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离子膜电解工序培训教材重庆天原化工有限公司离子膜电解工序培训教材编写:审核:重庆天原化工有限公司二○○六年十月第一章概述第一节电解槽介绍一、电槽规格1类型:BiTAC®-8882离子膜类型:Flemion“8020”(F8020)3单元槽数量:884阳极有效面积:m2×885阳极:DSA®6阴极:活性阴极7额定电流:kA(kA)8额定电流密度:kA/m2()9重量(净重):吨/槽10重量(运行重量):吨/槽11电解槽数量:4台二、结构BiTAC®-888由一个阳极端框、87个中框和一个阴极端框通过一套拉杆组合而成。在阳极使和阴极室间装备88张离子膜,以及特殊的垫片。见如下插图BiTAC®槽容易并且能快速装配和解体,这是因为电解槽部件少,重量较轻。三、电解槽电回路4台套BiTAC®-888型离子膜电解槽和4个独立的回路。4台电解槽设计成一个电解槽回路,按4行布置,通过母排连接到一台整流变压器上,该整流变压器可提供用于电化学反应的直流电。来自整流器正极的电流通过电解槽阳极端框、中框和阴极端框回到整流器的负极。电解槽回路和地面作电气隔离,避免电流漂移。每台电解槽安装在侧梁上,单元槽支架和侧梁间用特***隆制垫片隔离。此外,在侧梁上还安装有4个绝缘垫,确保和大地的绝缘。在电解槽回路上有88个单元槽,整流器正负极接线端子的直流电额定电位差为280V,来自整流器正极侧的DC(直流)接线端子的电流和大地间的电位差为140V,电流到达下一个单元槽,与大地的电位差降低,在回路的中性点,电压为0,然后电位开始递减,在整流器DC(直流)接线端子的负极为负140V。回路的中性点可能会漂移,因为每台单元槽有一个单元电位差。四、电解槽的特性在装置中,离子膜电解槽是关键设备,采用CEC(***工程公司)新型的BiTAC®电解槽。1、能耗低2、高电流密度运行3、原料盐水添加HC14、方便的维护5、电解槽的耐用材料6、溢流形式对于BiTAC®电解槽,在每个中框的上方设置了分离空间,气体和电解液在其中被分离,以较低压力波动的溢流方式从单元室流出。因此,需维持每个单元槽上部空间阳极液和阴极液的液位,并且离子膜不得暴露在气相中。7、流体可视8、上部电解液的分布均匀9、防止漏电的措施BiTAC®采用特殊设计的树脂制成的分歧管,防止漏电,特***隆制的原料管较长。单元槽厂房内电解液总管采用了电腐蚀防护,并作最佳设计。第二节生产原理一、概述本装置采用了日本CEC公司的BiTAC®888高电密自然循环复极式电解槽,界区包括过滤盐水二次精制、电解和脱***等工序。盐水的二次精制采用三塔运行工艺,切换和再生由现场PLC控制盘实行自动控制。电解槽采用的离子膜为日本旭硝子8020磺酸羧酸复合膜,具有槽电压低、适应高电流密度运行()的特点,电解槽采用了独特的结构,波纹状的阴阳极室,将常见的隔板和导电筋板结合在一起,改善了电解槽内部的循环,保证了电解液浓度的均匀。脱***工序采用了真空脱***+化学脱***的工艺,脱***及***酸盐分解所产生的***气进入***气总管。二、基本原理(一)盐水二次精制原理由于过滤盐水中还含有少量的金属阳离子如Ca2+、Mg2+等,会沉积于膜表面或内部,堵塞离子膜的交换通道,造成槽电压上升,电流效率下降,因此,必须对过滤盐水进行二次精制,除去金属离子,满足离子膜电解槽的要求。盐水的二次精制采用了螯合树脂吸附的方法,螯合树脂结构为苯乙烯—二乙烯基苯共聚物作为母体的氨基磷酸基官能团、亚***基乙酸、亚***二乙酸基、***基磷酸型等,苯乙烯——,,其化学式为:RCH2NHCH2PO3Na2,树脂中的钠易被金属离子特别是二价阳离子所取代,难易程度顺序为Cu2+>Pb2+>Zn2+>Ca2+>Mg2+>Ni2+>Ba2+>Na+。例如2RCH2NHCH2PO3Na2+Ca2+→(RCH2NHCH2PO3)2CaNa2+2Na+螯合树脂吸附阳离子后可以用盐酸及烧碱再生,再生方法是将盐酸用脱盐水稀释至4%后送入树脂塔再生,达到再生时间后,用脱盐水冲冼,分析再生合格后,再用5%NaOH再生,目的是使树脂转型,方法与酸相同。其反应方程式如下:(RCH2NHCH2PO3)2CaNa2+4HCl→2RCH2NHCH2PO3H2+CaCl2+2NaClRCH2NHCH2PO3H2+2NaOH→RCH2NHCH2PO3Na2+2H2O三塔运行的模式,即二塔串联运行,在运行一定时间后,主塔离线进行再生。三塔运行顺序如下:时间第一塔第二塔再生塔(脱机)0—24T—1501AT—1501BT—1501C24—48T—1501BT—1501CT—1501A48—72T—1501CT—1501AT—1501B72—96T—1501AT—1501BT—1501C(二)电解基本原理在一台离子交换膜电解槽中,超纯盐水发生下列主要的