氯碱生产及其污染与控制.doc
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1、氯碱生产及其污染与控制一、氯碱生产简介氯碱工业是国民经济的重要组成部分,是基础化工原材料行业,其碱、氯、酸等产品广泛地应用于建材、化工、冶金、造纸、纺织、石油等工业,在整个国家工业体系中占据着十分重要的基础性地位。氯碱工业以盐为原料,电解工业盐水制成烧碱、盐酸、氯气、氢气,氯气进一步制成以聚氯乙烯为代表的多种耗氯产品,目前我国能够生产200多种耗氯产品,主要品种70多个。氯碱生产工艺有隔膜电解、水银电解和离子膜法。水银法电流效率高,产品质量好,但污染严重,易发生炸槽事故;隔膜法生产效率低,产品质量差,所用石棉污染环境,对人体有危害;离子膜法电流效率高,产品质好且无污染,但膜与机框的成本高。目前
2、世界上比较先进的电解制碱技术是离子交换膜法。这一技术在20世纪50年代开始研究,80年代开始工业化生产。 二、离子交换膜法工艺简介离子交换膜电解槽主要由阳极、阴极、离子交换膜、电解槽框和导电铜棒等组成,每台电解槽由若干个单元槽串联或并联组成。右图表示的是一个单元槽的示意图。电解槽的阳极用金属钛网制成,为了延长电极使用寿命和提高电解效率,钛阳极网上涂有钛、钌等氧化物涂层;阴极由碳钢网制成,上面涂有镍涂层;阳离子交换膜把电解槽隔成阴极室和阳极室。阳离子交换膜有一种特殊的性质,即它只允许阳离子通过,而阻止阴离子和气体通过,也就是说只允许Na+通过,而Cl-、OH-和气体则不能通过。这样既能防止阴极产
3、生的H2和阳极产生的Cl2相混合而引起爆炸,又能避免Cl2和NaOH溶液作用生成NaClO而影响烧碱的质量。下图是一台离子交换膜电解槽(包括16个单元槽)。 精制的饱和食盐水进入阳极室;纯水(加入一定量的NaOH溶液)加入阴极室。通电时,H2O在阴极表面放电生成H2,Na+穿过离子膜由阳极室进入阴极室,导出的阴极液中含有NaOH;Cl-则在阳极表面放电生成Cl2。电解后的淡盐水从阳极导出,可重新用于配制食盐水。 离子交换膜法电解制碱的主要生产流程可以简单表示如下图所示: 电解法制碱的主要原料是饱和食盐水,由于粗盐水中含有泥沙, 精制食盐水时经常进行以下措施 (1)过滤海水 (2)加入过量氢氧化
4、钠,去除钙、镁离子,过滤 Ca(2+)+2OH(-)=Ca(OH)2(微溶) Mg(2+)+2OH(-)=Mg(OH)2 (3)加入过量氯化钡,去除硫酸根离子,过滤 Ba(2+)+SO4(2-)=BaSO4 (4)加入过量碳酸钠,去除钙离子、过量钡离子,过滤 Ca(2+)+CO3(2-)=CaCO3 Ba(2+)+CO3(2-)=BaCO3 (5)加入适量盐酸,去除过量碳酸根离子 2H(+)+CO3(2-)=CO2+H2O (6)加热驱除二氧化碳 (7)送入离子交换塔,进一步去除钙、镁离子 (8)电解 2NaCl+2H2O=(通电)H2+Cl2+2NaOH 离子交换膜法制碱技术,具有设备占地面
5、积小、能连续生产、生产能力大、产品质量高、能适应电流波动、能耗低、污染小等优点,是氯碱工业发展的方向。三、以氯碱工业为基础的化工生产NaOH、Cl2和H2都是重要的化工生产原料,可以进一步加工成多种化工产品,广泛用于各工业。所以氯碱工业及相关产品几乎涉及国民经济及人民生活的各个领域。 由电解槽流出的阴极液中含有30的NaOH,称为液碱,液碱经蒸发、结晶可以得到固碱。阴极区的另一产物湿氢气经冷却、洗涤、压缩后被送往氢气贮柜。阳极区产物湿氯气经冷却、干燥、净化、压缩后可得到液氯。 2NaOH+Cl2= NaCl+NaClO+H2O H2O+Cl2=HCl+HClO H2+Cl2=2HCl 2NaO
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