用于制造烧碱的离子交换膜
离子膜制碱工艺
新疆轻工职业技术学院毕业论文论文题目：离子膜制碱工艺班级：学生：指导老师：联系电话：目录前言。
（3）一离子交换膜法制碱的优势及前景1.1离子交换膜法制碱的优势。
（4）1.2离子交换膜法制碱的前景。
（5）二离子交换膜法制碱的性能和种类2.1离子交换膜法制碱的性能。
（6）2.2离子交换膜的类型。
（7）三离子交换膜法制碱的基本原理3.1电解原理。
（8）3.2离子交换膜。
（8）四离子交换膜法制碱的工艺条件的选择及操作控制4.1盐水质量。
（9）4.2阴极液中的氢氧化钠的浓度。
（9）4.3阳极液中氯化钠浓度。
（9）4.4盐水中加盐酸。
（9）4.5盐水与纯水-淡碱液的供应。
（10）4.6气体压强。
（10）4.7操作温度。
（10）五离子交换膜法制碱工艺流程及主要设备5.1工艺流程。
（11）5.2离子交换膜电解槽。
（12）六小结。
（13）七参考文献。
（14）八致谢。
（15）摘要：简单介绍了离子交换膜法制碱工艺的优势及前景，通过对隔膜法、汞法、离子膜法的比较得到，离子膜法制烧碱较传统的隔膜法，水银法具有很大优势。
另外彻底根治了石棉、水银对环境的污染。
因此，离子膜法制烧碱是氯碱工业发展的方向。
离子膜法制碱的基本原理是：电解原理。
它的工艺条件主要取决与：盐水的质量、氢氧化纳的浓度、氯化钠浓度、盐水与纯水-淡碱液的供应等。
工艺流程分为四部分：一次盐水精制、二次盐水精制、电解槽、烧碱蒸发装置。
关键词：离子膜、电解、烧碱、电解槽前言氯碱工业产品主要有烧碱、氢气、氯气及下游产品，品种超过900多种，广泛应用于轻工、化工、纺织、农业、建材、电力、电子、国防、冶金等各个部门，是我国经济发展与人民生活不可缺少的重要基本化工原料。
离子膜法生产氯碱优点是可节电1/3，成品浓度高，基建占地少，无污染，经济效益好，所产氯碱质量好，成本低，产品性能大大优于隔膜烧碱，能满足轻纺、化纤、造纸、冶金等行业对高质量碱的要求及发展。
我国通过引进、消化、吸收和创新，加速了离子膜制碱技术的国产化，目前，技术已取得了突破性进展，具备了从设计施工、开车的全套技术能力，国产复极式离子膜电解槽性能已接近国外先进水平。
离子膜烧碱生产原理
离子膜烧碱生产原理烧碱生产是以超纯盐水为原料，在离子交换膜电解槽中进行强烈的电化学反应而生成的。
在阳极室中氯化钠按下列方式在溶液中进行电离:NaCl → Na+ + Cl-主要阳极反应为阴离子Cl-在阳极上发生氧化生成氯气2Cl-→ Cl2+ 2e-阳极室的Na+和水通过离子交换膜一起传输到阴极室.阴极室的水在电流的作用下发生如下的电解反应:2H2O + 2e-→ H2+ 2OH-阴极室最开始的反应是阳离子H+得到电子被还原为H2，同时产生OH-。
Na+和OH-结合生成NaOH:Na+ + OH-→ NaOH整个电化学反应方程式如下:2NaCl + 2H2O → 2NaOH + Cl2+ H2为了调节阴极室中NaOH的浓度在NaOH循环管中加入纯水淡盐水和Cl2一起排放出阳极室外。
阴极室中产生的烧碱和H2一起排放出阴极室外。
把循环碱液用纯水稀释后重新加到阴极室中。
上述电化学反应如图1所示在电解进行过程中，由于阳极中的一部分Cl-透过了离子交换膜进入阴极室，阴极液就受到了少量盐的污染。
一般来说，膜的电流效率越低，阴极液的盐污染程度就越高。
电解时，由于OH-在电场作用下由阴极室向阳极室移动，我们称之为OH-反渗透。
Na+传输量的减少取决于OH-的透过离子膜的多少。
电解槽电流效率的减少和OH-的减少直接有关。
当阴极室OH-浓度增加时，电流效率减少。
因此所生产烧碱的浓度受到限制，一般为32-35wt%此外，还要取决所用膜的类型。
新装膜原理上只允许Na+和少量的OH-和Cl-透过。
实际上膜都有一定的使用寿命，随着膜工作时间的增加，阴离子透过膜的量也相应增加，槽的电流效率下降，阳极室由于下面的副反应PH值增加:电化学副反应·H2O被氧化产生氧气H 2O → 1/2O2(g) + 2H+ + 2e-化学副反应一、阳极侧·氯气溶解但不发生分解呈自由状态Cl2(g) ＜＝＞ Cl2(aq) ……平衡式(1)·游离氯和水结合Cl2(aq)+ H2O ＜＝＞ HOCl(aq) + H+ + Cl-……平衡式(2)·次氯酸的分解HOCl(aq) ＜＝＞ OCl－ + H+……平衡式(3) ·式(2)和(3)结合形成下面的反应Cl2(aq) + H2O ＜＝＞ 2H+ + OCl－ + Cl-……平衡式(4)·ClO3-生成2HOCl(aq) + OCl－＜＝＞ ClO3- + 2H+ + Cl-……平衡式(5) ·式(4)和(5)结合形成下面的反应3Cl2(aq) + 3H2O ＜＝＞ ClO3- + 6H+ + 5Cl- ……平衡式(6)·副反应生成的H+和从阴极箱扩散过来的OH-发生中和反应H+ + OH- → H2O·超纯盐水中的碳酸钠和阳极中的H+反应生成氯化钠和二氧化碳，二氧化碳的生成将导致气体的不纯。
离子膜生产烧碱-----初稿
实习报告实习项目：离子膜烧碱工艺专业：应用化工技术姓名：李冬苹学号：2010040805前言专科类理工学校所教授学生重点在于培养学生理论与现实相结合的实际能力，做到理论知识与技能双丰收，培养高新技术型人才。
而在该培养过程中，外出见习、实习必不可少。
本次实习主要学习离子膜生产烧碱的具体工艺，例如操作原理、步骤、操作参数等重点知识。
本稿将具体讲述一下实习过程中所了解到的工艺内容，第一次涉及大型工艺的讲述，其中有所不足还请老师多多给予批评指正。
原盐的物理性质：纯盐为氯化钠，分子式：NaCl分子量：58.44，为无色透明的正六面体结晶。
相对密度2.161(25℃)；假比重：0.7-1.5。
1.544；比热容0.853J/(g²℃)；熔点800.8℃；沸点1465℃；硬度2.5；折射率20D熔解热517J/g；临界湿度(20℃)75.3%；在1㎏纯水中的熔解热为3.757kJ/mol。
温度(℃) 溶解度(%) g/l-6 25.48 305.40 26.34 316.210 2635 316.720 26.43 317.230 26.56 317.640 26.71 318.150 26.89 319.260 27.09 320.570 27.30 321.880 27.53 323.390 27.80 325.3100 28.12 328.0离子膜制烧碱生产工艺生产烧碱的方法有离子膜法、隔膜电解法与水银电解法，离子膜法电解槽生产氯气和烧碱，其优点是避免汞害和石棉污染，又节省能耗，相对于石墨电解槽来说避免了铅的危害。
由于离子膜生产法所生产的烧碱质量好，耗能低且安全性高，该法已经被公认为技术最先进和经济上最合理的氢氧化钠生产方法。
离子膜烧碱就是采用离子交换法电解食盐水而制成烧碱，其主要原理是因为使用阳离子交换膜，该膜具有特殊的选择透过性，只允许阳离子通过而阻止阴离子和气体通过，即只允许H+、Na+、通过，而Cl_、OH_和两级产物H2、Cl2无法通过，因而起到了防止阳极产物Cl2和阴极产物H2相混合而可能导致爆炸的危险，还起到了避免Cl2和阴极另一产物N aOH反应而生成N aC lO影响烧碱纯度的作用。
离子交换膜法生产工艺技术—烧碱蒸发工艺技术
（3）逆流蒸发： 在换热器的传热量Q及总传热系数K值相同的条件下，采用 逆流操作，可以节省传热面积，而且可以节省加热介质或冷却 介质的用量。在生产中的换热器除了热敏性介质，多采用逆流 操作。
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（4）膜式蒸发： 使物料液体沿加热管壁呈膜状流动而进行传热和蒸 发，膜式蒸发兼具沸腾蒸发的优势。离子膜烧碱的蒸发 多采用膜式蒸发。
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降膜式蒸发器的结构（如图）与 升膜式蒸发器基本一致，区别在于料 液是从蒸发器的顶部经液体分布装置 均匀分布后进入加热管中，在重力作 用下沿管壁成膜状下降。随着液膜的 下降，部分料液被汽化，蒸出的二次 蒸汽由于管顶有料液封住，所以只能 随着液膜往管底排出，然后在分离器 中分离。
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降膜式蒸发器
1.蒸发器 2.分离器 3.液体分离器 4.料液 5.加热蒸汽Hale Waihona Puke 6.二次蒸汽 7.成品液12
升膜式蒸发器 1-蒸发器；2-分离器；3-进料；4-加热蒸 汽；5-二次蒸汽； 6-冷凝器；7-完成液
ß优点：升膜式蒸发器具有传热效率高，物料受热时间短的特 点。 ß不适用：较浓溶液的蒸发；对粘度很大，易结晶或易结垢的 物料也不适用。 ß适用：易于发泡、黏度小的热敏性料液的蒸发。
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（二）降膜式蒸发器
子任务4：烧碱蒸发工艺技术
1、单元任务及原理
任务：将离子交换膜法电解阴极液（含NaOH 32%～ 35%）进一步蒸发浓缩，生产更高浓度烧碱，满足不同客 户需求。
1
原理：烧碱蒸发是借助蒸汽加热，提高碱液温度，使 碱液中的溶剂水分部分汽化蒸发，以提高溶液中溶质NaOH 浓度的物理过程。
蒸发操作的节能措施，有工艺上的、有设备上的、还 有流体流动方式选择等等，针对离子膜烧碱的蒸发工 艺，一般选用多效减压逆流膜式蒸发。工艺选择原因如
离子膜烧碱生产工艺浅析
离子膜烧碱生产工艺浅析离子膜法生产烧碱是目前世界上最先进的制碱技术，国内许多氯碱企业虽然也发现了成套引进的生产工艺存在某些工艺设计不合理、原材料及能源浪费等问题，但由于氯碱生产属于高危生产行业，且离子膜烧碱生产系统自动化程度高、联锁点多、技术复杂，一旦出现失误极易造成严重的安全环保事故和巨大的经济损失等原因，一直没有研究开发出有效的解决办法，致使我国的离子膜烧碱生产工艺一直无大的改进或实质性进展。
本文分析了离子膜烧碱生产工艺。
标签：离子膜；能耗；烧碱；生产工艺离子膜电解法又称膜电槽电解法，是利用阳离子交换膜将单元电解槽分隔为阳极室和阴极室，使电解产品分开的方法。
离子膜电解法是在离子交换树脂（见离子交换剂）的基础上发展起来的一项新技术。
利用离子交换膜对阴阳离子具有选择透过的特性，容许带一种电荷的离子通过而限制相反电荷的离子通过，以达到浓缩、脱盐、净化、提纯以及电化合成的目的。
这项技术已经用于氯碱的生产，海水和苦咸水的淡化，工业用水和超纯水的制备，酶、维生素与氨基酸等药品的精制，电镀废液的回收，放射性废水的处理等方面，其中应用最广泛、成效最显著的是氯碱工业。
在氯碱工业中，利用阳离子交换膜电解槽电解食盐或氯化钾水溶液来制造氯气、氢气和高纯度的烧碱（氢氧化钠）或氢氧化钾。
1 离子膜烧碱生产工艺1.1 配水在电解的工序中，需要脱离掉淡盐水中多余的硫酸根。
被输送到一次盐水工序的淡盐水包含两个部分：第一部分便是流经自动控制的装置调节出的盐水；第二部分是存储在储槽中的上清液（已经沉淀处理）。
从其它的工序中回收出来的水，调节所用的水和盐泥中排滤出的滤液，经过一定比例的调和就形成了化盐水。
1.2 化盐和盐水的精制把化盐水的温度调到适合，在盐池的底部经过逆流的方式接触到原盐，在逆流的水流中添加氢氧化钠溶液同液体中的镁离子发生化学反应，产生沉淀氢氧化镁而被分离出去，有机质也被逐步的分解为较小的分子。
经过混合器加压后的粗盐水，会进入预处理器中。
离子膜烧碱工艺的工艺流程
离子膜烧碱工艺的工艺流程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45℃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）。
4.淡盐水脱氯工序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-70～75Kpa，由真空泵进行控制。
脱氯塔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9～11，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。
离子膜法生产烧碱化盐工段
1.概述1.1离子交换膜法制烧碱的原理1、离子交换膜电解槽的构成离子交换膜电解槽：主要由阳极、阴极、离子交换膜、电解槽框和导电铜棒等组成。
每台电解槽由若干个单元槽串联或并联组成。
阳极用金属钛网制成，为了延长电极使用寿命和提高电解效率，阳极网上涂有钛、钌等氧化物涂层；阴极由碳钢网制成，上面涂有镍涂层；离子交换膜把电解槽分成阴极室和阳极室。
电极均为网状，可增大反应接触面积，阳极表面的特殊处理是考虑阳极产物Cl2的强腐蚀性。
2、离子交换膜工作原理离子交换膜法制烧碱名称的由来，主要是因为使用的阳离子交换膜，该膜有特殊的选择透过性，只允许阳离子通过而阻止阴离子和气体通过，即只允许H＋、Na+通过，而Cl －、OH－和两极产物H2和Cl2无法通过，因而起到了防止阳极产物Cl2和阴极产物H2相混合而可能导致爆炸的危险，还起到了避免Cl2和阴极另一产物NaOH反应而生成NaClO 影响烧碱纯度的作用。
1.2离子交换膜法制烧碱生产工段简介离子交换膜法制烧碱生产由5个工段组成：（1）盐水工段（2）隔膜工段（3）离子膜工段（4）片碱工段（5）氯氢处理工段。
★盐水工段主要进行化盐及盐水的初级处理，为电解工段提供所需要的饱和食盐水。
★隔膜工段利用盐水工段的一次盐水进行电解，生产10%烧碱。
★离子膜工段电解二次精制盐水，生产32%烧碱。
★片碱工段利用三效蒸发离子膜电解出来的32%烧碱生产固体片碱。
★氯氢处理工段主要是对从电解槽出来的氢气，氯气进行冷却，干燥处理，为后续生产做准备。
2.化盐工段2.1化盐工段工艺原理将固体原盐(或搭配部分盐卤水)与蒸发工段送来的回收盐水、洗盐泥回收的淡盐水，按比例掺和、加热溶解成含氯化钠的饱和水溶液，同时按原盐中杂质含量连续加入适量的精制剂(氢氧化钠、碳酸钠和氯化钡等)，使盐水中钙、镁、硫酸根等杂质离子分别生成难溶的沉淀物，然后加入助沉剂(聚丙烯酸钠等)。
经过澄清、砂滤得到一次盐水，一次盐水经中和、过滤、树脂吸咐等步骤制得质量合格的精盐水，按需要源源不断地输送给电解工段。
离子交换膜法制烧碱
金属跟非金属单质直接 无电流产生 金属被氧化
电化腐蚀
不纯金属或合金跟电 解质溶液接触 有微弱电流产生 较活泼金属被氧化
两者往往同时发生，电化学腐蚀更普遍
3、析氢腐蚀与吸氧腐蚀（以铁为例）的比较： 析氢腐蚀
条件
水膜酸性较强（ pH＜4.3）
吸氧腐蚀
水膜酸性很弱或中性
请填写下列空白： （1）物质B是 ，F是 （2）写出反应1的离子方程式：
， D是
百闻不如一练！！！
2、将等物质的量浓度的CuSO4溶液和NaCl溶液等体积 混合后，用石墨电极进行电解。电解过程中，溶液pH 随时间t变化的曲线是 ( D )
pH pH
o pH
A
t
o pH
B
t
o
C
t
o
D
t
百闻不如一练！！！
第二节
氯碱工业
教学目标： 1、使学生了解氯碱工业反应原理。 2、使学生了解电解槽。 3、让学生熟悉氯碱工业中食盐水的精制。 4、常识性介绍氯碱工业为基础的化工生产。 5、培养学生的分析、推理能力。
教学重点： 氯碱工业反应原理，食盐水的精制。
教学难点： 氯碱工业反应原理； 学生综合应用所学知识能力的培养。
泥沙、BaSO4、Ca2+、Mg2+、Fe3+、Ba2+、Cl-、Na+
加过量NaOH 泥沙、BaSO4、Mg(OH) 2、Fe(OH) 3、 Ca2+、Fe3+、Ba2+、Cl-、Na+、OH-
加过量Na2CO3过滤
泥沙、CaCO3、BaCO3、 BaSO4、Mg(OH) 2、Fe(OH) 3
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氯气（Cl2）
氢气（H2）
阳极室充满了食盐水溶液，因此存在钠离子
Na+ 和 氯 离 子 Cl-。通 电 后，离 子 开 始 移 动，
由于钠离子 Na+ 是正离子，因此从阳极室通
食盐水
烧碱
过离子交换膜进入阴极室。而氯离子 Cl- 是负
离子，因此停在阳极室，在阳极释放负电子后
生成氯气（Cl2）。 另外在阴极室，注入的水部分分解为氢离子
除了烧碱的制造方法外，AGC 旭硝子集团还不断对 “Flemion®” 本身进行改良。由于最近有的地区越来越多地 使用含有杂质的低纯度盐水作为原料，因此 AGC 旭硝子于 2011 年开发出了使用电压更低，耗电量更少，而且 对盐水中杂质耐性好的 “Flemion F-8080®”。
国内
在以政府为首的诸多相关方的支持和努力下，离子交换膜法发展成为日本具有代表性的技术，
为应对这一方针，AGC 旭硝子从 1974 年开始着手开发离子交换膜法，该方法通过选择性透过离子的离子交 换膜电解盐水来制造烧碱和氯气。1975 年，旭硝子开发出了用于制造烧碱的氟化离子交换膜 “Flemion®” 和 能够大幅节能的高耐久性活性阴极，并运用这些成果成功开发出了电解技术。
通过电解食盐水制造烧碱、氯气、氢气（制碱工业）的方法有离子交换膜法、隔膜法、水银法，但日本全部采
化学 Asahi Glass Co., Ltd.
AGC 旭硝子集团的烧碱（氢氧化钠）制造方法与时俱进，满足了环保及安全方面的需求。烧碱是化学纤维、 纸、纸浆、肥皂等各种产业必不可少的工业药品，通过电解原料——盐水制成。过去的制造方法采用水银 （水银法）和石棉（隔膜法），但这些物质一旦排放到环境中就有可能引起公害，因此日本政府于 20 世纪 70 年 代初要求厂商开发新的制造方法。
从 1979 年开始用于商业生产，日本于 1999 年全部采用离子交换膜法。 该技术具有质量高、节能等诸多特点，目前世界各国都在引进。
海外
国外使用离子交换膜法、隔膜法、水银法的比例如下所示。 离子交换膜法已成为主流方法。
不同工艺产生氯气比例 （2005 年和 2010 年）
隔膜法 离子交换膜法 水银法 数据来源：泰可荣全球化学有限公司（2006）
用离子交换膜法，因此下面介绍通过离子交换膜法电解食盐的原理。
离子交换膜法通过特殊树脂制造的离子交换膜将阳极和阴极隔开。该离子交换膜具有阻截阴离子（负离
子），只让阳离子（正离子）通过的特性。
பைடு நூலகம்
如图所示，通过离子交换膜法电解食盐时，向 作为阳极的阳极室注入食盐水，向作为阴极
离子交换膜
的阴极室注入水，然后通过电流进行电解，生 成氯气、烧碱、氢气。
F-74
关键词
Y1
出处:JASE-W 国际发展技术集 h t t p : / / w w w. j a s e - w. e c c j . o r. j p / t e c h n o l o g i e s - c / i n d e x . h t m l
材料、材质、部件
Z4
电力
E16
用于制造烧碱的离子交换膜
/Free-Resources/Downloadable/Sustainability-Commitments-and-Actions.pdf
联系方式:
Asahi Glass Co., Ltd. Flemion Div., AGC Chemicals Fluoroproducts Division Tel: +81-3-3218-5031 /index2.html/
Flemion ®
用于制造烧碱的离子交换膜 “Flemion®” 作为一种 “ 使用电压极低的节能膜 ”， 获得了用户的高度评价
F-74
离子交换膜法（Membrane 法）不仅不使用有害物质，还具有大幅节能的特点。AGC 旭硝子集团有效利用这些 特点，使离子交换膜法相较于水银法 (Mercury 法 ) 和隔膜法 (Diagphram 法 ) 可节能大约 40%。
阳极
阴极
H+ 和氢氧根离子 OH-，氢离子在阴极获得电
子后生成氢气（H2）。剩余的氢氧根离子 OH虽被阳极室吸引，但由于离子交换膜的阻截
而停在阴极室与从阳极移动而来的钠离子 Na+ 结合生成烧碱（氢氧化钠 NaOH）。
阳极室
阴极室
食盐水 水
引自 http://www.jsia.gr.jp/explanation_03.html