Технологический процесс получения каустической соды, хлора и водорода методом электролиза раствора поваренной соли

1. Основное и вспомогательное оборудование производства каустика

2.

3.

Технологический процесс получения каустической соды, хлора и водорода методом
электролиза раствора поваренной соли включает несколько последовательных стадий. В
аппарате 1 производится растворение соли в воде и получение рассола. Далее рассол
поступает в отстойник 2, где удаляются механические примеси. В аппарате 3 проводится
химическая очистка рассола от примесей кальция, магния и железа, после чего он
проходит окончательную очистку в фильтрах 4. Подготовленный рассол подогревается в
подогревателе 7 и подается в электролизёр 5, где под действием электрического тока
происходит разложение раствора NaCl с образованием водорода, хлора и раствора
гидроксида натрия. Образующиеся газы отделяются в аппаратах 6 и направляются на
дальнейшую переработку. Раствор NaOH поступает в сборник 9, после чего
направляется в выпарные аппараты 8, где концентрируется до получения 50 % раствора
каустической соды. В результате процесса получают хлор, водород и
концентрированный раствор NaOH.

4.

Электролизер
Аппарат состоит из двух основных камер — анодной и
катодной, разделённых высокоэффективной ионообменной
мембраной. Корпус образован двумя половинами: анодной
оболочкой из титана и катодной оболочкой из никеля, что
обеспечивает устойчивость к коррозии в агрессивной
среде.В анодной части размещён перфорированный
нижний электрод из титана с активирующим покрытием, а
также токопроводящая и опорная полосы, обеспечивающие
подвод электрического тока. В катодной части установлен
сетчатый никелевый электрод с активированным
покрытием. Для сбора продуктов реакции предусмотрены
каналы сбора анодных и катодных продуктов.Раствор
подаётся через распределительные трубы (анодную и
катодную), изготовленные из PTFE. В нижней части
расположены выходные патрубки для удаления продуктов
электролиза. Верхняя часть аппарата герметизируется
фторопластовым уплотнением (PTFE) и болтовым
соединением с пружинными шайбами.

5.

В процессе работы в анодную камеру подаётся раствор хлорида натрия (рассол). При прохождении
электрического тока на аноде происходит окисление хлорид-ионов с выделением хлора.
Образующиеся продукты собираются в анодном канале и выводятся через анодный
патрубок.Через мембрану из анодной камеры в катодную проходят только ионы натрия, при этом
смешивание растворов предотвращается. В катодной камере происходит восстановление воды с
выделением водорода и образованием гидроксида натрия (NaOH).Мембрана обеспечивает
селективный перенос ионов и разделение продуктов реакции, благодаря чему повышается чистота
получаемых веществ и эффективность процесса электролиза.

6.

Растворитель соли
"Растворитель соли" — это аппарат или ёмкость в
производственных процессах, куда подаются вода и соль
для приготовления рассола. Рассол представляет собой
водный раствор NaCl различной концентрации (от 2,5% до
30% в зависимости от применения). Процесс растворения
происходит благодаря взаимодействию ионов соли с
молекулами воды, образуя гидратированные ионы,
которые равномерно распределяются в жидкости
Основные компоненты
Ёмкость растворения: Основной резервуар (100–1000 л) с
пропеллерной мешалкой для перемешивания воды и соли.
Подача воды: Автоматический расходомер и клапаны для
набора заданного объёма.
Насосы: Центробежный для подачи рассола, шламовый для
отбора.
Дополнительно: Фильтр для нерастворимых частиц,
теплообменник для охлаждения, пульт управления.

7.

Колонна очистки
Колонна очистки HCl используется в хлор-щелочном производстве
для обработки насыщенного рассола соляной кислотой. Это этап
нейтрализации избыточной щелочности после химической очистки
от солей кальция и магния, а также удаления остаточного хлора
перед подачей на электролиз.
Рассол подается в колонну, где контактирует с газообразным или
жидким HCl в режиме противотока или пузырькового слоя. Контроль
pH осуществляется анализаторами для точной дозировки кислоты
(0–1000 мкг/л Ca и Mg).
Основные элементы схемы
Схема колонны очистки HCl рассол с засыпками (вид сбоку, вид
спереди, 3D-модель)
• Верхняя секция: вход рассола, выход очищенного рассола (pH 2–
4).
• Нижняя секция: подача HCl, выпуск избыточной кислоты или
нейтрализованных отходов.
• Насадка или тарелки: для массообмена, часто с засыпками для
турбулизации потока.
• Колонна интегрируется с pH-датчиками и вакуум-дегазатором для
удаления Cl₂

8.

Сепараторы газов используются в
процессе электролиза для
эффективного разделения водорода
и хлора, образующихся на разных
электродах. Это предотвращает их
смешивание и связанные риски,
такие как взрывы.
Принцип работы
В электролизе растворов хлорида
натрия (NaCl) на аноде выделяется
хлор (Cl₂), а на катоде — водород
(H₂). Сепараторы, часто в виде
диафрагм или мембран, физически
разделяют электродные
пространства, пропуская ионы, но
задерживая газовые пузырьки.

9.

Выпарные аппараты используются для концентрирования
растворов NaOH путём удаления воды путём испарения,
часто в многоступенчатых установках для экономии
энергии.
Принцип работы
Раствор NaOH подаётся в греющую камеру, где нагревается
паром (первичным или вторичным из предыдущего
корпуса), вода испаряется, пар отделяется в сепараторе. В
многокорпусных установках (2–3 корпуса) вторичный пар
нагревает следующий этап под вакуумом для снижения
температуры кипения.
Принципиальная схема
Типичная схема однокорпусного аппарата с выносной
греющей камерой показывает подачу раствора NaOH в
греющую часть, где он нагревается паром, испаряется в
трубках, пар отделяется в сепараторе, а концентрат
выводится.
В многокорпусных установках (например, трёхкорпусной)
раствор последовательно проходит корпуса под вакуумом:
первичный пар первого нагревает второй, второго —
третий, с насосами и теплообменниками для подогрева

10.

11.

Схема аппарата колонны доочистки рассола обычно включает вертикальную колонну с насадкой или тарелками для
противоточного контакта рассола с реагентами или сорбентами. Рассол подаётся сверху, проходит через слой
ионообменных смол или фильтрующую среду, а очищенный продукт выводится снизу; примеси удаляются в
шламовый поток.
Основные элементы
Диаграмма устройства колонны очистки рассола с пометками этапов
Подогреватель и смеситель: Предварительный нагрев и введение реагентов для коагуляции примесей.
Реактор или осветлитель: Обработка сода-известковым методом, отстаивание шлама.
Колонна доочистки: Ионно-обменная насадка для удаления ионов Ca²⁺, Mg²⁺; ретурн шлама для эффективности.
Фильтр и сборник: Финальная сепарация и хранение очищенного рассола.

12.

13.

14.

Основные элементы конструкции:
Кожух (корпус): Цилиндрическая оболочка, изготовленная из стальных листов
(обычно толщиной около 4 мм).
Трубный пучок: Набор параллельных трубок, по которым циркулирует один из
теплоносителей.
Трубные решетки (доски): Пластины на концах кожуха, в которых закреплены
концы всех трубок пучка.
Распределительные камеры и крышки: Находятся по торцам аппарата и
направляют поток теплоносителя в трубы.
Патрубки: Входные и выходные отверстия для подачи и отвода обоих
теплоносителей.
Перегородки в межтрубном пространстве: Устанавливаются для изменения
направления потока среды в кожухе, что увеличивает турбулентность и
эффективность теплопередачи.

15.

В промышленном и технологическом контексте сборник —
это специальная емкость (резервуар), предназначенная для
приема, временного хранения и усреднения состава
раствора перед его подачей на следующую стадию
производства.
Основные функции сборника:
Буферизация: сглаживание разницы в скорости между
разными этапами процесса.
Гомогенизация: перемешивание раствора для достижения
единой концентрации или температуры.
Отстой: в некоторых случаях — предварительное
разделение фаз или осаждение взвесей.
Обычно такие емкости оснащаются датчиками уровня,
мешалками и системами контроля температуры.
Хотите подобрать конкретный тип сборника
(горизонтальный, вертикальный, с рубашкой охлаждения)
под определенный вид раствора?