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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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