化工现代氯碱生产技术课件5

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1、现代氯碱生产技术现代氯碱生产技术济源职业技术学院济源职业技术学院冶化系冶化系离子膜的结构及其工作原理离子膜的结构及其工作原理离子膜的分类及性能离子膜的分类及性能离子膜法电解原理离子膜法电解原理离子膜法电解工艺流程离子膜法电解工艺流程影响离子膜电解槽的经济技术指标影响离子膜电解槽的经济技术指标离子膜离子膜 电解电解任务三任务三 离子膜法电解二次精制盐水离子膜法电解二次精制盐水1离子膜的离子膜的结构结构及其工作原理及其工作原理 全氟离子膜是由含磺酸基或羧酸基的全氟单体以及四全氟离子膜是由含磺酸基或羧酸基的全氟单体以及四氟乙烯二者共聚合而构成的，全氟离子膜的结构以碳氟乙烯二者共聚合而构成的，全氟离子

2、膜的结构以碳氟氟为主链，以磺酸基为主链，以磺酸基(-SO3-)或羧酸基或羧酸基(-COO-)的全氟链为侧的全氟链为侧链，其化学结构式如链，其化学结构式如: 离子膜结构中附加的离子膜结构中附加的全氟化碳聚合物或纤维全氟化碳聚合物或纤维等材料，等材料，进一步提高膜的机械强度。进一步提高膜的机械强度。 膜内存在膜内存在固定离子固定离子和可交换的和可交换的对离子对离子两部分。两部分。在电解食盐水溶液时所使用的阳离子交换膜的膜体在电解食盐水溶液时所使用的阳离子交换膜的膜体中，它的活性基团是由带负电荷的固定离子（如中，它的活性基团是由带负电荷的固定离子（如SO3-,COO-）和一个带正电荷的对离子（如：）

3、和一个带正电荷的对离子（如：Na+）组成，它们之间以离子键结合在一起。磺酸型阳离组成，它们之间以离子键结合在一起。磺酸型阳离子交换膜的化学结构可用下式表示：子交换膜的化学结构可用下式表示： 离子膜结构中附加的全氟化碳聚合物或纤维等材料，离子膜结构中附加的全氟化碳聚合物或纤维等材料，进一步提高膜的机械强度。进一步提高膜的机械强度。 离子膜在制造完毕后，还要经过热水处理，使膜的结构吸离子膜在制造完毕后，还要经过热水处理，使膜的结构吸收部分水分子（含水率）而发生一定程度的膨胀，而使膜体收部分水分子（含水率）而发生一定程度的膨胀，而使膜体结构疏松，形成许多微细的弯曲通道。结构疏松，形成许多微细的弯曲通

4、道。 在电场的作用下，盐在电场的作用下，盐水中的水中的Na+将从一个固定负电荷向下一个固定负电荷迁移，将从一个固定负电荷向下一个固定负电荷迁移，以这种方式透过离子膜从阳极室进人阴极室并且与阴极室内以这种方式透过离子膜从阳极室进人阴极室并且与阴极室内的的OH-结合而生成结合而生成NaOH。另一方面，由于很大的固定负电。另一方面，由于很大的固定负电荷离子团（荷离子团（ R-SO3-,R-COO-)的存在，对阴极的的存在，对阴极的Cl-和阴极的和阴极的OH-都有很好的排斥作用，从而阻挡了都有很好的排斥作用，从而阻挡了Cl-和和OH-的迁移和返的迁移和返迁移。迁移。离子膜的作用机理离子膜的作用机理注意

5、注意 离子膜的含水量受盐水和碱液的浓度、温度的控制，离子膜的含水量受盐水和碱液的浓度、温度的控制，膜的含水量对膜及电槽的性能影响较大。膜的含水量对膜及电槽的性能影响较大。 在电场的作用下，在电场的作用下， OH-有被吸引至阳极的趋向，这种有被吸引至阳极的趋向，这种排斥作用并不是完全彻底的，某些排斥作用并不是完全彻底的，某些OH-也会渗透到阳极中，也会渗透到阳极中， OH-这种迁移的强弱反应了电流效率的高低。这种迁移的强弱反应了电流效率的高低。2离子膜的分离子膜的分类类及性能及性能 强酸性；亲水性好（含水率强酸性；亲水性好（含水率高）。高）。兼有磺酸膜和羧酸膜的优点。兼有磺酸膜和羧酸膜的优点。

6、全氟羧酸膜全氟羧酸膜（Rf-COOH) 离子膜的分类离子膜的分类 全氟全氟磺磺酸膜酸膜（Rf-SO3H）Rf-COOH/Rf-SO3H复复合膜合膜膜膜弱酸性；亲水性小（含水率弱酸性；亲水性小（含水率小）。小）。全氟羧酸膜（全氟羧酸膜（Rf-COOH）含水率低含水率低 优点：优点：膜内固定离子的浓度较大，膜内固定离子的浓度较大，能阻止能阻止OH-的反渗透，因此阴极室的的反渗透，因此阴极室的NaOH浓度可达浓度可达35%左右。而且电流左右。而且电流效率也较高，可达效率也较高，可达95%以上。它能置以上。它能置于于PH3 的酸性溶液中，在电解时化的酸性溶液中，在电解时化学稳定性好。学稳定性好。 缺点

7、：缺点：缺点是膜电阻较大，在阳极室不能加酸，因此缺点是膜电阻较大，在阳极室不能加酸，因此氯中含氧较高。氯中含氧较高。全氟磺酸酸膜（全氟磺酸酸膜（Rf-SO3H） 优点：优点：膜电阻小膜电阻小;可在电解槽阳极室内加盐酸，它可在电解槽阳极室内加盐酸，它能置于能置于PH=1的酸性溶液中的酸性溶液中，以中和反渗的以中和反渗的OH-,这样这样所得的氯气纯度就高所得的氯气纯度就高。 缺点：缺点：膜的固定离子浓度低，对膜的固定离子浓度低，对OH-的排斥力小。因的排斥力小。因此，电槽的电流效率较低，一般小于此，电槽的电流效率较低，一般小于80%。且产品的。且产品的NaOH浓度也较低浓度也较低。（Rf-SO3H

8、/ Rf-COOH）复合膜）复合膜 在膜的两侧具有两种离子交换基团，电解时较薄的羧在膜的两侧具有两种离子交换基团，电解时较薄的羧酸层面向阴极，较厚的磺酸层面向阳极。因此兼有羧酸酸层面向阴极，较厚的磺酸层面向阳极。因此兼有羧酸膜和磺酸膜的优点，它可阻挡膜和磺酸膜的优点，它可阻挡OH-的反渗透，从而可以在的反渗透，从而可以在较高电流效率下制得高浓度的较高电流效率下制得高浓度的NaOH溶液。同时由于膜电溶液。同时由于膜电阻较小，可以在较大电流密度下工作。且可用盐酸中和阻较小，可以在较大电流密度下工作。且可用盐酸中和阳极液，得到纯度高的氯气。阳极液，得到纯度高的氯气。离子交换膜的性能离子交换膜的性能高