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氯碱工艺

1890
老式实验室中氯碱工艺的电解装置,化学工程。

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The chloralkali process is an industrial 方法 for the electrolysis 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 electrolysis, 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。

UNESCO Nomenclature: 3305
– Chemical engineering

类型

工业流程

中断

革命

使用方法

广泛使用

前体

  • humphry davy’s initial electrolysis of brine
  • 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
  • faraday’s laws of electrolysis

应用

  • 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:

NA

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