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中图分类号:O59 文献标识码:A 文章编号:1671-7597(2008)0520018-01
在实际生产中,影响隔膜电槽正常运行的因素是多方面的, 是复杂的, 但大体说来,主要有盐水质量、电解槽温度、电解碱液中氢氧化钠浓度、阳极液PH值、电流波动和电流密度几大方面。
下面我们就主要针对这几方面进行探讨:
一、盐水质量
精制盐水质量的优劣将对隔膜电槽生产运行产生重大影响:
(一)精盐水中ca2+、mg2+的影响
在电解过程中,ca2+、mg2+将与阴极电解产物氢氧化钠发生化学反应,生成氢氧化钠及氢氧化镁沉淀。这样不仅消耗了电解产物碱,而且这些沉淀物还会堵塞电解槽隔膜孔隙降低隔膜渗透性,造成电解液浓度升高、电流效率下降,槽电压上升,从而破坏电解的正常生产,因此控制进电槽精制盐水ca2++mg2+总量不超过5g/l。
(二)精盐水中So42-的影响
当So42-含量较高时,会阻碍氯离子放电,So42-在阳极放电,会产生氧气,消耗电能,降低电流效率,盐水中So42-一般不超过5克/升。
(三)Fe3+的影响
精盐水中若含有Fe3+时,在电解过程中,Fe3+在靠近阴极隔膜处与扩散的OH-相作用,生成Fe(OH)3沉淀,沉积在隔膜上,堵塞隔膜孔隙,增加隔膜电压降,影响电槽正常运行和技术经济指标。
(四)重金属离子的影响
盐水中存在的重金属离子,如Mn3+、Cr3+等将会沉积在阳极表面,形成不导电的氧化物,使阳极涂层的活性降低,增加压降,电耗升高。
(五)机械杂技的影响
如果机械杂质随盐水进入电解槽时,会堵塞隔膜的孔隙,降低隔膜渗透性,使电槽运行恶化,造成隔膜电阻增加。
(六)精制盐水的浓度的影响
提高精制盐水的浓度对电解生产能增加溶液电导率,降低溶液中的电压降,从而降低槽电压。
因此,在生产运行中,我们在重视提高精盐水质量的同时,还必须采取适当措施,防止电化学腐蚀,如使用钢衬胶盐水管道,以及安装排流接地装置等,阻止Fe3+等进入保证入槽盐水质量。
二、电解槽温度
电解槽温度宜控制在85-95℃之间。
因为实践已经证明,适当提高电解温度有利于:
减少氯气在阳极液中的溶解度、减少付反应,同时由于槽温提高,为了维持电解碱液中氢氧化钠的浓度,势将促进盐水进料量增加,从而减少OH-离子向阳极室迁移。此外,由于氯气溶解度的减少,也可以减少通过隔膜进入阴极室的氯量。因此提高槽温,也可以提高电流效率。
氯气氢气带出的水分增加,使电解碱液溶液提高。
增加阳极液的电导率,使溶液的电压降低,实践证明,如果槽温从70℃提高到90℃,溶液压降相应下降约43毫伏。
降低分解电压。
由电解槽的浓度差引起的过电压的降低。
然而,并不是槽温越高越好,一般不会超过95℃,过高将会使阳极气体中水蒸汽分压迅速提高,氯气和氢气中带水过多,给氯氢处理加重负担,还会引起阴阳极室中氯化钠析了而导致电解槽运行不正常。在生产中,我们常根据电流密度的大小和气候条件的改变来及时调整盐水的预热温度,一般冬季控制在80-85℃,夏季控制在75-80℃。
三、电解碱液中氢氧化钠浓度
电解碱液中氢氧化钠浓度对电流效率的影响很大,同时对碱液蒸发用汽的影响很大,如NaOH浓度从115g/l提高到130g/l,每吨碱就可以节省蒸发用汽约0.45T,因此在维持较高的电流效率的情况下,尽量提高电解碱液中氢氧化钠浓度对于降低烧碱总的能耗非常重要。
生产实践表明,电解碱液中氢氧化钠的浓度,单槽一般应控制在80-140 g/l,最好在125-140 g/l之间,并要求在此范围内的比率达到全部电解槽的60%以上。这样就能使电解液中氢氧化钠浓度维持在125-135g/l。
四、阳极液PH值
阳极液中PH值的形成主要与阳极室OH-的迁移扩散有关,同时也与阳极液中氯化钠含量,精盐水的PH值以及槽温高低等因素有关。
电解槽内各种付反应与阳极液PH值有关,而阳极PH值的高低是阳极液酸碱平衡的结果。
因此,定期对阳极液PH值的测定,可以及时掌握电解槽的内在特性,并参照碱液中氢氧化钠浓度进行分析研究,通过调正阴阳极液位差来达到控制盐水流量的目的,把电解槽阳极液的PH值控制在正常范围3-4之间,保持电槽运行性能良好。
五、电流波动
电解槽运行要求供电稳定,可以保持正常的电解液浓度,停电次数多,易破坏电解生产中的正常平衡状态,而一旦被破坏就不可能恢复为原来的状态。在电流波动时,将加快隔膜的堵塞,恶化隔膜的性能,造成电解碱液中氢氧化钠浓度的升高,滤阻加大,电流效率下降,槽电压上升,所以电流波动频繁或停电次数多时对电解生产是不利的,电流大幅度的波动,对电解生产危害很大,有可能引起爆炸与跑氯等重大事故。
对电流波动范围一般要求控制在正常操作电流的±1%,不应超过±1.5%。
六、电流密度
电流密度是电解生产中的一项重要技术经济指标。
电流密度低,槽电压也低,但电解碱液中氢氧化钠浓度偏低给碱液蒸发带来困难,增加汽耗,提高电流密度,由于在电解碱液中氢氧化钠浓度保持不变时必须加大通过隔膜的盐水流量,就减少了OH-的逆向迁移,降低付反应,有利于电流效率提高,但电流密度提高后,也会由于电解槽内部气泡效应,使阴阳极过电压的上升,阳极液的电压降增大,从而使槽电压相应增高,增加电耗。所以,应根据不同的槽型,选择合理的电流密度。
七、隔膜吸附质量
隔膜是在阴极网外面真空吸附上一层有选择性的膜,因此在隔膜制作中应根据实际情况选择优质的石棉绒,选择合适的吸附方法,控制好投绒量和长短绒配比,掌握好真空度是至关重要的,因为电槽隔膜吸附质量优劣直接影响到电槽的碱液浓度,隔膜电压降。从而影响到电槽的电流效率。所以隔膜制作也是影响电槽经济运行的一个非常重要因素之一。
影响电解槽技术经济指标的因素是多方面的,其它还有如电解槽的安装质量、运行管理、电解槽漏电等储多因素,也是不可忽视的。
参考文献:
[1]方乐平, 刘晋阳, 氯碱生产技术, 1985.
[2]电解槽管理文选, 1994.10.
[3]赵素梅, 隔膜法烧碱生产中电流效率的影响因素, 氯碱工业, 2007.11.
在实际生产中,影响隔膜电槽正常运行的因素是多方面的, 是复杂的, 但大体说来,主要有盐水质量、电解槽温度、电解碱液中氢氧化钠浓度、阳极液PH值、电流波动和电流密度几大方面。
下面我们就主要针对这几方面进行探讨:
一、盐水质量
精制盐水质量的优劣将对隔膜电槽生产运行产生重大影响:
(一)精盐水中ca2+、mg2+的影响
在电解过程中,ca2+、mg2+将与阴极电解产物氢氧化钠发生化学反应,生成氢氧化钠及氢氧化镁沉淀。这样不仅消耗了电解产物碱,而且这些沉淀物还会堵塞电解槽隔膜孔隙降低隔膜渗透性,造成电解液浓度升高、电流效率下降,槽电压上升,从而破坏电解的正常生产,因此控制进电槽精制盐水ca2++mg2+总量不超过5g/l。
(二)精盐水中So42-的影响
当So42-含量较高时,会阻碍氯离子放电,So42-在阳极放电,会产生氧气,消耗电能,降低电流效率,盐水中So42-一般不超过5克/升。
(三)Fe3+的影响
精盐水中若含有Fe3+时,在电解过程中,Fe3+在靠近阴极隔膜处与扩散的OH-相作用,生成Fe(OH)3沉淀,沉积在隔膜上,堵塞隔膜孔隙,增加隔膜电压降,影响电槽正常运行和技术经济指标。
(四)重金属离子的影响
盐水中存在的重金属离子,如Mn3+、Cr3+等将会沉积在阳极表面,形成不导电的氧化物,使阳极涂层的活性降低,增加压降,电耗升高。
(五)机械杂技的影响
如果机械杂质随盐水进入电解槽时,会堵塞隔膜的孔隙,降低隔膜渗透性,使电槽运行恶化,造成隔膜电阻增加。
(六)精制盐水的浓度的影响
提高精制盐水的浓度对电解生产能增加溶液电导率,降低溶液中的电压降,从而降低槽电压。
因此,在生产运行中,我们在重视提高精盐水质量的同时,还必须采取适当措施,防止电化学腐蚀,如使用钢衬胶盐水管道,以及安装排流接地装置等,阻止Fe3+等进入保证入槽盐水质量。
二、电解槽温度
电解槽温度宜控制在85-95℃之间。
因为实践已经证明,适当提高电解温度有利于:
减少氯气在阳极液中的溶解度、减少付反应,同时由于槽温提高,为了维持电解碱液中氢氧化钠的浓度,势将促进盐水进料量增加,从而减少OH-离子向阳极室迁移。此外,由于氯气溶解度的减少,也可以减少通过隔膜进入阴极室的氯量。因此提高槽温,也可以提高电流效率。
氯气氢气带出的水分增加,使电解碱液溶液提高。
增加阳极液的电导率,使溶液的电压降低,实践证明,如果槽温从70℃提高到90℃,溶液压降相应下降约43毫伏。
降低分解电压。
由电解槽的浓度差引起的过电压的降低。
然而,并不是槽温越高越好,一般不会超过95℃,过高将会使阳极气体中水蒸汽分压迅速提高,氯气和氢气中带水过多,给氯氢处理加重负担,还会引起阴阳极室中氯化钠析了而导致电解槽运行不正常。在生产中,我们常根据电流密度的大小和气候条件的改变来及时调整盐水的预热温度,一般冬季控制在80-85℃,夏季控制在75-80℃。
三、电解碱液中氢氧化钠浓度
电解碱液中氢氧化钠浓度对电流效率的影响很大,同时对碱液蒸发用汽的影响很大,如NaOH浓度从115g/l提高到130g/l,每吨碱就可以节省蒸发用汽约0.45T,因此在维持较高的电流效率的情况下,尽量提高电解碱液中氢氧化钠浓度对于降低烧碱总的能耗非常重要。
生产实践表明,电解碱液中氢氧化钠的浓度,单槽一般应控制在80-140 g/l,最好在125-140 g/l之间,并要求在此范围内的比率达到全部电解槽的60%以上。这样就能使电解液中氢氧化钠浓度维持在125-135g/l。
四、阳极液PH值
阳极液中PH值的形成主要与阳极室OH-的迁移扩散有关,同时也与阳极液中氯化钠含量,精盐水的PH值以及槽温高低等因素有关。
电解槽内各种付反应与阳极液PH值有关,而阳极PH值的高低是阳极液酸碱平衡的结果。
因此,定期对阳极液PH值的测定,可以及时掌握电解槽的内在特性,并参照碱液中氢氧化钠浓度进行分析研究,通过调正阴阳极液位差来达到控制盐水流量的目的,把电解槽阳极液的PH值控制在正常范围3-4之间,保持电槽运行性能良好。
五、电流波动
电解槽运行要求供电稳定,可以保持正常的电解液浓度,停电次数多,易破坏电解生产中的正常平衡状态,而一旦被破坏就不可能恢复为原来的状态。在电流波动时,将加快隔膜的堵塞,恶化隔膜的性能,造成电解碱液中氢氧化钠浓度的升高,滤阻加大,电流效率下降,槽电压上升,所以电流波动频繁或停电次数多时对电解生产是不利的,电流大幅度的波动,对电解生产危害很大,有可能引起爆炸与跑氯等重大事故。
对电流波动范围一般要求控制在正常操作电流的±1%,不应超过±1.5%。
六、电流密度
电流密度是电解生产中的一项重要技术经济指标。
电流密度低,槽电压也低,但电解碱液中氢氧化钠浓度偏低给碱液蒸发带来困难,增加汽耗,提高电流密度,由于在电解碱液中氢氧化钠浓度保持不变时必须加大通过隔膜的盐水流量,就减少了OH-的逆向迁移,降低付反应,有利于电流效率提高,但电流密度提高后,也会由于电解槽内部气泡效应,使阴阳极过电压的上升,阳极液的电压降增大,从而使槽电压相应增高,增加电耗。所以,应根据不同的槽型,选择合理的电流密度。
七、隔膜吸附质量
隔膜是在阴极网外面真空吸附上一层有选择性的膜,因此在隔膜制作中应根据实际情况选择优质的石棉绒,选择合适的吸附方法,控制好投绒量和长短绒配比,掌握好真空度是至关重要的,因为电槽隔膜吸附质量优劣直接影响到电槽的碱液浓度,隔膜电压降。从而影响到电槽的电流效率。所以隔膜制作也是影响电槽经济运行的一个非常重要因素之一。
影响电解槽技术经济指标的因素是多方面的,其它还有如电解槽的安装质量、运行管理、电解槽漏电等储多因素,也是不可忽视的。
参考文献:
[1]方乐平, 刘晋阳, 氯碱生产技术, 1985.
[2]电解槽管理文选, 1994.10.
[3]赵素梅, 隔膜法烧碱生产中电流效率的影响因素, 氯碱工业, 2007.11.