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隔膜法電解是目前電解法生產燒鹼最主要的方法之一,所謂隔膜法是指在陽極與陰極之間設置隔膜,把陰、陽極產物隔開。隔膜是一種多孔滲透性隔層,它不妨礙離子的遷移和電流通過並使它們以一定的速度流向陰極,但可以組織OH-向陽極擴散,防止陰、陽極產物間的機械混合。

1 隔膜電解法 -隔膜電解法

 

2 隔膜電解法 -正文

  利用多孔滲透性的材料作為電解槽內的隔層,以分隔陽極產物和陰極產物的電解方法。氯鹼工業利用隔膜電解槽電解食鹽水溶液生產燒鹼(氫氧化鈉)、氯氣和氫氣。1893年首先在美國用於工業生產。
  隔膜電解槽  由裝有陽極的槽底、吸附隔膜的陰極箱和槽蓋三部分組裝而成。隔膜是一種由石棉纖維製成的多孔滲透性隔層,將電解槽分隔為陰極室(陰極網袋內)與陽極室(隔膜與陽極之間的空隙)(圖1)。隔膜的微孔容許離子和液體通過,但能分開陽極上產生的氯氣和陰極上產生的氫氧化鈉溶液和氫氣,避免氯氣溶解在氫氧化鈉溶液中生成次氯酸鈉,並最終成為氯酸鈉,還防止氯與氫混合而構成爆炸性的混合物。

隔膜電解法隔膜電解法

  工藝流程  電解時(圖2),精製的飽和食鹽水溶液連續地進入陽極室,氯離子在陽極失去電子生成氯氣,未解離的食鹽水溶液和鈉離子經過隔膜滲流到陰極室,水在陰極上解離為氫氧離子和氫氣,氫氧離子與鈉離子結合形成氫氧化鈉。滲流量由陽極室與陰極室的液面差來維持。流量過小時,陰極液(電解液)所含的氫氧化鈉濃度高,但有少量氫氧離子從陰極室向陽極室反向移動,以致產生副反應,而降低電流效率。流量過大,則陰極液中氫氧化鈉的濃度太低,需要較多的蒸汽才能將其濃縮為成品。一般控制陰極液的氫氧化鈉濃度為 135~145g/l,氯化鈉濃度為 175~210g/l,電流效率保持在95.5%~96.5%,在 800~1000A/m2(石墨陽極) 或 1500~2500A/m2(金屬陽極)之間的電流密度下運轉。槽溫一般為90~99℃,電解的氣態產物為90~95℃飽和水蒸氣的氯氣和氫氣,分別經過冷卻,乾燥後作為化工原料。陰極室流出的電解液經多效蒸發器濃縮並分離出結晶鹽后,得到含50%的氫氧化鈉液體燒鹼,並可進一步加熱濃縮製成固體燒鹼商品。

隔膜電解法隔膜電解法

  特點  ①隔膜電解法與水銀電解法、離子膜電解法、比較總能耗(包括電、蒸氣)最高。②氫氧化鈉產品(固體)含有3%左右的氯化鈉,不能用於人造絲與合成纖維的生產。③隔膜所用的細微石棉纖維,吸入肺內有損健康。但因生產設備容易製作,材料便於取得,在電源比較豐富或電價比較低廉,對於燒鹼含鹽量的要求又不很苛刻的地區,特別是有地下鹽水或附近有聯合發電與供汽設施的地區,仍在普遍採用。
  現狀和展望  20世紀80年代初期,隔膜電解法在世界氯鹼工業總的生產能力中約佔55%,由於經濟原因,採用此法的大多數氯鹼廠經過技術改造,仍將繼續生產,但新建的氯鹼生產裝置一般將採用離子膜電解法。

 

3 隔膜電解法 -配圖

 

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