纤维素水解
氯碱生产简介
化工二班 张晨 200900112073
【摘要】我国是世界氯碱生产大国，氯碱工业是以盐和电为原料生产烧碱、、氢气的基础原材料工业，氯碱产品种类多，关联度大，其下游产品达到上千个品种，具有较高的经济延伸价值，它广泛应用于农业、石油化工、轻工、纺织、建材、电力、冶金、国防军工、食品加工等国民经济各命脉部门，在我国经济发展中具有举足轻重的地位。据有关部门测算1万吨氯碱产品所带动的一次性经济产值在10亿元人民币以上。我国一直将主要氯碱产品产量及经济指标作为我国国民经济统计和考核的重要指标。因为知识有限，本文针对氯碱工业的原理方法，发展历史，生产现状作简要介绍。
一、生产原理
氯碱工业利用电解饱和食盐水溶液制取烧碱（氢氧化钠）和并副产
氢气的生产过程。过程包括盐水精制、电解和产品精制等工序，其中主要工序是电解，其中电解主要采用电解饱和食盐水反应原理。
1.电解过程的反应：(1)电解过程的主反应食盐水溶液中主要有四种离子，即Na+、C1一、OH一和H+。当直流电通过食盐水溶液时，阴离子向阳极移动，阳离子向阴极移动。当阴离子到达阳极时，在阳极放电，失去电子变成不带电的原子；同理，阳离子到达阴极时，在阴极放电，获得电子也变成不带电的原子。离子在电极上放电的难易不同，易放电的离子先放电，难放电的离子不放电。 在阴极上，H+比Na+容易放电，所以，阴极上是H2锁架放电，电极反应为：
2H+一2e-→H2
在在阳极上，C1-比OH-易放电，所以，阳极上是Cl2放电，其放电反应为 2C1-一2e-→C12
不放电的Na+和OH一则生成了NaOH。
电解食盐水溶液的总反应式为2NaCl+2H2O →2NaOH+CI2十H2
(2)电解过程的副反应随着电解反应的进行，在电极上还有一些副反应发生。在阳极上产生的C12部分溶解在水中，与水作用生成次氯酸和盐酸：
Cl2+H20→HCl+HClO
电解槽中虽然放置了隔膜，但由于渗透扩散作用仍有少部分NaOH从阴极室进入阳极室，在阳极室与次氯酸反应生成次氯酸钠。cof
NaOH—HClO————+NaClO—LHzO
次氯酸钠又离解为Na+和C10一，C10一也可以在阳极上放电，生成氯酸、盐酸和氧气。
12C1O- + 6H20—12e-→ 4HCl03+8HCl+302
生成的HCl03与NaOH作用，生成氯酸钠和氯化钠等。
此外，阳极附近的OH一浓度升高后也导致OH一在阳极放电，-发生以下副反应：
40H--4e→ 02十2H20
副反应生成的次氯酸盐、氯酸盐和氧气等，不仅消耗产品，而且浪费电能。必须采取各种措施减少副反应，保证获得高纯度产品，降低单位产品的能耗。
2. 理论分解电压
某电解质进行电解，必须使电极间的电压达到一定数值。电解过程能够进行的最小电压，称为理论分解电压。理论分解电压E理是阳离子的理论放电电位E+和阴离子的理论放电电位E-之差，即
E理=E+一E-
某电解质的理论分解电压主要与其浓度、温度有关。
3 . 过电压
过电压(又称超电压，E超)是离子在电极上的实际放电电位与理论放电电位的差值。金属离
子在电极上放电的过电压不大，可忽略不计。但如果在电极上放出气体物质，过电压则较大。过电压的存在，要多消耗一部分电能。利用过电压的性质选择适当的电解条件，以使电解过程符合需要。如阳极放电时，氧比氯的过电压高，所以阳极上的氯离子首先放电并产生。过电压的大小主要取决于电极材料和电流密度，降低电流密度、增大电极表面积、使用海绵状或粗糙表面的电极、提高电解质温度等，均可降低过电压。
一、氯碱生产工艺简介
1.盐水精制
为使电解过程顺利进行并保证设备、操作的安全，无论采用哪种电
解方法，原料都必须精制。精制过程如下：
海盐、岩盐湖盐等固体原盐(NaCl)都是生产和烧碱的原料。固体盐溶于水中所得的饱和盐水，或来自地下盐井的盐水，在60℃左右加入碳酸钠、氢氧化钠，使其与盐水中的钙、镁杂质反应生成碳酸钙、氢氧化镁等沉淀。盐水中硫酸盐过高时，还需加入氯化钡（或碳酸钡）以生成硫酸钡沉淀。各种沉淀物经过絮凝、澄清、过滤分离后，清盐水加入
盐酸调节pH使之成为中性或微酸性，再通过精制的（或回收的）固体盐层重新饱和，并加热到60～80℃，成为一次精制盐水，可供隔膜法或水银法使用。有的盐水中含有铵离子或有机氮化合物，将在隔膜电槽内生成三氯化氮(NCl3)，当液化时，三氯化氮积累过多会引起爆炸，故应在饱和盐水中加入少量的次氯酸盐，使转变为可挥发的一氯胺(H2NCl)。精制盐水中含有10～15ppm的有效氯，会使氨含量降低到1ppm的安全范围之内。将一次精制盐水再经过滤和螯合树脂吸附，进行二次精制，控制钙、镁含量在 0.05ppm以下，才能用于离子膜电槽。
2．电解方法
氯碱生产工艺有隔膜电解、水银电解和离子膜法。水银法电流效率高,产品质量好,但污染严重,易发生炸槽事故;隔膜法生产效率低,产品质量差,所用石棉污染环境,对人体有危害;离子膜法电流效率高,产品质量好且无污染,但膜与机框的成本高。
2.1隔膜法
食盐水溶液中，主要存在四种离子：Na+、Cl-、H+麦双尾蚜、OH-。电解槽的阳极通常使用石墨电
极或金属涂层电极；阴极用铁丝网或冲孔铁板；中间的隔膜由一种多孔渗透件材料做成，多采用石棉，将电解槽分隔成阴极室和阳极室两部分，使阳极产物与阴极产物分离隔开，可使电解液通过，并以一定的速度流向阴极。目前，工业上较多使用的是立式隔膜电解槽：
康q立式隔膜电解槽示意图
饱和食盐水由阳极室注入，使阳极室的液面高于阴极室的液面，阳极液以一定流速通过隔
膜流入阴极室以阻止OH-的返迁移。得到产品氢气、分别从阴极室和阳极室上方的导出管导出，氢氧化钠则从阴极室下方导出。
2.2离子交换膜法 导电泡棉成型机
目前世界上比较先进的电解制碱技术是离子交换膜法。这一技术在20世纪50年代开始研究，80年代开始工业化生产。 离子交换膜电解槽主要由阳极、阴极、离子交换膜、电解槽框和导电铜棒等组成，每台电解槽由若干个单元槽串联或并联组成。右图表示的是一个单元槽的示意图。电解槽的阳极用金属钛网制成，为了延长电极使用寿命和提高电解效率，钛阳极网上涂有钛、钌等氧化物涂层；阴极由碳钢网制成，上面涂有镍涂层；阳离子交换膜把电解槽隔成阴极室和阳极室。阳离子交换膜有一种特殊的性质，即它只允许阳离子通过，而阻止阴离子和气体通过，也就是说只允许Na+通过，而Cl-、OH-和气体则不能通过。这样既能防止阴极产生的H2和阳极产生的Cl2相混合而引起爆炸，又能避免Cl2和NaOH溶液作用生成NaClO而影响烧碱的质量。
精制的饱和食盐水进入阳极室；纯水（加入一定量的NaOH溶液）加入阴极室。通电时，H2O在阴极表面放电生成H2，Na+穿过离子膜由阳极室进入阴极室，导出的阴极液中含有NaOH；Cl-则在阳极表面放电生成Cl2。电解后的淡盐水从阳极导出，可重新用于配制食盐水。
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