烧碱生产.pptx

chemical process,第六章 烧碱生产,主讲：陈丽芳,E-mail:chenlifang,联系电话：,18622431118,烧碱,烧碱，氢氧化钠，,NaOH,，分子量,39.998,。又称苛性钠、火碱，是一种白色半透明结晶状固体。自然界中不存在氢氧化钠，但制造原料易得，用途广泛。,NaOH,易溶于水，见下表：,温度，,10,18,30,40,53,64,NaOH%,49.8,51.0,53.3,55.4,59.7,69.0,为了便于贮存和长途运输，氢氧化钠通常被加工成无水状态的整块,固体,、片状或珠状（,固碱,），及,不同浓度的溶液（液碱）,。,6.1,概 述,6.1,概 述氢氧化钠物理性质,氯,气：,常温常压下为黄绿色气体，在加压或冷却情况下容易液化。,氯气具有强烈刺激性气味，有毒性，略溶于水。,作为强氧化剂，在一定条件下氯可所有金属和大部分非金属直接反应。,氯和氢混合气的爆炸范围为氢含量的,5%-86%,（体积分数）。,氯气用途相当广泛，它是塑料、合成纤维、合成橡胶、农药和染料等化工产品的基本原料，还广泛用于纺织工业、造纸工业和医药工业等领域。,6.1,概 述,氢,气：,氢气是一种无色、无味的易燃气体。,难溶于水，在水和各种溶液中溶解度甚微。,氢的化学性质非常活跃，在一定条件下，可与氧、碳和氮分别结合生产水、碳氢化合物和氨。,在空气中爆炸范围为氢含量的,4%74.2%,（体积分数）。,电解食盐水溶液生产烧碱所副产的氢，纯度高且成本低，可用于制单晶硅和石油加工过程中的加氢，苯酚加氢制环己醇作为环己酮的原料以生产己内酰胺等。,6.1,概 述,氯碱工业产品链,6.1,概 述,烧碱生产方法：,苛化法和电解法,苛化法生产烧碱,以纯碱与石灰乳为原料，反应式：,苛化法生产过程分为：化碱、苛化、澄清、蒸发等四个工序。,在,19,世纪末电解法出现之前，苛化法一直是世界上生产烧碱的主要方法。,电解法生产烧碱,发展概况,1807,年英国人,Davy,最早开始电解熔融食盐的研究，直到直流发电机问世后才得以实现电解食盐水制烧碱。,1890,年隔膜法在德国出现。,1892年美国水银法电解槽取得专利。,1975,年日本开始利用离子交换膜生产烧碱。,根据电解槽结构、电极材料和隔膜材料的区别电解法,又分为：,隔膜法,（,Diaphragm Process,简称,D,法）,水银法,（,Mercury Process,简称,M,法）,离子交换膜法,（,Ionexchange Membrance Process,简称,I.M,法）。,6.1,概 述,离子膜法,与隔膜法、水银相比，,优点,：,能耗低；,产品质量高；,装置占地面积小；,生产能力大；,能适应电流波动大。,此外，离子膜法还可根除石棉、水银对环境的污染。,因此，被公认为氯碱工业的,发展方向,。,6.1,概 述,氯碱工业的特点,原料易得,以工业原盐为原料，来源广，价格便宜。,能源消耗大,电解法用电量大仅次于电解铝。,氯与碱的平衡,按固定质量比（,NaOH:Cl,2,=1,：,0.885,），同时产出烧碱,和氯气。,腐蚀和污染严重,烧碱和氯气都具有强腐蚀性。,6.1,概 述,我国氯碱工业的发展,20,世纪,20,年代开始创建氯碱工业。上海天原电化厂是我国第一家氯碱厂。,到,1949,年为止，共有,9,家氯碱厂，年产量,1.5,万吨。,20,世纪,50,年代末，烧碱产量达,37.2,万吨。,20,世纪,60,年代末，烧碱产量达,70.4,万吨。,20,世纪,70,年代末，烧碱产量达,182,万吨。,20,世纪,80,年代末，烧碱产量达,320.8,万吨。,到,1999,年，烧碱产量达,557,万吨，仅次于美国，居世界第二位。,到,2008,年，烧碱产量达到,1852,万吨。,2011,年：,2466.2,万吨，世界第一,规 模 上,6.1,概 述,20,世纪,50,年代中期成功研制,立式吸附隔膜,电解槽。,20,世纪,70,年代初成功开发了,金属阳极,电解槽。,1986,年我国开发出国产,复极式离子膜,电解槽。,离子膜技术发展迅速，到,1997,年离子膜烧碱生产能力已达,80,万吨。,到,2008,年离子膜烧碱达到,819,万吨。,2011,年离子膜烧碱达到,1500,万吨。,技术上,6.1,概 述,6.2,电解法制烧碱原理,6.2.1,电解过程：将电能转化成化学能的过程。,氯化钠水溶液电解反应,CI,-,失电子,形成氯气,H,得电子,形成氢气,OH,离子增多与,Na,形成烧碱液,阳极,阴极,Na,电流方向,OH,-,直流电源,Cl,2,H,2,电解原理,生产的氢气、氯气容易混合形成爆炸气体,生产的烧碱液混合在盐水中得不到纯产品,无法实现连续生产,分析：要制得纯的烧碱、氯气、氢气产品，必须要把电解的阳极、阴极进行分离,法拉第第一定律,在电解过程中，电极上所生成的物质的质量与通过电解质溶液的电量成正比，即与通过电流强度和通电时间成正比,式中：,G,电极上生成的物质量，,g,或,kg,K电化当量；,Q,电量，,AS,或,Ah,I,电流强度，,A,t,时间，,s,或,h,如何提高产量？,法拉第第二定律,当直流电通过电解质溶液时，电极上产生,1,克当量,的任何物质，所需要的电量恒定，数值上约等于,96500,库伦（用,C,表示），称为,1,法拉第,。,通过,1F,电量可析出,1mol,物质。,由此，可以计算出物质的电化当量,例如：,NaOH,理论产量：,Cl,2,理论产量：,H,2,理论产量：,例题,1,：,某氯碱厂的电解车间，采用隔膜法电解食盐水溶液，共有,40,台电解槽，通电电流为,10000A/,台，求该厂每天理论上可生产多少,NaOH,、,Cl,2,、,H,2,？,电流效率,重要的技术经济指标,实际生产中，盐水中杂质存在，在电极上放电，以及电路漏电等，实际产量理论产量。,电流效率：,电流效率,阴极电流效率,NaOH,阳极电流效率,Cl,2,越高越好，,一般在,95%,97%,设,NaOH,实际产量为,G,，,若通电量为,It,，,电化当量为,K,，,电解槽数为,n,，那么,NaOH,理论产量为：,KInt,；,6.2.2,槽电压,电解槽的实际电压,槽电压主要取决于：,电解运行条件：操作温度、压力、电解液浓度和电流密度等。,电解槽结构、隔膜材质及位置、两极间距、电极结构以及电解液的内部循环等有关,理论分解电压,过电位,电解液电压降,电极、触点和导线的电压降,一理论分解电压（,V,理,）,理论分解电压：电解质开始分解时所必需的最低电压。,电解食盐水溶液时，在数值上它等于阳极析氯电位与阴极析氢电位之差。,式中,能斯特方程计算：,在室温,25,下，,T=298K,，,R=8.314J/(K.mol),，,F=96500C,，,得到能斯特方程简化式：,若是气态物质：用气体分压（大气压）代替,固态物质和水：浓度是一常数，习惯以,1,表示,要求背,一些物质的标准还原电极电位,小，易放电,大，难放电,数值大容易得电子,例题,2:,试计算电解,NaCl,水溶液的理论分解电压。已知进入阳极室的食盐水溶液的质量浓度为,265g/L,，阴极电解液中含,NaOH,为,100g/L,，,NaCl,质量浓度为,190g/L,，电解液温度为,90,，,接近,101.3kPa(1tam),。采用石墨为阳极，钢丝网为阴极。,解：,a.,计算阳极电位,阳极电极反应为：,由表中查出,25,时该反应的标准还原电极电位为：,阳极室电解液中,NaCl=265/58.4=4.54mol/L,，,25,时，,NaCl,溶液的活度系数为,0.672,，所以：,已知 接近,101.3kPa,，计算时按,101.3kPa,计。将以上数据代入能斯脱方程式进行计算：,b.,计算阴极电位,阴极电极反应为：,由表查出,25,时该反应的标准还原电极电位为：,阴极室电解液中,:,NaOH=100/40=2.5mol/L,，,NaCl=190/58.4=3.25mol/L,，即,Cl,-,=3.25mol/L,，,OH,-,=2.5mol/L,，而,Na,+,=3.25+2.5=5.75mol/L,。查得,OH,-,的活度系数为,0.73,，另外，,25,时水的离子积常数为,110,-14,，所以：,吉布斯,-,盖姆荷茨,(Gibbs-Helmholtz),方程式计算,V,理,25,，隔膜法和离子膜法电解氯化钠水溶液生成氢氧化钠、氯气和氢气时的理论分解电压为：,如果忽略电压温度系数的校正值，则由吉布斯,-,盖姆荷茨方程式计算的隔膜法的,V,理,为,2.29V,。在工业生产中，通常将隔膜法和离子膜法电解食盐溶液的理论分解电压定为,2.3V,。,二、过电位（,V,过,）,电离时离子在电极上的,实际,放电电压要比,理论,放电电压高，两者的差值称为过电位,（,V,过,），,也称过电压、超电压或超电压,。,注意：,（,1,）,金属离子在电极上放电时的过电位一般并不大，可以忽略不计。,（,2,）但当,电极上发生气体,，如,Cl,2,、,H,2,、,O,2,等的反应时，过电位就相当大，,不能忽略,。,过电位的数值，主要决定于,电极材料的性质,。,过电位存在,弊：,过电位消耗了一部分电能；,利：,由于过电位的存在，结合选择适当的电解条件可使电解过程按照要求进行（很重要的作用）,电极产物,电流密度,A/,m,2,不同电极材料的过电位,/V,海绵状铂,平光铂,铁,石墨,汞,H,2,(1mol/LH,2,SO,4,),10,0.015,0.24,0.04,0.6,0.7,100,0.041,0.29,0.82,0.98,1.07,10000,0.048,0.68,1.29,1.22,1.12,O,2,(1mol/LNaOH,),10,0.4,0.72,0.53,100,0.64,1.28,1.09,10000,0.75,1.49,1.24,Cl,2,(NaCl,饱和溶液,),10,0.0058,0.008,100,0.028,0.054,0.25,10000,0.08,0.24,0.5,Cl,2,、,H,2,、,O,2,在不同材质的电极上和不同电流密度下的过电位,(25,),氯在石墨阳极、金属阳极上的过电位,电流密度,/(,A/dm,2,),V,石墨阳极,/,mV,V,金属阳极,/,mV,3,164,1,6,195,5,9,215,10,12,231,16,15,240,20,18,256,25,21,271,30,24,285,35,27,301,38,30,311,41,33,325,44,36,335,47,39,341,50,42,345,54,45,354,57,比石墨阳极小,节电,15%,20%,每吨烧碱节电约,150,度,一些物质的标准还原电极电位,小，易放电,大，难放电,数值大容易得电子,（,1,）看标准电极电位：氧氯，氧易失去电子，产生,O,2,(2),看石墨电极上的过电位：氧氯，氯易失去电子,产生,Cl,2,(3),看钌钛金属阳极上的过电位：氧与氯相差不大，同时放出,Cl,2,及少量,O,2,。怎么办？（涂层），制备氧过电位高，而氯过电位低的涂层。,阳极上：,阳极过程：析氯反应、析氧反应。,析氯反应：,析氧反应：酸性、碱性溶液,P,值增加，析氧的平衡电极电位变负，反应将更易发生。,热力学：如比较析氧和析氯的标准电极电位，析氧比析氯更容易发生。,在工业中为了提高阳极析氯的电流效率，要增大,“,氧氯差,”,。,增大氯氧差的措施：,为了提高阳极析氯的电流效率，要增大“氯氧差”。尽力减小析,氯反应,的过电位，增大,析氧反应,的过电位,。,常采取以下措施：,（,1,）提高电极材料的电催化选择性,。,如：电流密度为,10005000A,m,2,时,，,DSA,阳极：析氧电位比析氯电位高,250300mv,，,石墨阳极：高,100mv,。,（,2,）提高电解液中,Cl,-,的浓度，降低电解液中的,OH,-,浓度。如：采用饱和盐水、酸性盐水，以降低析氯电位，提高析氧电位。,（,3,）提高电流密度。利用两个电极反应可逆性的差异，扩大反应速率的差距。,在阴极上：,Na,+,的理论放电电位,H,+,，因此铁作为阴极时，总是,H,+,先放电（得电子），在阴极上逸出,H,2,三、电解质溶液的电压降（,V,液）,电解过程中电流通过电解质溶液时，由于,电解质溶液具有电阻,，会造成电压的损失，其电压降可用欧姆定律计算。,电解质溶液中的电压降与电流密度和电流所经过的距离（即阴极与阳极之间的平均距离）成正比，而与电解质溶液的导电率成反比。,减少,V,液,的措施,：,（,1,）应尽量缩短两极间的距离；,(,不能太小，充气）,（,2,）适当提高电解质溶液的浓度（饱和溶液）和温度（,8090,）。,四、电解槽电路电压降（,V,降,）,主要包括：,（,1,）电解槽导电系统中的电压降；,（,2,）隔膜电压降；,（,3,）接触电压降。,在槽电压中，理论分解电压占的比重最大，其次是电解质溶液和隔膜电压降。,可以通过选择和研制新型阴、阳极材料、隔膜材料、调整极间距、提高电解质溶液的温度和浓度、控制适宜的电流密度、设计合理的电解槽结构等来降低槽电压。,隔膜电解槽中各类电压降分布情况,阳极,石墨,金属阳极,隔膜,石棉,石棉,隔膜电流密度,/(,A/m,2,),1550,1550,阳极电极电位,/V,1.32,1.32,阴极电极电位,/V,0.93,0.93,阳极过电位,/,V,0.33,0.02,阴极过电位,/,V,0.27,0.27,溶液电压降,/,V,0.49,0.49,隔膜电压降,/,V,0.3,0.29,金属导体电压降,/V,0.36,0.17,总计,/,V,4,3.49,工业生产中将理论分解电压,V,理,与电解槽实际分解电压,V,槽,之比称为电压效率。即：,电压效率,=V,理,/V,槽,100%,氯碱厂电解槽的电压效率一般在,60%65%,之间,五、电能效率,电解是用电能来进行化学反应以获得产品的过程。因此，产品消耗的多少，是电解生产的一个重要技术经济指标。,电能的消耗：,式中：,W,电能，,kWh,；,Q,电量，,Ah,；,I,电流强度，,A,；,t,时间，,h,；,V,电压，,V,。,电解过程中，实际消耗电能值比理论上需要的电能值大，理论所需的电能值,W,理,与实际消耗的电能值,W,实,之比，称为电能效率。,电能效率,=W,理,/W,实,100%=,（,I,理,V,理,）,/,（,I,实,V,实,)100%,=,电流效率,电压效率,100%,。,6.2.3,电极反应与副反应,一、电极反应,食盐水溶液中，主要存在四种离子：,Na,+,、,Cl,-,、,H,+,、,OH,-,。,电解槽的阳极通常采用,石墨或金属涂层电极,；阴极一般为,铁阴极,阳极和阴极分别与,直流电源,的正、负极连接构成回路。当通入直流电时，,Na,+,和,H,+,向阴极移动，,Cl,-,和,OH,-,向阳极移动。,在阴极进行的主要电极反应为：,2H,+,+2e,H,2,在阳极进行的主要电极反应为：,2 Cl,-,-2e,Cl,2,电解食盐水溶液的总反应为：,2NaCl+2H,2,O,Cl,2,+H,2,+2NaOH,二、电极副反应,主要副反应有部分,Cl,2,溶于溶液发生如下反应：,OH,从阴极迁移到阳极与次氯酸反应：,ClO,-,的累积可能在阳极放电并与,OH,反应：,同样，当负离子,ClO,迁移到阴极也可能发生反应：,这些副反应的结果不仅消耗产品氯气和氢氧化钠，而且还生成次氯酸盐、氯酸盐、氧气等，降低了产品纯度。,当盐水中含硫酸盐时，硫酸根也可能放电。,6.3,电解制烧碱技术,电解制烧碱方法,隔膜法电解（逐渐淘汰）,水银法电解（自学）,离子膜法电解,6.3.1,隔膜法电解,直流电回路,一、隔膜法制烧碱原理,阴极（铁阴极）,：水的放电电压远低于,Na,+,的放电电压，阴极析出,H,2,立式隔膜电解槽示意图,阳极室,阴极室,石墨或涂,RuO,2,-TiO,2,阳极,铁阴极,阳极上：,阴极上：,阳极,：氯的理论放电电位高于氧的理论放电电位,通过选择阳极材料，使氧具有高过电位，而氯具有低过电位，,最终：阳极上氯的实际放电电位低于氧的,Cl,2,例如：,90,时，石墨电极,Cl,-,：,V,理,=1.288V,，,V,过,=0.25V,，,实际放电电位,=1.288+0.25=1.538V,OH,-,：,V,理,=0.766V,，,V,过,=1.09V,，,实际放电电位,=0.766+1.09=1.866V,各种物质（离子）的运动,Cl,-,Na,+,隔膜：多孔性物质,NaCl,OH,-,液位差,H,2,O,二、电极和隔膜材料,（,1,）阳极材料,对阳极材料的要求：,具有较强的耐化学腐蚀性；,对析氯的过电位低，对氧的过电位高；,导电性能好；,机械强度高；,易于加工，寿命长。,湿,Cl,2,、,O,、,HCl,、,HClO,石墨阳极和金属阳极,石墨阳极,2O+C CO,2,2O+2C 2CO,2HClO+C 2HCl+CO,2,化学腐蚀,HClO+C HCl+CO,食盐水的冲刷造成,机械磨损,6,8,个月更换,金属阳极,金属阳极：是以金属钛为基体，在基体上涂一层其它金属氧化物的活化涂层所构成的阳极。,据钛基上活化涂层的组成差异：,含钌金属阳极，如钌,-,钛、钌,-,铱、钌,-,铱,-,钛、钌,-,锡,-,锑等,非钌金属阳极，如锡,-,锑、锡,-,锑,-,钴等,常用：,钌钛（,RuO,2,-TiO,2,）金属涂层,金属阳极与石墨阳极相比较有如下优点：,生产能力高,产品质量好,电能损耗小，节电,140,150,度,使用寿命长，达,10,年以上,环境污染小,（,2,）阴极材料,对阴极材料的要求：,耐氢氧化钠、氯化钠的腐蚀；,导电性能好；,氢在电极上的过电位低。,低碳钢,立式吸附隔膜电解槽：,2.6,的铁丝编织成孔眼尺寸,33,钢丝网,打孔的铁板,（,3,）隔膜材料,隔膜材料的选择,较强的化学稳定性。,良好的渗透率，并防止阴极液与阳极液机械混和。,具有较小的电阻。,材料成本低，隔膜制造简便和易更换。,石棉、改性石棉及合成材料（,微孔聚四氟乙烯,(PTFE),隔膜,）,石棉膜层,铁网阴极,C30-,型金属阳极隔膜电解槽,隔膜电解槽阳极支持结构,（,a,）石墨阳极与混凝土底板（板状结构）,（,b,）金属阳极与钢底板（拉网电极，制作成中空的盒装结构，,（开孔率：,30,40,）,阴极：低碳钢材质的钢丝网或多孔钢板,三、隔膜法电解工艺流程、操作条件和主要技术经济指标,工艺流程,(1),盐水质量与温度,盐水质量指标：,NaCl,315 kg,m,-3,Na,2,SO,4,5 kg,m,-3,Ca,2,+,+Mg,2+,1010,6,kg,m,-3,PH,7,8,。,温度升高，分解电压下降，通常盐水温度,约（,755,）。,(2),盐水流量与电解液组成,控制目的是阻止,OH,向阳极迁移,，但,流速太大可能使,OH,无法到达阳极的同时，也造成过多没分解的,NaCl,反而不经济。通常通过控制电解液组成来间接阻止,OH,到达阳极。,NaOH:,123,136,kgm,-3,NaCl:,175,210,kgm,-3,NaClO,3,:,0.05,0.25,kgm,-3,.,同时保持较高阳极液面。,电解过程工艺条件：,(3),电流密度和槽电压,温度升高，分解电压降低，电压效率上升。,电流密度增加，电压降增大，分解槽电压上升，电压效率降低,通常,MDC,型电解槽：电流密度,i,=1000A/m,2,槽电压,E,=2.8V,电流密度,i,=2000A/m,2,槽电压,E,=3.27V,。,(4),绝缘性和电能效率,保证绝缘良好可减少电流损失和减少腐蚀，提高电能效率。电解槽的电能效率通常为,60%,63%,。,(5),气体纯度和压力,阳极氯气：阳极得到的氯气不纯，还含有,O,2,、,H,2,、,H,2,O(g),，其中水汽较多。,生产中要密切注意保持阳极液面高于阴极液面。若氢气漏入阳极有爆炸的危险！,H,2,的量控制为,0.4%,。,氯气总管压力略大于大气压,(,表压,98Pa,左右,),。,阴极氢气：阴极得到较纯的氢气除去水后可,99,。,生产中也要注意,H,2,不能与空气混合，混合后有爆炸危险！输送管道密封并保持正压。厂区内严禁烟火，新管道先要用,N,2,置换后才能输送,H,2,。,CI,-,失电子,形成氯气,H,得电子,形成氢气,OH,离子增多与,Na,形成烧碱液,阳极,阴极,电流方向,Na,饱和盐水补充,稀释碱液补充,稀释盐水流出,高浓碱液流出,6.3.2,离子交换法电解,离子交换膜的原理,离子交换膜,允许某种符合自己要求的物质通过,一种含离子基团的、对溶液里的离子具有选择透过能力的高分子膜。因一般在应用时主要是利用它的离子选择透过性。,电解槽所用的离子膜属于,阳离子交换膜,允许阳离子通过，不允许阴离子通过,即阳极带正电的,Na,可以通过膜到阴极去,而带负电阳极的,Cl,、阴极的,OH,不可以通过,离子膜结构示意图,磺酸层,羧酸层,具有很高的离子传导能力，决定电压的高低,具有很高的正离子选择渗透能力，决定电流效率的高低,阳极侧,阴极侧,Cl,OH,Na,Na,工艺流程,1-,淡盐水泵,2-,淡盐水贮槽,3-,分解槽,4-,氢气洗涤塔,5-,水雾分离器,化工工艺学,第,4,章 纯碱和烧碱,离子交换膜法是一种先进的电解法制烧碱工艺，工艺条件要求严格。,(1),饱和食盐水的质量,因为盐水中的,Ca,2+,、,Mg,2+,和其它重金属离子，会和少量从阴极室反渗透过来的,OH,结合成难溶的氢氧化物并沉积在膜内，使膜电阻增加，槽电压上升；还会使膜的性能发生不可逆恶化而缩短膜的使用寿命。因此，离子膜法盐水需要进行第二次精制。,离子交换膜法电解的工艺条件分析,化工工艺学,第,4,章 纯碱和烧碱,(2),电解槽的操作温度,离子交换膜最高电流效率的温度范围与电流密度的关系如下表。,电流密度,/(A/dm,3,),30,20,10,温度范围,/,8090,7580,6570,精制盐水要求：,盐水质量指标：,NaCl 290,315 kg,m,-3,Na,2,SO,4,5 kg m,-3,Ca,2+,+Mg,2+,20,40,10,-9,kgm,-3,悬浮物（,S.S),0.110,-6,，,SiO,2,1510,-6,Sr,+,0.110,-6,(,当,SiO,2,=110,-6,）,其它重金属离子,0.210,-6,化工工艺学,第,4,章 纯碱和烧碱,操作温度不能低于,65,，膜内的,-COO-,离子与,Na,结合生成,COONa,，使离子交换难以进行；同时阴极侧得不到水合钠离子而造成脱水，使膜的微观结构发生不可逆改变。槽温也不能太高,(92,以上,),，否则产生大量水蒸气而使槽电压上升。,电解槽温度通常控制,在,70,90,之间,。,化工工艺学,第,4,章 纯碱和烧碱,(3),阳极液中,NaCl,的含量,当阳极液中,NaCl,浓度太低时，电流效率低、碱中含盐高。主要是阴极室的,OH,容易反渗透，阳极液中的,Cl,-,易迁移到阴极室。另外，离子膜长期处于,NaOH,低浓度下运行，还会使膜膨胀、严重起泡、分离直至永久性破坏。,阳极液中的,NaCl,浓度也不宜太高，否则槽电压上升。,生产中一般控制阳极液中,NaCl,浓度约为,210g/L,。,化工工艺学,第,4,章 纯碱和烧碱,(4),阴极液中,NaOH,的浓度,当阴极液中,NaOH,浓度上升时，膜的含水率就降低，膜内固定离子浓度上升，膜的交换能力增强，电流效率高。但是,NaOH,浓度过高，膜中,OH,离子反渗透到阳极机会增多，使电流效率下降。,曲线有一最高点：,（,NaOH:32%,35%,）。,三种制碱方法比较,三种氯碱生产方法产品质量的比较,产品组分,离子膜法,隔膜法,水银法,1.,烧碱,(,质量分数,)/%,NaOH,50,50,50,Na,2,CO,3,0.04,0.09,0.05,NaCl,0.005,1.0,1.2,0.005,NaClO,3,0.001,0.1,0.0005,Na,2,SO,4,0.0001,0.01,0.0005,CaO,0.0001,0.001,0.001,Al,2,O,3,0.0001,0.0005,0.0005,SiO,2,0.002,0.02,0.001,Fe,2,O,3,0.0004,0.0007,0.0005,重金属,0.001,0.001,0.001,2.,氯气,体积分数,)/%,Cl,2,99.5,99.5,98,99.0,O,2,0.5,1,2,0.1,0.3,3.,氢气,(,体积分数,)/%,H,2,99.9,99.9,99.0,Cl,2,0.05,0.1,0.003,三种氯碱生产方法的能耗比较,(,不包括蒸发能耗,),项目,水银,法,(,金属阳极,),隔膜,法,(,改性石棉及扩张阳极,),德山曹达离子膜法,(,碳钢阴极，系,TSE-270,成果,),电流效率,/%,97,96,96,槽电压,/,V,4.5,3.45,3.1,3.2,电解电力,(,交流电,)/(,kwh)/t,3100,2400,2200,电动机电力,(,交流电,)/(,kwh)/t,80,210,95,蒸汽,(,交流电,)/(,kwh)/t,25,650,250,电解液,NaOH,质量分数,/%,45,50,10,11,32,33,总能耗,(,交流电,)/(,kwh)/t,3205,3260,2645,蒸汽电力换算比率,=250,kwh,算,1,t,汽,