离子膜电解装置工艺学习
离子膜槽电解法

离子膜槽电解法介绍离子膜槽电解法(Electrodialysis with Ion Exchange Membranes,简称EDIX)是一种通过离子交换膜实现离子选择性传输的电解方法。
该方法可以用于分离溶液中的离子,并广泛应用于水处理、环境保护、化学工业等领域。
原理离子膜槽电解法利用离子交换膜的选择性透过性,将溶液中的离子分离开。
在离子膜槽中,溶液被分成两个盛有离子交换膜的相邻腔室。
当外加电压施加在电解槽上时,离子会通过离子交换膜迁移,形成阳离子腔和阴离子腔。
离子膜槽电解法的关键是离子交换膜。
离子交换膜具有特殊的结构和化学特性,能够选择性地通透不同离子。
阳离子交换膜透过阳离子,阻挡阴离子,而阴离子交换膜则相反。
通过调整电解液的成分和电压的施加,可以实现不同离子的选择性传输和分离。
应用离子膜槽电解法在水处理中的应用非常广泛。
它可以用于去除水中的离子污染物,如重金属离子、硝酸盐离子等。
此外,离子膜槽电解法还可以用于海水淡化,将海水中的盐分去除,以获得淡水资源。
离子膜槽电解法也被应用于化学工业中的溶液分离和提纯。
例如,它可以用于酸、碱、盐等化学品的分离和浓缩。
此外,离子膜槽电解法还可用于生产氢气和氧气,以及其他化学反应的电催化反应。
优势和局限性离子膜槽电解法相比传统的电析法和电渗析法具有以下优势: 1. 选择性高:离子交换膜具有很好的选择性,可以实现高效的离子分离。
2. 能耗低:相对于传统的电析法和电渗析法,离子膜槽电解法的能耗更低。
3. 操作简便:离子膜槽电解法的操作相对简单,只需施加适当的电压和调整电解液成分。
然而,离子膜槽电解法也存在一些局限性: 1. 成本较高:离子交换膜的制备成本较高,增加了整个设备的成本。
2. 膜污染:长时间使用后,离子交换膜容易受到污染,影响传输效率。
3. 对离子浓度要求高:离子膜槽电解法在分离高浓度离子时效果较好,但对于低浓度离子的分离效果较差。
发展趋势随着科学技术的发展,离子膜槽电解法在水处理和化学工业中的应用将进一步扩大和深化。
离子膜电解工艺

[ 关键词] 离子膜电解;制碱;优势
[ 中图分类号] TQ 114.26+2
[ 文献标识码] B
[ 文章编号] 1003-5095(2010)06-0053-02
离子膜法电解制碱是世界上工业化生产烧碱当 中最先进的工艺方法,具有能耗低、三废污染少、成本 低及操作管理方便等优点,是国家重点发展的七大工 程之一。其主要产品是烧碱,副产物氯气和氢气,可以 合成盐酸,两者都是最基础的化工原料,广泛应用于 洗涤剂、肥皂、造纸、印染、纺织、医药、染料、金属制 品、基本化工及有机化工工业。另外,氯气和氢气也是 化学工业的重要原料,广泛应用于无机和有机化工工业。
第 33 卷第 6 期 2010 年 6 月
Vol.33 No.6 Jun . 2010
离子膜电解工艺
聂巨亮
(河北奇正环境科技有限公司,河北 石家庄 050051)
[ 摘 要] 离子膜法制烧碱是当今氯碱工业最新制碱技术。离子膜电解槽制出的液碱,浓度高、质量高、质量优、能耗少、无公
害、无石棉绒污染、投资省,因此离子膜法制烧碱工艺已成为世界氯碱工业的发展方向。
表1离子膜法隔膜法水银法制碱工艺特点比较项目水银法隔膜法离子交换膜法产品质量高低高能耗电2500kwht碱电3500kwht碱汽4tt碱电2300kwht碱生产成本高低生产稳定性差好工艺过程比离子膜法简单工艺流程较长但易配套盐水需纯化盐水质量要求高精制系统恢复复杂建设投资同等规模需有治理汞污染的配套设施投资大需锅炉蒸发等辅助设备小节省20占地同等规模大小节省50环境保护汞污染石棉绒铅及沥青污染环境污染较小
离子膜烧碱装置工艺培训课件样本

离子膜烧碱装置工艺培训课件一、装置简介巴陵石化环氧树脂事业部有二套离子膜烧碱生产装置,一是1993年建成投产采用日本旭化成公司强制式循环电槽工艺0t/a离子膜装置,一是12月份建成投产采用日本旭化成自然式循环电槽工艺50000t/a离子膜装置。
二、烧碱制碱技术发展历程烧碱从电石法、水银法、隔膜阳极法发展到离子膜制碱技术。
离子膜烧碱制碱技术是十九世纪60年代开始进入工业生产,最早由美国杜邦、日本旭化成、西欧伍德等化工公司实现工业生产。
重要是膜和相应电解槽发展决定离子膜制碱技术。
膜和电解槽发展历程与离子膜烧碱技术发展是同步,当前离子膜只有美国杜邦、日本旭化成、旭硝子公司生产,国内去年开始山东东岳集团才开始生产出用于强制循环膜。
电解槽从最开始单级式电解槽发展到强制循环电解槽、自然循环电解槽、高电密电解槽、零极距电解槽及零极距高电密电解槽。
三、装置工序简介装置分为0t/a离子膜装置精制、电解工序、氢解决工序,氯气送50000t/a离子膜装置氯干燥解决;50000t/a离子膜装置分为精制工序、电解工序、淡盐水脱氯工序、蒸发工序、氯气解决工序、氢解决工序。
四、原材料产品简绍产品性质30%离子膜烧碱30%离子膜烧碱化学分子式NaOH,比重约1.3左右,分子量40,凝固点4.65℃,生成热101.99 千卡/克分子,熔点318.4℃、沸点1390℃。
30%离子膜烧碱为无色粘状液体,呈强碱性,对皮肤、角膜、动物纤维有强腐蚀性,可吸取氯气和二氧化碳。
离子膜烧碱广泛用于造纸、冶金、纺织、无机化工、军工领域,是一种基本无机化工原料。
氯气(Cl2)氯气化学分子式Cl2,在常温常压下为黄绿色有刺激性气味有毒气体。
密度为3.21,是空气2.45倍。
易溶于碱溶液、二硫化碳和四氯化碳,难溶于饱和食盐水。
在常温下,氯气被加压到0.6~0.8MPa 或在常压下冷却到-35~40℃时就能液化为黄绿色透明液体。
液氯密度为1.47,熔点-102℃,沸点-34.6℃,气化热62kcal/kg(36℃)。
离子膜制碱培训讲

1.中和用的盐酸质量 HCL≤31%(高纯)(1) Fe2+<10 mg/L (2) Fe2+<0.5mg/L Ca2++Mg2+<0.5mg/L Ca2++Mg2+<0.5mg/L CLO-<5mg/L CLO-<5mg/L 2.工艺流程 在过滤器出口的盐水管路上,加入 31% 盐酸,经过静态混 合器,使盐酸和盐水混合均匀后,送PH自动分析仪根据测得的 PH 值去自动调节盐酸的加入量,达到控制的目的。也有的厂家。 如过滤后不含 Ca2+、Mg2+ 微粒,故无中和工序,在 PH>10 的情况下, 二次精制后的盐水,也能符合电解要求。中和流程 见图 2-1。
九、盐水精制操作要点
◆精制反应时间
◆控制一定的温度
◆精制剂的加入量 九思膜盐水精制技术及应用
十、 一次Байду номын сангаас水精制工艺流程
来自电解工序的淡盐水、树脂塔再生水、盐泥压滤系统的 滤液、系统回收水,以及补充的工业水进入配水桶混合后,由 化盐泵经汽水混合器加热升温后,送入地下化盐池化盐。饱和 粗盐水经折流槽自流进入反应池,在折流槽加入精制剂次氯酸 钠、氯化钡、碳酸钠和氢氧化钠,加药后粗盐水在反应池中, 次氯酸钠将有机物氧化分解,氯化钡与硫酸根离子反应生成硫 酸钡沉淀,碳酸钠与粗盐水中的钙离子反应生成碳酸钙结晶沉 淀,氢氧化钠与粗盐水中的镁离子反应生成氢氧化镁胶体沉淀。 完成精制反应后的粗盐水自流进入中间池,用九思膜过滤供料 泵经粗盐水过滤器滤截留大于1.0mm 机械杂质送往九思膜过滤 单元。 过滤器过滤出的一次盐水在中和折流槽中,加入亚硫酸钠, 除去游离氯后自流进入一次盐水储槽,再经一次盐水泵送离子 膜二次精制。过滤器浓缩液出口流出的浓缩盐水按
离子膜电解装置工艺学习

盐水浓度控制 盐水浓度一般控制为205~215g/l,如果盐水浓度低,因 磺酸高分子与羧酸高分子的含水率的差别,水滞留在羧酸层 与磺酸层之间,在界面产生剥离,使膜产生水泡,膜性能下 降,槽电压上升,电耗增加;
羧酸层
磺酸层
加酸量的控制
电解槽加酸必须将PH值控制为2~5之间,如电解槽出口淡 盐水中PH值小于2,则会使膜起水泡,造成膜酸化。
主要设备运行及结构旭化成自然循环复极离子膜电解槽结构油压缸锁定螺母锁定销子阳极入口总管软管侧杠阴极出口总管固定头阴极端板阳极端板活动头阳极出口总管尾头阴极入口总管油压缸锁定螺母锁定销子阳极入口总管软管侧杠阴极出口总管固定头阴极端板阳极端板活动头阳极出口总管尾头阴极入口总管复极单元槽离子膜一台电解槽是由油压单元2个阳极端子槽2个阴极端子槽166个复极单元槽166张离子膜进出口总管软管及侧杠组成
脱氯淡盐水加热器
氯酸盐分解槽
氯酸盐分解泵
淡盐水脱氯单元
淡盐水脱氯单元是将电解槽出来的淡盐水中
含有的游离氯进行脱除,满足化盐用水及除 硝系统的使用。
脱氯塔冷却器
真空泵
亚硫酸钠
脱氯塔
脱氯淡盐水泵
3.生产原理: 3.1盐水二次精制的原理
盐水二次精制采用阳离子交换树脂的吸 附作用,吸附一次盐水中的钙镁离子。离子 交换树脂是一种螯合树脂,由苯乙烯-二乙烯 基苯的共聚物与磷氨酸的官能团组成。 树脂中的Na+被金属阳离子置换,方程式如 下: (RCH2NHCH2PO3Na)2Na2 + Ca++ (RCH2NHCH2PO3Na)2Ca + 2 Na+
3.3.2化学试剂法
经过真空脱氯后的淡盐水中还含有一小 部分氯,一般加入NaOH使以氯气形式存在 的游离氯转化为ClO-,再用还原性的化学试 剂Na2SO3加以去除。 反应方程式如下:
请阐述离子膜电解法制烧碱的工艺流程

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离子膜电解法生产烧碱PPT课件

• 电解工序:将二次岗位送来的浓度为300g/L左右的盐水
和纯水岗位送来的纯水分别送入电解槽阳、阴极室,阳极 侧生成氯气,盐水浓度下降成为淡盐水,阴极侧生成烧碱 和氢气。盐水被电解生成32%的成品烧碱溶液,98%(体 积)的氯气和99%(体积)的氢气,阴极生成的成品碱送 至贮罐销售,氯气和氢气被送至氯氢处理工序进一步处理。
离子膜电解法生产烧碱PPT
离子膜氯碱生产工艺
现状:离子膜法电解制碱是世界上工业化生产
烧碱当中最先进的工艺方法,烧碱广泛用于造 纸、纺织、印染、搪瓷、医药、染料、农药、 制革、石油精炼、动植物油脂加工、橡胶、轻 工等工业部门,也用于氧化铝的提取和金属制 品的加工。
特点:具有能耗低、三废污染少、成本低及
氯氢处理工序:
• 氯气处理:离子膜电解来的氯气温度很高,约在80-
90℃左右,含有盐雾及大量水份,湿氯气具有很强的腐蚀 作用,对一般金属材料的输送管道及设备腐蚀严重,不便 于输送和利用,所以把湿氯气洗涤、冷却、干燥,变成干 燥氯气。
高温湿氯气,首先进入氯水洗涤塔进行洗涤,然后经 氯水冷却器用循环水冷却,再进入钛管冷却器用冷冻水间 接冷却至满足工艺要求,出来后进入水雾捕集器分离冷凝 水,分离的冷凝水同冷凝下来的氯水一起进入氯水洗涤塔 循环使用,氯气则进入干燥塔干燥后加压输送。
一次盐水制备流程
来自高位槽 30%NaOH
Na2SO3
原盐
配水桶
化盐桶 前反应器
HCl
Na2SO3
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利用离子膜将电解液分隔成两个隔离的电解区的电化学装置。
其工作原理如下:
1. 离子膜:电解槽内放置一种特殊的离子选择性透膜,也称为离子膜。
离子膜有正负两种类型,分别让通过正离子或负离子通过,同时阻止反离子通过。
离子膜的作用是将电解液分隔为阳极区和阴极区。
2. 电解液:电解槽内填充两种具有电导性的电解液,分别存在于阳极区和阴极区。
阳极区的电解液中含有被氧化的物质,而阴极区的电解液中含有被还原的物质。
3. 电解反应:在电解槽中通电时,正极吸引阴离子,负极吸引阳离子,导致正离子和负离子通过离子膜进入另一侧的电解液中。
4. 氧化反应:正极处发生氧化反应,氧化物质失去电子,生成氧气或者其他氧化产物,同时释放出正电荷。
这些正离子通过离子膜进入阴极区。
5. 还原反应:负极处发生还原反应,还原物质接受电子,生成还原产物,同时吸收正电荷。
这些负离子通过离子膜进入阳极区。
6. 离子传递:离子膜的选择性透过性使得阳离子只能通过阳离子膜进入阴极区,
负离子只能通过阴离子膜进入阳极区。
这样就实现了电解液的分隔和离子传递。
7. 电解产物:在阳极和阴极的反应过程中生成的气体或化学物质可在各自的电解液中收集或利用。
离子膜电解槽可用于水电解、金属电解、气体电解等多个领域的电化学反应。
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用合格的精盐水将树脂塔中 的纯水置换完全,避免因纯 水混入精盐水中影响进槽盐 水浓度
步骤 9
总计
1.0小时
24.0小时
树脂塔每再生一步都要记录一次树脂层高度,用于观察树脂再生情况。正常 树脂体积是在纯水反洗状态后测量的。实际操作时,树脂的体积和正常体积相比要 缩小10-20%, 这是由盐水(从上向下流)挤压和吸附多价阳离子引起的。 另外一个特点是树脂的Na型大约是H型的1.2-1.4倍,也就是说在树脂塔碱再生时 体积就会膨胀。
指标
305±5g/l
名称
Fe
指标
≤20ppb
名称
Ba
指标
≤ 100ppb
Ca+Mg
Si Al
≤ 20ppb
≤2.3mg/l ≤ 20ppb
Ni
SO42ClO3-
≤ 10ppb
≤5g/l ≤5g/l
Sr
I PH
≤ 100ppb
≤200ppb 9---11
电解槽出口指标 名称
NaCl NaOH 氯气纯度
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:
2Cl- → Cl2 +2e 阴极: 2H2O + 2e- → H2 + 2OH 方程式: 2NaCl + 2H2O → 2NaOH + Cl2 + H2
离子膜
根据材质的不同,常用的离子膜有全氟 羧酸膜、全氟磺酸膜、全氟磺酸/羧酸复合膜 三种; 根据生产厂家的不同,世界上常用的膜 有杜邦膜,旭硝子膜,旭化成膜; 我公司使用的是旭化成的F6801膜。
旭化成F6801离子膜
F-6801膜的正常尺寸为 l350 x 2465mm; 是一种全氟磺酸/羧酸 复合膜,膜的运输温度 为2~50℃,膜在运输过 程中避免与其他物体接 触,避免干燥,避免发 生褶皱。膜存放在装 有2% NaHCO3溶液里。
↓
阳极变形 针孔 压差合适
膜磨损
↓
盐水供给不足
总反应:
Cl2+2NaOH+Na2SO3
3.4氯酸盐分解的原理
氯酸盐在温度为90℃左右,PH值为1.5以 下可分解。反应方程式如下: NaCLO3+6HCL NaCL+3CL2+3H2O 可见,氯酸盐分解时盐酸必须过量,才能 使氯酸盐较好的分解。
4.主要控制指标
二次精制盐水指标
名称
NaCl
纯水从树脂塔底部进入, 纯水:28.2m³ 洗掉小树脂等杂物,疏松 树脂层 纯水:17.5m³ 用6%的盐酸进入树脂塔, 31% HCl: 将树脂由Ca型变为H型 4.4m³ 纯水:73m³
步骤 4
步骤 5
水洗 2
NaOH 再生
2.0 小 时
1.5 小 时
用纯水将树脂塔中的酸置 换干净,避免碱再生时浪 费碱
羧酸 磺酸
起泡
电解条件 : 电流密度=5kA/m2, 阴极液浓度=32%, 阳极液浓度=205g/l, H+浓度=0.1N, 天数=3
电解槽压差的控制
电解槽压差一般控制在2~5KPa,如果压差低,则膜会贴至阴极,造成膜 破损。
异常过大压差
过大逆压差压差逆转 Nhomakorabea压差不足
膜损伤 膜振动 阴极变形 电压上升 针孔
阳极液循环槽
烧碱液泵
32%成品碱单元
32%成品碱单元是从电解槽阴极出来的32%
的碱液根据需要送至蒸发装置或降温后送至 罐区及其他用碱装置。
32%碱冷却器
32%碱中间罐
32%碱中间泵
氯酸盐分解单元
氯酸盐分解单元是将电解槽出来的淡盐水中
含有的氯酸盐进行分解,防止氯酸盐对蒸发 及固碱的设备造成腐蚀。
膜安装注意事项
1.膜的正反面装反
原因 * 没有确认膜的方向( 阳阴极)
影响
发生水泡
膜的劣化・损伤
(例如) 电压上升
膜装反进行电解后的后果:整个膜全起水泡
电解条件 : 阳阴极装反时 (磺酸层在阴极侧,羧酸层在阳极侧)
电流密度=4kA/m2, 槽温=90℃, 阴极液浓度=32%,
阳极液浓度=205g/l, 压差=0 , 运行天数=2
1.电解装置生产任务:
电解装置是氯碱生产的核心,其生产任务 是通过离子膜电解槽对二次精制盐水进行电 解,得到我们需要的产品,电解生成的32%的 烧碱送往蒸发工序和烧碱罐区;生成的湿氯 气、湿氢气送往氯氢气处理工序;主要原料 是一次盐水送过来的一次精制盐水,通过螯 合树脂塔进一步精制后,供电解槽使用。
2.工艺流程
主要工艺分五个单元
二次盐水精制单元(离子交换树脂精制) 电解单元(电解和电解液循环) 32%碱成品单元
氯酸盐分解单元
淡盐水脱氯单元
各单元之间的关系
氯气 氢气
氯酸盐分解单元 淡盐水脱氯单元 32%碱成品单元
二次盐水 精制单元
电解单元
二次盐水单元
二次盐水单元主要是将一次精制盐水温 度加热至55~65℃,之后进入螯合树脂塔将 盐水中的钙镁除去,钙镁<20ppb。
×
×
5 6 9 11
14
1 2
10
2 5 3 8 32 2 3 4 7 2 3
8
3 0
4 6
4 6
2 4
3 1
1
5 7
6.关键控制点
进螯合树脂塔盐水温度控制为60±5℃ 因为树脂的吸附能力随温度的升高而增大。在 温度较低时,树脂含水率较高,过于膨胀,机械强 度下降,容易破碎,吸附能力下降,钙镁超标;温 度过高时,树脂结构会受到不可恢复的破坏,使树 脂失去交换能力,缩短树脂寿命。 盐水中钙镁等金属离子的含量 钙镁<20ppb,超标后会在生成氢氧化镁、碳酸 钙沉淀,附着在离子膜上,导致槽电压上升,离子 膜电流效率下降。
离子膜装置工艺知识
概述 电解装置生产任务 电解装置工艺流程 电解装置生产原理 主要控制指标 主要设备结构 关键控制点 联锁及联锁说明 常见事故案例及处理方法 安全知识及案例
概 述 国内外电解法制碱技术主要有三种,隔膜法,水银法, 离子膜法,我公司电解装置采用的是离子膜法。离子膜制碱 技术是70年代中期出现的,是具有划时代意义的电解制碱技 术,与隔膜电解制碱和水银电解制碱相比,已被认为技术最 先进和经济上最合理的生产氢氧化钠的方法,是当今电解制 碱技术的发展方向。其主要特点是: 1)投资省:离子膜法比水银法投资节省约10~15%,比隔膜法 节省约15~25%; 2)出槽氢氧化钠浓度高:隔膜制碱浓度约10~12%,离子膜法 制碱浓度为32%左右; 3)能耗低,生产成本低:与隔膜法电解制碱相比,节约能耗 约20~25%,与水银法制碱相比,节约能耗10~15%; 4)氢氧化钠质量好,含盐低; 5)氯气纯度高,氯中含氢、含氧低,氢气纯度高; 6)污染小,离子膜法制碱可避免水银和石棉对环境的污染;
纯水:39.8m³ 5%的的碱液进入树脂塔, 32% NaOH: 将H型树脂再生为Na型 4.1m³
步骤 6 步骤 7
水洗 3 等待1 盐水填 充 等待2
1.0 小时
纯水:35.6 m3
纯水:35.6m³ 13.25小时
用纯水将树脂塔中的碱置换 干净
步骤 8
3.0 小时
盐水:17.9m3/H
盐水: 53.7m3
脱氯淡盐水加热器
氯酸盐分解槽
氯酸盐分解泵
淡盐水脱氯单元
淡盐水脱氯单元是将电解槽出来的淡盐水中
含有的游离氯进行脱除,满足化盐用水及除 硝系统的使用。
脱氯塔冷却器
真空泵
亚硫酸钠
脱氯塔
脱氯淡盐水泵
3.生产原理: 3.1盐水二次精制的原理
盐水二次精制采用阳离子交换树脂的吸 附作用,吸附一次盐水中的钙镁离子。离子 交换树脂是一种螯合树脂,由苯乙烯-二乙烯 基苯的共聚物与磷氨酸的官能团组成。 树脂中的Na+被金属阳离子置换,方程式如 下: (RCH2NHCH2PO3Na)2Na2 + Ca++ (RCH2NHCH2PO3Na)2Ca + 2 Na+
盐水浓度控制 盐水浓度一般控制为205~215g/l,如果盐水浓度低,因 磺酸高分子与羧酸高分子的含水率的差别,水滞留在羧酸层 与磺酸层之间,在界面产生剥离,使膜产生水泡,膜性能下 降,槽电压上升,电耗增加;
羧酸层
磺酸层
加酸量的控制
电解槽加酸必须将PH值控制为2~5之间,如电解槽出口淡 盐水中PH值小于2,则会使膜起水泡,造成膜酸化。
3.3.1真空脱氯
在脱氯塔内盐水温度70℃,压力为60KPa左右时,盐水将沸腾,氯气随着沸 腾的气泡气液分离,将游离氯脱除。 但是氯盐水中有三种形式:Cl2, HClO, ClO-,这取决于PH值,当盐水的PH值小于 1.8时, Cl2是以气体形式溶于水中。因此 从电解槽出来的淡盐水,加入适量的盐酸, 将PH调整至1.0~1.8,进入脱氯塔,除去游 离氯。
≤7g/l
<7g/l
5.主要设备运行及结构
旭化成自然循环复极离子膜电解槽结构
复极单元槽 离子膜
阳极端板 活动头 阳极出口总管 尾头 软管 阳极入口总管 锁定销子 油压缸 锁定螺母 阴极端板 固定头 阴极出口总管 侧杠
阴极入口总管
一台电解槽是由油压单元,2个阳极端子槽,2个阴极端子槽,166个 复极单元槽,166张离子膜,进出口总管、软管,及侧杠组成。
过滤盐水换热器
过滤盐水储槽 过滤盐水泵
树脂捕集器
精盐水 高位槽