离子膜烧碱装置工艺培训课件剖析

过滤器F-1140的碳素管,过滤介质为α-纤维素为助滤剂的滤饼,盐水通过滤饼,固体杂质被截留于滤饼的表面层,使滤饼不断增厚,而穿过滤饼的液体则变为清净的滤液。

实际操作过程中,应根据操作结果对主体给料和预涂层进行调整和确认。

盐水过滤过程中,由于滤饼(预涂层)是依靠滤芯两侧的压差附在滤芯上的,而压差又是因为有盐水经过而产生,因此,为防止滤饼从滤芯上脱落,在过滤运行及切换过程中,必须保持的过滤盐水流量保持稳定,防止盐水中的悬浮物S.S因滤饼剥落而穿透滤芯进入滤后盐水系统。

此外,盐水过滤过程中,由于对过滤器进行主体给料,滤饼不断加厚,当过滤压差增至0.2MPa时,为保证滤芯安全,应切换过滤器。在使用α-纤维素作为预涂层和主体给料物时必须彻底除去游离态的氯,否则会降低α-纤维素和过滤元件的作用,使其性能变差。 2.1.2 离子交换原理

盐水中的Ca2+、Mg2+及其他各种阳离子对膜电解工艺危害极大。采用常规化学处理及沉降得到的盐水尚不能满足要求,还必须采用离子交换法进一步除去阳离子。

离子交换树脂D403是一种大孔隙螯合型阳离子树脂。其交换基为亚胺基二乙酸基。当溶液中共存有一价二价金属离子时, Na型螯合树脂D403选择性地交换吸附二价金属离子,显示出对二价金属离子的高选择性、高亲和力。Na被金属阳离子(特别是一价阳离子)

置换,反应式如下:

2RCH2NHCH2PO3Na2 + Ca2+ = Ca(RCH2NHCH2PO3Na)2 + 2Na+

螯合树脂被二价金属离子Ca2+、Mg2+交换吸附的络合物在低PH的溶液中很容易地解吸(再生),络合物用盐酸进行再生,转换成H型树脂,反应如下:

Ca(RCH2NHCH2PO3Na)2 + 4HCl → RCH2NHCH2PO3H2 + CaCl2 + 2NaCl

H型树脂再经NaOH再生,转换成Na型树脂,反应如下: RCH2NHCH2PO3H2 + 2NaOH → RCH2NHCH2PO3Na2 +2H2O 此时树脂又可重新投入使用。

当盐水流过一定高度的树脂层,使盐水与树脂充分接触,将盐水中高价金属阳离子减少至工艺要求水平。因此,不论是再生过程,还是运行过程,都应保证盐水与离子交换树脂有充分的接触时间,即要保证盐水流量不能过高,树脂层高度不能太低。 2.1.3 脱氯原理

电解送来的淡盐水的溶解氯气约为700~800 mg/l。如果不在脱氯工序中将这些氯气除去,会造成一次盐水精制工序空气污染,导致亚硫酸钠和α-纤维素的过量消耗,并腐蚀管道,损坏盐水过滤器中的滤芯和离子交换树脂。因此应将其除出。

溶解在盐水中的氯气,一部分与水反应,一部分则以气体形式游离于水中。

Cl2 + H2O → HCl + HClO

上述反应为可逆反应,当溶液值降低时,反应平衡向左移动,PH增高时反应向右移动。采用物理脱氯之前,需加入盐酸,将盐水中的氯尽量保持游离氯状态;而化学脱氯时则考虑化学反应的PH值条件。 本装置采用先物理脱氯再化学脱氯的方法。

本装置物理脱氯采用真空脱氯方法。即利用真空状态下,Cl2在空气及盐水中的溶解度不同,使盐水中的Cl2转移至空气中。由于电槽出口淡盐水PH值一般在2以上,因此需向淡盐水中加入盐酸以降低HClO浓度。考虑到设备及管道性能及经济性,PH值一般控制在1.0~1.5之间。

经真空脱氯后的盐水中含[Cl2 + ClO-]量在10~20mg/l,不能达到回收使用的工艺要求。因此,必须用化学方法除去。本工序采用Na2SO3作为脱氯还原剂,根据其碱性条件下的还原性比酸性条件下要强的化学特性,在化学脱氯前必须调节盐水PH值。加入NaOH后,盐水中发生下列反应:

Cl2 + OH- →Cl- + ClO- + H2O HClO + OH- →ClO- + H2O

上述条件下,盐水PH值控制在9~11之间。加入Na2SO3,盐水中发生氧化还原反应: 2- SO2-3 + ClO- →Cl- + SO4

按氧化还原电位(ORP)计,盐水中的ORP值控制在50mv以

下。

2.1.4 电解原理 2.1.4.1 主反应

当直流电通过电解质的水溶液中时,会发生化学反应。这是由于离子运动在电极上放电的结果。在电场作用下,阴离子向阳极运动并放电,阳离子向阴极运动并放电。

在用离子交换膜工艺生产烧碱时,阳极和阴极之间装上选择性渗透阳离子交换膜。在盐水循环经阳极室,烧碱循环经阴极室时,电解得以完成。阳极室放出Cl2,阴极室放出H2,产生NaOH。反应式如下:

阳极: Cl― → 1/2 Cl2 + e―

阴极: H2O + e― → 1/2 H2 + OH―

阴阳极反应是同时进行的。在阳极室,氯化钠电离成Na+和Cl―。Cl―的电荷迁移到阳极放电而生成Cl2。同时,Na+通过交换膜进入阴极室。在阴极室,H2O变成H2 和OH―,OH―和Na+反应生成NaOH。 总反应式:2NaCl + 2H2O = 2NaOH + Cl2↑ + H2↑

上述反应的原理与传统隔膜法原理基本一致,但在离子膜工艺中,由于电解液充分隔离和钠离子的选择性渗透,生产的烧碱纯度更高。

2.1.4.2 电槽副反应

阳极发生的副反应:生成氯气部分溶解在盐水中并发生相应反应:

Cl2+H2O→HOCl+H+ +2Cl-

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