离子膜固碱生产安全技术优化策略

身体某个部位不慎接触了碱，首先必须用大量的清水清洗，眼部要用洗眼器清洗，为防止深度烧伤，每层楼上均安装了一个带洗眼设备的安全淋浴装置。

1.烧碱

烧碱的腐蚀性极强，凡是操作与烧碱有关的装置时，均必须带防护眼睛，橡胶手套，穿胶靴，以防止碱液或固体烧碱碎片触及眼睛及皮肤。检修前放净物料，经水冲洗确认内部无物料后方可检修。当碱液溅到皮肤或眼睛时，应立即用大量清水或用硼酸水中和清洗，严重者在采取上述措施的同时，立即送医院治疗。

2.氢气

氢气是一种易燃易爆气体，在空气中爆炸极限为4.1%～74.1%。

因此要求：

（1）氢气系统设备、管道密封性要好，严防泄漏。

（2）氢气系统维修，必须用N2置换合格后，才能进行修理。

（3）氢气系统设备管道严禁敲打，生产界区严防使用明火。

3.熔盐

熔盐是一种强氧化剂，使用中不得混入煤粉、焦炭、木屑、布条、纸张、有机物及铝屑等，否则会引起燃烧，甚至发生爆炸。

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离子膜电解的安全操作

（1）电解过程中使用的直流电，电流负荷大，电压高，因此，电解在操作过程中，应做到：

①穿上绝缘靴。

②保持地面干燥。

③严格执行单手操作规定。

（2）氯气是有毒、有害气体，对人体组织侵蚀性强，吸入氯气会刺激呼吸器官，引起肺水肿，严重者能导致死亡。生产车间最高允许浓度应小于1mg/m3。因此要求：

①设备管道密封要好，减少跑冒。

②操作人员必须有防毒面具并且会正确使用。

③厂房要有良好通风。

④如遇氯气大量外溢，未配戴防毒面具者或非必要留在现场人员，应用湿毛巾等捂住鼻子，迅速跑到上风处暂避。

（3）氢气是一种易燃易爆气体，在空气中爆炸极限为4.1%～74.1%，另外，氯气中含氢量为5.0%～87.5%就形成爆炸混合。因此要求：

①氢气系统设备，管道密封性要好，严防泄漏。

②氢气系统维修，必须用氮气置换合格后，才能进行修理。

③开停车时要及时给阴极系统充氮。

④氢气系统设备、管道严禁敲打，生产区域严防使用明火。

⑤严格控制氯气系统中的含氢量，以防爆炸。

⑥电气设备应采用防爆型，氢气系统设备、管道应防静电接地措施。

（4）产品烧碱具有强腐蚀性，碰到皮肤会引起灼伤，溅入眼睛会导致失明，所以要求：

①穿戴好防护用品，特别在检修时必须戴好眼镜、胶皮手套。

②检修前放净物料，经水冲洗确认内部无物后方可检修。

③当碱液溅到皮肤或眼睛，应立即用大量清水冲洗或用硼酸水中和冲洗，严重者在采取上述措施的同时，立即送医院治疗。

（5）生产使用的盐酸，具有很强的腐蚀性和强烈的刺激气味，溅到人体上会引起灼伤，所以要求：

①穿戴好防护用品，特别在检修时必须戴好眼镜、胶皮手套。

②检修前放净物料，经水冲洗确认内部无物后方可检修。

③如遇皮肤或眼睛溅上盐酸时，应立即用大量清水冲洗。

知识框图

拓展与思考

1.什么是理论分解电压？什么是槽电压？槽电压由哪几部分构成？

2.什么是电压效率？什么是电流效率？它们与电能效率的关系是什么？

3.为什么离子膜法电解的阴极液中NaCl含量低，根据离子膜选择透过性示意图分析。(www.xing528.com)

4.离子膜电解槽的主要阴阳极材料有哪些？

5.试论述电解工艺条件的选择。

6.盐水一次精制和二次精制的目的是什么？

7.电解过程主要副反应及对产品质量的影响如何？

8.试述电解的工艺流程。

9.电解液出口碱液浓度偏高，你认为由哪些原因造成？如何处理？

10.碱液蒸发的目的是什么？对其操作有哪些基本要求？

11.某电解槽通以109KA的电流时，氯的生产速率为1.923×103mol/h，碱的生产速率为3.094×103mol/h，求阴极电流效率和阳极电流效率。

拓展阅读

金属腐蚀防护的方法

金属腐蚀防护的方法，可概括为四个方面。

（1）选择合适的材料（金属或非金属）　如湿氯环境中选用铁材，或采用聚氯乙烯塑料及耐蚀玻璃钢，碱液浓缩可选用镍和高纯高铬铁素体不锈钢。

（2）电化学保护　改变金属的电位，使金属处于电位-pH图的免蚀区（阴极保护），或钝化区（阳极保护）。如隔膜电解槽在停车期间，采取外加直流电对电解槽进行阴极的电化学保护措施。

（3）改变介质的性质或在其中使用少量的添加剂，使金属的腐蚀受到了明显的抑制如精制盐水调配成中性或微碱性，脱去氯中的水分，熬制固碱时加入少量的硝酸锅、蔗糖等，均可起到减轻腐蚀的效果。

（4）采用耐蚀非金属覆盖层，使金属与腐蚀介质隔离开来　如盐水系统的设备、管线采取橡胶衬里、耐蚀玻璃钢衬里、有机或无机的涂层等保护，还有砖板衬里、玻璃衬里和塑料衬里。

食盐水溶液对一般金属有腐蚀作用，腐蚀原理是电化学腐蚀。电解所用盐水浓度很高，且溶解氧较少，腐蚀速率并不是很快，对于一次盐水系统的设备、管道大多为碳钢。但对设备的气相部分要做防腐处理，可用塑料粉末火焰喷涂，涂刷防腐涂料。由于对二次盐水要求严格，设备管道可用钢衬胶，钛的耐腐蚀性能突出，食盐水泵多为钛泵。

酸性盐水（阳极液系统）的设备与有饱和氯的酸性盐水或温氯气相接触，腐蚀性很强，一般选用钛或钛钢复合材料。

阴极液含30%～35%的NaOH，温度为85～90℃，该系统设备及管道的材料一般选用超低碳奥氏体不锈钢。

离子膜电解槽的物料比较复杂。阳极室用的是工业纯钛，阴极室为工业纯镍。除此之外，还要对电解槽进行防腐蚀处理。离子膜电解槽阳极室槽框上的密封面是钛易产生缝隙腐蚀的部位，防腐措施可分为两类：一是做涂敷烧结处理，将钌和钯烧结在密封面上，二是选择抗缝隙腐蚀的材料——Ti-0.15Pd合金。

蒸发与固碱系统的物料是烧碱，碳钢在此环境下易发生碱脆，所以，此系统多采用工业纯镍、超低碳纯铁素体不锈钢及超低碳奥氏体不锈钢等。

在常温下，氯对金属的腐蚀很轻，但在高温下很严重，如有水的存在，腐蚀加剧。所以，一般选用耐氯腐蚀的钛材或非金属材料，如聚氯乙烯或玻璃。

盐酸对碳钢的腐蚀速率随浓度增加而呈指数关系增大，氯化氢合成炉现在基本使用石墨，盐酸的储运要用非金属衬里。

生态工业园区

一、生态工业园的定义

生态工业园（eco-industrial parks，EIPs）是依据工业生态学原理、循环经济理念和共生工程（物种共生、能量共生、能质共生、功能共生）原理设计建立的一种全新的工业组织形态。园区是一个自然、工业和社会的地域综合体。其目标就是尽量减少废物和能耗，将园区内一个工厂或企业产生的副产物或废物作为另一个工厂或企业的“营养物”。通过废物交换、能量和废水梯级利用、清洁生产和基础设施的共享等手段，形成一个类似自然生态食物链过程的“工业生态系统”。最终，在园区内达到零排放，实现经济效益、社会效益、生态环境效益的协调发展。因此，园区内需要很多技术，如信息技术、水重复利用技术、能源综合利用技术、回收与再循环技术、重复利用和替代技术、环境监测技术以及网络运输技术等。

二、生态工业园介绍

1.磷铵、水泥、硫酸共生园

鲁北企业集团经多年研究和开发，建成生态工业园。磷矿粉与硫酸反应，生成化肥的同时又排出大量磷石膏，若不处理会产生污染。将极难处理的磷石膏热分解为CaO和SO2，SO2催化氧化制咸硫酸，实现硫的内部循环，消除了硫铁矿烧渣。而CaO则用于水泥生产，从而实现一个理想共生系统，成本下降30%～50%。

2.Carnol共生系统

燃煤电厂发电产生CO2，天然气热解为H2和炭黑。将H2与CO2催化反应生成CH3OH，作为燃料电池或车用燃料。由于其中碳用了2次，使CO2减排50%，实现由CH3OH、燃料、炭黑和减排CO2形成的共生系统。

3.热、电、甲醇共生系统

常规甲醇由合成气反应而得。CO在反应中只有10%参与反应，未反应气体经分离后反复进行循环利用，工艺复杂，设备投资大，运行成本增加。在电厂与甲醇厂共生组合中，CO只进行单程反应，未反应的进入燃气/蒸汽联合循环电厂，避免投资大、能耗高的缺点。

4.Vision 21系统

美国能源部（DOE）提出：以煤气化为龙头，利用合成气制氢，再通过固态氧化燃料电池（SOFC）和燃气轮机组合系统发电，能源利用效率高达60%以上，预计可达68%，加上余热利用，可达80%。制氢中产生CO2综合利用，这是接近零排放的能源系统。

5.Shell合成气园（Syngas Park）

Shell公司以煤气化为核心，制取合成气和甲醇、醋酸、甲醛、合成氨和化肥等，与联合循环发电相结合，向城市居民供电、供煤气和生活热水，是能质共生、物种共生和功能共生的组合系统。

6.卡伦堡（Kalundborg）生态工业园

丹麦卡伦堡共生系统是世界上最早实现的生态工业园，迄今仍作为范例引用。此共生系统中有燃煤电厂、炼油厂、制药和工业酶加工厂、石膏板厂、土地修复公司5家企业，还包括市政府、居民供热、硫酸厂、水泥厂、地方农场等。这些单位由管道相连，组成复杂共生系统。电厂向制药厂、炼油厂供蒸汽，部分低级热用于居民供热和养鱼；鱼池淤泥作为肥料出售，电厂脱硫除尘的石膏作为石膏板厂原料；煤粉灰用于道路建设和水泥生产；炼油厂废气供发电厂发电；而废水经生化处理向电厂输送。由此，关闭了3500座燃油渣炉子，实现了减排SO2、CO2和烟尘目的，是一个经济、社会和生态效益很好的共生系统。

生态工业园在全世界引起高度重视，并广为实施。我国在构建生态工业园方面已取得重要进展，相信将对推动我国零排放战略起到关键作用。

如果生态工业园模式可以实现不同企业、不同产业、不同服务领域和跨地区跨国的更大空间规模地域的超共生系统，将形成生态经济共同体。通过子系统间的物质、能源、信息、废物、人才、技术的相互交流，资源与废物的配置更合理，并且相互促进、相互依存。通过循环利用和清洁生产，在更大范围内实现零排放。在保持各地传统文化和信仰的前提下，达到经济、社会发展和生态环境保持平衡的双赢目的，这将是一个零排放、零冲突、零污染、零缺陷、零废物的理想世界目标。生态工业园正在成为未来发展的模式和目标，成为21世纪的主导的生产方式、生活方式、经营方式、合作方式和组织方式。