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氯碱的生产原理及离子交换膜法
2017-07-04 09:14:14来源:元素商城

化学词典告诉你氯碱的生产原理及离子交换膜法。氯碱,即氯碱工业,也指使用饱和食盐水制氯气氢气烧碱的方法。工业上用电解饱和NaCl溶液的方法来制取NaOH、Cl2和H2,并以它们为原料生产一系列化工产品,称为氯碱工业。氯碱工业是最基本的化学工业之一,它的产品除应用于化学工业本身外,还广泛应用于轻工业、纺织工业、冶金工业、石油化学工业以及公用事业。

 氯碱的生产原理及离子交换膜法.jpg

氯碱的生产原理

由电解食盐水溶液制取烧碱、氯气和氢气的工业生产,是重要的基础化学工业之一。我国的氯碱工业主要采用两种生产工艺。

1.隔膜法

电解在立式隔膜电解槽中进行。电解槽的阳极用涂有tiO 2-RuO 2 涂层的钛或石墨制成,阴极由铁丝网制成,网上附着一层石棉绒做隔膜,这层隔膜把电解槽分隔成阳极室和阴极室。将已除去 Ca 2+、Mg2+、

下两种电离方程:

NaCl =Na + + Cl -

H2O=(可逆)H + + OH -

所以,食盐水中含有 Na +、 H +、 Cl-和OH -四种离子。当接通电源后,在电场的作用下,带负电的 Cl - 和 OH - 移向阳极,带正电的 Na + 和 H + 移向阴极,在这种条件下,电极上发生如下反应:

在阳极 2Cl- - 2e= Cl 2↑

在阴极 2H + + 2e=H 2↑

即在阳极室放出Cl2,阴极室放出 H2。由于阴极上有隔膜,而且阳极室的液位比阴极室高,所以可以阻止H2跟Cl2混合,以免引起爆炸。由于H + 不断放电,破坏了水的电离平衡,促使水不断电离,造成溶液中OH -的富集。这样在阴极室就形成了NaOH溶液,它从阴极室底部流出。电解食盐水的总反应可以表示如下:

2NaCl+2H2O=2NaOH+H2↑+Cl2↑

用这种方法生产的碱液比较稀,其中含有多量未电解的NaCl,需要经过分离、浓缩,才能得到固态NaOH。

氯碱离子交换膜法

在这种电解槽中,用阳离子交换膜把阳极室和阴极室隔开。阳离子交换膜跟石棉绒膜不同,它具有选择透过性。它只让Na + 带着少量水分子透过,其它离子难以透过。电解时从电解槽的下部往阳极室注入经过严格精制的 NaCl溶液,往阴极室注入水。在阳极室中Cl - 放电,生成 C1 2 ,从电解槽顶部放出,同时 Na + 带着少量水分子透过阳离子交换膜流向阴极室。在阴极室中 H + 放电,生成 H 2 ,也从电解槽顶部放出。但是剩余的 OH - 由于受阳离子交换膜的阻隔,不能移向阳极室,这样就在阴极室里逐渐富集,形成了 NaOH溶液。随着电解的进行,不断往阳极室里注入精制食盐水,以补充NaCl的消耗;不断往阴极室里注入水,以补充水的消耗和调节产品NaOH的浓度。所得的碱液从阴极室上部导出。因为阳离子交换膜能阻止Cl - 通过,所以阴极室生成的NaOH溶液中含NaCl杂质很少。用这种方法制得的产品比用隔膜法电解生产的产品浓度大,纯度高,而且能耗也低,所以它是目前最先进的生产氯碱的工艺。

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