何谓零极距离子膜电解槽

零压力控制NCZ电解槽的方案及其节能运行效果摘要：本文介绍了NCZ零极距高电密电解槽的结构及性能，该电解装置首次在旭化成电解槽采用了氯气零压控制，且氯气系统采用无阀控制，利用氯气压缩机来控制电解槽的氯气压力，实施后运行安全平稳，节能效果突出。

关键词：压力控制；NCZ电解槽；节能新疆天业天辰化工有限公司于2006年12月31日获批的120万t联合化工项目是自治区和兵团的重点项目，该项目一期40万t PVC及其配套装置已于2007年11月顺利投产。

该套生产装置引入多项国内外先进的技术，其中离子膜烧碱装置引进日本旭化成ML32NCZ 高电流密度零极距电解槽，该装置作为目前国内单套生产能力最大的离子膜电解制碱装置，首次在旭化成电解槽上采用了氯气零压控制，设计方案较有特点，节能效果突出。

1离子膜烧碱装置简介该烧碱装置生产能力为32万t/a，一期7台电解槽，每台138个单元槽，二期7台电解槽计划于2008年6月投产。

运行电流密度5.5kA/m2，最大电流密度6.0kA/m2。

一次盐水采用HVM膜盐水精制工艺、真空脱氯、配套氯酸盐分解系统。

氯处理为两套3塔流程，氯压机为两台西门子压缩机。

2设备结构及其性能NCZ电解槽是日本旭化成公司于2004年开发、2006年开始在中国推出的新一代电解槽，阳极和NCH高电流密度电解槽材质及结构大致相同。

阴极和NCH电解槽结构区别较大。

其阴极主要由集电板、弹性体和极网组成，集电板是和NCH电槽阴极网一样的镍拉网，但没有活性涂层；弹性体是一种镍材的，近似清洁球一样的材料具有一定弹性；极网是由直径为0．2 mm的镍丝编织的带有特殊涂层，且经过特殊加工表面光滑的网。

极网用镍条固定在槽框上。

由于弹性体的存在使电解槽阴极外凸且具有弹性，安装离子膜后阴极、离子交换膜、阳极处于紧贴状态，实际的电极距离只有离子交换膜的厚度。

从而将电极间的距离降至最小，即零极距电解槽。

从而降低极间电压达到节能目的，据旭化成实验室数据在6kA/m2电密时单槽电压为3.03V，较NCH电槽降低0.1V以上，具体结构如图1。

浅析离子膜电解槽的工作原理和电流效率摘要：离子膜如果要长期保证其稳定、高效的电流效率，最关键的部分就是电解槽的操作问题。

离子膜的使用寿命会受到盐水的影响，因此电流的高密度运行状态就会使得效率进一步降低。

电解槽有着阳离子交换膜，因此，有能透过溶液的特点。

Ca2+、Mg2+等多价阳离子在透过交换膜时,与少量的从阴极室反迁移来的OH-生成氢氧化物沉淀,使膜电阻增加,会堵塞离子膜,这样就会使得电解槽出现电压升高的情况，因此，就会改变反迁徙，电流的效率进一步降低。

所以本文针对离子膜电解槽电流效率进行了以下探讨。

关键词：离子膜,电解槽,电流效率0 引言离子膜如果要长期保证其稳定、高效的电流效率，最关键的部分就是电解槽的操作问题。

这种操作能够改变相关的电流量，延长离子膜的使用寿命，能够进一步避免离子膜受到伤害，以此提高产品的质量，同时能够降低电解槽电压，起到提升电流效率的作用。

1 盐水质量对电流效率的影响离子膜的使用寿命会受到盐水的影响，因此电流的高密度运行状态就会使得效率进一步降低。

电解槽有着阳离子交换膜，因此，有能透过溶液的特点。

Ca2+、Mg2+等多价阳离子在透过交换膜时,与少量的从阴极室反迁移来的OH-生成氢氧化物沉淀,使膜电阻增加,会堵塞离子膜,这样就会使得电解槽出现电压升高的情况，因此，就会改变反迁徙，电流的效率进一步降低。

它能选择和透过盐水中的Na+,而其他阳离子如Ca2+、Mg2+等也同样能透过。

山纳合成橡胶集团公司氯碱车间(以下简称/山钠公司0)要求实际生产中二次盐水中含Ca2+、Mg2+质量分数之和低于20g/l,因为当含Ca2+、Mg2+质量分数之和为50g/l的盐水连续2次24 h进入电解槽,则每次电流效率迅速下降达5%,电压上升100 mV或更高。

如果长期进行Ca2+、Mg2+含量高的盐水供给，那么就会出现电流效率的明显降低，因此，影响积累的情况。

对于离子膜来说，寿命就会进一步被缩短。

氯碱工业离子膜和电槽的进展氯碱工业离子膜和电槽的进展氯碱工业离子膜法已被公认为是一种带有方向性的氯碱生产新工艺，其特点是节能、优质、基本无污染，生产成本及投资均较低廉。

离子膜法技术的进展是离子膜从磺酸膜到羧酸膜及羧酸－磺酸复合膜，电槽从单极式到复极式，极间距进展到小极距或“零”极距。

1．离子交换膜的进展离子交换膜是氯碱工业膜法制碱的核心，目前应用于食盐水溶液电解的阳离子交换膜，根据其离子交换基团的不同，可分为全氟磺酸膜和全氟羧酸膜和全氟羧酸－磺酸复合膜。

美国杜邦（Dupont）公司于1938年起开始研制氟化学品，首先三制成功聚四氟乙烯，1960年研制成功耐氯碱的全氟磺酰氟（XR）树脂，并首次应于于燃料电池，之后又研制了Nafion系列膜，1975年Nafion－315膜被日本旭化成公司成功地用于延冈工厂生产烧碱，第一次实现了工业化离子膜法的氯碱生产。

Nafion－100、300、400系列适合生产低浓度烧碱，Nafion －300系列是一种增强复合离子膜，为了获得高电压率率，其阴极侧采用低吸水层，为了获得低电压，其阳极侧采用高吸水层，这种膜在生产稀碱时电耗较低；Nafion－400系列是一种物理耐久性较好的增强离子膜；Nafion－900系列在保持性能稳定而长期生产高浓度烧碱方面，兼有高电流效率和低电压的特点，Nafion－901膜可用来直接生产浓度为32％的碱液，电流效率接近96％；国际上认为Nafion－90209及Nafion－961运转效益尚好，新问世的NX－966膜，其机械性能比N－90209提高近一半，寿命较长且更安全，碱浓度为30％～35％时，NX－966的槽电压下降了150mV。

1976年日本旭化成公司用全氟羧酸膜取代了杜邦公司的全氟磺酸膜，接着又开发了羧酸－磺酸复合膜。

全氟羧酸膜具有很强的阻止OH透过的性能，在较广泛的烧碱浓度范围内（20％～40％）都可以超过90％的电流效率，并且碱浓度为20％～30％内有较低的槽电压，因而可以显著地节省电耗，然而全氟羧酸膜在酸性条件下会成为非异体。

职业教育应用化工技术专业教学资源库《离子膜烧碱生产操作》课程案例教学内容离子膜电解槽电解精制盐水的操作⒈ 案例选取的内容⑴ 离子膜电解槽型号 BiTAC-859复极式离子膜电解槽⑵ 电极尺寸为1400×2340mm⑶ 阴阳极室内设计工作压差：350±20mmH 2O ⑷ 设计温度：0-100℃ （温差变化要缓慢） ⑸ 有效面积为3.276m 2⑹ 日产100%NaOH 的量：101.5t ⑺ 运行温度：82～88℃⑧ 板片材料 阳极：钛材（包括钛网与活性涂层）；阴极：镍材（包括镍网与活性涂层）⑨ 工作介质 阳极室含NaCl 量为250g/l 左右的盐水，并含有NaClO 3、NaClO 和新生态的Cl 2和少量的新生态的O 2；阴极室含30%左右的NaOH 溶液，并含有新生态的H 2。

⑩ 工作地点：离子膜烧碱生产精制盐水电解生产工序 ⑾ 完成任务的工作人员：顶岗实习的学生小赵、小阚与班长乙 其整体结构见图1所示。

图1 BiTAC-859复极式离子膜电解槽的基本结构示紧固螺阴极终端板电解单元单元取样阳极终端阳极液流出盐水入槽汇总压紧螺帽、弹性垫片槽框横梁槽框 阴极液流出管碱液入槽汇总管图2 离子膜电解槽阴阳极液气液分离装置⒉工作任务要求在二次盐水精制生产岗位上已经生产出含NaCl为310g/l左右，PH=8～10，总硬度为12PPb的合格盐水（Ca2++Mg2+≤20PPb），需要送入电解槽阳极室进行电解；另有合格的30%NaOH 的烧碱溶液和高纯水作为阴极室循环使用，现在准备离子膜电解开车的其他准备工作已由调度安排妥当，本岗位需要生产合格的烧碱产品。

工作时间：每天24小时连续生产。

⒊工作流程阴极液系统中的循环碱经流量控制阀调节适当的流量，加入适量的高纯水后，使之碱液的浓度在28%～30%，通过烧碱换热器加热或冷却循环碱液，确保电解槽的操作温度保持在85～90℃，送入电解槽底部的碱液分配器，进入电解槽底部的碱液分配器，分配到电解槽的每个阴极室进行电解。

电解槽的工作原理
电解槽是一种用于电解过程的装置，其工作原理基于电解液中的离子在电流的作用下进行氧化还原反应。

工作原理如下：
1. 电解槽通常由两个电极组成，正电极称为阳极，负电极称为阴极。

电解槽中的电解液充满电解槽，并与两个电极接触。

2. 在电解槽中施加直流电压，使阳极和阴极带有正负电荷。

正负电荷会引起电解液中的离子发生迁移。

3. 阳极上的氧化反应：电解液中的阴离子向阳极迁移，接受电子并发生氧化反应，生成氧气或其他氧化产物。

4. 阴极上的还原反应：电解液中的阳离子向阴极迁移，释放电子并与电解液中的负离子结合，发生还原反应，生成金属或其他还原产物。

5. 通过电解槽的循环往复，离子在阳极和阴极之间的迁移和氧化还原反应也随之连续进行，使得电解液中的物质不断发生转化。

通过调节电解槽中的电流强度、电压和电解液的成分，可以控制和调整氧化还原反应的速率和产物。

电解槽广泛应用于金属冶炼、化工合成、电镀等工业和实验室中的氧化还原反应过程。