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                無縫鋼管廠

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                鈦電極在氯堿工業領域的應用之離子膜電解法

                發布時間:2022/3/28 8:52:10

                  離子膜電解法是氯堿工業在20世紀70年代中期推出的一種工藝,其原理如圖6-3所示。

                  

                圖6-3離子膜電解法的原理


                  這一工藝技術的關鍵是使用對離子具有選擇透過性的離子交換膜,在氯堿工業采用的是全氟陽離子交換膜,它只允許鈉離子由陽極區進入陰極區,卻不允許OH-、Cl-及水分子通過,這樣不僅使兩極產物隔離,避免了導致電流效率下降的各種副反應,而且能從陰極區直接獲得高純度(含鹽僅 高濃度(一般為31%~35%)的燒堿。1990年日本旭硝子公司已開發了直接生產濃度達50%的燒堿的離子交換膜電解槽。
                  離子膜電解法不僅具有產品質量高,能耗低(每生產1t燒堿可降低直流電耗約35%)的優點,而且可消除隔膜法使用石棉,水銀法使用汞造成的公害及環境污染。離子膜電解法投涂低,在國外新建工廠投資中僅為隔膜法的80%。因而被認為是當前氯堿工業的最新成就,成為氯堿工業的發展方向。
                  離子膜電解槽均采用板框壓濾機型結構,每臺電槽皆由若干單元糟構成,每一單元槽則包括陽極、陰極、離子膜和槽框等按供電方式、離子膜電解槽可分為單極式電解槽和復極式電解槽兩類。
                  離子膜電解槽都采用金屬陽極,而陰極大多采用降低析氫進電位的活性陰極。
                  表6-2為北京化工機械廠制造的離子膜電槽的規格及參數表6-3為幾種國外離子膜電解槽的特性及工作參數,圖6-4及圖6-5分別為單極式離子膜電解槽和旭化成復極式離子膜電解槽。

                表6-2離子膜電解槽的規格及參數

                槽型

                項目

                復極式

                單極式


                標準型

                改進型

                小單極

                大單極

                電流負荷/kA

                10.8

                10.8

                30~80

                50~200

                電流密度/

                36

                36

                30

                36

                電流效率/%

                94

                94

                94

                94

                直流電耗

                2290

                2250

                2250

                2150~2300

                陽極壽命/a

                5

                5

                5

                5

                活性陰極壽命/a


                4

                4

                4

                單元槽壽命/a

                10

                10



                表6-3為幾種國外離子膜電解槽的特性及工作參數

                廠家

                槽型

                電流 /kA

                電流密度  / A \cdot m ^ { - 2 }

                電極 面積  / m ^ { 2 }

                槽電 壓/V

                電流 效率 /%

                1tNaOH 的 直流電耗 /kW·h

                單元 槽數 /臺

                離子膜


                旭化成 Asahi Chemical

                ASAHI (復極式)

                10.8

                3600- 4000

                2.7

                3.05~ 3.15

                94- 95

                2150- 2230

                96- 98

                ACIPLEX F422

                30° 35

                 

                旭硝子

                Asahi

                Glass

                AZEC-M3

                (小單極)

                30~

                80

                3000~

                3200

                0.2

                3.15

                94~

                95

                2250

                76

                Flemion

                775

                32~

                33

                AZEC-F1

                (大單極)

                50~

                200

                3600

                2.7

                3.25

                94

                2150~

                2300

                12

                ~18

                Flemion-

                795

                西方技

                術公司

                ELTECH

                MGC-6

                (單極)


                3000~

                3300

                1.5

                3.1~

                3.3

                94

                2200~

                2300

                6

                Nafion-

                961

                30~

                32

                德山

                曹達

                TSE-270

                (復極)

                10.1

                3600~

                3800

                2.7

                3.1~

                3.3

                85

                2500~

                2600

                90

                Neose-

                PTA-F

                30~

                31

                美國化

                學工業

                公司ICI

                FM21

                (單極)


                3000~

                4000

                0.41

                3.08


                2200~

                2300


                Nafion 902

                Fle-mion

                723




                圖6-4 MGC單極式離子膜電解槽


                圖6-5旭化成復極式離子膜電解槽


                  離子膜電解法的電流密度高于隔膜電解法,一般為30~40A/dm?,而槽電壓卻低于隔膜法,一般約為3.1V。
                  北京化工機械廠1984年從日本旭硝子公司引進離子膜法電解槽制造技術,形成年制造12萬噸離子膜電解槽生產能力,1987年已向國內用戶提供產品。
                  上海天原化工廠1983年建成1000噸/年規模的離子膜電解裝置。
                  至1991年止,我國13家氯堿工廠從國外5家公司,即日本旭化成、旭硝子、德山曹達、美國西方技術公司和英國ICI公司引進離子膜法電解槽,生產能力達37萬噸/年。使用四種離子膜,日本旭化成ACIPLEX-FB278牌號膜、日本旭硝子Flemon 775牌號膜、德山曹達Neosepta-F全氟羧酸離子膜及美國杜邦公司NX-901膜,以杜邦公司及旭硝子公司的最好。

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