Общая химическая технология. В 2-х частях. Ч. II. Важнейшие химические производства. Изд. 3-е, перераб. и доп. - Мухленов И.П.
Скачать (прямая ссылка):
Днище имеет форму прямоугольного корыта, в котором залиты свинцом нижние концы графитовых анодов и медный стержень, служащий для подвода тока. Аноды представляют собой графитовые пластины. В последнее время начали применять более эффективные окиснорутениевые аноды, нанесенные на титан. Катод — стальная рама, внутри которой смонтирован ряд плоских карманов из стальной сетки. Расположение карманов и их ширина таковы, что при установке катода на днище ванны карманы помещаются точно между анодами. В крышке ванны расположены отвер-
стия для подачи рассола и отвода хлора. Электролизер имеет тепловую изоляцию, уменьшающую потери энергии за счет отдачи тепла в окружающую среду. Ванна Ъ осажденной диафрагмой работает при 94—97° С. Нагрузка на ванну составляет 10 ООО А, напряжение 3,75 В, выход по току 96%, коэффициент использования энергии до 60%. В Советском Союзе разработаны и используются несколько моделей ванн с осажденной диафрагмой.
Электролиз растворов хлорида натрия в ваннах с ртутным катодом и графитовым анодом позволяет получать более концентрированные продукты, чем в ваннах с диафрагмой. При пропускании через раствор NaCl постоянного электрического тока на графитовом аноде происходит разряд ионов СГ с последующим выделением
Свежий Хлор
Рис. 58. Схема ванны с ртутным катодом:
/ — электролизер; 2 — разлагатель; 3 — иасос
газообразного хлора 2Cl- — 2е-*-С12. На ртутном катоде выделение водорода происходит с большим перенапряжением. Если на железном катоде потенциал выделения водорода из нейтрального раствора равен 0,415 В, то на ртутном катоде он составляет l,7-f-l,85 В. Натрий же на ртути выделяется с большим эффектом деполяризации, обусловленным образованием амальгамы натрия NaHg11, растворяющейся в избытке ртути. Благодаря этому потенциал разряда натрия на ртутном катоде оказывается ниже равновесного, а именно 1,2 В, в то время как его равновесный потенциал равен 2,71 В. Таким образом, на ртутном катоде протекают следующие процессы: Na+ -f- е-> Na, Na + nHg = NaHgn — и водород практически почти не выделяется.
Амальгама натрия разлагается водой в специальном аппарате — разлагателе по уравнению реакции
NaHgn + H2O = NaOH + 1/2H2 + пЩ
Электролиз в ванне с ртутным катодом протекает в среднем при напряжении 4,3—4,4 В.
Ванна с ртутным катодом, принципиальная схема которой приведена на рис. 58, состоит из двух частей: электролизера и раз-
лагателя. Электролизер и разлагатель конструктивно могут быть разделены и сообщаться друг с другом трубопроводом или могут быть расположены в одном общем кожухе. Электролизер — длинный ящик прямоугольного сечения, сверху закрытый крышкой, в которой укреплены графитовые аноды. К слегка наклонному дну ванны подведена катодная шина и по нему непрерывно движется тонкий слой ртути. Таким образом, днище ванны является катодом. Электролизер питается концентрированным (310—315 г/л) раствором хлорида натрия, который в процессе электролиза обедняется поваренной солью до концентрации 260—270 г/л, выводится из ванны, обесхлоривается под разряжением и при продувке его сжатым воздухом донасыщается солью, очищается от примесей (в схеме не показано) и передается обратно на электролиз. Образующийся хлор выводится через крышку ванны. При движении ртути по дну электролизера в процессе, электролиза получается амальгама натрия, которая растворяется в ртути и выводится из электролизера в разлагатель. Разлагатели могут быть различной конструкции —• горизонтальные и вертикальные. Горизонтальные разлагатели представляют собой прямоугольный желоб, закрытый крышкой. В разлагатель поступает вода и из нею отводятся образующиеся продукты — водород и щелочь. Дно раз-лагателя имеет небольшой уклон, благодаря чему ртуть движется по дну, выводится из разлагателя и подъемниками различного типа передается в электролизер. Ванна с ртутным катодом занимает большие площади, что связано с горизонтальным расположением ртутного катода. Существуют ванны, в которых катодами служат вертикальные амальгамированные диски. Эти ванны компактны, но сложны конструктивно и в эксплуатации.
Сопоставление основных показателей работы ванн двух типов (табл. 8) показывает, что вследствие высокого напряжения на ваннах с ртутным катодом расход энергии выше, чем в диафрагменных. Кроме того, эксплуатация ванн с ртутным катодом более сложна, чем диафрагменных, капитальные затраты на их установку выше и условия труда в цехах, оборудованных ртутными ваннами, тяжелее чем в цехах, где установлены ванны с диафрагмой.
Таблица 8
Показатели работы электролизеров
Электролизер
Показатель
с осажденной диафрагмой
с ртутным катодом
БГК 25
БГК-50
P-I01
P 300
Нагрузка, А..............
Выход по гоку, %...........
Расход энергии на 1 т хлора, кВт-ч
25 000 3,45 96 2 720 0,765
50 000 3,7 96 2 920 1,53
150 000 4,6
95
~4,5
300 000 4,'
95
9,04
Возможность получения в ртутных ваннах концентрированных щелоков, свободных от поваренной соли, является существенным достоинством ртутных ванн. Исходя-из этого, если требуется чистая щелочь (например, для производства вискозного волокна), предпочтение должно быть отдано ваннам с ртутным катодом. В связи с ростом потребности в чистом каустике электролиз в ваннах с ртутным катодом приобрел большое распространение. В цехе электролиза ванны питаются постоянным током и соединяются последовательно в серии. Число ванн в серии зависит от напряжения, подаваемого от выпрямителя тока. В серию включают 60—70 ванн при напряжении источника постоянного тока 240—280 В. Щелочь, получаемая при электролизе в виде растворов, подвергается концентрированию в выпарных аппаратах. Щелочь из диафрагменных ванн содержит до 130—140 г/л NaOH и 180—170 г/л NaCl. Растворимость поваренной соли с увеличением концентрации NaOH в растворе падает. Так, в щелоке, содержащем 50% (769 г/л) NaOH, при 20° С растворимость NaCl составляет 13,9 г/л. Вследствие этого при выпарке электролитических щелоков, полученных в ваннах с диафрагмой, наряду с концентрированием раствора происходит кристаллизация хлорида натрия, который возвращается на электролиз. Практически после упарки и плавки получают щелочь, содержащую 92—94% NaOH, 2—3% NaCl. Водород без предварительной обработки передается потребителям или же выбрасывается в атмосферу.
