离子膜培训教材

离子膜培训资料,阴极侧,阳极侧,S2,S1,C,离子膜离子膜构造,离子膜的规格和型号,日本旭化成公司F系列离子交换膜：F-4100、F-4200、F-4600、F-4400美国杜邦公司N系列离子交换膜：N-966、N-2010、N-982日本旭硝子公司系列离子交换膜：8020、8030、8040均为磺酸和羧酸的复合膜,没有水通道,(b)有水通道F4400系列,水通道,平织卷织F4200系列,F4601F4602,离子膜构造对比,(a)没有水通道F4200系列F4600系列,高机械强度,低电压对杂质高耐受性,(b)有水通道（牺牲芯材膜）F4400系列,无牺牲芯材（没有水通道）,有牺牲芯材（有水通道）,无涂层,有涂层,有涂层,F4100系列,F4112,标准,高强度,高电密低电压,F4200系列,F4202,F4203,F4600系列,F4602,F4601,F4400系列,F4402,F4401C,F4403,F4401,电压,低,Aciplex-FTM系列的特点,槽电压4kA/m2,90换算.试验电槽运行条件:电解面积1dm2,电流密度4kA/m2,温度90,烧碱浓度32%,淡盐水浓度205g/l,AciplexTM-F电解性能,*对芯材45度方向的拉伸强度,AciplexTM-F机械强度,有关膜的问题事例,下面介绍由于膜操作及电解不当的原因而发生问题的事例【事例介绍】装膜时发生的问题(1)由于膜的折皱而发生损伤及针孔(2)由于膜装反（面装反）而产生水泡由于垫片安装发生的问题(3)由于垫片位置粘贴不当而产生盐泡(4)由于离型剂及粘着剂涂抹过多而产生盐泡电槽运行时发生的问题(5)由于盐水浓度过低或盐水供给不足而产生水泡(6)由于盐酸添加过量而损伤离子膜(7)由于两极间压差不良使电解性能降低由于盐水中的杂质而发生的问题(8)杂质的种类及电解性能降低的事例,事例(1)装膜时的问题-1由于膜的折皱而发生龟裂,由于膜折皱产生的问题,离子膜如折皱的话，会产生龟裂及针孔。特别是有牺牲芯材的膜、其阳极面（面）向外凸起折皱时，容易发生。【有牺牲芯材的膜】阳极面牺牲芯材溶解后的孔（贯穿孔）很多是露出来的阳极面向外凸起折皱时，这一贯穿孔即成龟裂的起点,贯穿孔,由于折皱使膜产生龟裂的原因,羧酸,磺酸,主芯材（PTFE）,贯穿孔,没有牺牲芯材的膜，抗折皱性比较强。有牺牲芯材的膜，在操作时要注意。,在装膜时会发生的折皱,用手持膜的两端站立时，由于膜上部松弛而出现皱褶,进行膜的操作时，因没注意拿好而掉在地上。将膜贴在阳极时，有皱褶出现但没注意到，就将阴极一侧合上。,在装膜时会发生的折皱,将操作台上展开的膜移到电槽上时，把膜折叠后运走。,将操作台上展开的膜卷到筒上时，在有皱褶的状态下卷起来。,事例(2)装膜时的问题-2膜的阴阳极装反,面装反，对膜的影响,原因,没有确认膜的方向（阳阴极）,影响,发生水泡膜的劣化损伤（例如）电压上升,膜装反进行电解后膜的状态,电解条件：阳阴极装反时（磺酸层在阴极侧，羧酸层在阳极侧）电流密度=4kA/m2,槽温=90,阴极液浓度=32,阳极液浓度=205g/l,压差=0,运行天数=2,整个膜发生水泡,膜装反电解时电压上升,电解条件：阳阴极装反（磺酸层在阴极侧，羧酸层在阳极侧）：电流密度=4kA/m2,槽温=90,阴极液浓度=32,阳极液浓度=205g/l,压差=0,运行天数=2,虽然运行只两天，但仍可看到电压上升了5001,000mV,膜装反电解时产生水泡的原因,阳极,阴极,Na+的移动量大,Na+的移动量小,Na+的移动量不同,羧酸,磺酸,Na+的浓缩层：羧酸磺酸层的尺寸变形增大由于渗透压，水发生渗透,水泡,由于渗透压水的移动,事例(3)垫片的安装-1垫片的安装位置不合适,垫片位置的重要性,阳极及阴极垫片粘贴位置的正确，对膜的长期稳定的使用是非常重要的。如果阳极垫片的位置比阴极垫片位置更突出于电槽内的话，在阳极垫片的突出部分，膜易产生盐泡，并易发生针孔。,?子膜,?子膜,Cell,槽框,盐泡,垫片,槽框,离子膜,盐泡发生的原因,NaOH,垫片,垫片,离子膜,槽框,槽框,阳极,阴极,2NaOHCl2NaClONaClH2O,事例(4)垫片的安装-2离型剂及粘接剂涂抹过多,离型剂涂抹过多的影响,离型剂和粘结剂涂抹过多，流到电解面，附着在膜上使电解性能下降。膜附着的部分：发生盐泡，发生针孔，电压上升等使膜性能恶化的原因与上述垫片粘贴位置不良相同硅系列离型剂：因不具有疏水性所以损伤较轻，但在膜的附着面上，羧酸层会发生损伤。氟系列离型剂：因有疏水性，所以会引起非常严重的损伤。重要的是：涂抹适量不使用氟系列离型剂,离型剂涂抹过量的实验（Lab.）,氟系列,硅系列,侵入到电解面,氟系列,硅系列,发生严重的损伤,轻微、但羧酸层发生损伤,槽框,垫片,盐泡,离型剂,离子膜,离型剂涂抹过多使膜受到损伤的原因,2NaOHCl2NaClONaClH2O,事例(5)运行时发生的问题-1盐水浓度过低或盐水供给不足,盐水浓度过低对膜的影响,原因,盐水供给不足盐水的进口出口的短管发生部分堵塞供给盐水浓度低下,影响,产生水泡膜劣化损伤（例如）电压上升,所谓水泡,羧酸层,磺酸层,因磺酸高分子与羧酸高分子的含水率的差别，水滞留在羧酸层与磺酸层之间，在界面产生剥离。,盐水浓度过低的实验,随着盐水浓度的降低，水泡的发生量急剧增大,水泡发生量,低盐水浓度高,水泡产生的原因,磺酸层,羧酸层,PTFE,透水,（羧酸/磺酸膨胀程度的差别增大）,（发生变形）,（产生水泡）,透水（电渗透水）的透过性：磺酸层羧酸层对羧酸/磺酸界面的压力，羧酸/磺酸界面的变形，水透过性的羧酸/磺酸差别增大,事例(6)运行时的问题-2盐酸添加过量（阳极液）目的：降低O2/Cl2,阳极液中添加盐酸的必要性(1),目的：降低O2/Cl2,添加盐酸对降低O2/Cl2是有效的，但添加过会引起膜的损伤,低电流效率（）高,阳极液中添加盐酸的必要性(2),盐水浓度淡,盐水浓度浓,小电解槽出口的盐水酸度(N)大,低O2/Cl2（）高,盐酸添加过量引起羧酸高分子的损伤,电解条件:电流密度=4kA/m2,阴极液浓度=33%,阳极液浓度=3.35N,槽温=90C,运行天数=7,膜的白化,盐酸添加过量引起羧酸高分子的损伤,起泡,羧酸,磺酸,电解条件:电流密度=5kA/m2,阴极液浓度=32%,阳极液浓度=205g/l,H+浓度=0.1N,天数=3,盐酸添加过量引起羧酸高分子损伤的原因,由于H+羧酸及磺酸高分子氧化,羧酸磺酸剥離,羧酸层损伤,羧酸高分子：收缩磺酸高分子：膨胀,由于过热损伤羧酸层,向羧酸层析出NaCl,-SO3Na-SO3H膨胀,-COONa-COOH收缩,羧酸磺酸剥离,中和反应,析出NaClHClNaOHNaClH2O,-COONa-COOH(1)外表上EW增加(2)电阻增加(3)由于发热引起羧酸层起泡,（推定）,事例(7)运行时的问题-3两极间压差不良使电解性能降低,两极间压差的影响一览,压差（P）：（阴极室压阳极室压）,正,负,压差不足,膜振动膜磨损针孔,异常过大压差,膜损伤阳极变形针孔盐水供给不足电解性能降低,压差逆转,过大逆压差,压差合适,电压上升,阴极变形针孔,合适的压差，因电槽类型、极间距、循环方式、电极形状、电解条件、膜的种类等的不同而不同,阳极室压阴极室压的重要性,液体的比电阻：阳极液（盐水）阴极液（烧碱）电解液的（气液）比：阳极室阴极室（阳极液电压损失大）,将膜压附在阳极上(1)液体电阻减小(2)膜被压附在（气液）比大的电极上,两极间的压差：阳极室压阴极室压,重要,约0.1VLab.celldata,压差,电压（V）,不稳定领域,正常压差：,逆压差：,由于压差逆转使电压上升,阳极液比电阻大,阳极,阴极,阴极液比电阻小,膜,（例）电解条件：电流密度=4kA/m2、槽温=90、阳极液浓度=205gpl、阴极液浓度=32%、极间距=2mm正常压差时：（阳极侧=0、阴极侧=2mm）的情况下；阳极液的比电阻1.90cm、阴极液的比电阻0.83cm（出典：烧碱手册）电压损失(IR)（电流效率）（极间隔）（比电阻）正常压差时：阳极液的IR0、阴极的IR0.0664逆压差时：阳极液的IR0.152、阴极的IR0光是液体阻力就上升了大约約90mV,由于逆压差引起的电压上升（实例）,正常压差,正常压差,压差不足,压差逆转,約100mV,压差不足的影响,两极间的压差不足时，膜发生振动，容易接触到阴极阳极。膜被电极磨损有时会形成针孔。这一现象易发生在压差不足时，多出现在电槽上部以及阳极液出口附近。,盐水入口,盐水出口,这部分容易发生压差不足,由于压差不足膜的磨损及针孔(1),上部垫片位置,阴极侧,阴极侧,有被阴极磨损的痕迹，形成针孔。,压差过大发生盐泡的原因(1),阳极液,阴极液,由于压差过大将膜压到阳极,在阳极与膜的接触部分，阳极液浓度降低。,由于水的电分解，产生H+,由于H+引起羧酸及磺酸高分子的氧化,羧酸磺酸剥离,羧酸层损伤,羧酸高分子：收缩磺酸高分子：膨胀,由于过热羧酸层损伤,向羧酸层析出NaCl,（推定）,压差过大发生盐泡的原因(2),阳极侧,阴极侧,Cl2,OH-,磺酸,羧酸,2NaOHCl2NaClONaClH2O,盐泡的防止电解槽的结构防止在阳极液上部形成气体区域垫片抑制氯气层的形成膜提高对盐泡的耐受性,事例(8)盐水中