5.5　离子膜电解槽电压

5.5.1　槽电压的构成

电解槽的槽电压是直接影响电解电耗的一个重要操作参数。

离子膜电解槽的槽电压可以用下式表示：

V=E0+VM+VA+VC+IRA+IRC+IRt

式中　V——槽电压，V；

E0——理论分解电压，V；

VM——离子膜电压降，V；

VA——阳极过电压，V；

VC——阴极过电压，V；

IRA——阳极溶液欧姆定律电压降，V；

IRC——阴极溶液欧姆定律电压降，V；

IRt——金属欧姆定律电压降，V。

实际电解过程，由于电极过电位是非线性的，因此会出现在正常工作电流密度区间，表观分解电压与计算值不一致的情况，这个分解电压我们称为表观分解电压Et，其值与阴极和阳极过电位有关，槽电压组成参见图5-6，实际槽电压计算公式如下：

V=Et+VM+VA+VC+IRA+IRC+IRt

V=Et+kI

式中　Et——表观分解电压，V；

k——电解槽电压与电流密度比例特性值。

k值受到运行槽温和碱浓度的影响，一般可按如下公式计算：

k=k0［1+0.095（90-t）］［1-0.06（32-C）］

式中　k0——标准条件比例特性值（90℃，32% NaOH）；

k——实际比例特性值；

t——实际阴极液温度，℃；

C——实际阴极液出口碱浓度，%。

电压特性中，Et和k值的大小，代表了电解槽的制造水平和运行状况，随着电解槽、膜设计和制造水品的提高，特别是电极技术进步和极间距的减小，新型电槽Et值和k值不断降低；随着电槽使用时间的延长，Et值和k值也会不断提高。因此，测量和计算电槽的表观分解电压和电压特性值，对了解电槽设计水平、判断电解槽运行状况非常重要，见表5-3。

5.5.2　影响槽电压的主要因素

槽电压构成中的其他几项，均受各种相关设备结构和设备条件等的影响。影响槽电压的主要因素是：①离子膜的自身结构及性能；②电流密度；③氢氧化钠浓度；④阳极液NaCl浓度；⑤阳极液pH值；⑥阴阳极循环量；⑦极间距大小；⑧电解槽结构及两极涂层；⑨温度；电解槽压力及压差；开停车次数；膜的金属离子杂质污染等。

槽电压和槽电流之间的关系如图5-6所示。图5-6中，电压分布依次为：E0为理论标准分解电压，Ec为实际分解电压，Et为表观分解电压，IRt为导体引起的电压上升，IRC为阴极液引起的电压上升，IRA为阳极液引起的电压上升，VM为膜电阻引起的电压上升，VA为阳极引起的过电位，VC为阴极引起的过电位。实际槽电压叠加后为VC线。

如果其他参数保持不变，运行时槽电压和槽电流两者之间的关系如下：

E2=（E1-Et）I2/I1×1/［1+0.014（t2-t1）］+Et

式中　E1——电流I1时的槽电压；

E2 ——标准电流I2 时的槽电压；

Et——常量（表观平衡分解电压）；

t1——操作温度；

t2——标准温度（90℃）。

通常，90℃作为标准温度（t2 =90℃），阴极液浓度为32%时，E1大约是2.39V。