化学工艺学 第4章 烧碱概要ppt课件.ppt

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1、第4章烧碱1第4章烧碱4.1概述烧碱的性质：强吸湿性、强碱性、强腐蚀性烧碱的用途：用于造纸、纺织、印染、搪瓷、医药、染料、农药、制革、石油精炼、动植物油脂加工、橡胶、轻工等工业部门烧碱的生产方法：隔膜电解法、汞电解法、离子交换膜电解法。发展历史：2第4章烧碱4.1概述发展历史：1888年诞生隔膜法电解食盐水生产烧碱和氯气；1892年汞电解槽在工业上得到应用；1968年金属阳极代替石墨阳极用于大规模生产，节能、生产效率高；1975年离子交换膜氯碱电解槽投入工业运转，其选择性高，允许Na+通过，不允许Cl-通过；1979年固体

2、聚合物电解质（SPE）用于氯碱工业：1958年SPE用于宇宙飞船的燃料电池，之后用于水电解槽生产O2、H2，1979年才实验性地用于氯碱工业。3第4章烧碱4.2电解制碱原理4.2.2电极反应主反应：(铁)阴极（-）：2H2O+2e==H2+2OH-(石墨或金属阳极)阳极（+）：2Cl-–2e==Cl2电解池反应：2NaCl+2H2O==2NaOH+Cl2+H2电解产物在两电极上形成了原电池：Cl2∣NaCl∣∣NaOH,H2O∣H2此原电池的电动势称为电解池的反电动势，数值与理论分解电压的符号相反。4第4章烧碱4.2.2电

3、极反应副反应：阳极上Cl2的溶解：Cl2+H2O==HCl+HClONaOH向阳极运动：NaOH+HClO==NaClO+H2OClO-在阳极放电：12ClO-+6H2O–12e==4HClO+8HCl+3O2阳极附近的OH-在阳极上放电：4OH-–4e==O2+2H2O5第4章烧碱4.2.2电极反应生产上为了减少副反应的发生（即减少杂质，且节能），选用性能良好的隔膜以减少NaOH向阳极运动，采用较高的操作温度，使Cl2溶解度小一点（采用汞电解法可达到这一目的）。采用接近于饱和的食盐水溶液（含NaCl300~330kg/m

4、3≈5mol/L）。6第4章烧碱4.2.3理论分解电压理论分解电压：为了使物质能在两电极上连续不断析出时外界所加的最小电压，其理论计算值称理论分解电压，它等于阳极与阴极电极电位之差。计算过程：先计算电解池中形成的原电池Cl2∣NaCl∣∣NaOH,H2O∣H2的反电动势，再取其负值就是理论分解电压。两电极的还原反应式为：(右)H2O+e==1/2H2+OH-(左)½Cl2+e==Cl-右极：c(NaOH)=2.5mol/L，298Kγ±=0.80，Eθ(OH-/H2)=-0.828VE(右)=-0.828-0.05916l

5、g(2.5×0.80)左极：c(NaCl)=5mol/L,298Kγ±=0.71,Eθ(Cl-/Cl2)=1.358V,E(左)=1.358-0.05916lg(5×0.71)E(反)=E(右)–E(左)=-0.828-1.358-0.05916lg[(2.5×0.80)/(5×0.71)]=-2.171VE(理论分解)=-E(反)=2.17V7第4章烧碱4.2.4过电位实际上分解电压往往大于理论分解电压，原因是当电极上有电流流过时，电极发生了极化，其电极电势偏离了理论电极电势，称为极化电极电势。过电位(E0)：极化电极电

6、势与理论(平衡)电极电势之差E0(电极)=∣E(极化)-E(理论)∣在电解槽的阴极：E(极化)=E(理论)-E0(阴极)在电解槽的阳极：E(极化)=E(理论)+E0(阳极)E(实际分解电压)=E(理论分解电压)+E0(阳)+E0(阴)气体在金属电极上的析出，其过电位E0最大，并与金属电极的种类、电流密度、电解液温度有关。8第4章烧碱4.2.5槽电压和电能效率槽电压：电解槽两电极上所加的电压称为槽电压包括：理论分解电压E、过电位E0、电流通过电解液的电压降△EL和通过电极、导线、接点等的压降△ERE(槽)=E(理分)+E0+

7、△EL+△ER隔膜法：石墨阳极E=3.7~4.0V，金属阳极E=3.4~3.8V电压效率ηE：ηE=E(理分)/E(槽)，隔膜法ηE=60%电流效率ηI：隔膜法ηI=96%电能效率η：η=ηE×ηI，隔膜法η<60%电解的电能效率不高，主要是因为槽电压比理论分解电压高得多。生产上要采用多种方法来降低槽电压。如80℃，i=1000A/m2时，Cl2：E0(石墨)=0.12V,E0(金属阳极)=0.03V9第4章烧碱4.3隔膜法电解4.3.1隔膜法电解原理立式隔膜电解槽示意图要注意一些不利的副反应101112第4章烧碱4.3.

8、1隔膜法电解原理阳极材料：石墨或金属阳极（DSA）石墨电极：易损耗，隔7~8个月需要更换（在阳极区易被氧化）DSA电极：钛为基体，涂以活化层，活化层有两类：钌活化层，钌丝网上涂钌氧化物非钌活化层，如铂-铱层阴极材料：粗铁丝网或多孔铁板，并附上隔膜食盐水连续地加入阳极室，通过隔膜空隙流入阴极室，为避免阴极