II. CƠNG ĐOẠN XỬ LÝ NƯỚC MUỐI THỨ CẤP:
6.2Cấu tạo bình điện phân:
6. Hệ thống phản ứng điện hĩa:
6.2Cấu tạo bình điện phân:
Bình điện phân gồm 36 màng ngăn với tổng diện tích màng 126 m2,
mỗi ngăn của bình gồm một cực Anod và một cực Catod. Một hệ thống tuần hồn cho phép lấy hĩa chất vào mỗi ngăn cơ sở và phân li sản phẩm (khí và lỏng), các ngăn của bình đưởc mắc nối tiếp. Dịng 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 hĩa 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 hĩa nhờ một lớp phủ đặc biệt.
Catod:
Catod được ép sát vào màng là một lớp Niken đàn hồi. Cơng nghệ đĩ cho phép giảm tổng thế rơi qua Catodlit. Lưới Niken được hàn vào đỉnh của màng Niken. Lưới Niken đặt sát vào màng bằng một lớp Niken đàn hồi. Giữa các màng cĩ lĩt 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 O2 OH Cl H - - + + -
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 cơng nghệ xút-clo phải cĩ độ bền hĩa học cao, chịu được axit và xút đậm đặc, cũng như các chất oxy hĩa và chất khử mạnh. Cĩ hai loại màng trao đổi cation, kiểu Sunfonat ( SO3-) 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 catod là một lớp cacboxylic, ở giữa là một lớp cacboxylat cĩ các sợi tylon để tăng độ bền cơ học. Ở hai lớp ngồi cùng bề mặt anod và catod là một lớp mỏng hydrophilic ( ưa nước) nhằm tách bọt khí bám vào màng. 4 5 6 7 8 9 10 11 12
1.Sợi Tylon. 2.Lớp Cacboxulic. 3.Lớp Hidrophilic. 4.Lớp Cacboxylat. 5.Lớp Sunfonic. 6.3- Hệ thống phản ứng điện hĩa 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: quá trình clo bị oxy hĩa thành Cl2
2
2Cl−→Cl +2e
Ở Catod: quá trình khử hidro thành H2
2
2H++2e→H
Đồng thời:
Na++OH−→NaOH
Vậy dưới tác dụng của dịng điện một chiều xảy ra 2NaCl + 2H2O →H2 + Cl2 + 2NaOH
3 3 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Bên Anod: quá trình oxy hĩa OH tạo O2 2 2 4OH−→2O +2H O+4e− Phản ứng giữa Cl2 với OH- 2 2 2OH−+Cl →Cl−+ClO−+H O
Phản ứng điện hĩa tạo ClO3-
2 3 2
6ClO−+3H O→ClO−+Cl−+6H++3/ 2O +6e−
Phản ứng hĩa học tạo ClO3- 3
3ClO−→ClO−+2Cl−
6.6-Các thơng số ảnh hưởng đến quá trình điện phân & độ bền của bình điện phân :
- pH : pH < 2 sẽ làm gia tăng điện thế và cĩ thể làm cho màng hỏng Cơ chế : pH của anode nhỏ làm trung hồ nhĩm cacboxylic của cấu trúc
Polymer tăng điện trở của dịng từ đĩ 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. Nĩ khơng ảnh hưởng đến màng và quá trình điện phân.
Cơ chế : NaClO3 cĩ thể qua màng từ anode sang cathode nhờ quá trình
khuếch tán.
Xử lý: phân huỷ ClO3- (tại bồn khử clorat sử dụng HCl)
- SO42-:sự tích lũy SO42- với hàm lượng vượt quá sẽ làm giảm khả năng
hịa tan NaCl và do đĩ gây khĩ 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 khả năng loại ion
OH – cua màngdo đĩ làm giảm hiệu suất dịng.
Xử lý: nồng độ SO42- phải được khống chế trong phạm vi cho phép ở
khâu tinh chế sơ cấp.
- Ca2+: lượng muối Ca2+ vượt quá sẽ làm giảm hiệu suất dịng( xuống
cịn 85%) và tăng điện thế trong một thời gian rất ngắn. Sau một thời gian nĩ sẽ làm hỏng màng trước thời hạn.
Cơ chế : Ca2+ kết tinh dưới dạng tinh thể lớn trong lớp Polymer CO2-
gần với mặt cathode của màng. Nĩ sẽ phá vỡ cấu trúc vật lý của lớp Polymer của màng.
Xử lý: nồng độ Ca2+ cĩ thể khống chế trong phạm vi nhờ khâu tinh chế
trao đổi ion.
Mất điện gây ngưng hoạt động của bình điện phân. Khắc phục là cho máy phát điện hoạt động, cung cấp điện cho bình để bình cĩ sự phân cực tránh tạo pin gây ăn mịn hĩa học.
Sự cố khi xảy ra cĩ thể gây hại cho các màng hoặc các ngăn hoặc làm xáo trộn quá trình vận hành bình
Hệ Thống Đang Trong Tình Trạng Hoạt Động nếu: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
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 cĩ thể kết tinh, do vậy cĩ thể làm gián đoạn việc cấp nước muối vào bình
Khắc Phục:
Điều chỉnh lại nồng độ NaCl trong nước muối cấp.
Cĩ 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 cĩ thể gây hỏng màng.
Nồng độ NaCl trong dịch Anolyte giảm. Nồng độ NaCl quá thấp cĩ thể ảnh hưởng xấu tới màng.
Điện thế các ngăn sẽ thay đổi khi mật độ dịng, nhiệt độ ngăn và nồng độ dịch thay đổi.
Khắc Phục:
Nguồn cung cấp nước muối vào bình phải được kiểm sốt 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 cĩ thể gây hại cho màng.
Khắc Phục:
Tăng tốc độ tuần hồn nước muối lên (tăng lưu lượng nước muối cấp vào bình).
Điều chỉnh lại nồng độ của nước muối cấp vào bình.
Cĩ thể giảm lượng nước bổ xung vào vịng tuần hồn nước muối. Giảm tải chỉnh lưu.
Việc phối trộn giữa nước vơ khống và dịch Catholyte khơng tốt. Dẫn đến tình trạng nồng độ xút cao hoặc thấp cục bộ.
Khắc Phục:
Giảm tải chỉnh lưu.
Điều chỉnh/ngưng cấp nước vơ khống.
Ngừng máy nếu hệ thống tuần hồn khơng thể khởi động lại sau 5 phút.
Dịch Catholyte cấp vào mỗi bình được khố liên động với sự hoạt động của bình đĩ.
Nguồn cung cấp nước vơ khống gặp sự cố
Nồng độ xút tăng Điện thế các ngăn tăng.
Khắc Phục:
Ngừng máy nếu nồng độ xút khơng thể duy trì được trong khoảng an tồn cho phép. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Lưu lượng nước vơ khống cấp cao quá
Nồng độ xút lỗng Điện thế các ngăn giảm
Khắc Phục:
Giảm lưu lượng nước vơ khống cấp tuỳ thuộc vào tải hoặc cĩ thể ngừng cấp nước vơ khống trong một thời gian nhất định
Cấp xút cĩ nồng độ cao hơn vào vịng tuần hồn xút.
Để nhanh chĩng tăng nồng độ xút trong các ngăn ta cĩ thể giảm lưu lượng xút cấp_ Nếu như nồng độ xút đang ở ngưỡng nguy hiểm.
Nếu khơng cịn 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.
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 khơng cĩ khả năng phục hồi Hiệu suất dịng cĩ thể giảm
Điện thế cĩ 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
Cĩ lỗ thủng trên màng, mà nhờ nĩ xút dịch chuyển qua ngăn Anolyte Việc axit hố nước muối gặp trục chặc
Khắc Phục:
Điều chỉnh nồng độ xút bằng cách điều chỉnh lưu lượng nước vơ khống cấp
kiểm tra nồng độ NaCl trong dịch Catholyte của bình nào cĩ pH dịch Anolyte cao.
Kiểm tra hàm lượng O2 và H2 trong khí Cl2
Điều chỉnh việc axit hố nước muối. Ngưng máy nếu thấy cần thiết.
6.8-Phương pháp kiểm tra chất lượng: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
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 cĩ đạt yêu cầu
Mục đích :
Xử lý loại bỏ các dạng hợp chất Clo và Clo hịa tan trong nước muối nghèo sau điện giải trước khi đưa về tái bão hịa.
Giải nhiệt nước muối cấp trước khi cung cấp cho điện giải.