離子膜燒堿生產(chǎn)原理

1、離子膜燒堿生產(chǎn)原理燒堿生產(chǎn)是以超純鹽水為原料，在離子交換膜電解槽中進(jìn)行強(qiáng)烈的電化學(xué) 反應(yīng)而生成的。在陽極室中氯化鈉按下列方式在溶液中進(jìn)行電離 :NaCI f Na+ + Cl -主要陽極反應(yīng)為陰離子 Cl -在陽極上發(fā)生氧化生成氯氣2Cl- f Cl 2 + 2e-陽極室的Na和水通過離子交換膜一起傳輸?shù)疥帢O室.陰極室的水在電流的作用下發(fā)生如下的電解反應(yīng) :2H2O + 2e- f H 2 + 2OH-陰極室最開始的反應(yīng)是陽離子 H+得到電子被還原為H2,同時產(chǎn)生0H。N6和0H結(jié)合生成NaOH:+-Na+ + 0H- f Na0H整個電化學(xué)反應(yīng)方程式如下 :2NaCl + 2H 20 f 2

2、Na0H + Cl 2 + H 2為了調(diào)節(jié)陰極室中NaOH勺濃度在NaOH循環(huán)管中加入純水淡鹽水和CI2一起排放出陽極室外。陰極室中產(chǎn)生的燒堿和H起排放出陰極室外。把循環(huán)堿液用純水稀釋后重新加到陰極室中。上述電化學(xué)反應(yīng)如圖 1 所示在電解進(jìn)行過程中,由于陽極中的一部分 CI -透過了離子交換膜進(jìn)入陰極室, 陰極液就受到了少量鹽的污染。 一般來說, 膜的電流效率越低, 陰極液的鹽污染 程度就越高。電解時，由于0H在電場作用下由陰極室向陽極室移動，我們稱之為 0H反 滲透。N6傳輸量的減少取決于0H的透過離子膜的多少。電解槽電流效率的減少 和0H的減少直接有關(guān)。當(dāng)陰極室0H濃度增加時，電流效率減少

3、。因此所生產(chǎn)燒 堿的濃度受到限制，一般為32-35wt%此外，還要取決所用膜的類型。新裝膜原理上只允許N6和少量的0H和CI-透過。實際上膜都有一定的使 用壽命， 隨著膜工作時間的增加， 陰離子透過膜的量也相應(yīng)增加， 槽的電流效率 下降，陽極室由于下面的副反應(yīng) PH值增加：電化學(xué)副反應(yīng) H20被氧化產(chǎn)生氧氣HO 1/20 2(g) + 2H + + 2e -化學(xué)副反應(yīng)一、陽極側(cè)氯氣溶解但不發(fā)生分解呈自由狀態(tài)Cl2(g) v = > Cl 2(aq)平衡式(1)游離氯和水結(jié)合Cb(aq)+ H 2O v = > HOCl(aq) + H + + Cl -平衡式(2)次氯酸的分解HOC

4、l(aq) v = > 0C+ H+平衡式(3)式(2)和(3)結(jié)合形成下面的反應(yīng)Cl2(aq) + H 2O v = > 2H + + OCI 一 + Cl -平衡式(4) ClO3-生成2HOCl(aq) + OCl - v = > CIO3- + 2H + + Cl -平衡式(5)式(4)和(5)結(jié)合形成下面的反應(yīng)3CL(aq) + 3H 2O v = > CIO3 + 6H + + 5CI -平衡式(6)副反應(yīng)生成的H和從陰極箱擴(kuò)散過來的OH發(fā)生中和反應(yīng)HT + OH- HO超純鹽水中的碳酸鈉和陽極中的H+反應(yīng)生成氯化鈉和二氧化碳，二氧化碳的生成將導(dǎo)致氣體的不純

5、。NaCO + 2HCl 2NaCl + H 2。+ CC2NaHCO+ HCl NaCl + H 2O + CQ正常情況下，燒堿的電流效率為 9497%而陽極室中氯氣的電流效率為92.5 97%.同時，陰極室中產(chǎn)生氫氣的電流效率幾乎為100%當(dāng)陽極和陰極分別產(chǎn)生氯氣和氫氣時，由電極反應(yīng)產(chǎn)生的吉布斯自由能變 化可能產(chǎn)生電極勢能，離子交換膜工藝允許的擊穿電壓如下表所示：組 成電 壓(V)分解電壓2.25液體合流點0.06陽極過電壓0.04陰極過電壓0.13膜電壓0.33溶液0.02氣體影響+構(gòu)件0.23總電壓3.06此種情況是在電流4.0kA/m2，溫度90C,濃度為32wt%NaOH.上述電壓是在電解槽元件剛安裝時陽極和陰極的輸出電壓。在實際的操作