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化工过程安全工程6.doc

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化工过程安全工程 6本文由 chenqingg 贡献ppt 文档可能在 WAP 端浏览体验不佳。建议您优先选择 TXT,或下载源文件到本机查看。第六章 电解生产过程本章大纲隔膜法电解过程原理与运行条件 隔膜电解槽的结构 工艺流程 水银法电解 离子交换膜电解 食盐电解过程原理与平衡条件分析 过程危险分析与安全控制技术 水电解过程的安全原理6.1隔膜法电解过程机理与运行条件分析6.1.1 过程机理分析 现在采用的是直立式隔膜电解槽,典型代表是虎克电解槽, 隔膜将电解槽隔成阳极区和阴极区。阳极是石墨阳极或金属阳 极,电解时在阳极上析出氯气;阴极是粗铁丝网或多孔铁板, H+在阴极上放电并形成氢气释出,H2O 离解生成的 OH-在阴极 室积累,与阳极区渗透扩散来的 Na+形成 NaOH。食盐水连续加 入阳极室,通过隔膜孔隙流入阴极室。为避免阴极室 OH-向阳 极区扩散,要调节电解液从阳极区透过隔膜向阴极区流动的流 速,使流速略大于 OH-向阳极区的迁移速度。6.1.2过程运行条件分析 为增大食盐水的电导和减少氯在食盐水中的溶解以抑制(1)隔膜法的槽电压 副反应,电解时常采用接近于饱和的食盐水,含氯化钠约为 300~330kg·m-3。按能斯特公式计算,此条件下食盐水的理 论分解电压为 2.17V。 石墨阳极对氯的过电位约为 0.12V;金属阳极则小得多 ,约为 0.03V。铁板阴极对氢的过电位,在较高电流密度的 操作条件下约为 0.27~0.3V,包括隔膜、盐水及导体联接间 因电阻而有一定的电压降。因此石墨阳极电解槽的单槽槽电 压力为 3.7~4.0V,用金属阳极时为 3.4~3.8V。(2)副反应 当阳极析出的氯有部分溶解在电解液中时,与水作用生成次氯 酸:Cl2 + H 2O = HCl + HClO阴极室的 OH-有少量向阳极区扩散和迁移,发生副反应:NaOH + HCl = NaClO + H 2O3ClO ? = ClO3? + 2Cl ?NaOH + HCl = NaCl + H 2OClO-积累后生成氯酸盐,也可能在阳极放电并与 OH-作用:12ClO ? + 12OH ? = 4ClO3? + 8Cl ? + 6 H 2O + 3O2 + 12e4OH 阳极附近若 OH-浓度增大,可能在阳极上放电: = 2 H 2O + O2 + 4e NaClO + H 2 = NaCl + H 2O ClO-渗透或扩散到阴极区时被还原:6.2隔膜电解槽6.2.1 隔膜电解槽构造 电解槽由四部分组成:阴极箱体,阳极座,槽盖和槽底。(如图示)图 6-1隔膜电解槽结构示意(1) 阳极材料 以往多用人造石墨为阳极材料,因在过程中易损耗,每隔 7~8 月 后要定期更换,维修工作量大,并降低电解槽的工作能力。现都 改为金属阳极。 铂的性能最好,因昂贵而难于采用。 金属阳极(简称 DSA) ,是以金属钛为基体,在基体上涂上活化 层构成的。金属阳极选择钛为阳极基体材料是因为钛表面容易形 成钝化膜,有良好的耐电化学腐蚀性能。钛本身导电性好,有一 定的机械强度,且便于机械加工。氯碱工业对阳极材料的要求为: 氯碱工业对阳极材料的要求为:1)阳极直接与活泼的湿氯气、新生态氧、盐酸、次氯酸等 接触,要求阳极材料有良好的耐蚀性。 2) 阳极材料对氯的过电位应低,在阳极上让氯离子放电, 并有良好的导电性能。 3) 有良好的机械强度,耐腐蚀,易于取得和加工。采用金属阳极在运行分析时注意以下特点: 采用金属阳极在运行分析时注意以下特点: 1) 对氯的过电位低,如在电流密度2kA·m-2 左右时,比石 墨阳极约低 90mV。 2) 金属阳极耐氯和耐碱液的腐蚀,使用寿命长。 3) 金属阳极耐腐蚀,阳极与阴极间可保持不变的极小的距 离,槽电压稳定,显著地减少了副反应的发生。4) 金属阳极的电解槽不使用沥青和铅,减少了职业危害。 但是,使用金属阳极时,由于对氯的过电位降低,使氯的析 出电位较接近于氧的析出电位,在条件不当时,氧易于释出 。(2) 阴极材料 阴极材料要求能耐 NaOH 和 NaCl 的浸蚀,对氢的过电位低,导 电性好,有良好的机械性能并易于加工。常用的阴极材料是 铁、用铁丝编成阴极网袋或用铁板冲孔焊成。(3) 隔膜材料 电解槽中的隔膜分为机械膜和化学膜。石棉、改性石棉隔膜 、陶瓷、纤维织物、多孔塑料等,利用孔隙的物理作用限制 物质通过隔膜的扩散,对离子的通过没有选择性,属于机械 膜。离子交换膜对离子的通过有选择性,称为化学膜。6.3工艺流程隔膜法电解过程包括:精盐水制备、电解、氯气干燥和氢气干燥 、稀碱液浓缩和固碱工序。图 6-2 隔膜法盐水精制和电解工艺流程6.3.1电解过程精盐水→高位槽→电解槽→氯气→氯气总管→氯处理工段6.3.2电解液蒸发蒸发是在双效蒸
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