Cấu tạo bình điện phân:

Nhóm HC03VS Trang
39 39
39 39
- Mật độ dòng cho phép tối đa: 3,71 KAcm
2

6.2 Cấu tạo bình điện phân:

Bình điện phân gồm 36 màng ngăn với tổng diện tích màng 126 m
2
, mỗi ngăn của bình gồm một cực Anod và một cực Catod. Một hệ thống tuần
hồn cho phép lấy hóa chất vào mỗi ngăn cơ sở và phân li sản phẩm khí và lỏng, các ngăn của bình đưởc mắc nối tiếp. Dòng điện ñược ñưa tấm ñiện
cực ñều bằng các thanh dẫn và trình tự qua điện cực trung gian nhờ thân kim loại của các ñiện cực này.
Anod: Một khung nặng, cứng làm bằng Titan gọi là vật dẫn ñược hàn vào
ñỉnh màng Titan. Khung này ñỡ 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 ñặc biệt.
Catod: Catod ñược ép sát vào màng là một lớp Niken đàn hồi. Cơng nghệ đó
cho phép giảm tổng thế rơi qua Catodlit. Lưới Niken ñược hàn vào ñỉnh của màng Niken. Lưới Niken ñặt sát vào màng bằng một lớp Niken ñàn 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
H O Catod
Anod
2 2
2 2
2
2 +
NaCl , H O
2
OH
Cl H
-
- +
+ -
Nhóm HC03VS Trang
40 40
40 40
Cấu tạo của ngăn anod, catod, 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 nước vơ khống vào.
8.Tai đỡ lưới. 9.Lưới Titan.
10.Nút vát hình cơn. 11.Cửa nước muối vào.
12.Cửa dẫn nước muối nghèo. Màng:
Màng thích hợp với công nghệ xút-clo phải có độ bền hóa học cao, chịu ñược axit và xút ñậm ñặc, cũng như các chất oxy hóa và chất khử mạnh.
Có hai loại màng trao ñổi cation, kiểu Sunfonat SO
3 -
hoặc Cacbonat COO
-
. Ở ñây sử dung màng Cacbonat. Màng ñược cấu tạo bởi 3 lớp cơ bản. Bên anod là một lớp mỏng
Sunfonic, bên catod là một lớp cacboxylic, ở giữa là một lớp cacboxylat có các sợi tylon để tăng ñộ 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 2
3 4
5 6
7 8
9 10
11 12
Nhóm HC03VS Trang
41 41
41 41
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 hồn.
- Thiết bị tách khí.
- Hệ thống ống phân phối và hướng xuống.
- Hệ thống ống Teflon dẻo.
- Hệ thống dẫn khí.
- Hệ thống xử lý khí clo.
- Hệ thống xử lý khí hidro.
6.4-Phản ứng chính trong điện phân màng:
Ở Anod: q trình clo bị oxy hóa thành Cl
2
2
2 2
Cl Cl
e
−
→ +
Ở Catod: quá trình khử hidro thành H
2
2
2 2
H e
H
+
+ →
ðồng thời:
Na OH
NaOH
+ −
+ →
Vậy dưới tác dụng của dòng điện một chiều xảy ra 2NaCl + 2H
2
O
→
H
2
+ Cl
2
+ 2NaOH
2 3
3
4 5
Nhóm HC03VS Trang
42 42
42 42
6.5-Phản ứng phụ trong ñiện phân màng:
Bên Anod: q trình oxy hóa OH
-
tạo O
2
2 2
4 2
2 4
OH O
H O e
− −
→ +
+
Phản ứng giữa Cl
2
với OH
-
2 2
2OH Cl
Cl ClO
H O
− −
−
+ →
+ +
Phản ứng điện hóa tạo ClO
3 -
2 3
2
6 3
6 3 2
6 ClO
H O ClO
Cl H
O e
− −
− +
−
+ →
+ +
+ +
Phản ứng hóa học tạo ClO
3 -
3
3 2
ClO ClO
Cl
− −
−
→ +
6.6-Các thông số ảnh hưởng đến q 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 hồ nhóm cacboxylic của cấu trúc Polymer tăng ñiện trở của dòng từ ñó làm tăng ñiện thế,gây quá
nhiệt dẫn ñến phồng rộp làm màng bị hỏng. Khắc phục: Khống chế PH ≥ 2
NaClO
3
: nồng ñộ quá cao của ClO
3 -
trong dung dịch Anod 15gl sẽ làm nhiễm bẩn dung dịch NaOH thành phẩm. Nó khơng ảnh hưởng đến màng và
q trình điện phân. Cơ chế : NaClO
3
có thể qua màng từ anode sang cathode nhờ quá trình khuếch tán.
Xử lý: phân huỷ ClO
3 -
tại bồn khử clorat sử dụng HCl -
SO
4 2-
:sự tích lũy SO
4 2-
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 :Na
2
SO
4
kết tinh trên bề mặt sát cathode của màng làm mất tính bằng phẳng của lớp bề mặt cathode làm giảm khả năng loại ion
OH
–
cua màngdo đó làm giảm hiệu suất dòng. Xử lý: nồng ñộ SO
4 2-
phải ñược khống chế trong phạm vi cho phép ở khâu tinh chế sơ cấp.
- Ca
2+
: lượng muối Ca
2+
vượt quá sẽ làm giảm hiệu suất dòng 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 : Ca
2+
kết tinh dưới dạng tinh thể lớn trong lớp Polymer CO
2 -
gần với mặt cathode của màng. Nó sẽ phá vỡ cấu trúc vật lý của lớp Polymer của màng.
Xử lý: nồng độ Ca
2+
có thể khống chế trong phạm vi nhờ khâu tinh chế trao đổi ion.
- Mg
2+
: làm tăng điện thế nhưng khơng ảnh hưởng đến hiệu suất. Xử lý: nồng độ Mg
2+
có thể khống chế trong phạm vi nhờ khâu tinh chế trao đổi ion.....
Nhóm HC03VS Trang
43 43
43 43
6.7-Sự cố và cách khắc phục:
Mất điện gây ngưng hoạt động của bình điện phân. Khắc phục là cho máy phát ñiện hoạt ñộng, cung cấp ñiện cho bình để bình có sự phân cực
tránh tạo pin gây ăn mòn hóa học. Sự cố khi xảy ra có thể gây hại cho các màng hoặc các ngăn hoặc làm
xáo trộn quá trình vận hành bình Hệ Thống ðang Trong Tình Trạng Hoạt ðộng nếu:
Rớt tải khi bình đang hoạt ñộng ở tải dưới 4 kA
Khắc Phục:
Trong quá trình khởi ñộng bình, thời gian bình hoạt ñộng ở tải dưới 4 kA phải duy trì tối thiểu từ 2 – 3 giờ.
Nồng ñộ 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 ñoạn việc cấp nước muối vào bình
Khắc Phục: ðiều chỉnh lại nồng độ NaCl trong nước muối cấp.
Có thể pha lỗng nước muối cấp bằng cách thêm nước vơ khống 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 ñộ NaCl trong dịch Anolyte giảm. Nồng ñộ NaCl quá thấp có
thể ảnh hưởng xấu tới màng. ðiện thế các ngăn sẽ thay ñổi khi mật ñộ dòng, nhiệt ñộ ngăn và nồng
ñộ dịch thay ñổi.
Khắc Phục: Nguồn cung cấp nước muối vào bình phải được kiểm sốt chặt chẽ và
được cài liên ñộng với máy chỉnh lưu. Nồng ñộ nước muối cấp giảm
Nồng ñộ NaCl trong dịch Anolyte giảm. Nồng ñộ 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.
ðiều chỉnh lại nồng độ của nước muối cấp vào bình. Có thể giảm lượng nước bổ xung vào vòng tuần hồn nước muối.
Giảm tải chỉnh lưu. Hệ thống tuần hồn xút gặp sự cố
Nhóm HC03VS Trang
44 44
44 44
Nhiệt ñộ ngăn tăng lên. Tốc ñộ tăng nhiệt ñộ phụ thuộc vào hệ số K của ngăn. Nhiệt ñộ cao quá có thể gây hại cho màng.
Việc phối trộn giữa nước vơ khống và dịch Catholyte khơng tốt. Dẫn ñến tình trạng nồng ñộ xút cao hoặc thấp cục bộ.
Khắc Phục:
Giảm tải chỉnh lưu. ðiều chỉnhngưng cấp nước vô khoáng.
Ngừng máy nếu hệ thống tuần hồn khơng thể khởi ñộng lại sau 5 phút.
Dịch Catholyte cấp vào mỗi bình được khố liên động với sự hoạt động của bình đó.
Nguồn cung cấp nước vơ khống gặp sự cố Nồng độ xút tăng
ðiện thế các ngăn tăng.
Khắc Phục: Ngừng máy nếu nồng độ xút khơng thể duy trì được trong khoảng an
tồn cho phép. Lưu lượng nước vơ khống cấp cao q
Nồng độ xút lỗng ðiện thế các ngăn giảm
Khắc Phục:
Giảm lưu lượng nước vơ khống cấp tuỳ thuộc vào tải hoặc có thể ngừng cấp nước vơ khống trong một thời gian nhất định
Cấp xút có nồng độ cao hơn vào vòng tuần hồn xút. ðể nhanh chóng tăng nồng độ xút trong các ngăn ta có thể giảm lưu
lượng xút cấp_ Nếu như nồng ñộ xút ñang ở ngưỡng nguy hiểm. Nếu khơng còn cách nào để duy trì được nồng độ thích hợp, tiến hành
ngưng máy. Nhiệt độ nước muốidịch Catholyte cấp quá thấp
Nhiệt ñộ Anolyte thấp hơn nhiều so với bình thường 85 – 88 C
ðiện thế các ngăn tăng
Khắc Phục:
Cố gắng thiết lập lại nhiệt ñộ nước muốidịch Catholyte cấp bằng cách ñiều chỉnh lưu lượng hơi cấp.
Nhiệt ñộ nước muốidịch Catholyte cấp quá cao Vượt quá nhiệt độ hoạt động bình thường 85 – 88
C. Giới hạn trên nguy hiểm của là 95
C. Nhiệt ñộ cao hơn nữa gây hại cho ngăn và cho màng.
Khắc Phục: Cố gắng giảm nhiệt độ nước muốidịch Catholyte cấp.
Nhóm HC03VS Trang
45 45
45 45
Giảm tải chỉnh lưu. Tăng cường việc làm nguội dịch Catholyte cấp.
Tăng cường việc làm nguội nước muối cấp. Nồng ñộ Ca, Mg và Sulphate quá cao
Màng bị gây hại mà khơng có khả năng phục hồi Hiệu suất dòng có thể giảm
ðiện thế có thể tăng
Khắc Phục: Khi nồng độ Ca, Mg và Sulphat q 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 chặc
Khắc Phục: ðiều chỉnh nồng ñộ xút bằng cách ñiều chỉnh lưu lượng nước vơ
khống cấp kiểm tra nồng ñộ NaCl trong dịch Catholyte của bình nào có pH dịch
Anolyte cao. Kiểm tra hàm lượng O
2
và H
2
trong khí Cl
2
ðiều chỉnh việc axit hố nước muối. Ngưng máy nếu thấy cần thiết.
6.8-Phương pháp kiểm tra chất lượng:
Kiểm nghiệm viên lấy mẫu NaOH ở ñầu ra của bình đem đo tỷ trọng và chuẩn độ xác định ñược hàm lượng phần trăm của xút xem có ñạt u cầu
khơng, nếu đạt nồng độ 31,5
÷
32,5 là đạt u cầu.
Nhóm HC03VS Trang
46 46
46 46
IV KHU NƯỚC MUỐI NGHÈO:
Mục ñích : Xử lý loại bỏ các dạng hợp chất Clo và Clo hòa tan trong nước muối
nghèo sau điện giải trước khi đưa về tái bão hòa.
Giải nhiệt nước muối cấp trước khi cung cấp cho ñiện giải.

1. Sơ ñồ công nghệ: