化工现代氯碱生产技术课件5.ppt

LOGO 现代氯碱生产技术 济源职业技术学院 冶化系 离子膜的结构及其工作原理 离子膜的分类及性能 离子膜法电解原理 离子膜法电解工艺流程 影响离子膜电解槽的经济技术指标 离子膜 电解 任务三 离子膜法电解二次精制盐水 1 离子膜的结构及其工作原理 全氟离子膜是由含磺酸基或羧酸基的全氟单体以及四氟乙烯二者共聚合而构成的，全氟离子膜的结构以碳—氟为主链，以磺酸基(-SO3-)或羧酸基(-COO-)的全氟链为侧链，其化学结构式如: 离子膜结构中附加的全氟化碳聚合物或纤维等材料，进一步提高膜的机械强度。 膜内存在固定离子和可交换的对离子两部分。在电解食盐水溶液时所使用的阳离子交换膜的膜体中，它的活性基团是由带负电荷的固定离子（如SO3-,COO-）和一个带正电荷的对离子（如：Na+）组成，它们之间以离子键结合在一起。磺酸型阳离子交换膜的化学结构可用下式表示： 离子膜结构中附加的全氟化碳聚合物或纤维等材料，进一步提高膜的机械强度。 　 离子膜在制造完毕后，还要经过热水处理，使膜的结构吸收部分水分子（含水率）而发生一定程度的膨胀，而使膜体结构疏松，形成许多微细的弯曲通道。 在电场的作用下，盐水中的Na+将从一个固定负电荷向下一个固定负电荷迁移，以这种方式透过离子膜从阳极室进人阴极室并且与阴极室内的OH-结合而生成NaOH。另一方面，由于很大的固定负电荷离子团（ R-SO3-,R-COO-)的存在，对阴极的Cl-和阴极的OH-都有很好的排斥作用，从而阻挡了Cl-和OH-的迁移和返迁移。 离子膜的作用机理 注意 ① 离子膜的含水量受盐水和碱液的浓度、温度的控制，膜的含水量对膜及电槽的性能影响较大。 ② 在电场的作用下， OH-有被吸引至阳极的趋向，这种排斥作用并不是完全彻底的，某些OH-也会渗透到阳极中， OH-这种迁移的强弱反应了电流效率的高低。 2 离子膜的分类及性能 强酸性；亲水性好（含水率 高）。 兼有磺酸膜和羧酸膜的优点。 全氟羧酸膜 （Rf-COOH) 离子膜的分类 全氟磺酸膜 （Rf-SO3H） Rf-COOH/ Rf-SO3H复 合膜 膜 弱酸性；亲水性小（含水率小）。 全氟羧酸膜（Rf-COOH） 含水率低 优点：膜内固定离子的浓度较大，能阻止OH-的反渗透，因此阴极室的NaOH浓度可达35%左右。而且电流效率也较高，可达95%以上。它能置于PH＞3 的酸性溶液中，在电解时化学稳定性好。 缺点：缺点是膜电阻较大，在阳极室不能加酸，因此氯中含氧较高。 全氟磺酸酸膜（Rf-SO3H） 优点：膜电阻小;可在电解槽阳极室内加盐酸，它能置于PH=1的酸性溶液中，以中和反渗的OH-,这样所得的氯气纯度就高。 缺点：膜的固定离子浓度低，对OH-的排斥力小。因此，电槽的电流效率较低，一般小于80%。且产品的NaOH浓度也较低。 （Rf-SO3H/ Rf-COOH）复合膜 在膜的两侧具有两种离子交换基团，电解时较薄的羧酸层面向阴极，较厚的磺酸层面向阳极。因此兼有羧酸膜和磺酸膜的优点，它可阻挡OH-的反渗透，从而可以在较高电流效率下制得高浓度的NaOH溶液。同时由于膜电阻较小，可以在较大电流密度下工作。且可用盐酸中和阳极液，得到纯度高的氯气。 离子交换膜的性能 高化学稳定性 ----具备良好的耐酸耐碱和 耐氧化性能。 优良的电化学性能-----较低的膜电阻和较大的交换容量；具有较好的反渗透能力。 稳定的操作性能。 较高的机械强度。 使用方便性。 3 离子膜法电解原理 精制盐水的进口？ 纯水的进口（可调节氢氧化钠的浓度？ 产品氢氧化钠和氢气的流出方位？ 淡盐水的流出方位？ 4 二次精制盐水的电解工艺流程图 4 影响离子膜电槽的经济技术指标 电解槽的工艺条件控制 盐水浓度 盐水中杂质含量 阴极液中NaOH的浓度 阳极液的pH值 温度 盐水浓度 氯化钠含量高 ： 提高溶液的电导率，从而可以降低电解质溶液 的电压降，减少电能消耗。 可以降低Cl-在阳极上的放电电位，还可以抑制OH-离子放电。减少电能的消耗，减弱氧气对阳极石墨的腐蚀；减少氯内含氧。 减少氯气在阳极液中的副反应，提高电流效率、降低电耗的目的。 氯化钠含量低： 使膜的含水率增大，阴极室的OH-离子容易反渗透，导致电流效率下降；另一方面阳极液中的Cl-离子也容易通过扩散迁移到阴极室，导致碱液中NaCl含量增大。 膜膨胀、严重起泡、分离直到永久性的损坏 因此，通常在生产中宜将阳极液中NaCl浓度控制在210±10g／L 为好，至少不应低于170g／L. 盐水中杂质的含量 Ca2+、Mg2+的影响