LY THUYET DIEN PHAN (1)

- Nồng độ NaCl trong nước muối cấp quá cao  Trong điều kiện tải thấp và nhiệt độ bình thấp, muối có thể kết tinh, do vậy có thể làm gián đoạn việc cấp nước muối vào bình  Khắc Phục: 

1 Hệ thống phản ứng điện hóa:

6.1 Đặc điểm bình diện phân

NB2.7:

- Số các ngăn riêng biệt là 72

- Tải cho phép tối đa: 13, KA

- Mật độ dòng cho phép tối đa:

5KA/2

6.2 Cấu

tạo

bình

điện

phân:

- Bình

điện

phân

gồm 72

màng

ngăn ,

mỗi

ngăn

của

bình

gồm một cực Anod và một

cực Cathod Một hệ thống

tuần hoàn cho phép lấy hóa

chất vào mỗi ngăn cơ sở và

phân li sản phẩm (khí và

lỏng), các ngăn của bình

được mắc nối tiếp Dòng

điện được đưa tấm điện cực

đều bằng các thanh dẫn và

trình tự qua điện cực trung

gian nhờ thân kim loại của

các điện cực này

 Anod:

- Một khung nặng, cứng làm

bằng Titan ( gọi là vật dẫn)

được hàn vào đỉnh màng

Titan Khung này đỡ lớp

hoạt hóa và đảm bảo sự

phân bố đồng nhất trong bình điện giải Anod hoạt động là lưới phẳng gắn vào vật dẫn nhờ mối hàn và hoạt hóa nhờ một lớp phủ đặc biệt.

 Cathod:

- Cathod được ép sát vào màng là một lớp Niken đàn hồi Công nghệ đó cho phép giảm tổng thế rơi qua Catholit Lưới Niken được hàn vào đỉnh của màng Niken Lưới Niken đặt sát vào màng bằng một lớp Niken đàn hồi Giữa các màng có lót một lớp đệm cao su làm kín rộng 45 mm.

NaCl , H O

Cl

H

H O , NaOH

H O

Na

2

2

2

2

2

2

+

NaCl , H O2

OH

-Anod

Cấu tạo của ngăn anod, cathod,

màng:

1.Cửa dẫn khí clo ra

2.Hai ống dẫn khí H2 và Cl2 3.Cửa dẫn khí hidro ra

4.Cửa NaOH ra

5.Tai đỡ trên

6.Khung bằng thép

7.cửa xút vào

8.Tai đỡ lưới

9.Lưới Titan

10.Nút vát hình côn

11.Cửa nước muối vào

12.Cửa dẫn nước muối nghèo

4

5 6

7 8 9

10 11

12

 Màng:

- Màng thích hợp với công nghệ xút-clo phải có độ bền hóa học cao, chịu được axit và xút đậm đặc, cũng như các chất oxy hóa

và chất khử mạnh Có hai loại màng trao đổi cation, kiểu Sunfonat ( SO32-) hoặc Cacbonat (COO-) Ở đây sử dung màng Cacbonat

- Màng được cấu tạo bởi 3 lớp cơ bản Bên anod là một lớp mỏng Sunfonic, bên cathod là một lớp cacboxylic, ở giữa là một lớp cacboxylat có các sợi tylon để tăng độ bền cơ học Ở hai lớp ngoài cùng bề mặt anod và catod là một lớp mỏng hydrophilic ( ưa nước) nhằm tách bọt khí bám vào màng

1.Sợi Tylon

2.Lớp Cacboxulic

3.Lớp Hidrophilic

4.Lớp Cacboxylat

5.Lớp Sunfonic

6.3- Hệ thống phản ứng điện hóa gồm:

- Bình điện phân

- Hệ thống tuần hoàn

- Thiết bị tách khí

- Hệ thống ống phân phối và hướng xuống

- Hệ thống ống Teflon dẻo

- Hệ thống dẫn khí

2

4

5

- Hệ thống xử lý khí clo.

- Hệ thống xử lý khí hidro

6.4-Phản ứng chính trong điện phân màng:

- Ở Anod: quá trình clo bị oxy hóa thành Cl2 2Cl �Cl2  2e

- Ở Cathod: quá trình khử hidro thành H2 2H  2e�H2

- Đồng thời: NaOH �NaOH

- Vậy dưới tác dụng của dòng điện một chiều xảy ra

2NaCl + 2H2O �H2 + Cl2 + 2NaOH 6.5-Phản ứng phụ trong điện phân màng:

- Bên Anod: quá trình oxy hóa tạo O2

4OH � 2O  2H O 4e

- Phản ứng giữa Cl2 với 

OH

2OHCl �ClClOH O

- Phản ứng điện hóa tạo 

3

ClO

6ClO 3H O�ClOCl 6H 3/ 2O  6e

- Phản ứng hóa học tạo 

3

ClO

3

3ClO �ClO 2Cl

6.6-Các thông số ảnh hưởng đến quá trình điện phân & độ bền của bình điện phân :

- pH : pH < 2 sẽ làm gia tăng điện thế và có thể làm cho màng hỏng

 Cơ chế : pH của anode nhỏ làm trung hoà nhóm cacboxylic của cấu trúc Polymer tăng điện trở của dòng từ đó làm tăng điện thế,gây quá nhiệt dẫn đến phồng rộp làm màng bị hỏng

 Khắc phục: Khống chế PH ≥ 2

- NaClO3: nồng độ quá cao của ClO3- trong dung dịch Anod ( >15g/l) sẽ làm nhiễm bẩn dung dịch NaOH thành phẩm Nó không ảnh hưởng đến màng và quá trình điện phân

 Cơ chế : NaClO3 có thể qua màng từ anode sang cathode nhờ quá trình khuếch tán

 Xử lý: phân huỷ ClO3- (tại bồn khử clorat sử dụng HCl)

- 2 

4

SO : Sự tích lũy 2 

4

SO với hàm lượng vượt quá sẽ làm giảm khả năng hòa tan NaCl và do đó gây khó khăn cho việc duy trì nồng độ nước muối như mong muốn

 Cơ chế :Na2SO4 kết tinh trên bề mặt sát cathode của màng làm mất tính bằng phẳng của lớp bề mặt cathode làm giảm

dòng

 Xử lý: nồng độ 2 

4

SO phải được khống chế trong phạm vi cho phép ở khâu tinh chế sơ cấp

(xuống còn 85%) và tăng điện thế trong một thời gian rất ngắn Sau một thời gian nó sẽ làm hỏng màng trước thời hạn

 Cơ chế : Ca2+ kết tinh dưới dạng tinh thể lớn trong lớp Polymer CO32- gần với mặt cathode của màng Nó sẽ phá vỡ cấu trúc vật lý của lớp Polymer của màng

 Xử lý: nồng độ Ca2+ có thể khống chế trong phạm vi nhờ khâu tinh chế trao đổi ion

 Xử lý: nồng độ Mg2+ có thể khống chế trong phạm vi nhờ khâu tinh chế trao đổi ion

7- Sự cố và cách khắc phục:

các màng hoặc các ngăn hoặc làm xáo trộn quá trình vận hành bình

động nếu:

- Rớt tải khi bình đang hoạt động ở tải dưới 4 kA

 Khắc Phục:

 Trong quá trình khởi động bình, thời gian bình hoạt động

ở tải dưới 4 kA phải duy trì tối thiểu từ 2 – 3 giờ

- Nồng độ NaCl trong nước muối cấp quá cao

 Trong điều kiện tải thấp và nhiệt độ bình thấp, muối có thể kết tinh, do vậy có thể làm gián đoạn việc cấp nước muối vào bình

 Khắc Phục:

 Điều chỉnh lại nồng độ NaCl trong nước muối cấp

 Có thể pha loãng nước muối cấp bằng cách thêm nước vô khoáng vào hệ thống nước muối

- Nguồn cung cấp nước muối gặp sự cố:

 Mực dịch trong ngăn Anolyte giảm do sự bay hơi nước Mực dịch Anolyte quá thấp có thể gây hỏng màng

 Nồng độ NaCl trong dịch Anolyte giảm Nồng độ NaCl quá thấp có thể ảnh hưởng xấu tới màng

 Điện thế các ngăn sẽ thay đổi khi mật độ dòng, nhiệt độ ngăn và nồng độ dịch thay đổi

 Khắc Phục:

 Nguồn cung cấp nước muối vào bình phải được kiểm soát chặt chẽ và được cài liên động với máy chỉnh lưu

 Nồng độ nước muối cấp giảm

 Nồng độ NaCl trong dịch Anolyte giảm Nồng độ quá thấp có thể gây hại cho màng

 Khắc Phục:

 Tăng tốc độ tuần hoàn nước muối lên (tăng lưu lượng nước muối cấp vào bình)

 Điều chỉnh lại nồng độ của nước muối cấp vào bình

 Có thể giảm lượng nước bổ xung vào vòng tuần hoàn nước muối

 Giảm tải chỉnh lưu

- Hệ thống tuần hoàn xút gặp sự cố

 Nhiệt độ ngăn tăng lên Tốc độ tăng nhiệt độ phụ thuộc vào hệ số K của ngăn Nhiệt độ cao quá có thể gây hại cho màng

 Việc phối trộn giữa nước vô khoáng và dịch Catholyte không tốt, dẫn đến tình trạng nồng độ xút cao hoặc thấp cục bộ

 Khắc Phục:

 Giảm tải chỉnh lưu

 Điều chỉnh/ngưng cấp nước vô khoáng

 Ngừng máy nếu hệ thống tuần hoàn không thể khởi động lại sau 5 phút

 Dịch Catholyte cấp vào mỗi bình được khoá liên động với sự hoạt động của bình đó

- Nguồn cung cấp nước vô khoáng gặp sự cố

 Nồng độ xút tăng

 Điện thế các ngăn tăng

 Khắc Phục:

 Ngừng máy nếu nồng độ xút không thể duy trì được trong khoảng an toàn cho phép

- Lưu lượng nước vô khoáng cấp cao quá

 Nồng độ xút loãng

 Điện thế các ngăn giảm

 Khắc Phục:

 Giảm lưu lượng nước vô khoáng cấp tuỳ thuộc vào tải hoặc có thể ngừng cấp nước vô khoáng trong một thời gian nhất định

 Cấp xút có nồng độ cao hơn vào vòng tuần hoàn xút

 Để nhanh chóng tăng nồng độ xút trong các ngăn ta có thể giảm lưu lượng xút cấp_ Nếu như nồng độ xút đang ở ngưỡng nguy hiểm

 Nếu không còn cách nào để duy trì được nồng độ thích hợp, tiến hành ngưng máy

- Nhiệt độ nước muối/dịch Catholyte cấp quá thấp

 Nhiệt độ Anolyte thấp hơn nhiều so với bình thường (85 – 88 0C)

 Điện thế các ngăn tăng

 Khắc Phục:

 Cố gắng thiết lập lại nhiệt độ nước muối/dịch Catholyte cấp bằng cách điều chỉnh lưu lượng hơi cấp

- Nhiệt độ nước muối/dịch Catholyte cấp quá cao

 Vượt quá nhiệt độ hoạt động bình thường (85 – 88 0C)

 Giới hạn trên nguy hiểm của là 95 0C Nhiệt độ cao hơn nữa gây hại cho ngăn và cho màng

 Khắc Phục:

 Cố gắng giảm nhiệt độ nước muối/dịch Catholyte cấp

 Giảm tải chỉnh lưu

 Tăng cường việc làm nguội dịch Catholyte cấp

 Tăng cường việc làm nguội nước muối cấp.

- Nồng độ Ca, Mg và Sulphate quá cao

 Màng bị gây hại mà không có khả năng phục hồi

 Hiệu suất dòng có thể giảm

 Điện thế có thể tăng

 Khắc Phục:

 Khi nồng độ Ca, Mg và Sulphat quá cao, thì nên ngưng máy

 Kiểm tra lại hệ thống tách Sulphate

- pH dịch Anolyte tăng

 Có lỗ thủng trên màng, mà nhờ nó xút dịch chuyển qua ngăn Anolyte

 Việc axit hoá nước muối gặp trục trặc

 Khắc Phục:

 Điều chỉnh nồng độ xút bằng cách điều chỉnh lưu lượng nước vô khoáng cấp

 Kiểm tra nồng độ NaCl trong dịch Catholyte của bình nào

có pH dịch Anolyte cao

 Kiểm tra hàm lượng O2 và H2 trong khí Cl2

 Điều chỉnh việc axit hoá nước muối

 Ngưng máy nếu thấy cần thiết

8.-Phương pháp kiểm tra chất lượng:

- Kiểm nghiệm viên lấy mẫu NaOH ở đầu ra của bình đem đo tỷ

trọng và chuẩn độ xác định được hàm lượng phần trăm của xút xem có đạt yêu cầu không, nếu đạt nồng độ 31,5�32,5% là đạt yêu cầu

IV KHU NƯỚC MUỐI NGHÈO:

1 Sơ đồ khối:

2 Sơ đồ công nghệ:

BV: Sơ đồ hệ thống nước muối nghèo

3 Mục đích :

- Xử lý loại bỏ các dạng hợp chất Clo và Clo hòa tan trong nước

muối nghèo sau điện giải trước khi đưa veà tái bão hòa

- Giải nhiệt nước muối cấp trước khi cung cấp cho điện giải

4 Thuyết minh quy trình công nghệ:

Bồn chứa D350

Trộn

Khử clorat

Tạo chân không C319

Tháp ngưng tụ nước E310

4.2

5.1( HCl

32%)

Chứa D260

Tháp giải hấp chân không (T310)

Nuớc làm nguội ra 4.3

3.3A/B Nước muối nghèo sau điện giải

Bộ trộn

P-314

sang tinh chê

4.4(hoàn lưu lại khu sơ cấp)

85%

15%

pha dd Na2SO3 D320

2 SO3

4.6( khử clo trươc khi trao đổi ion ở khu thứ

cấp)

Nước vào

làm nguội

- Dung dịch nước muối nghèo sau điện giải có nồng độ 210-220g/l có chứa clo, do phản ứng trong quá trình điện phân tạo

ra Dd nước muối nghèo được đưa vào thiết bị phân ly, rồi chảy tràn sang bồn chứa D260 Từ D260 dd nước muối nghèo được bơm lên cột giải áp chân không T310(85%) Tại đây được cấp 1 lượng axit HCl 32% từ D350 nhằm hạ pH của nước muối nghèo xuống còn 1-3 để phân hủy clorat

HClO + HCl = Cl2 + H2O

Từ T310 , nước muối nghèo nhờ bộ phận tạo chân không hút 1 phần hơi qua tháp ngưng tụ E310 tách 1 phần clo ở dạng hơi Nước muối sau khi xử lí qua cột giải hấp chân không , lượng clo còn lại < 50ppm

- Vì vậy pH được nâng lên 8- 9 bằng NaOH để khử 1 phần clorat còn lại bằng Na2SO3 10%

Na2SO3 + Cl2 + H2O = NaHSO3 + 2 HCl

5 Các thiết bị chính:

Tháp hút chân không

 Vai trò:

- Tách clo ẩm xử lí clo bằng phương pháp vật lí

 Cấu tạo: