烧碱生产分析[精选].ppt

第一章 烧碱生产分析 隔膜电解食盐法，是用阳离子交换膜将电解槽隔成阳极室和阴极室。这层膜只允许钠离子穿透，而对氢氧根离子起阻止作用，另外还能阻止氯化钠的扩散。食盐溶液在电场作用下，钠离子经过膜的传递到阴极侧与氢氧根离子生成氢氧化钠，而带负电的氯离子被隔离在阳极室。从而达到生产低盐、高纯、高浓度氢氧化钠产品，同时得到联产氯气和氢气的目的。 反应式为： 2NaCl+2H2O 2NaOH+Cl2↑+H2↑ 1、盐水的制备与精制 工业用食盐溶解成盐水（必须达到一定浓度）后，其中所含的Ca2+、Mg2+、SO42-，机械杂质等对电解有害，必须除去。根据分析结果计算出精制剂（烧碱、纯碱及氯化钠）的用量。盐水中加入精制剂后其反应为： Ca2++CO32- CaCO3↓ Mg2++2OH- Mg（OH）2↓ SO42-+Ba2+ BaSO4↓ 纯碱和烧碱的加入量，必须稍微超过理论需要量。而氯化钡的加入量则应按照精盐水中的SO42-含量不超过3.5Kg/m3这一标准进行控制。对于不溶解的机械杂质，则可借澄清和过滤的方法除去。即得精盐水。 MDC—29型隔膜电解槽要求精盐水的主要技术指标为： NaCl=310～326Kg/m3；硬度（以Ca2+计）＜10PPm； SO42-＜2.5Kg/m3；PH=3.5～2.5；温度约75℃。 2、精盐水电解 电解槽如图所示。当精盐水由管连续进入阳极室。阳极室液不断地从阳极室通过隔膜孔流入阴极室。阴极室生成的电解液，经电解槽底部的管连续流出。氯气和氢气分别经过气管连续排出。在阳极（石墨棒）上进行的主要电极反应： 2Cl--2e＝Cl2↑ 精盐水经电解后发生的主要变化为溶液中部分Cl-在阳极上放电并逸出氯气，阳极液中剩下的Na+向阴极迁移，在与阳极液从阳极室通过隔膜的孔流入阴极室，在方向上是一致的。 在铁阴极上进行的主要反应：2H++2e＝H2↑ H+在铁阴极上放电，并逸出氯气的同时，H2O不断的离解成H+和OH-： H2O＝H++OH- 随着H+的放电，在阴极的溶液中就剩下OH-，它与来自阳极液中的Na+形成NaOH。 所以阴极室的溶液又称为电解碱液，或称电解液。 电解液中的OH-是带负电荷的阴离子，它要向阳极迁移和扩散，因此导致许多负反应的产生。 随着电解的继续进行，在阴极附近的NaOH浓度逐渐增大，同时在阳极和阴极附近的NaCl浓度下降，阳极上的部分Cl2溶解在阳极液中，生成次氯酸和盐酸 Cl2 +H2O====HClO+HCl 此时，当阴极上生成的NaOH溶液由于扩散与OH-的迁移，而使阳极附近的OH-浓度升高，就会发生中和反应： NaOH+HClO=====NaClO+H2O NaOH+HCl===NaCl+H2O 由于HClO和HCl被NaOH中和，将促使Cl2的继续溶解。当溶液中的HClO和NaClO由上述反应的结果含量不断增大，又可能发生下列反应： 2HClO+NaClO===NaClO3+2HCl 此外，若ClO-在阳极上放电时，还可能引起下列反应： 6ClO-+6OH-===2ClO3-+4Cl-+O2 +3H2O+6e 若NaClO到达阴极后，可能被换原而生成NaCl： NaClO+H2===NaCl+H2O 阳极附近的OH-浓度升高后，导致产生另一种不良后果，OH-在阳极上放电，逸出O2： 2OH--2e=== O2 +H2O 由于各种副反应不仅消耗了产品，并能使生成造成一定的危害。副反应所生成的产物，成为烧碱和氯气的杂质，使产品的纯度下降。为了减少副反应，首先应选用性能良好的隔膜，提高电解温度，或者用汞电解法。 3、电解液的蒸发和固碱生产 隔膜电解槽制得的电解液，约含11～12%的氢氧化钠和大量的氯化钠，所以碱液必须经过蒸发，把氢氧化钠的浓度提高到30～42%，与此同时，由于除去大部分食盐，浓缩后的碱液可以作为产品（液碱）或送去熬制固碱。 我国广泛采用三效顺流蒸发。电解液经过预热后，依次进入一效、二效、三效蒸发器，蒸发到碱液浓度为25～30%，由于碱浓度的提高，大部分食盐结晶析出。从第三效蒸发器出来的盐碱混合物