CEC电解槽操作手册(最终版).doc

1 总则： 此文件为电解工序的操作说明，电解工序由离子膜电解槽、整流器及相关辅助设备组成，此工序产品为32％碱液，Cl2和H2。下列设备的操作，维护及安全防护都将遵照货物提供方的要求： 整流器 行车（Z-2001） 泵 仪表 极化整流器。 2 电解基本原理： 在离子膜电解槽中发生下述电化学反应，消耗超精制盐水，生成碱液。在阳极室内，NaCl分解， NaCl＝Na+ ＋ Cl- 阳极反应为Cl－的氧化生成Cl2， 2Cl- ＝Cl2 ＋ 2e－ 阳极室中Na+与水穿过膜进入阴极室，阴极室内水发生下列电解反应。 2H2O + 2e- = H2 + 2OH- 阴极反应为H+的还原为H2同时生成OH-。 Na+与OH-化合成NaOH。 Na+ + OH- = NaOH 总反应为： 2NaCl＋2H2O＝2NaOH＋Cl2＋H2 纯水加入到循环碱液中以调节阴极室中的碱液浓度。淡盐水与Cl2一同从阳极室溢出。碱液与H2一同从阴极室溢出，循环碱稀释后又进入阴极室。图1描述了上述电化学反应。由于在操作中部分Cl-由膜渗入到阴极室，阴极液总是含有少量盐。一般来说，膜的电流效率越低，阴极液含盐越高。OH-的反渗透，即OH-穿过膜，决定了Na+透过膜的数量的减少。电场能加快OH－由阴极室到阳极室的反渗透。电流效率的减少，对于阳极和阴极，都表现为OH－的减少。随着阳极液中OH-浓度的上升，电流效率降低。因此，所生产的碱液其浓度受到限制，一般为32－35％，具体浓度取决于所采用的膜。新膜只允许少量的OH-与Cl-透过，实际上随膜的老化，OH-与Cl-等阴离子的泄漏会越来越多，导致电流效率的下降。由于下列反应的发生使得阴极液pH升高： 电化学副反应 ： ● H2O分解生成O2 H2O＝1/2O2 ＋ 2H+ ＋ 2e- 化学副反应： ● Cl2溶解； Cl2（g）＝Cl2（aq）―――――――――――――――（1） ● 游离氯分解： Cl2（aq）＋ H2O＝HClO（aq）＋ H+ ＋ Cl-―――――（2） ● HClO的分解； HClO（aq）＝ClO－＋H+――――――――――――――（3） ●（2）与（3）给出下列反应： Cl2（aq）＋ H2O＝ClO－＋2H+ ＋Cl- ―――――――――――（4） ●ClO3的生成： 2HClO（aq）＋ClO－＝ClO3 ＋2Cl- ＋ 2H+―――――――――――（5） ● （4）与（5）给出下列反应： 3Cl2（aq）＋ 3H2O＝ClO3－ ＋5Cl- ＋ 6H+――――――――――（6） ● 由阳极室反渗透过来的OH-与H+发生中和反应。 H＋ ＋ OH- ＝ H2O ● 超精制盐水中Na2CO3与H+反应生成盐与CO2，导致Cl2不纯： Na2CO3＋ 2HCl＝2NaCl＋H2O＋CO2 NaHCO3＋ HCl＝NaCl＋H2O＋CO2 通常NaOH电流效率为94－97％，Cl2电流效率为92.5－97％，阴极H2电流效率为100％。 H2与Cl2在阴极室和阳极室分别生成。由该电解反应的吉布斯自由能改变能求出电极电压，以及离子膜的电压降见下表。 组成 电压 分解电压 2.25 液体连接 0.06 阳极过电压 0.04 阴极过电压 0.13 离子膜电压降 0.33 溶液电压降 0.02 气体效应＋结构电阻电压降 0.23 总电压 3.06 在4.0KA/m2，90℃，32％NaOH 上述总电压为新装电解槽的阴极端和阳极端的总电压降。下列情况会使电能消耗增加，电压降增大。 ● 活性阳极恶化 ● 活性阴极恶化 ● 超精制盐水中杂质对阳极表面覆盖 超精制盐水中的杂质导致膜电阻升高。 O2生成使得电流效率降低 3 电解槽概述 3.1 规格 型号：BiTAC?-868 离子膜：Flemion（氟莱米昂）8020 单元槽数：68个 阳极有效面积：3.276M2×68 阳极：DSA? 阴极：活性阴极 电流负荷：16.22KA（最大17KA） 电流密度：4.95KA/m2 重量（空电解槽）：18.2吨 重量（运行）：31.5吨 电解槽数：2套 3.2 结构 BiTAC?－868由一个阳极端框，67个复极槽框，一个阴极端框，和一套拉杆组成。在阴极室和阳极室之间有68张离子膜和特殊橡胶垫，如图2所示。由于减少了电解槽部件及其重量很轻，使得组装和拆卸都极易进行。 3.3 电解槽回路： 电解槽厂房设计布置4台BiTAC?-868离子膜电解槽，并且先安装2台BiTAC?-868 离子膜电解槽。一个电解槽回路由一台电解槽和一台整流器，一主变通过母排连接组成。整流器－主变能供应直流电进行化学反应。从整流器正极送出的直流电通过电解槽阳极端，复极式单元，和阴极端，回到整