论金属隔膜电解槽的制作技术.doc

电解槽论文金属隔膜电解槽的制作姓名：王永强日期：2011年5月1日5概 述 氯碱工业中食盐电解联产的烧碱、氯气和氢气在国民经济的许多部门均需要，除应用于化学工业本身外，在轻工、石油化工、有色金属冶炼和公用事业等方面均有广泛用途。作为基本化工原料的“三酸二碱”中，盐酸和烧碱就占其中两种，而且氯气和氢气还可以进一步加工成多种化工产品，故氯碱工业及相关产品几乎涉及到国民经济的各个领域。电解槽是氯碱企业生产烧碱和氯气的核心装置。金属隔膜电解槽同一般的反应装置相比其结构复杂，且操作环境要求高。电解槽是直流电通过食盐水溶液，在电解槽的阳极上产生氯气，在电解槽的阴极上产生氢气和氢氧化钠产物的设备。电解生成的氯气，由电解槽顶部的支管导入氯气总管，送至氯气处理工序。氢气从电解槽阴极箱上部支管导入氢气总管，经盐水预热器后送至氢气处理工序。生成的电解碱液从电解槽下侧流出，经碱断电器后流入电解液总管，汇集到电解液储槽，再经泵送至蒸发工序进行浓缩。氯碱工业是 典型的大量消耗能量的工业，降低电力消耗定额自不待言，降低电解槽的电耗效率和制作成本是一个重要课题。电解槽是根据电化学原理通过电流产生化学变化而产生出所需要的基础化工产品，而其在国民经济中起着重要作用，而我们所使用的金属隔膜电解槽，是电解氯化钠得到烧碱和氯产品的重要设备。在电槽制造过程中必须考虑到产生效率，电解消耗、使用寿命，是它的主要考核指标，同时产品质量，安全可靠运行也需要达到综合性能指标。根据金属隔膜式电解槽的工作原理和结构特点，本着电解槽在运行中要节能，电解槽制造成本尽可能要低的原则。在隔膜电解槽阳极制作方面：首先要考虑到选材合理，由于阳极材料直接接触化学物质，例如：活泼的湿氯气、新生态氧、盐酸及次氯酸等接触，因此对电极材料的要求主要是具有较强的耐化学腐蚀性，同时电极的氯的过电位要低；导致性能要良好；机械性能强度要高而又易于加工。而金属阳极电解槽选用金属钛为基体，在钛的表面涂制其金属氧化物的活化层所构成，根据钛基屋上的活化涂层的组成，金属阳极又可分为含钌金属阳极和非含钌金属阳极，例如钌钛、钌铱、钌铱钛、钌锡锑等、锡锑、锡锑钴等两大类，目前在氯碱工业上最广泛的是钌钛锡金属阳极；金属钛是一种阀型金属具有单向导电性，表面容易形成钝化膜而本身导电性能良好。在盐水作为阴极是导电的，但是如果改为阳极就不导电。因此，在盐水电解时不能直接作为阳极使用。进行电解时作为阳极它不能导电，但若在钛的表面上涂一层RuO2每个TiO2的固溶体后就能导电，当形成TiO2时钛原子最外层4个电子分别与氧原子形成共用电子对，因此，在TiO2晶体中没有自由电子存在也就不能导电，因此我们在金属阳极制作中严格把握它的特性根据生产需要及工矿环境来制定我们更加合理的配方及工艺来满足我们生产的需要，通过山西太原化工厂的实验数据表明，阳极效率达到96%以上是符合隔膜电解槽制造和运行标准的而我们生产的金属阳极涂层耐冲刷性，极化性能氯电位，氯中含氧量，符合生产要求。由于Ru+4的半径（0.068mm）与Ti+4的半径（0.06mm）非常接近，因此RuO2同TiO2能形成稳定的固溶体因此在一定条件下就能够导电，同时在RuO2+TiO2固溶体中Ru离子渗入的数目越多则自由电子数越多，其导电性能也就愈好。为节约电能提高效益提供了科学依据。在阳极复合棒的焊接方面：根据钛及钛合金具有密度小、比强度高、耐热性高、抗腐蚀性强、可焊性好等特点，掌握钛和钛合金熔点高，导热性差（比铁低4位）焊接熔池积累热量多，冷却缓慢，焊接塑性下降、脆性高等特性，对于焊接接头应保持焊接后为银白色，若有氧化则表面颜色发生变化，应选择小电流，高焊速，做到以上几点才能达到焊接工艺要求。为保证阳极质量提供参考。在阴极制作方面：首先制造阴极材料要具有耐氢氧化钠、氯化钠的腐蚀；导电性能良好；氢在电极上放电的过电位低；同时材料的机械强度和加工性能要好，隔膜电解槽使用的阴极材料有钢、铜和镍，而钢的导电性能较好，耐电解液的腐蚀。氢化碳钢上的过电压比镍铜铅都低，因此在电解槽制造上用钢材做为阴极材料，不同的阴极材料在相同条件下其析氢电位不同。立式极附隔膜电解槽的阴极目前大多采用铁丝编网，也有铁板冲孔制成。阴极箱的结构直接影响着阴极电位及氯中含氢，阴极箱内部结构必须合理可靠，我们目前采用的阴极铜板分块焊接即增加了导电面积，降低了阴极铜板与箱体间的电压降，又能节约铜材料，另外阴极骨架的设计改进有利于气体及液体电离产物的逸出和通畅，减小氯中含氢和滞留电离产物的副反应。在阴极网片制作方面，合理利用阴极有效面积，改变不合理的材料尺寸减少不合理的堵焊网孔面积有效利用扩大阴极通道，有利于氢和碱的逸出而减小了电解产物反渗，降低副反应节约了电能，安全了生产，延长了使用寿命。我们还合理的减小了极间距，按有关规理论计算阴阳极间距缩小1mm按电流密度1500A/m2槽电压可降低0.0518V吨碱节电可达36.2KWh，所以说电解槽的制作合理化、科学化不断改造是电解槽取得良好效益的基本条件和任务。在节能方面：电解槽是一种电化学反应装置，生产运行中电流效率的高低直接生产企业成本，要想提高电槽的电流效率必须在降低电槽工作电耗和降低电副反应等方面的办法。本着这一思路，我们进行了增大阴极铜板与阴极钢板的接触面积和扩大阴极通道面积两项改进。1、 增大阴极铜板与阴极钢板接触面积：电槽运行中阴极铜板与阴极钢板之间的导电是通过铜板与钢板的搭接钎焊来完成的，铜板与钢板间的焊缝面积越大，导电电阻就越小，我们在制造过程中，将原设计的阴极铜板2340600整块铜板改为五块，这样，在铜板之钢板焊接时就增加四条长600的焊缝，改进后的焊缝面积为原焊缝面积的1.41倍，按电阻定律计算，改进后铜板和钢板间的导电电阻为原设计的70.92，从而达到提高电流效率，降低槽电压，节约电槽运行电耗的目的。2、电解槽在进行电化学的反应过程中，伴有不同程度的副反应存在。我们在阴极箱体制做中，在保证电解工作面积不变的情况下，适当减少了阴极网袋的宽度，增大了阴极通道的面积，改进后的阴极通道面积与原设计的通道面积比为106：100，阴极通道面积的增大，将会降低生成物排出电槽的阻力，加快正反应速度，降低和抑制副反应的发生几率，从而达到节能的效果。以上两项改进措施的实施，有效保证了制造电槽的性能。样槽送往山西太化化工厂运行测试，结果很理想，各项指标达到了预期效果。二、 降低电槽制造成本为了节约电槽制造成本，阴极铜板分块焊接后，增大了铜板和钢板的焊接面积，通过计算，分块焊接结构的铜板可以由原来的17更改为7，进而我们在电槽制造过程中，每台电槽阴极铜板由原来的17改进为7，单台阴极铜板的重量由208.8改为88。这一改进，可大的节约铜板购买费用。电解槽运行性能的好坏决定着它的技术经济指标，影响电槽正常运行的因素是多方面的。例如：碱水的质量和温度，阳极液PH值，电流的波动，电流密度等，比如：盐水中的氯化钠的含量的提高，可以提高溶液的电导率从而可以降低电解质溶液的电压降，同时盐水中氯化钠含量增加后可以降低氯离子在阳极上的放电电位，还可以抑制OH-离子放电的提高阳极的工作效率更可减少氯中的含氧量。在电流发生较大变化时要及时调整阳极液位来减少氯气在阳极液中的溶解度以减少副反应，增加盐水的注入量（电流上升时）可以减少OH-向阳极室的迁移等，总之电解槽正常运行的条件很多，所以我们要制做好电解槽也要使用好电槽，为更大的效益努力。按照现在国际情况和我国国情氯碱发展趋势，改善优化金属隔膜电解槽同时，我们还要努力开发离子膜电解槽的维修和使用，来迎接更大的挑战，为全面提高企业知名度和企业职工的综合素质努力。