膜电解槽的工作原理离子膜电解槽是一种用于电解制取氯碱化合物（如氯气、氢气、氢氧化钠和氯化氢）的设备，其工作原理基于离子选择性透膜的特性。
离子膜通常是由聚合物材料制成的薄膜，具有高电导性和选择性透过特定离子的能力。
离子膜电解槽的工作原理如下：1. 电解槽结构：离子膜电解槽由阳极室、阴极室和中间的离子选择性膜组成。
阳极室和阴极室之间通过离子选择性膜隔开，形成两个相互隔离的电解液室。
2. 电解液配置：阳极室和阴极室中分别加入含有离子的电解液。
在氯碱工业中，阳极室通常使用饱和氯化钠溶液，阴极室则采用饱和氢氧化钠溶液。
3. 电极反应：在阳极室，电解液中的氯化钠溶液受电解作用，发生离解反应，产生氯离子和钠离子。
2Cl- →Cl2 + 2e-阴极室中的氢氧化钠溶液受电解作用，发生离解反应，产生水和氢气。
2H2O + 2e- →H2 + 2OH-4. 离子传递：当电流通过电解槽时，离子选择性膜只允许特定类型的离子透过。
在离子膜电解槽中，阳极室中的氯离子只能通过离子选择性膜进入阴极室，而阴极室中的氢氧化物离子也只能透过离子选择性膜进入阳极室。
这样，电解液中的离子可以在电解槽中迁移。
5. 反应生成物：在阴极室中，阴极吸收氢离子和电子，生成氢气。
2H+ + 2e- →H2在阳极室中，氯离子接受电子，生成氯气。
2Cl- →Cl2 + 2e-同时，在阳极室中，水还原成氧气和氢氧化钠。
2H2O →O2 + 4H+ + 4e- .通过上述反应，离子膜电解槽可以同时制取氯气、氢气和氢氧化钠。
离子选择性膜的隔离作用使得阳极室和阴极室能够独立操作，提高了产物的纯度和设备的效率。
离子膜电解槽的工作原理具有以下优点：1. 高纯度产物：离子选择性膜可以有效地隔离阳极室和阴极室，保证产物的纯度。
2. 高效能消耗：离子膜电解槽的电解效率高，能耗低。
3. 节约能源：离子膜电解槽不需要饱和盐溶液的氯化钠向阳极室注入而消耗能量，只需普通的低浓度溶液即可。
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离子膜烧碱工艺流程第一章 盐水精制甲元1.盐水精制的目的氯碱工业生产过程中，无论采用海盐、湖盐、岩盐或卤水中的哪一种原料，都含有Ca2+、Mg2+、SO2－等无机杂质，以及细菌、藻类残体、腐殖酸等天然有机物和机械杂质。
这些杂质在化盐时会被带入盐水系统中，如不去除将会造成离子膜的损伤，从而使其效率下降，破坏电解槽的正常生产，并使离子膜的寿命大幅度缩短。
盐水中一些杂质会在电解槽中产生副反应，降低阳极电流效率，并对阳极寿命产生影响。
因此，盐水必须进行精制操作除去盐水中的大量杂质，生产满足离子膜电解槽运行要求的精制盐水。
2.盐水精制工艺简述直至20世纪70年代中期，传统絮凝沉降盐水精制工艺基本上没有实质性发展；目前用于离子膜法电解的盐水精制工艺是在上述方法基础上增加二次过滤和二次精制先进工艺技术形成的。
其工艺流程为∶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α-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1×10－6，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。
第二章 电解单元92.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、Cl2、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+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H2OH+和OH－，其中OH－被具有选择性的阳离子挡在阴极室与从阳极室过来的Na+结合成为产物NaOH，H+在阴极电解作用下生成氢气。
93.离子膜电解槽的类型离子膜电解槽按照单元槽的结构形式不同，分为单极式离子膜电解槽(图21)和复极式离子膜电解槽(图22)。
单极式离子膜电解槽是指在一个单元槽上只有一种电极，即单元槽是阳极单元槽或阴极单元槽，不存在一个单元槽上既有阳极又有阴极的情况。
复极式离子膜电解槽是指在一个单元槽上，既有阳极又有阴极(每台离子膜电解槽的最端头的端单元槽除外)，是阴阳极一体的单元槽。
94.不同类型离子膜电解槽的供电方式离子膜电解槽的供电方式有两种∶并联和串联。
在一台单极式离子膜电解槽内部(参见图23)，直流供电电路是并联的，因此总电流即为通过各个单元槽的电流之和，各单元槽的电压基本相等，所以单极式离子膜电解槽的特点是低电压大电流。
复极式离子膜电解槽(参见图24)则正好相反，复极式离子膜电解槽的特点是低电流、高电压。
95.离子膜电解槽通常的腐蚀形式离子膜电解装置(主要指单元槽，阴、阳极液进、出口总管等)通常存在三种腐蚀，即∶①化学腐蚀；②间隙腐蚀；③泄漏电流腐蚀。
96.如何防止离子膜电解槽的化学腐蚀化学腐蚀主要是阴阳极系统不同的化学介质对材料的腐蚀。
在阴极系统中，主要是90℃的32％(质量分数)NaOH对材料的腐蚀，在阴极系统，各公司选用的材料大致有三种∶镍(Ni)、不锈钢(SUS310S或00Cr25Ni20)和非金属材料(CPVC、PVC+FRP、PTFE、PFA等)。
但在既要耐NaOH腐蚀又要导电的部位(如阴极盘、阴极筋板、阴极网等)，最好还是使用镍(Ni)材料，因为Ni既有良好的耐碱腐蚀性又是电阻较低的材料。
在输送NaOH液体的部位，可采用SUS310S、非金属材料或钢衬里材料(如总管、包括阴极液进出口总管)。
在阳极系统中，世界各公司都无一例外地选用了耐腐蚀性能最好的金属材料——钛(Ti)，当然在阳极液输送管等部位也有选用CPVC+FRP增强树脂等非金属材料。
在离子膜电解装置中，Ti材料在通常使用情况下，其电位接近钝化区，通过溶液中的Cl2溶解后生成的次氯酸或次氯酸离子的氧化作用，(生成TiO2)来维持钝态。
Cl2 + H2O ←→HCl + HClOHClO + O H－ ←→ClO－+ H2O因此，离子膜电解装置的阳极系统中，钛(Ti)材料表面有流动的含Cl2部位，有很高的耐腐蚀性，几乎是不腐蚀的。
195.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。
(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调节阀来控制的，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，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，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。
在蓝星北化机/旭化成电解槽中，在阳极总管入口端将精制盐水与返回淡盐水按体积比约为7.2∶1进行混合。
美国西方公司的电解槽阳极不循环；阴极循环量较大，为成品碱流量的10工程公司电解槽电解工艺与蓝星北化机/工程公司电解槽运行过程中，采用阴、阳极都循环；早期单极槽阳极循环量相当于加入电解槽的二次精盐水流量，阴极循环量是成品碱流量的4倍；复极槽的阳极循环量为5.5m3/(h·万吨碱)，阴极循环量为0.23m3/(h·单元槽·万吨碱)。
196. 目前广泛使用的三种电解槽槽型的控制指标(说明，旭化成公司提供的高电密电解槽控制指标与蓝星北化机电解槽控制指标相同，没有分开列表)。
开车过程中的分析检查项目∶(3)电解液浓度的分析送电前，电解槽进行循环升温过程中，就要分析进槽阴阳极液的浓度；如果不符合要求，要及时查找原因，并作相应调整，使加入电解槽的阴阳极液符合离子膜使用和电解工艺的要求。
送电后，从电流密度1.5kA/m2开始，阴阳极液浓度正常调节控制将可以投入串级调节控制回路进行自动调节控制。
为了得到最准确的串级比值，此时应根据浓度变化情况，适当增加阴阳极液分析频次，密切关注电解槽阴阳极液出口浓度，特别是阴极出口碱浓度，合理调整阴极加纯水量。
(4)氯、氢气纯度的分析随着电流的上升，氯、氢气量逐步增加。
一般在电流密度1.5kA/m2时，阴极系统的氮气加入量可逐步减停。
此时，可对电解系统的氯、氢纯度进行分析检测，为氯氢处理和盐酸合成工序提供数据。
(5)碱中含盐分析送电至额定电流后，应对碱中含盐进行分析，对离子膜的性能进行判断。
(6)淡盐水pH值分析送电后，一旦淡盐水和碱液浓度稳定后，应及时分析阳极淡盐水pH值；并通过逐步调节加酸量，使得淡盐水pH值达到规定数值；同时，得出准确的加酸串级比值。
267.电解槽加酸的方法和目的实际生产中，在电解槽头进槽盐水与阳极液进口总管之间的管路上加入高纯盐酸；并通过调节高纯盐酸添加量来实现进槽盐水酸度≤0.15mol/L和出槽淡盐水的酸度在规定的pH＝2.5±0.2范围内。
电解过程中，OH－会从阴极室反迁移到阳极室；当OH－达到一定数量时，就会在阳极参加反应生成氧气；阳极反应就是Cl－和OH－的竞争反应，尤其是在离子膜使用到后期时；在阳极液中应加入适量的盐酸，就会中和反迁移来的OH－，抑制其在阳极的反应；可见，阳极液的酸度和氯中含氧量有直接关系。
如果不加酸或加酸量不够，阳极液的酸度太低、pHO2生产中电解槽出口阳极液pH值长期在4～5范围运行，使电极电化性能发生了明显下降。
加酸量也不能过大；进槽盐水过高的酸度会使阳极液pH值过低，这又是离子膜出现水泡现象的重要原因之一，将会使离子膜寿命大大缩短。
另外，过高的酸度还可能使离子膜失去选择性离子交换功能，不但槽压要急剧升高，而且电流效率也要显著下降。
在开车或停车过程中容易出现电流密度低的情况，此时通过离子膜反迁移的氢氧根数量非常小，所以，此时的酸度控制必须比正常操作条件下要更严格，必须通过减少酸添加量来降低酸度。
第三毫 淡盐水脱氯单元284.淡盐水中的游离氯是怎样产生的?淡盐水中的游离氯以两种形式存在∶一是氯气在淡盐水中的溶解为溶解氯；其溶解量与淡盐水的温度、浓度、溶液上部的氯气分压、溶液pH值等有关，近似遵循亨利定律C i＝KP i ；淡盐水中溶解氯存在下列平衡∶Cl2 + H2O ←—→HClO + HClHClO —→H+ + ClO－二是以ClO－形式存在；由于电解过程中OH－离子反渗透通过离子膜到达阳极侧与Cl2发生副反应生成ClO－∶2 OH－+ Cl2 —→ClO－+ Cl－+ H2O电流效率越低，反渗透的OH－越多，ClO－生成的也越多。
这两部分量的总和，以氯气来计，称为游离氯。
可见游离氯的产生来源于氯气在淡盐水中的溶解和电解过程中阳极侧发生的副反应。
285.淡盐水为什么要脱去游离氯后，才能返回一次盐水系统再使用?符合质量要求的精制盐水在电解槽内发生电化学反应后，其浓度降低，成为含有游离氯的淡盐水；其NaCl含量为(205±5)g/L，pH值为2.5～3(进槽盐水加酸工艺时)，游离氯一般为600～800mg/L，温度80～85℃，流量约为9m3/h(年万吨烧碱)；需将其返回一次盐水重新饱和再使用；但淡盐水中存在着下列化学平衡∶Cl2 + H2O —→HClO + HClHClO —→H+ + ClO－HClO —→HCl + [O]。