1、浅析离子膜制碱生产工艺的改进措施 摘要：常规的离子膜制碱生产中存在工艺成本高、效率低、方法陈旧等问题，本文通过三种方法改进离子膜的生产工艺，分别是采用玻璃钢管件从而延长管道的使用寿命，节约成本；使用高电流密度的离子膜提高电流效率；采取必要的加酸过程来延长离子膜的使用寿命。 关键词：离子膜；制碱；改进措施 1 离子膜制碱工艺 1.1 离子膜制碱工艺原理 离子膜制烧碱其主要原理是利用阳离子交换膜，该膜有特殊的选择透过性，只允许阳离子通过而阻止阴离子和气体的通过，即只允许 H+、 Na+通过，而 Cl-、 OH-和两极产物 H2 和 Cl2 无法通过，因而起到了防止阳极产物 Cl2和阴极产物 H2
2、相混合而可能导致爆炸的危险，还起到了避免 Cl2 和阴极另一产物 NaOH 反应而生成 NaClO 影响烧碱纯度的作用。 1.2 电解槽阳极液循环 精制的饱和食盐水进入阳极室；纯水 (加入一定量的 NaOH溶液 )进入阴极室，通电后 H2O 在阴 极表面放电生成 H2， Na+则穿过离子膜由阳极室进入阴极室，此时阴极室导入的阴极液中含有 NaOH；电解后的淡盐水则从阳极室导出，经添加食盐增加浓度后可循环利用流向电解槽的阳极液在阳极室内被电解，产生氯气。氯气和阳极液的混合物上升，通过挠性软管进入出口总管排出。然后混合物被送到阳极液循环槽，在此把它分成氯气和阳极液，分离出的氯气集中到氯气总管，送到
3、氯气处理工段成为成品。电解产生的氯气温度在 85 左右，含有大量水蒸气。氯气总管内由真空泵保持真空度为 2.0kPa。盐水可直接与淡盐水混合，不断加入电槽，成品烧碱也不断 从电解系统流出来送往成品库。 离子膜工艺对盐水质量要求特别高，要求盐水含 Ca2+、 Mg2+在 0.06mg/L以下。在离子膜工艺装置中对于一次盐水 (即经过常规精制的盐水 )要进行二次精制。首先将其用 -纤维素予涂过的碳素烧结管式过滤器进行高精度过滤而后再经过整合树脂塔去除 Ca2+、 Mg2+、 Fe2+等金属离子使盐水含杂质在 610 -8以下，盐水可直接与淡盐水混合不断加入电槽，成品烧碱也不断从电解系统流出来，送往
4、成品库。 可以看出由离子膜电解系统生产出的烧碱 NaOH30% 32%。含盐在41 0-5 以下可以不用蒸发系统就可生产出高质量高纯度的产品。 2 离子膜制碱生产工艺的改进措施 2.1 采用玻璃钢管件 由电解槽出来的湿氯气温度较高，含有大量水蒸气。这种湿氯气对钢铁及大多数金属有强烈腐蚀性，只有某些金属或非金属材料在一定条件下能抵抗湿氯气腐蚀。很多生产厂家氯气管道采用法奥里特管，因长期运行，管内壁已腐蚀，尤其经过 5年甚至更长时间的生产后造成管壁很薄，据现场测算最多只能再使用 1年。而原购厂家已停止生产，配件购买困难，只能更换其它质。经选择决定采用玻璃钢管件。玻璃钢又 叫玻璃纤维增强塑料，是以玻
5、璃纤维及其制品为增强材料，以合成树脂为粘合剂，经过一定成型工艺制作而成。它集中了玻璃纤维和合成树脂的优点，具有轻质、高强、耐温、隔音、隔热、耐腐蚀、电绝缘等优异性能。根据多年实践，正常运行时氯气总管内保持一定负压，泄漏率很小。 2.2 提高膜质量 用于电解食盐水制烧碱的离子膜是阳离子交换膜。早期研究的是全氟磺酸膜，这种膜的离子交换基是磺酸基，它膜电阻小，电解电耗低，但是由于磺酸基的亲水性，对电解槽阴极室的 OH-穿过膜的阻档性差，导致电解电流效率低。尤其是当 NaOH 浓度大于 20%时，电流效率已相当低，致使离子交换膜法制碱在经济上无法实现工业化。为了改变这种状况，人们又研究了全氟羧酸膜。该
6、膜亲水性小，含水率低，在 NaOH 浓度达 35%时仍有较高的电流效率，但膜的电阻大。其后，人们综合了磺酸膜和羧酸膜的优点，研制出了全氟磺酸 -全氟羧酸复合膜，使离子交换膜制碱技术的大规模发展成为可能。 提高电流密度可以提高烧碱产量，有明显的经济效益。但是电流密度的提高将不可避免地导致槽电压上升和电流效率下降。目前，电流密度高达10kA/m2 的离子膜已经研制出来，它同以前使用的电流密 度小于 4kA/m2 的膜相比，槽电压升高不多。可以预计，将来的趋势是在保证槽电压基本不变的前提下，使这种高电流密度的离子膜尽快投入商业运行。 2.3 加酸的必要性 向电解槽阳极系统中加酸是为了中和反迁移过来的
7、 OH-，如果不向电解槽阳极系统中加酸，则势必会造成阳极系统 pH 值上升，即电解槽阳极系统出口 pH 值上升。而淡盐水受槽中的淡盐水是电解槽阳极系统经阳极液循环槽溢流下来的，如果也停止向淡盐水受槽中加酸，则淡盐水受槽 pH 值势必也会随着升高。 Cl2 在水溶液中存在下列平衡反应 : Cl2+H2O HCl+HClO 如果向电解槽阳极系统和淡盐水受槽中加酸，将会使反应向逆反应方向移动，使溶解于淡盐水中的 Cl2析出形成 Cl2产品，提高 Cl2产量，同时还会减轻后续工序 -脱氯工序的负荷，使脱氯效果得到更好的保证。如果不加酸，将会使反应向正反应方向移动，于是大量 Cl2 溶于水中，不但降低了
8、Cl2 产量，而且还会加重后续工续 -脱氯工序的负荷，使脱氯效果得不到很好的保证。 由于不向电解槽阳极液中加酸，致使在电解槽阳极上产生的大量 Cl2 不易从阳极液中释放出来，从而导致阳极室内的操作压 力波动较大，而电解槽液压差等于阴极室内的压力减去阳极室内的压力的差值且阴极室内的压力稳定不变为一常量，则势必会导致电解槽液压差波动较大而使离子膜在两极间呈波浪形摆动，并与电极反复摩擦，使离子膜局部受到磨损而出现皱褶、针孔与龟裂，大大缩短了离子膜的使用寿命。因此离子膜制碱过程加酸是必要的。 2.4 节能减排方面的改进 2.4.1 反渗透系统浓水回收利用 反渗透系统是采用膜分离手段来除水中的离子、有机
9、物及微细悬浮物(细菌、胶体微粒，以达到脱盐纯化目的。其原理是水溶液以渗透膜相隔，水 则向溶液渗透，两相之间有渗透压，若在溶液相上加压大于渗透压，溶液相中的水就会向水相反方向渗透。即原水在足够的压力下通过渗透而变成纯净的水，没有通过膜的水溶解物、悬浮物浓度逐渐增大，作为浓水排放。水回收率为 50% 60%，每天排放浓水中含亚硫酸氢钠及六偏磷酸钠，造成极大的污染及浪费，因此做好回收利用势在必行。 将其浓水引入循环水池作为循环水补充水使用，不仅节约了原水，而且由于六偏磷酸钠是阻垢剂，能够防止循环水中水垢的形成。原来循环水池需加入硬度很高的自来水，使碱换热器、脱氯换热器等换热系统结垢严重，将纯水工段的
10、浓水加到循环水池后，换热器结垢现象减少许多，换热效率明显提高，可节约自来水，减少污水排放。 2.4.2 脱氯工段的回收利用 淡盐水采用空气吹除法脱氯，脱氯塔出来的废气经冷却后进入一级吸收塔。废气经过换热器后，由于温度的降低，产生一定量的氯水，直接排放池沟。特别是纯水再生时排放有少量盐酸，它们共用一条水沟，氯水遇到盐酸析出氯气，造成环境污染。改造后氯水送入一级吸收塔，废氯气与碱反应后生成次氯酸钠。不但回收了氯水中的废氯气，而且保护了生产环境不受污染。 3 结语 当今社会大力提倡节能减排提高效率，因此在工艺改进方面应该进行大力研究和发展。氯碱行业要发展，必须不断地进行技术创新，跟踪国际上新技术的发展，与环保同行，将新技术推广及应用，提高氯碱工业产品质量和效率。 参考文献： 邰富民 ,王建红 .浅淡离子膜法制碱装置的安全保证 J.江苏氯碱 ,2010.4. 苏裕 ,孔轶众 ,王建川 .离子膜法烧碱工艺各工序生产经验 J.氯碱工业 ,2008.10.
