离子膜电解工序培训教材

重庆天原化工有限公司

离子膜电解工序

培

训

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重庆天原化工有限公司

二OO六年十月

第一章概述

第一节电解槽介绍

一、电槽规格

1类型：BiTAC®-888

2离子膜类型Flemion“8020”（F8020）

3单元槽数量88

4阳极有效面积3.276m2x88

5阳极DSA@

6阴极活性阴极

7额定电流14.795kA（Max最大.17.8kA）

8额定电流密度4.516kA/m2（Max.5.4kA/m2）

9重量（净重）：大约22.5吨/槽

10重量（运行重量）：大约39.7吨/槽

11电解槽数量：4台

二、结构

BiTAC®-888由一个阳极端框、87个中框和一个阴极端框通过一套拉杆组合而成。在阳

极使和阴极室间装备88张离子膜，以及特殊的垫片。见如下插图

BiTAC®槽容易并且能快速装配和解体，这是因为电解槽部件少，重量较轻。

三、电解槽电回路

4台套BiTAC®-888型离子膜电解槽和4个独立的回路。4台电解槽设计成一个电解槽

回路，按4行布置，通过母排连接到一台整流变压器上，该整流变压器可提供用于电化学反应的

直流电。

来自整流器正极的电流通过电解槽阳极端框、中框和阴极端框回到整流器的负极。

电解槽回路和地面作电气隔离，避免电流漂移。每台电解槽安装在侧梁上,单元槽支架和

侧梁间用特氟隆制垫片隔离。此外，在侧梁上还安装有4个绝缘垫,确保和大地的绝缘。

在电解槽回路上有88个单元槽，整流器正负极接线端子的直流电额定电位差为280V,来

自整流器正极侧的DC（直流）接线端子的电流和大地间的电位差为140V,电流到达下一个单

元槽,与大地的电位差降低，在回路的中性点,电压为0,然后电位开始递减，在整流器DC（直流）

接线端子的负极为负140V。回路的中性点可能会漂移，因为每台单元槽有一个单元电位差。

四、电解槽的特性

在装置中，离子膜电解槽是关键设备，采用CEC（氯工程公司）新型的BiTAC®电解槽。

1、能耗低

2、高电流密度运行

3、原料盐水添加HC1

4、方便的维护

5、电解槽的耐用材料

6、溢流形式

对于BiTAC®电解槽，在每个中框的上方设置了分离空间,气体和电解液在其中被分离，以

较低压力波动的溢流方式从单元室流出。因此，需维持每个单元槽上部空间阳极液和阴极液

的液位，并且离子膜不得暴露在气相中。

7、流体可视

8、上部电解液的分布均匀

9、防止漏电的措施

BiTAC®采用特殊设计的树脂制成的分歧管，防止漏电，特氨隆制的原料管较长。单元槽

厂房内电解液总管采用了电腐蚀防护，并作最佳设计。

第二节生产原理

一、概述

本装置采用了日本CEC公司的BiTAC®888高电密自然循环复极式电解槽，界区包括过

滤盐水二次精制、电解和脱氯等工序。盐水的二次精制采用三塔运行工艺，切换和再生由现

场PLC控制盘实行自动控制。电解槽采用的离子膜为日本旭硝子8020磺酸竣酸复合膜，具

有槽电压低、适应高电流密度运行（达到6.0KA/m2）的特点，电解槽采用了独特的结构，波纹

状的阴阳极室，将常见的隔板和导电筋板结合在一起，改善了电解槽内部的循环，保证了电解

液浓度的均匀。脱氯工序采用了真空脱氯+化学脱氯的工艺，脱氯及氯酸盐分解所产生的氯

气进入氯气总管。

二、基本原理

（-）盐水二次精制原理

由于过滤盐水中还含有少量的金属阳离子如Ca"、Mg”等，会沉积于膜表面或内部，堵

塞离子膜的交换通道，造成槽电压上升,电流效率下降，因此，必须对过滤盐水进行二次精制，除

去金属离子,满足离子膜电解槽的要求。盐水的二次精制采用了螯合树脂吸附的方法,螯合树

脂结构为苯乙烯一二乙烯基苯共聚物作为母体的氨基磷酸基官能团、亚胺基乙酸、亚胺二乙

酸基、胺基磷酸型等,苯乙烯一二乙烯基苯共聚物作为母体的氨基磷酸基官能团它的堆占比

0.1—0.3g/ml,总容量1.3N/L其化学式为：RCH2NHCH2PChNaz,树脂中的钠易被金属离子特别

是二价阳离子所取代，难易程度顺序为Cu2+>Pb2+>Zn2+>Ca2+>Mg2+>Ni2+>Ba2+>

Na+,

2++

例如2RCH2NHCH2PO3Na2+Ca^（RCH2NHCH2PO3）2CaNa2+2Na

螯合树脂吸附阳离子后可以用盐酸及烧碱再生,再生方法是将盐酸用脱盐水稀释至4%

后送入树脂塔再生，达到再生时间后,用脱盐水冲冼，分析再生合格后，再用5%NaOH再生，目的

是使树脂转型，方法与酸相同。其反应方程式如下：

（RCH2NHCH2PO3）2CaNa2+4HC1-2RCH2NHCH2PO3Hi+CaCh+ZNaCl

RCH2NHCH2PO3H2+2NaOH—RCH2NHCH2P03m2+2比0

三塔运行的模式，即二塔串联运行，在运行一定时间后，主塔离线进行再生。三塔运行顺序

如下：

时间第一塔第二塔再生塔（脱机）

0—24T—1501A---------YT—1501BT—1501C

24—48T—1501B*<\..“y—15016.'T—1501A

48—72T—1501C*<\.,1501A一=>T—1501B

4

72—96T—l501ALT—1501B-►T—1501C

（二）电解基本原理

在一台离子交换膜电解槽中，超纯盐水发生下列主要的电化学反应来生成烧碱（NaOH）。

1、在阳极室，氯化钠在盐水中离解以离子状态存在，反应方程式如下：

NaCl-Na++C「

阳极主要的反应是阴离子cr氧化成气态的CL

2dC12+2e

阳极室的阳离子Na+携带部分水通过离子交换膜到达阴极室。

2、阴极室中的水被电解，阴极的主要反应是阳离子H+还原生成了产品比,同时生成氢氧根离

子,钠离子Na+和OH结合生成NaOH。反应方程式如下：

2H2。+2e—氏+2OH

Na++OH->NaOH

3、总的电化学反应方程式为：

2NaCl+2H2。-»2NaOH+Cl2?+H2T

离子膜电解采用了磺酸较酸复合膜，离子交换膜的膜体中有活性基团，由带负电荷的固定

离子如SOICOO:与一个带正电荷的对Na+形成静电健。由于磺酸基团具有亲水性,能使离

子膜在溶液中溶胀,膜体结构变松，形成许多细微弯曲的通道，使其活性基团中的对Na+可以

与水溶液中的同电荷的Na+进行交换。同时膜中的活性基团中固定离子具有排斥。一和OH

的特性，从而制成高纯度的氢氧化钠溶液。

在运行期间，阳极液中会有部分cr离子通过离子交换膜渗透到阴极室，生成少量的盐。通

常情况下，离子膜的电流效率较低,阴极室生成的盐就会较高。

在电解期间，由于电场的作用从阴极室反迁移到阳极室,电解槽电流效率降低，阳极

和阴极的效率都会降低，直接损失OH、

在循环NaOH管道中加入脱盐水，以调节阴极室的烧碱液浓度。从阳极中放出含有CL

的淡盐水。从阴极室中放出含有H2的成品烧碱液。用脱盐水稀释循环烧碱液,然后返回进入

阴极室。

由于阴极液OH-浓度升高，电流效率会降低，因此，成品NaOH的浓度是有限度的,根据采

用的离子膜类型,一般为32〜35wt%。

新安装的离子膜允许携带少量OH和C「的Na+通过，但是，随着离子膜运行时间的增长,

离子膜会出现老化，阴离子通过离子膜泄漏量将增加，引起电流效率下降和阳极液PH升高，见

下列电极反应方程式。

(1)氏0被氧化生成氧气。

氏0-1/2O2(g)+2H++2e

4、电解过程主要付反应

(1)氯气不分解

C12(g)-Cl2(aq)Eq.(1)

(2)游离氯在水中离解

+

Cl2(aq)+H2O-HC10(aq)+H+CfEq.⑵

(3)次氯酸的离解

HC10(aq)1C10+H+Eq.(3)

(4)反应式⑵和(3)相加

C12(aq)+H2O-2H++C10-+C1-Eq.⑷

(5)CIO3-的产生

+

2HC10(aq)+0C1-<^C103+2H+2CVEq.(5)

(6)反应式⑷和(5)相加

+

3C12(aq)+3H2O-C1Oj+6H+5CrEq.(6)

(7)H+和阴极室反迁移过来的OH-发生中和反应

H++OH-H2O

(8)超纯盐水中的碳酸钠和阳极液中的H+作用，生成盐和二氧化碳，可能会影响氯气的纯度。

Na2c。3+2HC1->2NaCl+H2O+CO2

NaHCCh+HC1-NaCl+H2O+CO2

在阳极室生成氯气的电流效率为92.5-97%时,正常的烧碱阴极电流效率为94~97%。在

阴极室生成氢气的电流效率一般接近100%。

当氯气和氢气分别在阳极室和阴极室产生时,Gibbs(吉布斯)自由能转变为电极反应,

作用于电极，离子交换膜的分解电压降如下：

名称电压(V)

分解2.25

液体接触0.06

阳极过电压0.04

阴极过电压0.13

离子膜0.33

溶液0.02

气泡效应+结构0.23

电阻降

总电压3.06

在4.0kA/m2,90℃,32wt%NaOH

当电解槽新装配后，上述总电压显示的是阳极和阴极接线端子间的电压。引起电压降损

失的电压消耗如下：

(1)阳极活性衰减

(2)阴极活性衰减

(3)阳极表面被超纯盐水中的杂质覆盖

(4)因为超纯盐水杂质的污染，离子膜电阻增大

(5)产生的氧使电流效率下降

(三)脱氯及氯酸盐分解基本原理

1、淡盐水脱氯

本装置采用真空脱氯加化学处理的工艺。从离子膜电解槽出来的淡盐水含有游离氯，以

二种形式存在。一部分是溶解氯,其溶解量与淡盐水的温度、浓度、溶液上部的气相分压有

关。另一部分是阴极室OH•返迁移到阳极室进行副反应消耗的氯，其反应量与返迁移OH浓

度有关，电流效率越低，返迁移的OH越多,生成的CIO-也越多。

在进脱氯塔前加入一定量的盐酸，利用同离子效应的原理，使平衡向有利于氯气解析出来

的方向移动,解析出来的氯气用脱氯真空泵抽出并入氯气总管，反应方程式为：

+

H2O+Cl2H+cr+HCIO

经过真空脱氯后的淡盐水仍含有少量的氯气,这些残余的氯气用亚硫酸钠和少量的碱进

行中和，反应方程式为：

C/2+2NaOH+Na2so3—>2NaCl+Na2SO4+H2O

2、氯酸盐分解

盐水在电解过程中会产生氯酸盐(NaCICh),它是电解生产中不允许的副产物。氯酸盐产

生的速率受电解槽运行的电流效率影响。

原料盐水含NaClCh过高对离子膜性能会产生危害。因此，原料盐水NaCK)3的含量一般

控制在20g/l以下。

装置中氯酸盐分解过程按照下列二个反应方程式进行

NaClO3+6HCI-NaCl+3cli+3H2。..(1)

H

NaClO3+2HCI-»NaCl+CIO2+；%+i°…..…(2)

上述反应式中，哪一个优先发生要视运行条件而定，不管怎样,反应式(1)应优先选择，因

为反应式(2)会产生有危害性的CIO?气体。有必要依照下列条件减少反应式(2)的产生。

(1)提高反应温度

(2)提高过量酸浓度

但是,反应式(2)不可能完全避免,也不可能完全分解。

第二章原辅材料规格

一、原材料规格

1、主要原材料

(1)名称：过滤精盐水(2)相态:液体

(3)主要成分

2

NaCl：300〜315g/1SO4-：5〜8g/1

NaC103：<2g/1NaOH：0.2〜0.3g/1

Na2co3：0.4〜0.6g/1Ca+Mg(折Ca)：<1.0mg/1

：

Sr<0.3PPmSiO2：<5PPm

Ba：<0.1PPmI：<0.2PPm

Al：<0.1PPmFe：<0.1PPm

Ni：<0.01PPmMn：<0.01PPm

游离氯：检不出有机物(asTOC)：<10PPm

ss：<1.0PPm

(4)PH：约，11

(5)给予压力最大：200kPaG最小：150kPaG

(6)给予温度：约50℃

二、主要化学品规格

IN亚硫酸钠

(1)名称：亚硫酸钠

(2)成份(wt%)

Na2so3：>96Fe：<0.005

游离碱(以Na2cO3计)：<0.4透明度(mm)：>50

(3)状态：粉状

(4)给予方式：袋装

2、烧碱(NaOH)

(1)成份

NaOH：>32%

杂质：离子膜碱级含Fe<0.3PPm

(2)给予压力(kPaG)：200

(3)给予温度(°C)：环境温度

3、高纯盐酸(HC1)

⑴成份

HC1：31wt%Fe3+：<10wtPPm

Ca2++Mg2+:<0.5wtPPm游离氯：<5wtPPm

有机物TOC：检不出

(2)给予压力(kPaG)：200

(3)给予温度(℃)：环境温度

三、界区公用工程

1、蒸气

(1)压力(kPaG)最大：350最小：300

(2)温度(℃)：饱和

2、一次水给予压力：300KPaG温度：常温

3、电源

AC380V+5/-10%3相50Hz±l%

AC220V+5/-10%1相50Hz±1%

AC35KV+5/-10%3相50Hz±l%

4、空气

(1)名称仪表空气装置(工艺)空气

(2)给予压力(kPaG)

最低：500400

(3)给予温度(℃)：环境温度

(4)设计温度(℃)：5050

(5)露点(℃)：<-26<-40

(6)污染物油和尘：无无

5、氮气

(1)给予压力(kPaG)

正常：300最低：200

(2)给予温度(°C)：环境温度

(3)成分(vol%)N2：>99.5

(4)污染物油和尘含量：无

第三章产品规格

一、烧碱NaOH

1、产品名称：烧碱；俗名：火碱、苛性钠；学名：氢氧化钠；分子式：NaOH分子量：39.997。

2、氢氧化钠的物理性质：固体烧碱呈白色,有光泽，可以做成桶碱、片碱和粒碱。隔膜碱因

含有杂质，有时呈兰紫色。纯氢氧化钠是白色易潮解的固体，能溶于水，溶化时放出高热,NaOH

水溶液有滑腻感,呈碱性，具有极强的腐蚀性，对皮肤侵蚀力很大。烧碱能溶于酒精、甘油，不溶

于丙酮。固体NaOH熔点318.4℃,占比2.13(20/4℃),沸点1390℃,比热

1.582kJ/kg.℃(19-100℃)^2.07kJ/kg.℃(熔融态)，溶解热42.218kJ/mol,生成热426.32kJ/mol,

熔融热0.69kJ/mol,汽化热132.09kJ/mol,

电导率2.12C“m」(320℃)、2.82C」m”(400℃)，粘度Cp4.0(350℃)、2.2(450℃),导

热系数3.64kJ/mol.h.℃(400℃)，饱和蒸汽压0.13kPa(739℃)，相对密度(水=1)2.12,

3、氢氧化钠的化学性质：氢氧化钠是强碱,化学性质十分活泼。

3.1氢氧化钠水溶液呈碱性，能使紫色石蕊变兰，使无色的酚醐变红。

3.2能与酸发生中和反应：

NaOH+HC1=NaCl+H2O

NaOH+CH3COOH=CH3COONa+H2O

3.3能与酸性氧化物反应：

2NaOH+CO2=Na2cO3+H2O

NaOH+CO=NaCOOH加热时反应)

3.4能与盐类发生反应：

2NaOH+MgC12=Mg(OH)2J.+2NaCl

3.5能与非金属元素发生反应,如和氯气反应生成次氯酸钠和氯化氢气体，氯化氢气体可进一

步为氢氧化钠吸收生成盐和水：

NaOH+Cl2=NaClO+HCl

NaOH+HC1=NaCl+H2O

3.6与金属作用：氢氧化钠水溶液在常温下能溶解两性金属，如和锡、锌、铝反应生成锌酸钠、

锡酸钠、铝酸钠，同时放出氢气：

2A1+6NaOH=2Na3AlO3+3H2T

Zn+2NaOH=NazZnCh+H2T

Sn+2NaOH+2H2O=Na2Sn(OH)4](白色)+H2T

在常温下，氢氧化钠对铜、铁的腐蚀性较少，对生铁则更小,紫铜能被浓碱腐蚀。对银、银、

金、伯等无腐蚀性，在高浓度高温时，对钢铁有严重的腐蚀作用，浓度越高，腐蚀越强。

3.7氢氧化钠及其水溶液对纤维和人体皮肤有强烈的刺激和腐蚀作用，会溶解皮肤中的脂肪,

使皮肤糜烂、脱皮，对人眼及皮肤伤害尤为厉害。

3.8与硅化物的作用：氢氧化钠对含有二氧化硅的玻璃、陶器、瓷器等均有腐蚀作用生成硅

酸钠：

2NaOH+SiO2=Na2SiO3+H2O

由此可知氢氧化钠溶液可浸蚀陶瓷、玻璃、石英玻璃等材料制成的容器，因此应用铁、不锈

钢、银等材料制作容器。

3.9与硫作用：氢氧化钠与硫作用,生成一复杂的混合物(含硫化钠、过硫化钠、硫代硫酸钠

和亚硫酸钠)。

4、主要成分

NaOH：32-33wt%NaCl：<40wtPPm

NaClOj：<10wtPPmFeaCh：<3wtPPm

Na2cO3:<400wtPPm

二、氯气(在界区)

(1)主要成分(干基无空气)

Cl2：>98.5vol%

02：<1.0vol%

H2：<0.03vol%

(2)出界区

(a)温度：82-90℃

(b)压力：约OmmAq(在电解槽处)

三、氢气(在界区)

(1)主要成分(干基无空气)

H2：>99.9vol%

湿度：饱和

(2)出界区

(a)温度：82~90C

(b)压力：在电解槽处约为350mm比0

四、回收盐水

1、脱氯后淡盐水

(1)主要成分

NaCl：200+10g/1游离氯：检不出

NaClOj：约5g/1

(2)PH：7~9

(3)出界区温度(℃)：70-80

第四章工艺叙述

第一节生产能力

本系统离子膜烧碱生产能力为：

正常：6万吨/年（折100%NaOH）

最大：7.2万吨/年（折100%NaOH）

第二节年操作时间

本装置按年工作时间8000小时计

第三节工艺流程叙述

一、工艺流程方块示意图（见附图）

槽贮槽

31%HC1NaOH盐酸

氢气总管

32%碱去片碱工序

二、工艺流程叙述

1、140工序-盐酸添加工序

为了满足螯合树脂吸附工序的需要，来自界区的过滤精盐水加入HC1调节PH,将1#盐酸

泵输送来的盐酸按比例加入纯水稀释至15〜20%后，直接加入到过滤精盐水管道中,31%HC1

通过FT-1401控制，流量大约为0.12n?/h,并和PH计实行串极调节。经管道混合器充分混合

均匀,经在线PH分析检测为9后进入过滤精盐水槽(V-1402),液位控制在〜40%以上,然后通

过过滤精盐水泵(P-1402A/B)输送至过滤盐水换热器(E-1401)将过滤盐水加热到大约60℃,

根据盐水中游离氯的含量，适量加入Na2s03溶液,控制游离氯的含量为0,然后输送至螯合树

脂吸附工序。换热器低压蒸汽的调节阀TV-1413和出口温度检测TE-1413实行串极调节，在

树脂塔盐水进口流量FICA-1508低低报和TE-1413高高报时，该阀自动关闭。过滤精盐水泵

(P-1402A/B)在过滤精盐水槽(V-1402)液位出现低低报(〜13%)时自动停止运转。

加酸系统：来自界区的31%HC1进入高纯酸贮槽(V-1407)中,液位控制在〜64%,酸雾

至酸雾吸收器(V-1505),盐酸溶液用1#酸泵(P-1408A/B)输送至各用酸点，如氯酸盐分解槽

(V-1603)、过滤精盐水槽进口管、电解槽(R-2001A/C)、超纯盐水槽(V-1501)、淡盐水槽(V-2001)

等。2#酸泵(P-1409)将盐酸输送至再生酸贮槽(V-1504)中，用于树脂再生。当淡盐水槽(V-2001)

液位出现低低报(20%)时,2#酸泵(P-1409)自动停止运转。

2、150工序-螯合树脂吸附

在螯合树脂吸附工序中,过滤盐水经过树脂层，盐水中的微量杂质如钙、镁被吸附在树脂

上，盐水得到精制,盐水流量通过FICA-1508控制,调节阀FV-1508和超纯盐水槽(V-1501)液位

实行串极调节，来自螯合树脂塔的超纯盐水经树脂捕集器(F-1501)除去破碎树脂颗粒，来自

1#酸泵(P-1408A/B)的31%HC1(约0.02m3/h)按比例加入脱水稀释至15〜20%后,加入到

过滤精盐水管道中调节PH至5后进入超纯盐水槽(V-1501),PH为在线检测。液位控制在〜

85%,并且液位和盐水流量调节阀FV-1508实行串极调节,。

用超纯盐水泵(P-1501A/B)将超纯盐水送至电解槽,流量根据电解槽的反馈信号，通过

FICA-2002-1〜4控制。

在树脂塔切换到流程前,用超纯盐水进行置换，流量通过流量计FG-1505控制，置换的盐

水和超纯盐水作为回收盐水送至过滤盐水槽(V-1402)。

螯合树脂再生废水的处理：来自树脂再生的废水含有很强的酸性或碱性,通常流入再生

废水地坑(V-1502)中，与来自酸雾吸收器(V-1505)的废水混合后用再生废水泵(P-1502)输送

至废水处理工序,通过液位开关LS-1504控制废水泵的运行(手动或自动)，从而控制地坑的

液位在8〜84%。

脱盐水输送系统：来自脱盐水站的纯水进入脱盐水槽V-1506中，控制液位在60%,用1#

脱盐水泵(P-1504)输送至树脂塔(再生)和电解槽(清洗)，用2#脱盐水泵(P-1505A/B)

输送至脱盐水总管，供各使用单元。

3、淡盐水脱氯和氯酸盐分解

3.1淡盐水脱氯

为了去除游离氯，在进入脱氯和除氯酸盐系统前，加入稀盐酸酸化来自电解槽

(R-2001A/C)的淡盐水，调节淡盐水PH值在2以下后，进入淡盐水槽(V-2001)中,控制液

位在60%。液位和淡盐水泵(P-2001A/B)出口液位调节阀LV-2003、电解槽超纯盐水进口

流量调节阀FV-2002〜01/04实行串极调节，用淡盐水泵(P-2001A/B)将淡盐水送出，机泵和液

位开关LS-2003实行串极调节，当淡盐水槽(V-2001)液位低低报时(约17%),机泵自动停

止运转。淡盐水一部分去氯酸盐分解槽(V-1603)除去淡盐水中的C1O3一后进入氯水槽(V-1605),

一部分去脱氯塔(T-1601)去除淡盐水中的游离氯。还有一部分淡盐水经流量调节阀FV-2015

调节流量后，返回到电解槽进口管中，调节进槽盐水浓度，提高盐水中的游离氯,使部分钛材表

面形成氧化膜。脱氯工序的反应原理见如下化学反应方程式。

C/2+“2。=HCIO+HCI

在酸性盐水中，通过脱氯塔(T-1601)处理，可以除去大部分的游离氯，在T-1601的出口，盐

水中的游离氯含量约为10-30mg/L在脱氯塔(T-1601)中，通过真空泵(P-1601A/B)控制真空度

为270torr,并与真空调节阀PV-1601实行串极调节，从淡盐水中分解游离氯与氯气的分压相平

衡。从脱氯塔(T-1601)出来的氯气经氯气冷凝器(E-1601)除去部分水分后，用真空泵输送至

氯气总管，冷凝产生的氯水回流到氯水槽(V-1605)中。经过真空脱氯后的淡盐水需进行化

学脱氯，在送出界区的脱氯淡盐水泵(P-1602A/B)进口管道中加入32%NaOH和10%亚硫

酸钠(Na2so3)溶液,除去余氯后出界区。化学反应方程式如下：

HCIO+NaOH<-NaClO+H2O

NaClO+Na2so3—>NaCl+Na2SO4

脱氯后的淡盐水用脱氯淡盐水泵(P-1602A/B)送出界区。

脱氯塔(T-1601)的液位通过液位控制系统LICA-1603控制,保持其液位在60%。

通过PH计AICA-1602控制32%NaOH的加入，使PH保持稳定，流量调节阀与机泵实行

联锁。加入10%Na2sCh溶液后，用ORP计A1A-1604可以监测盐水中的游离氯。

3.2氯酸盐分解

淡盐水通过淡盐水泵(P-2001A/B),在加入31%HC1溶液后输送至NaC103分解槽

(V-1603),31%HC1的加入量依照淡盐水的流量控制,NaCICh分解后的过量酸浓度高于30g/l。

在NaC103分解槽(V-1603)通入蒸汽和装置空气使淡盐水充分鼓动，然后靠重力作用,分解后

的淡盐水进入氯水槽(V-1605)中。

来自NaCICh分解槽(V-1603)的尾气输送至氯气废气处理工序。

4、电解工序

U)阳极系统

来自超纯盐水槽(V-1501)的超纯盐水加酸后输送到各电解槽中，然后分布到各阳极室分

解成氯气和钠离子。每台电解槽的原料盐水管道上设置一个流量控制器(FIC-2002-01/04),控

制超纯盐水的流量。

从每个阳极室出来的淡盐水和湿氯气两相，进入安装在每个电解槽上的集液分离装置，在

此实现淡盐水和氯气分离。

从分离器出来的淡盐水通过支管和总管,靠静压力进入阳极液循环槽(V-2001)中，同时

通过分歧管和氯气总管将氯气输出至氯气冷却和鼓风机系统。

在来自电解槽的淡盐水中加入盐酸，加入量经一个HC1流量控制器(FICA-2005)调节到淡

盐水的PH为2。在阳极液收集系统设置一个PH计（AIA-2005）监控淡盐水的PH。

来自阳极液收集系统的部分淡盐水经淡盐水泵（P-2001A/B）被输送到脱氯和氯酸盐分

解工序，淡盐水槽（V-2001）液位通过液位控制器（LICA-2003）控制,另一部分返回到电解，与新

鲜的超纯盐水混合后进入电解槽。

为了保持电解槽的压差稳定，在氯气总管上设置了二个氯气液封（V-2003A/B）,

（V-2003A）液封高度为80mm，当氯气压力过高时（大于80mm）冲破液封氯气泄压到废氯

气管，排至吸收工序。（V-2003B）液封高度为120mmH2O,当氯气负压过高时.（大于120mm氏0）,

外部空气进入维持压力在正常水平。

在装置停车期间，向阳极充入脱盐水进行稀释,防止盐结晶。开车时，按离子膜要求调节阳

极液浓度。

（2）阴极系统

来自电解槽的32%NaOH靠静压作用进入循环碱槽（V-2002）中，通过液位控制系统

LT-2010和LV-2010控制液位在〜72%,然后用循环碱泵（P-2002A/B）送出，一部分加入脱盐

水的循环稀碱液通过烧碱换热器（E-2001）进行冷却，返回到各电解槽的分支管，再进入每个

阴极室，在此产生的阴极电极反应将水分解成H2和OH,循环量由安装在每个电解槽上的流量

控制器（FICA-2008-01/04）控制,脱盐水的加入由流量调节阀FV-2006控制，并与整流器实行联

锁。一部分直接送至片碱工序，余下部分作为成品碱经成品碱冷却器（E-2002）冷却到〜45℃

后送出界区。

从每个阴极室出来的碱液和H2两相，进入安装在每个电解槽上的集液分离装置,在此实

现碱液和氢气分离。

从分离器出来的碱液通过支管和总管,靠静压力进入阴极液循环槽（V-2002）中,同时氢

气通过支管和总管被送至出处理工序。

烧碱换热器（E-2001）对循环碱液进行加热或冷却，通过温度控制器（TICA-2007）保持电

解槽温度在85〜90℃。开车时换热器对电解槽的电解液进行加热，使其在电压不过高的前提

下达到最大电流负荷。

通过一个碱密度计（AIA-2006）监控来自电解槽的循环碱浓度，正常情况下维持在大约

32%,是离子膜性能的最佳浓度,通过一个流量控制器（FICA-2006）调节循环碱液的脱盐水加

入量，样品流回循环碱槽（V-2002）,

为平衡氢气压力和开停车充氮气，在氢气总管上设置了氢气防空槽（V-2004），液封高度

为500mm。

第五章仪表和控制系统

一、超纯盐水

1、流量控制

在单槽超纯盐水进口管道上设置一个带高低报的流量控制系统（FICA-2002-1/4）,在各种

电流条件下保持盐水流量为恒定值。

2、流量显示

若超纯盐水的给予意外打乱，继续电解后的电解液氯化钠浓度会降低，最后低于离子膜所

允许的极限条件，将导致离子膜的损坏。

为了避免盐水流量故障引起的损坏，流量显示器在低流量时给出一个报警,DCS联锁开关

在流量低低报时关闭对应的整流器，整流器开关延时180秒关闭。

3、管道接地

在每台槽原料盐水管道上设置Ti+DSA制(MA-2001-A/D牺牲电极)的接地，防止金属材

料的电腐蚀，避免因为电位差引起杂散电流，使盐水流量控制系统出现显示错误。

4、盐水稀释

在每个回路脱盐水管道上设置一个就地流量计(FG-2004-1/4),检查流量，稀释阳极液，以

维持电解槽当时的运行条件。(以及在电槽维护时，稀释阳极液)

二、循环盐水

1、流量控制

返回盐水设置了一个带显示的流量控制系统(FICA-2015),并提供低报警。

2、流体回流保护

在循环盐水管道上的机泵出口处，设置止回阀，防止流体回流，以及在电解液排放时导致

机泵故障。为了防止流体回流和排放时损坏止回阀，在P-2001A/B都停止运转时,DCS将联

锁流量控制阀(FV-2015)故障关闭。

3、混合器

为了使返回盐水和超纯盐水更好地混合，在单槽原料盐水管道上设置静态管道混合器

(MS-2001A/D)o

三、单槽原料碱液

1、流量控制

在单槽原料碱液管道上设置一个带高报和低报的流量控制系统(FICA-2008-1/4),保持碱

液流量为恒定。

2、流量显示

单槽原料碱液的给予若出现意外情况，不良的碱液分配会使原料给予不平衡，超过规定允

许界限的过低或过高的碱浓度最终都会导致离子膜损坏。为了避免离子膜损坏，流量显示器

在流量低低报时给出一个报警,DCS联锁开关在流量低低报时关闭整流器。整流器延时300

秒关闭。

成品碱流量用一个流量集成器(FRQ-2012)进行监控和累计.当循环烧碱液槽(V-2002)液

位为高高或P-2002A/B都停止运转时,DCS将联锁流量控制阀故障关闭。

3、管道接地

在每台电解槽原料烧碱液管道和返回烧碱液总管上设置了保制的管道接地装置

(MA-2002A/D,2004A/D牺牲电极)，保护金属材料免受电化学腐蚀，避免因为电位差引起电流

漂移,使单槽原料烧碱液流量控制系统出现显示错误。

4、温度控制

通过烧碱液换热器(E-2001)冷却或加热烧碱液，控制电解槽温度。通过温度控制系统

(TICA-2007),TV-2007进行加热或冷却操作。

在高温和低温时，一个温度显示器(TICA-2007)给出报警，以监控出现的异常运行状况。

当所有的整流器停止或原料烧碱液流量为低低时,DCS联锁关闭TV-2007。

5、温度显不器

在每台电解槽阴极液出口上设置一个带高报的温度显示器(TIA-2009-1/4),用于监控电解

槽温度。

6、烧碱液浓度控制

加入到返回碱液的脱盐水流量用流量控制系统(FICA-2006)控制,确保电解槽出口的碱液

浓度大约为32wt%。在高流量和低流量时，提供一个报警，以监测异常运行状况。如果所有整

流器停止运行,DCS联锁关闭流量控制阀(FV2006)。

7、液位控制

用带高位和低位报警的液位控制系统(LICA-2010)控制循环烧碱液槽液位。

LICA-2010在低低位时,DCS联锁将停止烧碱液循环泵(P-2002A/B),保护机泵不受机械损伤。

在高高位时,DCS联锁将关闭返回碱液流量控制阀(FV2008),如果液位恢复，则联锁将自动恢

复原料液阀开启。

8、烧碱液循环泵

对于烧碱液的循环，配备一台备用泵，一旦主机故障,手动启动备机。两台泵都停止时,DCS

将联锁故障关闭TV-2007,停止蒸汽的提供。

9、烧碱液密度

用带高低报警的密度计(AIA-2006),检测成品碱液浓度，用于监测异常运行条件。

10、流体回流保护

在循环碱液管道上机泵出口，设置止回阀，防止流体回流，以及在阴极液排放时导致机泵

故障。为了防止流体回流和排放时损坏止回阀，在P-2002A/B都停止运转时,DCS将联锁流

量控制阀FV-2008-1/4故障关闭。

四、淡盐水

1、液位控制

通过带高低液位报警的控制系统(LICA-2003),维持阳极液循环槽(V2001)的液位。当

LS-2003高高报时,DCS将关闭流量控制阀(FV-2002-1/4),防止阳极液循环槽液位在高高时溢

流。

如果液位恢复正常，原料液阀门的联锁将自动恢复。

在LICA-2003液位低低报时,DCS联锁将停止淡盐水泵(P-2001A/B),防止机泵的机械损

伤。

2、淡盐水泵

对于淡盐水的循环，配备一台备用泵,一旦主机故障，手动启动备机。

3、淡盐水PH值

在HC1添加管道上，设置一个带高低报警的流量控制系统(FICA-2005),维持HC1流量为

恒定值。当所有整流器停止时,DCS将联锁故障关闭流量控制阀。

用带高低报警的PH检测仪测定淡盐水PH,监测异常运行状态。

4、管道接地

在每台槽淡盐水管道上设置Ti+DSA制的接地装置(MA-2003A/D牺牲电极)，防止金属材

料的电腐蚀，避免因为电位差引起杂散电流，使盐水流量控制系统出现显示错误。

五、氯气和氢气

调节C12和H2的压力，可以防止离子膜的机械损伤，延长离子膜的使用寿命，提高离子膜

性能。下面叙述了C12和H2保护和控制系统，使压力波动最小。避免压力过高。维持电解槽

Cl2和H2的运行压力，分别控制气相总管的压力低于±OmmWC和+350minWC。

1、氯气压力

通过一个带高低报警的Cl2总管的压力控制系统(PLA-2001A)监测C12压力，设定值为

-5mmWCo

如果在Ch总管上设定的CL压力值出现高高报警,DCS联锁停止所有的整流器。

2、氢气压力

通过带高低报警的比总管压差控制控制系统(PdICA-2002)监测C12和比压差，设定值为

+350mmWC,维持CL和H2总管间稳定的压差。如果压差达到设定值的高高报警或低低报

警,DCS联锁停止所有的整流器，因为压差异常可能会造成离子膜的机械损伤,或性能衰减。压

力开关延时1秒动作，消除瞬时压力波动的影响。

设置一个带压力高低报警的压力显示器(PIA-2001B),监控比总管的压力。

3、氯气正压波动

设置的1#氯气密封槽(V-2003A)用于排放任何情况下气相出现的过高正压，密封水深度

维持在80mmH2O,,

4、氯气负压波动

设置的2#氯气密封槽(V-2003B)用于消除气相出现的过高负压，密封水深度维持在120

mmH2Oo

5、氢气放空槽

设置的氢气放空槽(V-2004)用于排放任何情况下气相出现的过高正压，密封水深度维持

在500mm出0。

开车期间，手动打开阀门用于防止氢气燃烧而加入的氮气，通过氢气排放槽排放至大气

中。

一旦正常运行期间，氢气出现燃烧,手动完全开启隔断阀，并通入蒸汽，使火焰窒息。

六、流出物

电解工序的流出物连接至地坑，并用泵输送至废水处理装置。

七、电解槽电压

通过设置的带高报警的电解槽电压监控器(EIA-2001-1/4)监测电解槽电压,以及时观察电

解槽出现的异常状况。

当电解槽电压出现高高报警时,DCS联锁停止整流器。

第六章操作手册

第一节运行条件和监控/分析频次

控制指标监控/分析频

参数设备位置分析手册

标准最大.最小次

1.电解槽

1）主负荷整流器I4.8kA17.76kA4.91kA1次/4小时

2）总回路整流器265v300V-1次/4小时

EIA-2001-01/

3）电解槽电压2.98v3.37V2.64V连续

04-01/02

EIA-2001-01/

4）电解槽电压2.98v3.37V2.64V连续

06-03/15

2.超纯盐水

2.1总管超纯盐水

1）成分

NaCl在p-1501A/B300〜310g/l*l310g/l*l280g/l*l1/班

在〜—

SO4p-1501A/B<58g/l*l8g/l*l1/天

—

NaC103在p-1501A/B<2g/l*l2g/l*l1/天

Ca+Mg(asCa)在p-1501A/B<0.02ppm0.02ppm—1/班

Sr在p-1501A/B<0,05ppm0.05ppm—1/周

Ba在p-1501A/B<0.1ppm0.1ppm—1/周

在——

SiO2p-1501A/B<5ppm5ppm1/周

Al在p-1501A/B<0.1ppm0.1ppm—1凋

Fe在p-1501A/B<0.1ppm0.1ppm—1倜

I在p-1501A/B<0.2ppm0.2ppm—1/周

Ni在p-1501A/B<0.01ppm0.01ppm—1倜

Mn在p-1501A/B<0.01ppm0.01ppm—1/月

SS在p-1501A/B<lppmIppm—1/月

TOC在p-1501A/B<10ppmlOppm——1/月

AV-Ch在p-1501A/B检不出——1/天

PH在p-1501A/B4〜99——1/天

16.4m3/h(at14.8

2）流量FICA-2002-1/4——1/4小时

kA,310g/l)

3）温度在P-1501A/B60±5℃——1/班

3.淡盐水（阳极液）

3.1淡盐水

1）成分

NaCl在P-2001A/B190-210g/l*l210g/l*l180g/l*l1/8小时

在——

NaC103P-2001A/B<3g/l*l5gpl*l1/8小时

PH在P-2001A/B2pH2.5pH1.5pH

AV-C12在P-2001A/B0.3〜3g/l3g/l—1/8小时

Ni在P-2001A/B————在开车时

2）液位LICA-2003

LG-2001

3.2每台电解槽

1）成分

NaCl在分歧管190-210g/l*l210g/l*l180g/l*l1/天

——

NaC103在分歧管<3g/l*l5g/l*l1/天

PH在分歧管4±lpH7pH2pH1/天

有效CL在分歧管1〜3g/13g/l—1/天

等量分布，均匀溢流

溢流在阳极液出口1/4小时

颜色：黄色,无转变成苍白色现象

4.单槽原料碱液

4.1总管单槽原料碱液

19.5m3/h