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氯碱工艺

1890

（图片仅供参考）

The chloralkali process is an industrial method for the 电解 of sodium chloride (NaCl) solution, known as brine. It is the primary source for producing chlorine (Cl₂), sodium hydroxide (NaOH), and hydrogen (H₂), which are essential commodity chemicals. Modern methods use a membrane cell to separate the anode and cathode products, ensuring high purity and efficiency.

The chloralkali process is one of the largest-scale applications of 电解, fundamental to the modern chemical industry. The overall reaction is [latex]2NaCl + 2H_2O \rightarrow 2NaOH + Cl_2 + H_2[/latex]. The process takes place in an electrolytic cell with a brine solution as the electrolyte. At the anode, chloride ions are oxidized to form chlorine gas: [latex]2Cl^- \rightarrow Cl_2 + 2e^-[/latex]. At the cathode, water is reduced to form hydrogen gas and hydroxide ions: [latex]2H_2O + 2e^- \rightarrow H_2 + 2OH^-[/latex].

该工艺的一个关键环节是将产物氯和氢氧化钠分离，否则它们会反应生成次氯酸钠和氯酸盐。历史上，这是使用汞电池或隔膜电池实现的，但由于环境问题（汞污染）和效率较低，这些电池已基本被淘汰。现代标准是膜电池。这种电池使用阳离子交换膜（通常由全氟聚合物（如Nafion）制成）将阳极室和阴极室隔开。该膜可透过正离子（如Na⁺），但不能透过负离子（如Cl⁻和OH⁻）。钠离子穿过膜从阳极室迁移到阴极室，在那里与阴极产生的氢氧根离子结合形成高纯度氢氧化钠。

该技术显著提高了氯碱工艺的能源效率和产品纯度，同时消除了与汞相关的环境危害。由于需要平衡氯和烧碱（NaOH）的市场需求，三种主要化学品的联产使得该工艺的经济性变得复杂。

化学回收, 化学, 环境工程, 环境影响, 氢, 薄膜, 水污染

UNESCO Nomenclature: 3305

- 化学工程

类型

工业流程

中断

革命

用法

广泛使用

前体

汉弗莱-达维的盐水初步电解法
发明用于大规模发电的发电机
早期隔膜和汞电池技术的发展
法拉第电解定律

应用程序

生产聚氯乙烯塑料（来自氯）
水净化和消毒剂（氯和次氯酸钠）
纸浆和造纸制造（漂白）
肥皂、洗涤剂和纺织品（氢氧化钠）的生产
多种产品的化学合成

专利：

潜在创新理念

零间隙电池配置，以最大限度地减少欧姆电阻和能量消耗
氧去极化阴极消耗氧气而不是产生氢气，从而降低电池电压
利用生产甲醇过程中产生的氢气直接转化二氧化碳
具有更高选择性和耐用性的先进离子交换膜
电解海水生产氯，用于发电厂现场防止生物污染
用于分散式水处理的小型模块化氯碱厂
using renewable energy to power the process, creating ‘green’ chlorine and naoh
catalytic electrodes that reduce the 过电位 for chlorine evolution

相关内容：氯碱工艺、电解、氯、氢氧化钠、烧碱、盐水、膜电池、工业化学。.

历史背景

氢脆

氢脆 (HE) 是指金属（尤其是高强度钢）在暴露于氢后变脆并断裂的过程。氢原子扩散到金属晶格中，降低其延展性和承载能力。目前主要提出的机制包括：氢增强脱粘 (HEDE)（削弱原子键）和氢增强局部塑性 (HELP)（促进位错运动和局部失效）。

蠕动泵

蠕动泵是一种容积式泵，其流体被容纳在一根柔性软管内，软管安装在圆形泵壳内。一个带有多个“滚轮”或“滑靴”的转子在旋转时会压缩软管。压缩波沿着软管移动，迫使流体移动。流体仅与软管内部接触，因此非常适合无菌应用。

共晶系统

共晶体系是指两种或两种以上组分的混合物，其凝固温度单一且低于任何一种组分的熔点。这种特定的组成成分即为共晶点。冷却后，共晶液相转变成细小的固相混合物，通常具有特征性的层状（层状）微观结构。

氯碱工艺

抽水蓄能水电

抽水蓄能水电（PSH）是一种水力储能技术，用于电力系统平衡负荷。该方法将水的重力势能以水力储能的形式储存起来，将水从低海拔水库抽到高海拔水库。在电力需求高峰期，储存的水会被释放，驱动涡轮机发电。

放热焊接

放热焊接，也称为铝热焊接，是一种利用铝热反应产生的过热熔融金属在金属部件之间形成牢固、持久的分子键的技术。该工艺独立运行，无需外部电源。它最著名的用途是将铁路轨道段连接成连续的焊接轨道，从而打造更平整、更耐用的轨道。

通过离心力实现人工重力

人造重力可以通过旋转结构在航天器中产生。乘客会感觉到一股离心力将他们推向船体外部，从而模拟出重力。这种表面重力的大小由 [latex]a = \omega^2 r[/latex] 得出，其中 [latex]\omega[/latex] 是角速度，[latex]r[/latex] 是旋转半径。提出这样做是为了抵消长期失重对健康的负面影响。.

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奥古斯特-穆舒特（Auguste Mouchout）设计的带镜子和蒸汽轮机的聚光太阳能发电系统。.

聚光太阳能发电（CSP）

聚光太阳能发电系统利用镜子或透镜将大面积的阳光聚集到接收器上。聚集的光线加热流体，进而驱动连接到发电机的热机（通常是蒸汽轮机）。这种方法与光伏发电不同，光伏发电直接将光能转化为电能。聚光太阳能发电系统可以储存热能。

四冲程发动机循环

奥托循环的实际应用是四冲程发动机，它通过四个不同的活塞运动（冲程）完成一个热力学循环。这四个冲程分别是：1. 进气（吸气），吸入空气-燃料混合物；2. 压缩（压缩），压缩混合物；3. 燃烧（点火），点火推动活塞向下运动；4. 排气（吹气），排出燃烧后的气体。

主剪应力和最大剪应力（莫尔圆）

主应力（[latex]\sigma_1[/latex] 和 [latex]\sigma_2[/latex]）是某一点上的最大和最小法向应力，发生在剪应力为零的平面上。在莫尔圆上，这两个点对应于圆与水平（[latex]\sigma_n[/latex]）轴相交的两个点。最大平面内切应力 [latex]\tau_{max}[/latex] 等于圆的半径 [latex]R[/latex]。.

霍尔-埃鲁法

霍尔-埃鲁法是铝冶炼的主要工业方法。该方法包括将氧化铝（Al₂O₃）溶解在熔融的冰晶石（Na₃AlF₆）中，然后电解熔融的盐浴。铝金属沉积在阴极，而氧化铝中的氧气与碳阳极发生反应，生成二氧化碳。这一工艺使得铝的供应更加广泛且价格更加实惠。

交流电路中欧姆定律的推广

对于交流电路，欧姆定律用复数概括为 [latex]\mathbf{V} = \mathbf{I}。\[/latex]。这里，[latex]\mathbf{V}[/latex] 和 [latex]\mathbf{I}[/latex] 是复相位，代表正弦变化的电压和电流，同时捕捉幅值和相位。[latex]\mathbf{Z}[/latex] 是复阻抗，它扩展了电阻的概念，将电容器和电感器的影响包括在内。.

佩克特定律

一个经验公式，用于描述电池的可用容量如何随着放电率的增加而减少。该定律表示为 [latex]C_p = I^k t[/latex]，其中 [latex]C_p[/latex] 是一安培放电速率下的容量，[latex]I[/latex] 是放电电流，[latex]t[/latex] 是放电时间，[latex]k[/latex] 是针对电池类型的普克特常数。它量化了高负载时的低效率。