离子膜电解装置特点及其优化控制对策

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离子膜的控制

离子膜的控制

4万吨/年离子膜烧碱工艺和控制的介绍一、前言基本上有隔膜电解、水银电解和离子膜三种方法生产氢氧化钠。

其中,离子膜法制碱技术是七十年代中期出现的一种制碱方法,已被公认为是目前技术上最先进、经济上最合理的烧碱生产方法。

隔膜法生产的50%液碱含盐高达1%,不适用于化学纤维等工业。

长期以来高纯氢氧化钠完全由水银法获得,碱液含盐量可小于50mg/L 。

离子膜电解具有节能,产品质量高,且无汞和石棉污染。

二、生产工艺简介离子膜装置有盐水一次精制过滤、盐水二次精制(螯合树脂塔)、入槽盐水处理、电解槽、阴极液处理、盐水脱氯、氯酸盐分解、氯气氢气并网、公用工程等工序的过程控制和五个较大规模的逻辑顺序控制及安全联锁系统。

一次精制是添加过量NaOH 和32CO Na 来除掉钙、镁离子。

经过处理以后盐水中钙、镁离子的含量降到10mg/L 以下,重金属离子总量低于1mg/L 。

二次精制就是通过螯合树脂进一步降低一次盐水中钙镁离子含量,一般要求降到20~30ug/L 。

它的基本原理就是树脂中的中心离子通过配位键和络合物相结合,形成络合物,表现出一定的化学吸引力。

另外,二次精制中还包括树脂的再生,原理就是在已“洗脱”金属离子的”H ”型树脂中加入NaOH ,调节PH 值,使树脂又回到吸附前的状态。

电解主要是利用具有固定离子和对离子的膜有排斥外界溶液中某一离子的能力。

化学反应式如下:阳极反应:232222236426362442O HClClOe O H ClOO H O e OH cl e cl+++−→−-++−→−-−→−-+-----阴极反应:-+−→−+OHH e O H 22222三、目前的现状由60年代初开发出全氟离子膜,到1975年旭化成公司首先使离子膜在电解制碱实现工业化生产。

此后的20年间,日本的旭硝子、旭化成、德山曹达、氯公司,美国的西方技术系统,奥林公司,英国的ICI 公司,德国的伍得公司,意大利的DENORA 公司(现在伍得和DENORA 已经合并)等拥有离子膜的生产技术。

离子膜装置电流效率下降幅度的改善

离子膜装置电流效率下降幅度的改善
4 , 6
≤1 0 0 ≤5 O
≤5 0 ≤3 0 0
≤5 O ≤2 5 0 o
3 0 2. 8 0 .8 3 1 9 1 .2 8 8 .8 7 . 7
O.5 5 l 2 .2 4 . 5 3 5 9 8
6 .9 2 2 3 .8 2 .9
改善盐水质量炭素烧结管过滤器使用时间过长就会使烧结管内部的孔隙被盐水中的纤维素悬浮物等杂质堵塞导致过滤失败炭素烧结管过滤器损坏因此当过滤器使用到达48小时或者进出口压差达到02mpa时立即进行更换将拆卸下的炭素烧结管中的滤饼进行反洗反洗时保证工艺风压力达到045mpa反洗4这样就能保证二次盐水中的ss质量浓度在1mgl以下达到改善盐水质量的目电解槽中的阳离子与二次盐水中的钠离子钙离子镁离子再透过交换膜时容易产生沉淀堵塞离子膜装置因此要将盐水中的金属离子控制在合理的范围之内也是至关重要的也能起到改善盐水质量的作用
氢 氧化 钠 的浓 度就 会过 低 ,不 利于 生产 需要 ,如 果加 水太 少就 会导 致 氢氧化 钠浓 度偏 高 ,如果 氢氧 化钠 的 浓度 超过 3 7 %你那就 会 造成 电流
盐水质 量 直接影 响 电流效 率 ,二 次盐 水 中钙 、镁 、铁 、铝 、硅 、钡 等
元素 存在 ,含 量超标 将 直接 影响 离子膜 的 电流效 率 ,铝 在酸 性盐 水 中 溶 解成胶 状 铝 ,再 同二氧 化硅 发 生化 学反 应生 成硅 酸沉 淀 ,不仅 如此
离 子膜 装置 电流 效率 过 低导 致碱 中含盐 升 高 ,甚 至 超过 国 家标 准 7 0 p p m,直流 电 的消耗 过大 ,离 子膜 装 置的使 用 寿命 也 大幅 下 降 ,这 样离 子膜 装置 的更 新换 代就 比较 频繁 ,众 所 周知离 子 膜的 成本 是高 昂 的 ,离子膜 装 置 电流效 率过 低直 接造 成 的影 响是 ,生 产成本 升 高 、产 品质 量下 降 ,只有 低成本 、高质 量的 产 品才能 在 市场 竞争 中存 活和 大 放异彩 ,因此 改善离 子膜 装 置 电流效 率下 降幅 度 , 延 长离 子膜装 置 的 使 用寿 命就 显得 尤为 重要 。 影 响离 子膜 电流 效率 的 主要 因素 除了 电子膜 性 能和 电解 槽结 构 两 个不 可控 制 的 因素之 外 ,还 有 阳极 液 中氯 化钠 浓 度 、氢 氧 化钠 浓 度 、 电流 密度 、盐水 中杂 质 、开 停车 次数 及 电流波 动 等原 因 ,下 面着 重介 绍一 下盐水 中杂 质 、开停 车 次数 、阳 极液 中氯 化钠 浓度 、氢 氧化 钠浓

优化电槽工艺控制 延长离子膜使用寿命

优化电槽工艺控制 延长离子膜使用寿命

优化电槽工艺控制延长离子膜使用寿命摘要:介绍了针对老式电解槽存在离子膜寿命较短的问题,探讨通过工艺改造、优化生产运行管理等手段,达到延长离子膜使用寿命,降低电解电耗的目的。

关键词:电解槽离子膜使用寿命节能减排在国家狠抓安全环保,氯碱行业竞争日益激烈的今天,保证装置安全平稳运行,降低生产成本已经成为一种必然趋势。

我厂结合自己电解装置的实际情况,经过多方研究,从“优化电槽工艺控制”出发,进一步促进装置的安全平稳运行,降低电解电耗,延长离子膜使用寿命,减小维修费用,提高企业竞争力。

一、电解槽概况及存在的问题1、电解槽概况1)北化机MBC-2.7型强制循环槽4台,年产4万吨。

第一期电解槽2002年投运,第二期电解槽2004年投运。

这种单元槽的中间隔板是一块8mm厚的Ti-Fe-SuS三层复合板。

外框条是SuS316L与复合板条组焊而成。

阳极侧的衬板、筋板、堰板均为Ti材,阴极侧均为不锈钢。

复合板镶嵌在外框条的槽内进行组焊。

单元槽的外形尺寸为2400×1200mm,厚度60mm,密封面的宽度21~23mm,单元槽的有效面积为2.7m2,阴、阳极液的进口均在单元槽的下面,出口均在上部。

为减少气泡效应和防止膜出现干区,在单元槽的上部均装有阴极堰板。

为防止腐蚀,阳极侧密封面和阳极液进出口管法兰均有防电化腐蚀的涂层。

2)北化机ZMBCH-2.7高电流密度自然循环槽4台,年产8万吨,第一期电解槽2008年投产,第二期电解槽2010年投产。

这种高电流密度自然循环槽具有电流密度高、吨碱电耗低、生产能力强、一次性投资少、占地面积省、操作弹性大、经济效益高等特点。

3)北化机NBZ-2.7膜极距自然循环槽2台,年产5万吨,2011年建成投产。

众所周知,离子膜法电解装置中,电解单元的阴阳极间距(极距)是一项非常重要的技术指标,其极距越小,单元槽电压越小,生产电耗也会随之降低。

当极距达到最小值时,即为零极距,也称为膜极距。

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

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。

离子膜法电解运行中出现的问题及解决方法

离子膜法电解运行中出现的问题及解决方法

子交换树脂塔出来的二次精制盐水通过盐水高位槽 进入电解槽阳极ꎬ精制盐水在阳极室中进行电解ꎬ产 生氯气ꎬ同时 NaCl 浓度降低ꎮ 电解后产生的氯气和 淡盐水的混合物通过软管汇排入阳极液总管ꎬ并在 总管中进行气体和液体分离ꎮ 淡盐水在淡盐水循环 槽中汇集然后送入脱氯塔及氯酸盐分解反应器ꎬ另 有一部分回流至电解槽ꎮ 氯气被分离后直接进入氯 气主管ꎬ送出界区至氯气处理工序ꎮ

54 卷 2018 年
第7 7月

氯 碱 工 业 Chlor - Alkali Industry
Vol. 54ꎬ No. 7 Jul. ꎬ 2018
离子膜法电解运行中出现的问题及解决方法
董雷∗ꎬ王俊焕 ( 黑龙江昊华化工有限公司ꎬ黑龙江 齐齐哈尔 161033)
稀释后的烧碱经过烧碱高位槽送到每台电解槽 的阴极入口总管ꎬ然后通过挠性软管送入电解槽阴 极室ꎮ 向阴极室入口总管里添加纯水ꎬ以保持阴极 液中烧碱的质量分数在规定值ꎮ 纯水流量由 FICA - 221 控 制ꎮ FICA - 221 的 设 定 值 由 直 流 电 流 或 DICA - 274 所测量的阴极液密度串级控制ꎮ 经过电
∗ [ 作者简介] 董雷(1976—) ꎬ男ꎬ工程师ꎬ毕业于沈阳化工学院化学工艺与工程专业ꎬ现于黑龙江昊华化工有限公司任 电解及盐水段长ꎬ从事生产及技术工作ꎮ
[ 收稿日期] 2017 - 12 - 15
20
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氢气在氢气主管中进行汇集ꎬ并送到阴极液循 环槽顶部ꎬ氢气中的水分被分离并滴落ꎬ氢气被送到 界区外氯化氢工序[3] ꎮ
离子膜法电解工艺流程如图 1 所示ꎮ 黑龙江昊华运行中常出现以下问题ꎮ

离子膜电解槽施工工法(2)

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。

离子膜烧碱装置长周期稳定运行研究和节能减排

离子膜烧碱装置长周期稳定运行研究和节能减排

离子膜烧碱装置长周期稳定运行研究和节能减排1.装置结构与工作原理离子膜烧碱装置主要由阳极室、阴极室和离子膜组成。

工作时,阳极室和阴极室分别注入盐水和碳酸钠溶液,通过电解反应生成氢气和氢氧根,再通过电渗透膜进行离子交换,最终生成烧碱产品。

整个工作过程需要大量的电能支持,并且需要在长时间内保持稳定的运行状态。

2.稳定运行的关键技术(1)膜的选材和制备工艺:膜的选择对于离子交换的速率和效率起着至关重要的作用。

合理选择材料,并采用先进的制备工艺,可以有效提高膜的使用寿命和稳定性。

(2)电解液浓度和流速控制:电解液的浓度和流速直接影响着反应速率和产物纯度,需要进行精准的控制,以保证装置的长周期稳定运行。

(3)电力供应系统:离子膜烧碱装置需要大量的电能支持,因此电力供应系统的稳定性和可靠性是长周期稳定运行的重要保障。

3.长周期稳定运行的实践经验在实际的生产过程中,积累了大量的长周期稳定运行的实践经验。

通过不断的优化装置结构、工艺参数和操作管理,可以有效地提高装置的稳定性和综合性能,保证长周期的稳定运行。

二、节能减排的研究1.节能技术的应用(1)余热回收技术:在离子膜烧碱装置的生产过程中,会产生大量的余热,合理利用余热回收技术可以有效地降低能耗,达到节能减排的目的。

(2)工艺优化:通过工艺参数的优化调整,可以降低生产过程中的能耗和排放量,实现节能减排的目标。

(1)废水处理:离子膜烧碱装置在生产过程中会产生大量的废水,对于废水中的盐分和化学物质需要进行高效的处理,排放达标后方可排放。

(2)废气处理:生产过程中会产生一定量的废气,需要进行有效的收集和处理,以减少对环境的影响。

3.节能减排的实践效果通过实施节能减排的相关技术,离子膜烧碱装置在生产过程中取得了良好的效果。

既提高了产能,又降低了能耗和排放量,实现了节能减排的双重目标。

三、未来发展方向未来,离子膜烧碱装置需要进一步深化节能减排技术的应用,推动环保与经济效益的双赢。

离子膜电解槽运行中出现的问题及解决方法

离子膜电解槽运行中出现的问题及解决方法

下降 0 . 1 5 %。 降低 电槽运 行槽 温 , 提高碱 浓度 的处 理 取 得 了显著 效果 , 避 免 了经济 损失 。
1 。 3 处 理 依 据
浓 度等 影 响 p H一 2 6 4上 升 的指 标 ,发 现 均在 正 常控
制 范 围 内。 大 约半小 时后 电槽 电压开始 上 升 。 影 响槽
第 4期
2 0 1 3年 4 月
中国氯碱
Ch i n a Ch l o r - Al k a l i
No . 4 Apr . , 201 3 5
离子膜 电解槽运行 中出现 的问题及解决 方法
李兆源, 董 雷 ( 黑龙 江昊华 化 工有 限公 司 , 黑龙 江 齐齐哈 尔 1 6 1 0 3 3 )
p H一 2 6 4值 超 出正 常控 制 指标 2 . 0 ~ 2 . 5的 2 . 5上 限并 且 快速 上升 ,主控人 员 立刻 检查 电槽 加酸 量及 盐酸
均 匀调 控 。在新 指标 运行 1 周后 , 电槽槽 电压 恢 复至 未 污染 前 、 电流 效 率 恢 复 至 9 4 . 8 5 %. 较 污染 前 效 率
( He i l o n g j i a n g H a o h u a C h e mi c a l C o . , L t d . , Q i q i h a r 1 6 1 0 3 3 , C h i n a )
Ab s t r a c t :T h e p r o b l e ms o f i o n- e x c h a n g e me mb r a n e e l e t r o l y s i s w e r e a n a l y z e d a n d t h e s o l u t i o n a n d
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工艺与设备
化 工 设 计 通 讯
Technology and Equipment
Chemical Engineering Design Communications
·83·
第44卷第7期
2018年7月
1 离子膜电解装置的基本特点介绍
近几年来,离子膜电解装置在很多方面都得到了快速的发展,如电解槽型、盐水精制以及离子膜性能等方面,此种方法也得到了国内外很多厂家的青睐。

伴随着相关技术的进一步发展,离子膜电解装置也逐渐呈现出一些新的特点,主要表现为:
第一,近几年来,复极式自然循环电解槽占据主导地位,在氯碱行业当中的应用范围不断扩大,尤其是在进行离子膜烧碱装置的新建或者扩建过程中,选择这种电解槽也成为了不少氯碱企业的共识。

第二,装置变得更加大型化。

最初的电解装置烧碱大约为1万t/a 至2万t/a 左右,近几年来,烧碱数量更大的装置层出不穷,有20万t/a ,30万t/a 甚至是100万t/a 的,电解装置也呈现出明显的大型化趋势。

第三,电流密度不断增加。

为了使建设成本有效节约,越来越多的企业开始选择密度更高的电解槽,电流的密度高,达到同样生产规模的情况下可以使单元槽的数量有所减少,同时伴随着相关技术水平的提升以及创新发展,电解槽生产企业在具体的生产过程中也更加愿意开发出电流密度更高的电解槽。

第四,在直流耗电上更少。

采用低直流耗电的电解槽,与国家当前所提倡的节能降耗的政策要求相符合,而且企业也在一定程度上实现了成本的节省,使企业效益得到提升[2]。

不管从离子膜电解装置自身所拥有的技术特点来看,还是从电极成本、离子膜的成本角度来看,装置管理者的首要任务都应当使电解装置的安全性得到保障,使电解槽的使用寿命得以延长。

经过多年的生产实践,需要对已有的离子膜电解装置进行相应的优化控制。

2 离子膜电解装置优化控制方法分析
2.1 电解槽温度以及电压的优化控制方法
电解槽的选定需要离子膜电阻和实际电压之间够成正比关系,电解槽的温度可以通过对进槽盐水或者碱的温度来进行控制。

如果电解槽的温度控制比较低,将不利于离子膜性能实现最佳。

如果电解槽的温度比较低,那么槽电压会升高。

根据已有的数据研究表明,如果电解槽温度变化1℃,电压波动为1.5V~1.7V ,直流电耗所产生的变化则是 6.37kW ·h/t ,应当根据槽温和气温等变化来对槽碱的温度进行调整,让每个电解槽的温度都控制在相对合理的范围之内。

电解槽在运行的初期阶段,因为离子膜的性能都比较好,
也会出现极少的副作用,此时电解槽温度的改变可以通过进槽碱温度的调整来进行调整。

但是随着使用时间的不断延长,离子膜自身的性能会不断下降,槽内出现各种各样的副作用,使离子膜的稳定运行状态受到破坏,一旦离子膜上出现更多的针孔,也会加剧副反应,出现恶性循环。

当前对于这些问题的优化无法进行单台电解槽温度的单独控制和调整,所以在实际的生产过程中也只能对运行状况比较差的电解槽温度进行控制,让其最高温度不超过90℃。

2.2 电解系统加酸优化管理方法分析
精制盐水在进入到电解槽当中之后,会在阳极室出现游离氯,这是在淡盐水当中出现的游离状态氯的总称。

相关的反应公式如下:
2OH -+Cl 2→ClO -+Cl -+H 2O
如果游离氯的含量不断增加,那么表明OH -透过膜的概率也会显著增加,离子膜的强度也因此会降低。

如果淡盐水当中游离氯含量增加迅速,必须要向其中加入酸完成相应的中和。

游离氯含量是淡盐水当中十分敏感的评价指标,受到pH 值、盐水浓度和温度等相关因素的影响很大,所以只要上述几项因素都处于比较平稳的状态,那么游离氯的含量也就可以保持相对稳定的状态。

在实际生产管理过程中,上槽盐水的pH 值稳定是最为主要与核心的任务。

随着电解槽使用时间的延长,还需要结合电解槽的具体使用情况来进行具体的分布实施。

如果盐酸消耗量不断升高,表明离子膜对于OH -的反渗阻挡能力不断降低,也表明离子膜的性能不断降低。

为了确保电解槽可以稳定运行,应当逐渐增加酸量,以游离氯质量分数不超过0.15%作为判断标准。

2.3 氢气以及氯气的优化路径分析
离子膜电解槽对于阴阳两极的控制需要让其阴极的压力高于阳极压力,确保每个单元槽的内离子膜都可以紧贴在阳极室的极网上。

离子膜的两侧压差会影响到最终单元槽的电压,负压差可以导致电解槽的电压上涨,而正压差可以使电解槽电压一定程度降低。

实际操作过程中必须要确保两侧电压差的稳定性,如果电压差差异过大,会导致离子膜的羧酸层受到破坏,性能也会出现永久下降,降低其电流效率。

3 结束语
主要对离子膜电解装置的特点以及优化路径进行分析探讨,阐述当前离子膜装置被大量应用,今后也会具备很大的发展空间。

参考文献
[1] 王日纬.关于离子膜电解制碱装置稳定运行的分析探讨[J].工程技术:全文版,2016,(12):2311.
摘 要:主要对离子膜电解装置的相关特点进行分析,阐述了离子膜电解装置的生产过程,并提出相对应的优化改进措施,旨在为今后其更好的应用在实践过程中奠定坚实的基础。

关键词:离子膜电解装置;生产过程;特点;优化控制中图分类号:TQ114 文献标志码:B 文章编号:1003–6490(2018)07–0083–01
Characteristics of Ion-exchange Membrane Electrolyzer and
Its Optimization Control Measures
Feng Ting-jian
Abstract :This study mainly analyzes the relevant characteristics of ion membrane electrolyzers ,expounds the production process of ion membrane electrolyzers ,and proposes corresponding optimization and improvement measures ,aiming at laying a better application for the future in practice.solid foundation.
Key words :ion membrane electrolyzer ;production process ;characteristics ;optimization 离子膜电解装置特点及其优化控制对策
冯挺剑
(江门市安兴职业安全事务有限公司,广东江门 529000)
收稿日期:2018–04–25作者简介: 冯挺剑(1972—),男,广东江门人,工程师,主要研究
方向为安全工程。

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