کاربرد تیتانیوم در صنعت شیمیایی: کلر-آلکالی

صنعت کلر-آلکالی یک صنعت شیمیایی است که با الکترولیز کردن محلول های آب نمک ، کلر و سودا را تولید می کند. این سابقه بیش از 100 سال دارد و همچنین اولین صنعت در صنعت شیمیایی برای استفاده از تیتانیوم است. تجهیزات تیتانیوم مورد استفاده در تولید کلر-آلکالی عمدتاً شامل: الکترولیزر آند فلزی ، الکترولیزر غشای یونی ، کولر کلر مرطوب توبولار ، پیش از آب نمک تصفیه شده ، برج ترشح شده ، خنک کننده کلر و کلر ، برج شستشو ، پمپ های دکوراسیون خلاء و دریچه ها و سایر تجهیزات تیترا آنیوم است.

(1) آندهای فلزی

فرآیندهای تولید کلر-آلکالی شامل الکترولیز جیوه ، الکترولیز دیافراگم و الکترولیز غشای یونی است. در گذشته ، آند گرافیت همیشه در آنده های کلر-آلکالی استفاده شده است. در سال 1956 ، هنری بیر هلندی برای اولین بار استفاده از آنگاههای فلزی ، همچنین به عنوان آنگاههای پایدار ابعادی (DSA) در سلولهای الکترولیتی شناخته می شود و در سال 1965 حق ثبت اختراع را به دست آورد. آنگه های پایدار الکترودهایی هستند که با اکسیدهای فلزی گرانبهای گروه پلاتین در زیر لایه های تیتانیوم پوشیده شده اند. در سال 1968 ، دنور ، یک شرکت ایتالیایی ، برای اولین بار متوجه صنعتی شدن آنهای تیتانیوم در صنعت کلر-آلکالی شد. در حدود سال 1970 ، ایالات متحده ، ایتالیا ، ژاپن ، آلمان ، فرانسه و سایر کشورها به جای آند گرافیت به سرعت به آند فلزی تغییر یافتند. در ژاپن از چندین هزار تن از مواد تیتانیوم به عنوان ماده پایه آنگاههای فلزی استفاده شده است. تولید 10،000 تن سودا سوز آور به حدود 5 تن مواد تیتانیوم نیاز دارد.

با توسعه صنعت کلر آلکالی کشور من ، تجهیزات اصلی (الکترولیزر) برای تولید سودا سوز آور سه تغییر اساسی داشته است. اولین تغییر جایگزینی مخازن افقی با مخازن عمودی بود. در اوایل دهه 1960 ، استفاده از (الکترولیزر دیافراگم جذب عمودی) جایگزین مخازن سنتی افقی شد ، که تولید سودا سوز آور کشور من را تا حد زیادی افزایش داد ، از سال 193،000 تن در سال 1957 به 693،000 تن در سال 1966 ، افزایش 3.6 بار.

تغییر دوم جایگزینی سلولهای الکترولیتی آند گرافیت با سلولهای الکترولیتی آند فلزی بود. در دهه 1970 ، از آندزهای فلزی (DSA) برای جایگزینی آنگه های گرافیتی استفاده شد. کشور من در سال 1972 شروع به آزمایش آنهایی تیتانیوم در گیاه شیمیایی شیمیایی شانگهای و گیاه شیمیایی تیانجین کرد و در سال 1973 آزمایش 20m3 سلولهای الکترولیتی آند فلزی را آغاز کرد. از سال 1974 ، سلولهای الکترولیتی آند فلزی 30m3 به تدریج استفاده شده است. در سال 1978 ، این کشور وظیفه تحول فن آوری آند فلزی 400000 تن سودای سوز آور دیافراگم را انجام داد. از سال 1981 ، 17 گیاه کلر آلکالی در این کشور با استفاده از کل 1،217 سلول الکترولیتی آند فلزی وجود داشت که ظرفیت تولید سالانه آند فلزی دیافراگم 670،000 تن نوشابه سوزاننده را تشکیل می داد ، که 30 ٪ از ظرفیت تولید سودا کشور را تشکیل می دهد و 95000 تن از ظرفیت الکترولیز جیوه با استفاده از DSA. از سال 1996 ، 99 گیاه کلر آلکالی در این کشور وجود داشت که در مجموع 8409 سلول الکترولیتی دیافراگم آند فلزی با ظرفیت تولید سالانه 4.2 میلیون تن سودای سوز آور ، 70 ٪ از ظرفیت تولید سودا سوزاننده کشور را تشکیل می دهد. به جز چند گیاه بزرگ شیمیایی مانند Tianyuan ، Tianhua ، Dagu Chemical و غیره که خود سلولهای الکترولیتی آند فلزی را تولید می کنند ، بیشتر آنها توسط کارخانه های حرفه ای مانند کارخانه ماشین آلات شیمیایی پکن و کارخانه شانگهای 4805 تولید و تهیه می شوند.

تغییر سوم استفاده از الکترولیزرهای غشای یونی بود. در اواسط دهه 1980 ، روش غشای یونی صرفه جویی در مصرف انرژی و کارآمد برای تولید نوشابه سوزاننده ترویج شد. کشور من فناوری و تجهیزات سودا سوز آور غشای یونی را از ژاپن و سایر کشورها معرفی کرد و یک سری از 10،000 تا 50،000 تن تجهیزات را تشکیل داد. تجهیزات اصلی شامل الکترولیزرهای غشای یونی ، مخازن گردش خون مایع تیتانیوم ، مخازن آب نمک زدایی ، برج های تخلیه خلاء ، مبدل های حرارتی ، لوله ها و پمپ ها و غیره است. تجهیزات تیتانیوم و لوله های تیتانیوم عمدتاً در سیستم های گردش خون مایع ، سیستم های آب نمک زدایی ، سیستم های آب تجزیه شده ، سیستم های آبشار مرطوب ، سیستم های آبشار مرطوب و سیستم های تحویل آب کلر و سیستم های تحویل آب کلر و سیستم های تحویل آب کلر و سیستمهای ارائه دهنده آب کلر و سیستم های تحویل آب کلر و سیستم های آبشارهای کلر و سیستم های آب چلور و سیستم های آب چلور و سیستم های آب چلور و سیستم های آب چلور و سیستم های آب چلور و سیستم های آب چلور و سیستم های آب چلور و سیستم های آب تجزیه و تحلیل پمپ های تیتانیوم عمدتاً برای حمل آب نمک تصفیه شده ، مایع در گردش آند ، آب نمک زدایی و آب کلر استفاده می شود. مجموعه ای از تجهیزات سطح 10،000 تنی از حدود 8 تن تیتانیوم استفاده می کند. در ژوئن سال 1986 ، گیاه شیمیایی Yanguoxia فناوری شیشه Asahi ژاپن را برای اولین بار معرفی کرد و تولید سالانه 10،000 تن تجهیزات سودا سوزاننده داشت. به جز پمپ تیتانیوم الکترولیزر سه بعدی و آند مایع که توسط ژاپن تهیه شده است ، 6 تجهیزات دیگر تیتانیوم همگی در داخل کشور همسان هستند و توسط کارخانه ماشین آلات شیمیایی Jinxi تهیه می شوند. تا سال 1990 ، 11 گیاه کلر آلکالی تجهیزات سودا سوز آور غشای یونی را با ظرفیت تولید 295،000 تن اتخاذ کرده بودند. در سال 1995 ، 27 گیاه کلر آلکالی در چین وجود داشت که تجهیزات سودا سوزاننده غشای یونی را با ظرفیت تولید 827،000 تن پذیرفتند. در سال 2000 ، ظرفیت سالانه تولید سودا سوز آور صنعت کلر آلکالی کشور من 7.5 میلیون تن ، 14.71 میلیون تن در سال 2005 و 23.99 میلیون تن در سال 2010 بود.

در الکترولیزر غشای یونی ، دمای کاتد و اتاقهای آند حدود 90 درجه است ، محلول کلر و نمک در محفظه آند وجود دارد و در محفظه کاتد 35 ~ 35 ٪ محلول سودا سوزان وجود دارد. چگالی جریان کلی الکترولیزر غشای یونی 40 ~ 40A/DM است؟ در چنین شرایط سخت کار ، استفاده از مواد و ساختار ضد خوردگی الکترولیزر باید هنگام طراحی الکترولیزر کاملاً در نظر گرفته شود. برای قسمت آند الکترولیزر غشای یونی (اشاره به آند و بخشی در تماس با مایع آند) ، همه کشورهای جهان فلز تیتانیوم (یا آلیاژ تیتانیوم مقاوم در برابر خوردگی) را با مقاومت در برابر خوردگی خوب در مایع آند و بدون استثنا انتخاب کرده اند.

در زیر یک نمودار شماتیک از غشای تبادل یونی برای سودا سوز آور است. همانطور که در شکل نشان داده شده است ، دو الکترود توسط یک غشای تبادل یونی از هم جدا می شوند. آب نمکی از یک طرف اضافه می شود و از طرف دیگر آب خالص اضافه می شود. پس از عبور جریان ، کلر از سمت آند تولید می شود و هیدروژن از طرف کاتد تولید می شود. غشای یونی فقط اجازه می دهد یونهای سدیم عبور کنند ، بنابراین هیدروکسید سدیم از طرف کاتد تولید می شود.

علاوه بر تجهیزات اصلی سلولهای الکترولیتی کارخانه سودا سوزاننده غشای یونی ، قسمتهای اصلی که از تجهیزات تیتانیوم استفاده می شود عبارتند از: سیستم آب نمک - سنج سطح مایع. سیستم مایع آند - مخزن مایع آند و اسکراب کلر ؛ برج dechlorination ، توزیع کننده آب نمک deChlorination ، کولر ابزار ؛ سیستم هیپوکلریت سدیم - خنک کننده ، برج جذب ، توزیع کننده ؛ سیستم کلر - کولر کلر مرطوب ؛ و سیستم کنترل آفات - مبدل حرارتی و فن کنترل آفات.

(2) کولر کلر مرطوب

هنگام الکترولیز کردن نمک برای تولید نوشابه سوزاننده ، مقدار زیادی کلر مرطوب گرم تولید می شود که فقط پس از خنک شدن و خشک کردن قابل استفاده است. دو روش برای خنک کردن کلر مرطوب داغ وجود دارد: اسپری مستقیم آب و خنک کننده غیرمستقیم با استفاده از کولر لوله. خنک کننده مستقیم نه تنها مقدار زیادی از آب کلر حاوی کلر را تولید می کند ، که به طور جدی محیط را آلوده می کند ، بلکه باعث تلفات بزرگ کلر ، مصرف زیاد اسید سولفوریک و شرایط کار ضعیف می شود. کولرهای غیرمستقیم از کولرهای گرافیتی ، کولرهای لوله شیشه ای ، کولرهای سرامیکی ، کولرهای پلاستیکی و غیره ساخته شده اند ، اما همه آنها مشکلات زیادی از قبیل مقاومت در برابر خوردگی ضعیف ، آسان برای شکستن و سن آسان دارند. کولرهای غیرمستقیم از جنس استنلس استیل فقط 8 تا 10 روز قبل از نیاز به متوقف کردن برای تعمیر قابل استفاده هستند. نتایج آزمایش نشان می دهد که تیتانیوم در یک محیط کلر مرطوب با دمای بالا ، با حجم سالانه 0.0025 میلی متر مقاوم به خوردگی است. استفاده از کولرهای تیتانیوم در تولید صنعتی کلر-آلکالی می تواند روند خنک کننده و خشک کردن را کوتاه کند ، تلفات کلر را کاهش دهد ، آلودگی محیطی را کاهش داده و شرایطی را برای عملکرد پایدار گاز فشرده شده و خشکی زیاد ایجاد کند.

در سال 1963 ، روسیه شروع به استفاده از کولرهای کلر تیتانیوم با منطقه تبادل گرما 140 متر مربع کرد. همچنین از خطوط لوله تیتانیوم برای انتقال کلر مرطوب ، با قطر 300 ~ 600 میلی متر و طول بیش از 500 متر استفاده کرد. تقریباً تمام کولرهای کلر مرطوب مورد استفاده در صنعت کلر آلکالی روسیه از تیتانیوم ساخته شده اند. شرکت شیمیایی متفقین در ایالات متحده از تیتانیوم به جای گرافیت برای تهیه کولر در صنعت کلر-آلکالی استفاده می کند. لوله های گرافیت اصلی پس از 3 ~ 3 سال استفاده از بین رفتند. یک کولر تیتانیوم 78 متر مربع می تواند ظرفیت خنک کننده را تکمیل کند ، در حالی که یک کولر گرافیت به 140 متر مربع نیاز دارد.

اولین کولر تیتانیوم در کشور من توسط کارخانه ماشین آلات شیمیایی Jinxi در سال 1965 تولید شد. این منطقه دارای یک منطقه انتقال حرارت کوچک تنها 16.8 متر مربع بود. از سال 1973 ، گیاهان کلر-آلکالی در شانگهای ، تیانجین ، پکن ، لیائونینگ ، گوانگدونگ و سایر استان ها و شهرها به طور پی در پی از کولرهای پوسته و لوله تیتانیوم استفاده کرده اند. در حال حاضر صدها کولر پوسته و لوله تیتانیوم در کشور من وجود دارد.

(3) پمپ و دریچه

در تولید کلر توسط الکترولیز غشایی و الکترولیز جیوه ، پمپ های تیتانیوم مورد استفاده در هیپوکلریت پتاسیم و هیپوکلریت سدیم اقتصادی ترین هستند. شرکت جورجیا-فیفک در ایالات متحده از پمپ های تیتانیوم برای پمپ کردن محلول نمک 85 درجه حاوی 320 گرم در لیتر NaCl ، کریستال های NaCl و بیش از 0.5 گرم در لیتر کلر استفاده می کند. عمر خدمات پمپ تیتانیوم تا 10 سال است.

گیاه شیمیایی پکن NO . 2 از پمپ های بازیگران تیتانیوم 6BA-12 ، دریچه های توقف DG100DG و پروانه های تیتانیوم از پمپ های خلاء سرامیکی حلقه آب HTB-701L در فرآیند تخلیه خلاء جدید استفاده می کند. این پمپ ها و پروانه های تیتانیوم عمر طولانی دارند.