Производство хлора, каустической соды и неорганических хлорпродуктов - Якименко Л.М.
Скачать (прямая ссылка):
Плотность тока, кА/м*
Показатели
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
Напряжение на ячейке . . .
1,82
2,08
2,34
2,62
2,85
1,406
1,487
1,555
1,620
1,666
0,323
0,377
0,419
0,458
0,490
Падение напряжения
0,073
0,206
0,312
0,459
0,582
0,049
0,069
0,103
0,139
0,176
+0,03
+0,06
+0,05
+0,05
+0,06
Таблица 5-4. Напряжение на ячейке (в В) при 70е С
и различных плотности тока и концентрации HCl в электролите
Концентрация
Плотность тока, кА/м2
HCI в
электролите,
2,0
4,6
5,»
г/л
1,0
3,0
^
195,8
1,82
2,08
2,34
2,62
2,85
180,0
1,78
2,04
2,28
2,52
2,74
169,6
1,80
2,06
2,32
2,57
2,78
157,0
1,90
2,12
2,36
2,58
2,80
144,3
1,96
2,20
2,44
2,67
2,88
133,5
2,00
2,28
2,52
2,76
3,00
105,5
2,00
2,27
2,52
2,79
3,02
95,6
2,03
2,32
2,59
2,85
3,10
Анодный газ после отмывки его от HCl содержал 99,5—99,6% Cl2, 0,06—0,15% O2 и 0,08—0,12% CO2, что свидетельствует о высоком выходе по току на аноде.
При электролизе соляной кислоты особую трудность представляет подбор конструкционных и защитных материалов. Высокая агрессивность соляной кислоты, особенно при повышенной температуре, ограничивает круг материалов, пригодных для изготовления деталей электролизеров и особенно его электродов.
Неоднократно предлагали использовать металлические электроды для электролиза соляной кислоты [23]: катоды из стали, никелированной стали или сплавов никеля [25—26], а также покрытые активным слоем мелкодисперсного серебра [24]; предлагали использовать и металлические аноды с покрытиями из иридия или сплавов платины с иридием [27]. Однако о практическом применении металлических анодов в промышленном электролизе соляной кислоты сведения отсутствуют. Отсутствие металлов, достаточно стойких в среде горячей соляной кислоты, делает сомнительным целесообразность применения металлических электродов в этом процессе. Из электродных материалов только графит удовлетворяет основным требованиям, предъявляемым к электродным материалам. Он достаточно стоек при анодной и катодной поляризации в горячей концентрированной соляной кислоте, имеет сравнительно хорошую электропроводность и невысокую стоимость [22].
В качестве материала для анодов при электролизе HCl используется графит. Однако графитовые аноды разрушаются во время работы из-за окисления их при разрядке на аноде ионов ОН" или других кислородсодержащих анионов. При снижении концентрации HCl в электролите наблюдается размягчение и набухание графита. После нескольких месяцев работы в электролите, содержащем около 10% HCl, графитовые аноды полностью теряют механическую прочность [20]. При проведении электролиза достаточно концентрированной соляной кислоты в отсутствие окислителей износ графита
может быть снижен до ОД кг/т хлора и менее. Разрушение анодов можно уменьшить, поддерживая оптимальную концентрацию соляной кислоты в электролите.
Во всех конструкциях электролизеров, применяемых в промышленности, в качестве катодного материала также используется графит.
В последние годы появились полимерные материалы, достаточно стойкие в условиях электролиза соляной кислоты и пригодные для изготовления деталей электролизеров, однако до сих пор широко используются прессованный графит и фенолоформальдегидные смолы для изготовления рам электролизера и поливинилхлоридная ткань для диафрагм.
Потеря напряжения на преодоление сопротивления электролита и диафрагмы зависит от электропроводности электролита, температуры процесса, расстояния между электродами, типа применяемой диафрагмы и плотности тока.
Электропроводность соляной кислоты сильно зависит от концентрации:
Электропроводность при 18° С
эквивалентная,
Концентрация, % удельная, Ом-1 «см-* Ом-1 «см* (г-экв)
О — 380,5
5 0,3948 281,0
10 0,6302 219,1
20 0,7615 126,2
30 0,6620 69,8
40 0,5152 39,1
На рис. 5-2 показано изменение электропроводности соляной кислоты с ростом концентрации при различной температуре. Оптимальная электропроводность изменяется при изменении температуры и при 60—80 0G находится в интервале концентраций 15—20%; с повышением температуры максимум электропроводности становится более резко выраженным.
Процесс электролиза ведут при концентрации соляной кислоты, близкой к оптимальной электропроводности. При этой концентрации кислоты процесс разрядки ионов хлора на аноде идет с большим выходом по току и наименьшим расходом графитовых анодов. В таких условиях парциальное давление HGl над электролитом еще не очень высоко и унос хлористого водорода с газообразными продуктами электролиза не чрезмерно велик.
Предлагали применять в качестве электролита смесь соляной и серной кислот (содержание серной кислоты до 30%) [28, 29]. Электропроводность такого раствора высокая, поэтому напряжение на ячейке снижается, однако при этом уменьшается стойкость графитовых анодов. Поскольку в качестве электродного материала для анода и для катода используется графит, упрощается конструкция биполярного электрода, что в значительной степени определяет выбор биполярного типа конструкции электролизера.
