离子交换膜法制烧碱

第三部分富集在海水中的元素——氯导学案设计者：铜梁中学校左先群班级姓名[知识拓展]：㈥Cl2的实验室制法1、工业制法：氯碱工业(离子交换膜法制烧碱)2NaCl＋2H2O电解2NaOH＋Cl2↑＋H2↑2、实验室制取⑴一套完整的制气装置发生装置(反应物状态和反应条件)、→净化装置(洗气瓶或U形管等)→、收集装置(性质验证装置) (由密度或溶解性决定)、→尾气处理装置(注意防止倒吸)1 2 3 4 5 6⑵反应原理：强氧化剂+Cl－在酸性环境和一定条件下反应可制得氯气(要求：根据氧化还原反应原理写出反应的化学方程式和离子方程式)二、Cl－的检验（教材85-86页）为什么要加稀硝酸：。

三、成盐元素（科学视野）1、元素周期表中同一个纵行(族)——第ⅦA族(卤素)：氟(F)、溴(Br)、碘(I)、砹(Pt)它们是典型的元素。

在反应中均易电子，形成价的离子。

其化学性质与Cl2，可与①；②；③；④；⑤。

2、它们可与等金属化合生成盐，所以称为或。

3、氧化性由强到弱的顺序为：。

[应用实践、能力提升]⑴F2不能从水溶液中置换出Cl2、Br2、I2，是因为。

⑵Cl2可以在水溶液或气相中与反应，生成。

Br2可以在水溶液或气相中与反应，生成。

4、卤素与H2的反应的共性：。

卤素与H2的反应的差异性：。

生成的氢化物的水溶液的酸性的递变关系：。

生成的氢化物的还原性的递变关系：。

5、卤素元素的特性(教辅资料96页、99页)6、海水主要有成盐元素。

[情感体验]：海水是宝啊，我们不能污染它[课后针对性练习]：1、下列关于氯气的叙述中，不正确的是（）A．氯气是一种黄绿色、有刺激性气味的气体 B．氯气、液氯和氯水是同一种物质C．氯气能溶于水 D．氯气是一种有毒的气体2、下列氯化物中，既能由金属和氯气直接参与化合制得，又能由金属和盐酸反应制得的（）A．CuCl2 B．FeCl2 C．MgCl2 D．FeCl33、下列微粒化学性质最活泼的是（）A、氯原子B、氯离子C、钠离子D、氩原子4、下面对氯气的叙述正确的是( )A、氯气可使溴水褪色，所以氯气具有漂白性B、氯气有漂白性，通入品红溶液中，品红褪色C、铁在氯气中燃烧可生成氯化亚铁D、闻其气味时要小心，将集气瓶放在鼻孔下直接闻5、下列各组离子在碱性溶液中大量共存，且溶液呈无色透明的是（）A、K+、MnO4－、Cl－、SO42－B、Na+、AlO2－、NO3－、CO32－C、Na+、H+、NO3－、Cl－D、Na+、SO42－、HCO3－、Cl－6、下列说法不正确的是（）A．钠、铁和铜一样都能在氯气中燃烧生成金属氯化物B．液氯是氯气的水溶液，它能使干燥的有色布条褪色C．氯气跟变价金属反应生成高价金属氯化物D．氯水具有杀菌、漂白作用是因氯水中含有强氧化性的次氯酸7、湿润的蓝色石蕊试纸接触氯气后，其颜色变化为（）A．变红B．变白C．先变红再变白D．不变色8、下列物质中同时含有氯分子（Cl2）和氯离子（Cl―）的是（）A．液氯 B．新制氯水 C．CaCl2溶液D．次氯酸9、二氧化氯（ClO2）是一种黄色气体，大量用于水的净化和纤维素的漂白。

氯碱工业[重点难点]1．掌握电解饱和食盐水的基本原理。

2．了解离子交换膜法电解食盐水制烧碱和氯气的主要生产流程。

[知识讲解]一、电解饱和食盐水反应原理1．实验分析：电解饱和食盐水在U型管里装入饱和食盐水，滴入几滴酚酞试液，用碳棒作阳极、铁棒作阴极，将湿润的碘化钾淀粉试纸放在阳极附近，接通电源，观察管内发生的现象及试纸颜色的变化。

注意：铁棒不可作阳极，否则发生Fe－2e－=Fe2+；碘化钾淀粉试纸需事先用水润湿。

现象：阴、阳两极均有气体放出，阳极气体有刺激性气味，能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝；阴极区域溶液变红。

说明阴极区域生成物为碱性物质与H2，阳极产物是Cl2。

2．电解饱和食盐水反应原理饱和食盐水成分：溶液存在Na+、Cl－、H+、OH－四种离子。

电极反应式：阴极：2H+＋2e－=H2↑（还原反应）；阳极：2Cl－－2e－=Cl2↑（氧化反应）。

实验现象解释：（1）阴极区域变红原因：由于H+被消耗，使得阴极区域OH－离子浓度增大（实际上是破坏了附近水的电离平衡，由于K W为定值，c(H+)因电极反应而降低，导致c(OH－)增大，使酚酞试液变红）。

（2）湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝原因：氯气可以置换出碘化钾中的碘，Cl2+2KI=2KCl+I2，I2使淀粉变蓝。

注意：如果试纸被熏蒸的太久，蓝色会因为湿氯气的漂白作用而褪去。

电解饱和食盐水的总反应式：该电解反应属于放氢生碱型，电解质与水均参与电解反应，类似的还有K2S、MgBr2等。

二、离子交换膜法制烧碱1．离子交换膜电解槽的构成主要由阳极、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。

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分成阴极室和阳极室。

电极均为网状，可增大反应接触面积，阳极表面的特殊处理要考虑阳极产物Cl2的强腐蚀性。

离子膜烧碱工艺一、工艺流程简介烧碱目前以离子膜工艺为主。

按流程顺序分为一次盐水、二次盐水精制、电解、淡盐水脱氯、Cl2处理、H2处理等工序。

核心工序是二次盐水精制和电解部分。

盐水一次精制的主要目的是控制悬浮物(SS)与各种杂质离子的含量在要求的范围内，为盐水二次精制作准备。

盐水二次精制最主要部分是螯合树脂塔，，使粗盐水经过树脂塔后除去二价阳离子。

部分工艺在二次精制中盐水进螯合树脂塔之前设置碳素管或其它类型过滤器，以进一步降低盐水中的悬浮物的含量。

电解部分是烧碱制备流程的关键工序，符合电解要求指标的精制盐水流经电解槽时，在一定直流电作用下，离子经离子交换膜的发生迁移，最终在阴极液相形成烧碱，阳极液相产生淡盐水，阴极气相生成H2，阳极气相生成Cl2。

二、离子交换膜法电解制碱的主要生产流程工艺流程图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，通电后H2O在阴极表面放电生成H2，Na+则穿过离子膜由阳极室进入阴极室，此时阴极室导入的阴极液中含有NaOH；Cl－则在阳极表面放电生成Cl2。

电解后的淡盐水则从阳极室导出，经添加食盐增加浓度后可循环利用。

阴极室注入纯水而非NaCl溶液的原因是阴极室发生反应为2H++2e－=H2↑；而Na+则可透过离子膜到达阴极室生成NaOH溶液，但在电解开始时，为增强溶液导电性，同时又不引入新杂质，阴极室水中往往加入一定量NaOH溶液。

三、具体工艺流程盐水精制单元工艺简述：饱和粗盐水加入精制反应剂，经过精制反应后加入絮凝剂进入澄清桶澄清，澄清盐水经砂滤器粗滤后，再经α-纤维素预涂碳素管过滤器二次过滤，使盐水中的悬浮物小于1×10－6，然后进入离子交换树脂塔，进行二次精制，得到满足离子膜电解槽运行要求的精制盐水。

其工艺流程简图如图1所示。

①一次盐水精制一次澄清盐水的制备是氯碱生产工艺至关重要的工段，精制效果的好坏直接影响产品的质量和产量。

bc 精制原理①除镁镁离子常以氯化物的形式存在于原盐中，精制时向粗盐水中加入烧碱溶液生成不溶性的氢氧化镁沉淀。

离子膜法烧碱电解槽比较和选择作者：李果来源：《中国科技博览》2018年第02期[摘要]烧碱（氢氧化钠）是一种常见的化工产品，可以溶于乙醇和甘油，作为碱性清洗剂进行水处理，也可以与酸类物质发生中和作用，生成水和盐。

烧碱产品的制备方法有很多，离子膜法是比较常用的一种，与其他方法相比有着许多优势，也受到了技术人员的重视。

在离子膜法烧碱中，电解槽是核心设备，做好电解槽的选择，对于烧碱生产效率和产品质量都有着不同忽视的影响。

本文从离子膜法烧碱的内涵和优点出发，以北京化工机械有限公司的电解槽产品为例，对离子膜法烧碱电解槽的槽型以及技术方案进行了比较和选择，希望能够找出最为节能环保的方案。

[关键词]离子膜法；烧碱；电解槽；比较；选择中图分类号：S801 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）02-0091-02前言：电解法制烧碱在实际应用中存在着三种比较常见的方法，一是隔膜法，这种方法在电解后得到的碱液浓度过低，而且含有大量盐分，需要进一步经过蒸发、浓缩和除盐后才能形成可以销售的产品，而且纯度不高，无法满足人造纤维等工业生产的需求，能耗高，许多工艺同样面临淘汰，；二是水银法，可以得到高质量的产品，不过能耗偏高，而且环境污染问题严重，已经基本被淘汰；三是离子膜法烧碱，属于最新的制碱工艺，产品纯度好、质量高，生产过程能耗低，也不会产生污染物，是氯碱工业发展的主流方向。

1 离子膜法烧碱概述离子膜法烧碱，是指采用离子交换膜法，通过电解食盐水的方式来制备烧碱（氢氧化钠）。

离子膜法的基本原理，是利用相应的阳离子交换膜本身具备的选择透过性，在允许阳离子顺利通过的情况下，阻挡阴离子和气体，避免了阳极产物与阴极产物混合可能引发的爆炸危险，也可以保证烧碱的纯度。

离子膜法烧碱主要生产流程为：经过精制的饱和盐水进入到阳极室中，加入适量烧碱溶液的纯水则进入阴极室，电解槽通电后，阴极表面放电，电解水生成氢气，阳极室中的钠离子则会穿过离子膜，同样进入阴极室，氯离子则会在阳极表面放电，生成Cl2。

离子膜法制烧碱操作问答邢家悟主编《离子膜法制烧碱操作问答》(化学工业出版社，2009年7月)第一章盐水精制甲元1.盐水精制的目的氯碱工业生产过程中，无论采用海盐、湖盐、岩盐或卤水中的哪一种原料，都含有Ca2+、Mg2+、SO2－等无机杂质，以及细菌、藻类残体、腐殖酸等天然有机物和机械杂质。

这些杂质在化盐时会被带入盐水系统中，如不去除将会造成离子膜的损伤，从而使其效率下降，破坏电解槽的正常生产，并使离子膜的寿命大幅度缩短。

盐水中一些杂质会在电解槽中产生副反应，降低阳极电流效率，并对阳极寿命产生影响。

因此，盐水必须进行精制操作除去盐水中的大量杂质，生产满足离子膜电解槽运行要求的精制盐水。

2.盐水精制工艺简述直至20世纪70年代中期，传统絮凝沉降盐水精制工艺基本上没有实质性发展；目前用于离子膜法电解的盐水精制工艺是在上述方法基础上增加二次过滤和二次精制先进工艺技术形成的。

其工艺流程为∶饱和粗盐水加入精制反应剂，经过精制反应后加入絮凝剂进入澄清桶澄清，澄清盐水经砂滤器粗滤后，再经α-纤维素预涂碳素管过滤器二次过滤，使盐水中的悬浮物小于1×10－6，然后进入离子交换树脂塔，进行二次精制，得到满足离子膜电解槽运行要求的精制盐水。

其工艺流程简图如图1所示。

第二章电解单元92.离子膜电解槽电解反应的基本原理离子膜电解槽电解反应的基本原理是将电能转换为化学能，将盐水电解，生成NaOH、Cl2、H2，如图20所示，在离子膜电解槽阳极室(图示左侧)，盐水在离子膜电解槽中电离成Na+和Cl－，其中Na+在电荷作用下，通过具有选择性的阳离子膜迁移到阴极室(图示右侧)，留下的Cl－在阳极电解作用下生成氯气。

阴极室内的H2O电离成为H+和OH－，其中OH－被具有选择性的阳离子挡在阴极室与从阳极室过来的Na+结合成为产物NaOH，H+在阴极电解作用下生成氢气。

93.离子膜电解槽的类型离子膜电解槽按照单元槽的结构形式不同，分为单极式离子膜电解槽(图21)和复极式离子膜电解槽(图22)。

离子膜烧碱项目可行性研究报告一、项目背景离子膜烧碱是以离子交换膜为核心技术的一种烧碱生产方式。

相比于传统的氯碱工艺，离子膜烧碱具有能耗低、污染少、产品纯度高等优点，逐渐得到市场的关注。

本报告旨在对离子膜烧碱项目进行可行性研究，为项目的后续推进提供依据。

二、市场分析1.需求分析：烧碱作为重要的化工原料，广泛应用于化工、农药、轻工等行业。

目前市场对高纯度烧碱的需求逐渐增加，离子膜烧碱具有高纯度和低能耗的优势，能够满足市场需求。

2.供应分析：目前大部分烧碱依赖于氯碱工艺，离子膜烧碱的产能较低，供应相对紧缺。

这也为离子膜烧碱项目提供了发展空间。

三、技术分析1.核心技术：离子交换膜是离子膜烧碱的核心技术，选择合适的离子交换膜对保证产品质量至关重要。

2.装置设计：离子膜烧碱项目需要建设烧碱装置、氯气制备装置、氢气制备装置等。

装置设计需要充分考虑安全、环保等因素。

四、投资分析1.固定资产投资：离子膜烧碱项目需要建设厂房、设备等固定资产。

投资金额较大，但随着市场需求的增加，可以达到较快的回收期。

2.运营成本：离子膜烧碱项目的运营成本包括原材料采购、设备维护、能源消耗等方面，需要进行详细的成本估算。

五、风险分析1.技术风险：离子膜烧碱是一种新兴的生产方式，技术上存在一定风险，需要进行充分的技术研发和试验验证。

2.市场风险：目前市场对离子膜烧碱的认可度较低，市场推广可能存在一定困难。

3.政策风险：政府对于环保领域的政策不断加强，离子膜烧碱项目需要符合相关环保要求，否则可能面临政策风险。

六、经济效益分析1.产能利用率：离子膜烧碱项目的产能利用率受到市场需求的影响，投资者需要合理预测市场需求，降低产能闲置率。

2.产品销售：高纯度烧碱市场需求量逐渐增加，离子膜烧碱具有竞争优势，可以保持相对稳定的销售量。

3.项目回报率：离子膜烧碱项目的投资回报率需要根据具体的投资金额和经营状况进行综合评估。

七、可行性结论综合考虑市场需求、技术可行性、投资回报等因素，离子膜烧碱项目具备一定的可行性。

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