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第一章绪论1

第一节 氯碱工业及其在国民经济中的重要性1

一、烧碱2

二、氯及主要氯产品2

三、副产氢4

第二节 氯碱工业的生产技术5

一、氯和烧碱的早期制法5

二、食盐水溶液电解方法发展简述5

四、离子交换膜法电解质碱的兴起7

三、金属阳极的发明和兴起7

第三节 氯碱工业的发展趋势8

一、氯产品发展趋势及氢的利用8

二、电解生产方法发展趋势8

三、近期研究课题9

参考文献9

第二章食盐水溶液电解过程的理论基础11

第一节 概述11

一、电解过程和两类导体11

二、法拉第定律11

三、电流效率和电压效率13

第二节 电动势与理论分解电压14

一、由自由焓计算电解食盐水溶液的理论分解电压14

二、平衡电极电位15

(一)可逆电池的电动势15

(二)平衡电极电位17

(三)由电平衡电极电位计算理论分解电压18

第三节 电极反应速度和极化现象20

一、电极过程的动力学特征20

(一)有电子参加的异相化学反应20

(二)双电层21

(三)电极反应速度和极化现象22

(四)极化曲线23

(五)速度控制步骤24

二、电化学极化25

三、浓差极化27

第四节 气体电极过程30

一、析氢反应31

二、析氯反应35

三、析氧反应36

四、氧的还原反应38

五、电化学催化39

第五节 电解质溶液的导电性42

一、影响溶液导电性的主要因素42

二、电迁移过程43

三、气泡效应46

第六节 离子交换膜中的传质过程47

一、Donnan平衡48

二、离子簇网络理论50

三、扩散、水渗透和水的电渗透52

四、极限电流密度53

五、膜电位54

第七节 电极表面的电流分布55

一、拉普拉斯方程56

二、一次电流分布57

三、二次电流分布58

四、三次电流分布61

五、多孔电极孔内的电流分布61

六、电极和电解槽结构对电流分布的影响62

参考文献65

第一节 概述66

第三章电极材料66

第二节 阳极67

一、石墨阳极67

二、金属阳极69

(一)金属阳极的种类69

(二)对析氯金属阳极的要求69

(三)阳极涂层物理化学性质70

(四)电催化性质74

(五)RuO2基电极析氧反应和析氯电流效率79

(七)电极性能的衰减81

(六)活化中心性质81

(八)RuO2-TiO2涂层电极84

(九)RuO2-TiO2电极的应用91

(十)金属阳极涂层修复技术91

(十一)其它氧化物电极93

第三节 阴极96

一、碱性溶液中氢电极反应96

二、铁阴极97

三、活性氢阴极98

(一)活性氢阴极的特点98

(二)活性氢阴极的种类99

(三)活性氢阴极的制造方法101

(四)活性氢阴极的应用103

四、氧阴极105

(一)氧阴极热力学原理105

(二)氧阴极的放电机理107

(三)氧阴极电解槽107

(四)氧阴极的应用109

参考文献110

第四章原盐和盐水精制112

第一节 概述112

一、盐的来源及类别113

第二节 原盐113

二、原盐组成114

(一)各国的原盐组成114

(二)中国原盐组成115

(三)原盐的洗涤115

三、原盐的运输与贮存115

(一)原盐的贮存115

(二)原盐及盐(卤)水的输送116

(二)氯化钠水溶液重度118

(一)氯化钠在水中的溶解度118

(三)氯在不同温度的水和不同浓度盐水中的溶解度118

一、盐的物理性质118

第三节 原盐及盐水溶液的性质118

二、盐水的物理性质118

(四)盐水的电导值119

第四节 盐水精制流程119

第五节 原盐的溶化121

第六节 盐水的精制121

一、钙的去除121

二、镁和铁的去除122

(二)钡盐法123

三、硫酸根的去除123

(一)钙盐法123

四、铵(或胺)的去除124

第七节 盐水的澄清与过滤124

一、盐水的澄清124

(一)重力沉降法124

(二)浮上澄清法126

(三)提高粗盐水中絮凝物沉降效率的措施127

(二)重力式过滤器128

(一)虹吸式过滤器128

二、清盐水的过滤128

第八节 盐水的重饱和、预热、中和及精制盐水的质量指标129

一、精盐水的重饱和与预热129

二、精盐水的中和130

三、精制盐水的质量指标131

第九节 盐泥的洗涤、过滤和利用131

一、盐泥的洗涤131

二、盐泥的过滤132

三、盐泥的利用132

第十节 助沉剂的种类与应用133

参考文献134

第五章隔膜法电解食盐水溶液135

第一节 概述135

第二节 隔膜法电解原理136

第三节 生产工艺过程138

一、生产工艺流程138

二、隔膜电解槽的电压衡算140

三、隔膜电解槽的热量衡算145

第四节 隔膜电解槽的型式与结构146

一、隔膜电解槽的型式146

二、隔膜电解槽结构148

(一)阳极组件149

(二)阴极组件151

(三)槽盖152

第五节 隔膜152

一、隔膜材料的选择和要求153

(一)石棉的种类153

(二)石棉的构造及化学组成153

(四)石棉溶解性154

(五)温石棉的表面特性和主要性质154

(三)石棉纤维的比表面积154

二、石棉隔膜156

(一)石棉隔膜的制备156

(二)石棉隔膜的电阻和渗透率157

(三)石棉隔膜的成膜过程158

三、改性隔膜158

(一)改性隔膜的特点159

(二)改性隔膜的制备159

(三)改性剂的种类160

四、合成微孔塑料隔膜161

五、通过隔膜的传质162

第六节 现代隔膜电解槽工作特性164

一、Hooker电解槽165

二、Diamond Shamrock电解槽166

三、Glanor电解槽167

四、Hooker-Uhde电解槽167

五、C30-Ⅲ、C47-Ⅱ型电解槽170

第七节 隔膜法电解工艺操作条件170

一、盐水浓度与温度171

二、盐水流量与阴极碱液组分173

三、阳极液的pH值与阳极电流效率175

四、氯气纯度与压力177

五、氢气纯度及压力178

六、电流效率179

(一)隔膜渗透率与电流效率的关系179

(二)电流密度与电流效率的关系180

(三)残余电流的影响180

(四)杂散电流损失180

第八节 隔膜电解的优化设计181

一、电解设计程序和工业化试验181

(一)电极种类的选择182

(二)电极的配置与连接182

二、电解槽型式的选择182

三、电解槽规模与电流密度183

四、电解槽容量与槽数183

(一)电解槽容量的选择184

(二)电解槽数目的计算184

(三)电解槽与整流器优化组合184

五、最佳电流密度185

(一)最低烧碱成本下的电流密度185

(三)宏观最佳运行电流密度187

六、电解厂房与电解槽布置187

(二)企业总利润额最高时的电流密度187

参考文献188

第六章水银法电解食盐水溶液190

第一节 概述190

一、水银电解槽发展的沿革190

二、水银法电解食盐水溶液的产品质量196

三、水银法电解对盐水质量的要求197

第二节 水银法电解原理198

一、电解反应198

二、解汞反应200

(一)电解槽的槽电压201

三、电解槽的槽电压和电解槽特性曲线201

(二)电解槽的特性曲线204

第三节 生产工艺流程204

第四节 水银电解槽的型式与结构205

一、水银电解槽型式205

二、常用电解槽的结构206

(一)电解室206

(二)解汞器207

(三)水银泵208

一、盐水的浓度和导电率与电解槽温度的关系209

第五节 水银法电解工艺操作条件209

(四)电解槽短路除槽开关209

二、影响电解槽电压的各种因素210

三、氯中含氢的控制210

四、钠汞齐浓度211

五、解汞作用的控制条件211

第六节 现代水银法电解槽的设计212

一、卧式长形水银法电解槽长宽比的选定212

二、单槽内最低投汞量的计算准则214

三、解汞塔的设计214

第七节 水银法电解淡盐水脱氯215

第八节 水银法电解生产过程中汞污染的防治217

一、盐水系统218

二、排水系统218

三、排气系统218

四、产品除汞措施219

五、汞渣及其它废物的处理220

第九节 电子计算机在电解槽上的应用220

二、电解槽的电路分析221

三、水银电解槽的计算机控制系统221

一、计算机在电解槽上的应用目的221

第十节 水银电解槽中汞膏的形成及其处理方法225

参考文献226

第七章离子交换膜法电解食盐水溶液227

第一节 概述227

第二节 离子交换膜法电解原理和生产工艺过程228

一、原理228

二、生产工艺流程228

三、电解槽槽电压230

四、物料平衡231

二、电解槽的设计233

一、单极槽同复极槽的区别233

第三节 离子膜电解槽233

(一)电解槽的尺寸234

(二)电极235

(三)电流分布236

(四)电解液的循环236

三、电解槽的结构237

(一)MGC电解槽237

(二)AZEC电解槽237

(四)FM 21电解槽239

(三)De Nore电解槽239

(五)旭化成复极槽241

(六)Uhde复极槽241

(七)德山曹达复极槽243

四、隔膜法和水银法电解槽向离子膜法的转换244

第四节 离子膜法电解工艺操作条件246

一、盐水质量246

二、阴极液中NaOH浓度对电流效率的影响247

三、阳极液中NaCI浓度的影响247

四、盐水加盐酸247

七、影响烧碱中含盐量的因素248

六、气体压力变化的影响248

五、停止供水或盐水的影响248

第五节 离子交换膜250

一、综述250

二、离子交换膜的特性251

三、全氟膜的特性251

(一)全氟磺酸膜(Rf-DSO3H)251

(二)全氟磺酰胺膜(Rf-SO2NHR)252

(三)全氟羧酸膜(Rf-COOH)252

(四)全氟羧酸/磺酸复合膜(Rf-COOH/Rf-SO3H)252

(一)全氟磺酸膜254

四、膜的制造方法254

(二)全氟羧酸膜257

(三)全氟羧酸/全氟磺酸复合膜260

五、Nafion离子膜262

(一)Nafion膜及其特性263

(二)Nation膜工艺操作条件264

(三)Nafion膜的使用方法266

(四)膜经济寿命266

(八)Nafion膜的毒性267

(七)Nafion膜的热熔法加工或修补267

(六)Nafion膜的泄漏检验267

(五)Nafion膜的预处理和保管267

第六节 二次盐水的精制268

一、盐水纯度的重要性和要求268

二、精制的工艺流程270

三、盐水过滤设备271

(一)碳素管过滤器272

(二)聚丙烯管过滤器272

(一)螯合树脂塔的使用273

四、螫合树脂处理盐水273

(三)叶片式过滤器273

(二)各种蟹合树脂的物化性能275

五、淡盐水的脱氯和残余氯气的处理283

六、除去盐水中的氯酸钠283

参考文献284

第八章电解碱液蒸发286

第一节 电解碱液蒸发的特点286

一、溶液的沸点升高286

(一)用实验的方法286

(三)用计算机的方法287

(二)用杜林法则计算287

二、从溶液中析出食盐结晶288

三、溶液的粘度289

四、溶液的腐蚀性289

第二节 生产工艺过程291

一、电解碱液蒸发的机理291

二、工艺流程293

(一)三效顺流蒸发生产42%液碱293

(二)Zaremba逆流蒸发生产50%液碱295

(三)Swenson错流蒸发制取50%液碱295

(四)逆流蒸发与顺流蒸发的比较299

第三节 蒸发设备结构300

一、蒸发器300

(一)Swenson蒸发器301

(二)Zaremba蒸发器302

二、蒸发器各部件的选定302

(一)加热室302

(二)蒸发室303

(三)循环管305

(四)循环泵的扬量及扬程305

(一)真空设备306

三、辅助设备306

(五)闪蒸蒸发器306

(二)汽液分离器307

(三)碱液预热冷却设备307

(四)采盐设备307

第四节 蒸发器的容量308

一、蒸发器的生产能力308

二、蒸发时的热消耗308

(一)从管壁到沸腾碱液的热膜系数ai310

(二)管外水蒸气的冷凝膜系数310

三、总传热系数310

(三)管壁热阻311

(四)污垢热阻311

四、温度差损失及总有效温度差312

(一)溶液的沸点升高312

(二)溶液静压温差损失312

(三)效间温差损失313

五、有效温度差在各效的分配313

六、多效蒸发的计算步骤314

三、钙盐法316

二、冷冻法316

一、氯化钡法316

第五节 硫酸盐的除去316

第六节 工艺操作条件317

一、主要工艺参数及消耗定额317

二、影响因素分析318

(一)生蒸汽压力318

(二)蒸发器液位控制318

(三)真空度318

(八)强制循环蒸发器的水洗319

(七)蒸发完成液浓度319

(六)回收盐水质量319

(五)电解碱液浓度319

(四)各效蒸发器压力及液温319

参考文献321

第九章固体烧碱322

第一节 概述322

一、生产方法322

二、固碱的主要用途322

三、固碱的生产比例322

四、73%(wt)烧碱——低浓度固碱322

一、生产原理323

五、固碱主要生产方法比较323

第二节 间歇法锅式蒸煮固碱323

二、工艺流程324

三、间歇法蒸煮固碱工艺操作条件325

第三节 连续法膜式蒸发固碱326

一、生产原理326

(一)升膜蒸发器中的沸腾传热过程326

(二)降膜蒸发器的蒸发传热过程328

二、工艺流程330

(二)影响因素332

(一)工艺控制条件332

三、连续法蒸发固碱工艺操作条件332

四、物料及热量衡算步骤333

(一)物料衡算333

(二)热量计算334

五、升、降膜蒸发器334

(一)升膜蒸发器的结构334

(二)降膜蒸发器的结构334

六、原料碱液的预处理336

(二)HTS的使用338

(一)熔盐载热体的性质338

七、熔盐载热体加热系统338

(三)熔盐加热炉及管道布置339

第四节 成型与包装339

一、桶碱339

二、片碱341

三、粒碱344

参考文献345

二、氯气处理的基本原理346

一、概述346

第一节 氯氢处理346

第十章氯氢处理和液氯346

三、湿氯气的冷却工艺过程349

(一)直接冷却流程349

(二)间接冷却流程351

(三)闭路循环氯水直接冷却流程351

(四)工艺操作条件351

(五)氯气冷却的主要设备351

(六)冷却流程评述352

(一)填料塔流程353

(二)泡沫塔流程353

四、氯气干燥工艺过程353

(三)工艺操作条件354

(四)氯气干燥的主要设备355

(五)氯气干燥流程评述355

五、氯气的压缩输送357

(一)纳氏泵系统357

(二)透平压缩机系统358

(三)工艺操作条件358

(四)压缩输送的主要设备359

(五)氯气压缩输送评述360

六、安全和紧急处理系统360

七、总流程图及说明362

第二节 氢气处理364

一、概述364

二、氢气处理工艺过程364

二、液氯生产的基本原理365

(一)温度和压力的关系365

第三节 液氯的生产365

一、概述365

(二)液化效率366

(三)传热367

三、液氯生产工艺过程367

(一)中压法流程367

(二)高压法流程367

(三)工艺操作条件368

(一)吸收法370

(二)提高液化效率法370

四、液氯尾气的处理370

(四)液氯流程评述370

五、液氯的包装、运输和贮存371

六、液氯生产的安全注意事项371

参考文献372

第十一章氯化氢和盐酸373

第一节 概述373

一、盐酸在化学工业中的地位373

二、主要用途374

(三)中断氯化氢链节反应的原因377

(二)反应机理377

(四)影响合成的条件377

一、工艺原理377

第二节 直接合成法制氯化氢和盐酸377

(一)氯化氢的合成条件377

二、工艺流程378

(一)氯化氢的合成378

(二)气体的冷却379

(三)氯化氢的水吸收379

(四)废气排放380

三、整体式合成盐酸装置381

(五)反应热的回收381

四、工艺条件382

第三节 副产氯化氢的回收384

一、分离和提纯384

(一)回收甲烷热氯化产生的氯化氢384

(二)从含1—3个碳的烃类过氯化制造四氯化碳和四氯乙烯中回收氯化氢384

(三)从氟氯烃生产过程中回收384

(三)除有机化合物385

(二)除氯385

(四)除氟化氢385

二、氯化氢和盐酸的精制385

(四)从氰化氢和氯制三聚氯氰回收氯化氢385

(一)除水分385

(五)氯化氢用水吸收解析精制386

(六)盐酸的精制386

三、从氯烃废液制取氯化氢386

(一)“氯解”生产四氯化碳和氯化氢387

(二)制氯化氢并回收热能387

四、分解碱金属氯化物制取氯化氢387

参考文献387

第一节 概述389

第二节 次氯酸钙生产工艺过程389

第十二章次氯酸盐389

一、生产原理390

二、次氯酸钙的品种和生产方法391

(一)漂白粉的生产391

(二)漂粉精的生产392

第三节 次氯酸钠生产工艺过程396

一、化学法制次氯酸钠397

(一)间断生产方法397

(二)连续生产方法397

二、电解法制次氯酸钠399

第四节 次氯酸盐的物理化学性质和质量标准399

一、次氯酸钙399

二、次氯酸钠400

参考文献403

第十三章整流404

第一节 概述404

第二节 整流电路406

一、理想整流器主电量的基本关系406

二、三相半波整流电路408

三、三相桥式整流电路410

四、正反星形中点带平衡电抗器电路411

第三节 硅整流装置的交流供电413

二、单母线分段供电系统414

一、单母线供电系统414

第四节 硅整流变压器及其调压方式415

一、硅整流变压器的特点415

二、硅整流变压器的调压方式415

第五节 硅整流元件416

一、整流管416

二、晶闸管418

第六节 硅整流器419

一、硅整流器的结构419

二、硅元件均流的方法419

一、自饱和电抗器421

第七节 自饱和电抗器和直流互感器421

二、直流互感器422

第八节 硅整流装置的效率和损耗424

一、效率424

二、损耗的计算424

三、功率因数426

第九节 电解槽及电槽系列的电性质426

一、电解槽的等效电路426

二、直流系统428

参考文献430

三、电解槽的电能消耗430

第十四章安全、环保和工业卫生431

第一节 概述431

一、氯碱生产中的事故分析431

(一)电解工序的事故431

(二)氯气、氢气工序的事故431

(三)盐酸工序的事故432

(四)液氯工序的事故432

(五)聚氯乙烯生产的事故433

(六)烧碱生产的事故433

二、氯气外溢达到卫生浓度的计算433

三、氯碱工业生产、工厂设计在总图方面的要求434

第二节 安全措施和安全操作条件435

一、工艺设备结构要求435

二、安全操作和设备检查要求435

第三节 氯碱生产工业中有害物质的控制437

一、原料方面有害物质的控制437

二、氯产品的有害物质的控制438

第四节 氯碱工业有毒物质中毒症状与急救438

参考文献439

二、氯碱工业防腐蚀的特点440

一、氯碱工业防腐蚀的重要意义440

第一节 概述440

第十五章腐蚀与防护440

三、腐蚀的定义、本质和类型441

第二节 氯碱腐蚀理论443

一、食盐水溶液对金属的腐蚀443

(一)腐蚀电池工作历程443

(二)金属腐蚀的热力学概念443

(三)水线腐蚀444

(四)金属在盐水中腐蚀的影响因素445

二、杂散电流的腐蚀447

(一)氯448

三、氯、次氯酸盐对金属的腐蚀448

(二)次氯酸盐450

四、酸的腐蚀451

(一)盐酸451

(二)硫酸452

五、烧碱的腐蚀453

(一)金属及合金的腐蚀速度453

(二)碳钢的应力腐蚀开裂454

(三)耐碱蚀材料455

二、实例458

一、防腐蚀方法458

第三节 防腐蚀方法与实例458

(一)大型常压设备衬橡胶技术459

(二)大型缠绕装配式耐蚀玻璃钢贮罐459

(三)玻璃薄片衬里和涂层459

(四)改性石棉酚醛塑料衬里又管道460

(五)铠装陶瓷设备460

(六)氯磺化聚乙烯涂料460

(七)整体防渗耐腐蚀地面463

参考文献464

(八)氯碱工厂典型设备与管道的防腐蚀实例464

第一节 概述465

一、氯碱工艺计量与控制特点465

二、氯碱工艺中检测与自控技术状况465

第十六章计量与自动控制465

三、计量在氯碱生产过程中的作用466

(一)工业计量在生产中的作用与状况466

(二)氯碱生产中的几个计量环节466

(一)主要计量装置与系统的配备467

(二)主要测量与自动控制仪表及系统的配备467

四、氯碱工艺主要计量、检测与自控系统的配备467

第二节 主要计量装置与系统471

一、固体物料的计量471

(一)动态法计量471

(二)静态法计量472

(三)静态法的动态计量472

二、水的计量系统473

(一)工业上水计量473

(一)液体物料的连续计量474

三、液体物料的计量474

(四)污水排放的计量474

(二)冷冻水的计量474

(三)蒸汽冷凝水计量474

(二)液体物科的客积计量475

四、气体流量测量476

(一)节流装置477

(二)节流式流量计的系统组成477

(三)氢气作为产品时的计量477

五、蒸汽的计理系统477

(一)自动调节统的类型478

(二)自动调节系统的组成478

一、自动调节系统的类型和组成478

第二节 氯碱工艺过程中的主要自动调节系统478

(三)自动调节系统的基本调节规律479

二、温度调节系统480

(一)加热型温度调节系统480

(二)冷却型温度调节系统480

(三)调节阀的选用与调节信号的匹配481

三、压力调节系统481

(一)氯气总管稳压调节系统481

(二)氢气总管稳压调节系统481

四、流量调节系统482

(一)氯气透平压缩机防喘振流量调节系统484

(二)盐水工序洗泥桶清水和泥浆流量配比调节系统484

(三)盐酸工序的盐酸炉氯、氢流量配比调节系统484

五、液位调节系统484

(一)电解工序的盐水高位槽液位调节系统484

(二)液氯工序液氯气、液分离器液位调节系统487

六、物料的组分调节系统487

(一)精制盐水的pH调节系统487

(一)一至四效蒸发器的液位调节系统488

七、碱液蒸发工序的检测与自动调节系统488

(二)盐酸浓度调节系统488

(二)浓效温差浓度调节系统489

(三)一效蒸发器蒸汽流量及压力自动选择调节系统490

(四)碱冷却器碱液温度和冷冻水温度自动选择调节系统491

(五)缓冲槽液位和进过滤机的碱流量均匀调节系统491

(六)离心机自动程序控制492

八、离子膜法电解工序的检测与调节系统492

(一)仪表选型492

(二)主要检测与调节系统493

(一)连续氯化反应的检测与控制系统494

九、次氯酸钠工序的检测与控制系统494

参考文献495

(二)间隙(批量)氯化反应的检测与控制系统495

附录496

一、化工常用单位及换算表496

二、氯的物理化学性质497

(一)氯的物理性质497

(二)氯的化学性质497

(三)氯的物化常数图表498

(二)烧碱的化学性质503

(三)烧碱物化常数图表503

(一)烧碱的物理性质503

三、烧碱的物理化学性质503

四、氢气的物理化学性质510

五、氯和烧碱产品质量标准512

(一)氯产品质量标准512

(二)烧碱产品质量标准512

六、世界氯碱工业发展年表513

参考文献521

内容索引522