基于先进模型的氯碱工业电解槽传递特性研究

谢斌

摘要：氯碱行业中最基本的化工行业之一，与国民经济的发展密切相关。其产品主要有烧碱、聚氯乙烯等。栋不仅能够满足其他主要产业(如冶金和纺织品)可持续和健康发展的需求，而且能够为新产业(如新材料和新能源)提供原材料支持。然而，在该国对环境保护要求日益严格的背景下，中国氯碱行业已从产能扩张阶段进入2016&51年的结构优化和利益考虑阶段。基于此，本篇文章对基于先进模型的氯碱工业电解槽传递特性研究进行研究，以供参考。

关键词：氯碱工业；电解槽；传递特性

引言

氯碱厂负责氯、氢和烧碱的生产。作为整个工艺链的前端，生产稳定性非常重要，关键是控制电解池中氯和氢的压力。到目前为止，由于压力控制失败，发生了很多事故。本文分析了目前事故的原因和采取的对策，希望对提高氯碱生产的稳定性有一定的指导意义。

1工业发展情况

氯碱工业属于基础性的化工原料产业，现如今，离子膜是最前沿且使用范围广的电解制烧碱工艺，并且电解槽是其中的关键性装置，其生产水平与效率，关系到制碱成果的经济性。近些年，在氯碱工业活动中，通常会选择增加电流密度的方式，强化单元槽的生产力，如今，电解槽工作电流密度已经由原本的3kA/m2，扩大至6kA/m2。在电流密度持续增加中，在单位时间段中，电极处析气量随之上涨，槽中气液流动形式同样会出现变化，对混合、反应及传质等环节产生一定影响。同时，槽内的气液两相的压力起伏，会引起离子膜发生不同程度的振动，导致离子膜的可用年限受到影响。所以，了解各种工作情形中，电解槽中的压力波动状态与流动形式，对优化升级电解槽，提高其可用性，有着重要价值。

2四、五、六代电解槽结构区别

阳极半壳结构不同:第四代阳极具有百叶窗式结构，第五代阳极半壳具有c形网状结构，第六代阳极半壳具有平面菱形结构。阴极半壳:第四代和第五代阴极结构相同，可以彼此一起使用。第六代储罐阴极半壳底层为电流分配网，中间层为弹性网，上层为极网，织成。电解池法兰:第四代和第五代电解池法兰颜色不同，其余为一致，可共享。第六代电解槽阴极长法兰配有滑动轮。电解池间隙:第四代单元正极间隙约为0.4毫米，第五代单元间隙约为0.1毫米，第六代单元间隙约为0.1毫米。第四代电解槽和第五代电解槽的区别在于，第五代电解槽中间有间隙。该电解槽增加了第五代电解槽的有效接触响应区，降低了功耗。第六代油箱没有撑杆，膜电极距离降低了功耗。

3氯碱工业电解槽传递特性

3.1电解槽阴阳极出口压力控制

阳极开口装有最大允许压力控制阀HV-1175。如果PT-1172阳极出口压力与PT-1173 PDI-1174阴极出口压力之间的差异被过电压，压力将恢复正常工作，控制阀将以2 % / s的速度打开，直到阀门关闭。阴极出口装有最大允许压力控制阀HV-1176。当PT-1172阳极出口压力与PT-1173 PDI-1174阴极出口压力之间的差异过压时，控制阀将以2%/s的速度打开，直到压力恢复正常并关闭阀门。在实际使用中，HV-1175出口的阳极压力控制阀和HV-1176出口的阴极压力控制阀的使用可能性较小，因为同一电解槽的阳极和阴极出口连接到氯和氢主管道。如果发生超压，对单个电解槽影响不大，可以使用主管道压力控制阀进行调整。基本应用场景是:如果单罐切割系统后罐头阀关闭，在电解单元压力测试期间可以有效避免阴极和阳极系统的超压，从而可以保护电解单元。值得回顾的是，由于系统运行了很长时间，电解槽的出口HV-1176的阳极排气控制阀HV-1175和阴极压力控制阀由于内部泄漏而结晶。如果水晶太大，需要打开阀门的时候不能打开阀门。因此，如果系统连接中断，需要检查阀门的灵敏度。

3.2氯碱离子膜电解槽阳极的腐蚀防护措施

根据氯碱离子交换膜电解槽的各种腐蚀形式，腐蚀容易发生在阳极网、纯钛板、钢底板、气体分离器等处的导电涂层中。根据实际情况，工厂内许多工程师和技术人员对各种零件的防护措施进行了大量的勘探，积累了丰富的工程经验。根据电解槽离子交换膜阳极气体分离器的筒体和内部容易发生腐蚀，导致意外跳闸的情况，分离器应采用含氯68%以上的氯化石蜡材料，分离器内径应根据理论计算进行调整，以加强分离效果，减少腐蚀。提出了电解槽阳极室越轨电流的科学有效的防腐蚀措施，最重要的方法被认为是使用盐水喷枪和碱性液体开关等断电装置。针对电解电池阳极容易发生缝隙腐蚀的情况，改善钛下板根法兰的尺寸可以实现密封，消除橡胶垫与钛板之间的间隙，并消除因加工侧钛碳钢板偏压而造成的缝隙腐蚀。

3.3电解槽跳停氯氢压力的应急控制

如果一个水箱在实际操作过程中停止，氯和氢压力会稍微波动，可以使用氯和氢压力控制阀在时间内进行调整。但是，如果两个电解槽同时熄灭，往往对系统有很大影响。即使可以及时调整氯气控制阀的PID值，但由于氯和氢气的低压力，整条线有时也会关闭。因此，制定了电解池中氯和氢气压力运行和停止的应急控制措施。也就是说，如果两个电解槽被触发和停止，PV-1151a氯气控制阀将以2 % / s的速度关闭，直到氯气压力在关闭前下降到其中的90 %。在此过程中，PDV-1152A氢气体控制阀应监测2kPa中氯氢压力差。

3.4电流密度

电解槽内，液体流量与气体生成速度能够根据差异化电流密度条件下，工况信息确定，以此确定流动状态。电流密度在5kA/m2以内，气液流量不大，B点为充分发展状态；C点是鼓励气泡流。此时液体内气泡分布匀称。电流密度处于5~8kA/m2内，气液流量提高，液相内气泡占比增大，聚并效果增强，使得气泡分布的随机性弱化。而且密度达到6kA/m2，系统会对初始值有较高的敏感度，此时系统具备混沌特性。电解槽状态容易被干扰，稳定性不高。电流密度超过8kA/m2，B点成为初始段；C点是合并气泡流。此时，混沌性进一步提高，对电解槽的工作会产生更大的影响。

3.5流动试验装置管路设计

(1)管道材料选择:由于腐蚀介质是各种质量分数的NaOH溶液，对金属非常具有腐蚀性，因此使用玻璃(防止玻璃粉碎)管道。玻璃材料的使用不仅可以避免NaOH溶液的干扰及其反应，还可以观察管道中液体的流动情况，便于协调测试工作。此外，加厚玻璃管可以承受装置驱动过程中的压力，并且玻璃管的成本相对较低。(2)管道设计，管道结构应简单、安全、可靠。放置管道时，请减少连接到管道的不必要的阀门和工具，以减少NaOH溶液的阻力。为了减少测试过程中使用的液体量，采用了一个小的储液槽(体积为5升)和一个内径小的管道(直径为20毫米)，这也减少了装置的占用空间。

3.6改进计划

在高负载下工作时，指数会提高，参考产业的误差也会被分析。在下一阶段，工艺参数将逐步调整和优化，以提高电解槽的控制水平。第六代电解槽的新规定增加了离子交换膜的清洗程序，离子交换膜的清洗过程后来通过在操作阶段堵塞离子交换膜通道来完成。电解槽节能技术改造旨在降低电解槽的能耗。一次顺利推出第六代电解池为北元化工创造了更多利润空间。同时，按照调整第六代电解槽技术参数的思路，公司目前第四代和第五代离子交换膜电解槽得到了升级和实施，提高了北苑化工在同一行业的竞争力和影响力。

结束语

氯碱生产过程中，氯碱压力控制非常重要，直接影响电解槽的使用寿命和系统的稳定性。因此，需要一定的时间和精力来研究电解槽正负电极出口压力控制、氯氢主体压力控制、氯氢调节环路PID设定或电解槽停机时氯氢压力应急控制，从而保证系统稳定、长时间、优良运行。

参考文献

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