Производство хлора, каустической соды и неорганических хлорпродуктов - Якименко Л.М.
Скачать (прямая ссылка):
К диафрагме для разделения газов предъявляются значительно более жесткие требования, чем в других процессах электролиза.
Это обусловлено сравнительно высокой растворимостью хлора в соляной кислоте. При концентрации HCl и температурах, применяемых в электролизе соляной кислоты, віл электролита растворяется около 1,5 г хлора.
Для предотвращения снижения выхода хлора по току за счет попадания его в катодное пространство и последующего катодного восстановления диафрагма должна не только предотвращать проникновение пузырьков хлора из анодного пространства в катодное,
но и ограничивать попадание анолита в катодное пространство за счет фильтрации или диффузии раствора через диафрагму.
Для соблюдения этого требования нужно применять более плотную диафрагму, с большим сопротивлением диффузии по сравнению, например, с диафрагмой при электролизе воды. Поэтому обычно сопротивление диафрагм, применяемых при электролизе соляной кислоты значительно (в 5—10 раз) выше сопротивления асбестовых диафрагм при электролизе воды.
Для разделения получаемых при электролизе хлора и водорода применяют диафрагмы из поливинилхлоридной, поливини-лиденхлоридной или политетрафторэтиле-новой [20] ткани или перфорированной Концентрацію'HCI1 % фольги, выдерживающих температуру до
95—100 0C [28—30]. Стойкость диафрагмы из поливинилхлоридной ткани улучшают введением некоторого количества фтор-органических полимеров. По краям диафрагму делают непроницаемой, что достигается ее обработкой, например, поливинил-хлоридным лаком. Края диафрагмы зажимаются между соседними рамами электролизера. Для получения необходимой плотности диафрагмы ткань подвергают соответствующей обработке.
Применение политетрафторэтиленовых диафрагм позволяет работать при более высоких рабочих температурах электролиза, что выгодно с точки зрения снижения напряжения на ячейке и расхода электроэнергии.
Диафрагма из стеклянной ткани оказалась недостаточно стойкой. Для изготовления других деталей электролизера, соприкасающихся с электролитом и продуктами электролиза, применяют материалы, стойкие к соляной кислоте и хлору (импрегнированный графит, кислотостойкие пластические массы, например хавег, поли-винилхлорид, полиэтилен, эбонит, фаолит, а также гуммированная сталь).
5
•о
I
Cs
!
1
I1
Г
Ч
1I
ч
/
5
О
IO го зо
Рис. 5-2. Зависимость электропроводности соляной кислоты от ее концентрации при различных температурах:
1 — раствор HCl при 94 °С;
2 — то же, при 80 °С; 3 — то же, при 60 °С; 4 — то же, при 10 °С; 5 — раствор NaCl при 60 0C
ч
Применяются биполярные графитовые электроды с выступами как с катодной, так и с анодной стороны. Был предложен и испыты-вался длительное время насыпной анод. Однако при эксплуатации насыпных анодов, по-видимому, возникли трудности, и в последних моделях электролизеров применяются преимущественно сплошные аноды. Эти трудности обусловлены необходимостью обеспечения достаточного электрического контакта между кусками насыпного анода и графитовой пластиной биполярного электрода во время работы электролизера. По мере разрушения кусков графита в насыпном аноде будет возрастать электрическое сопротивление в точках касания кусков насадки между собой и с графитовой пластиной биполярного электрода. Восстановление контакта возможно только за счет уплотнения насадки под действием силы тяжести вышележащего слоя насадки анода. При плохом контакте между кусками участие насадки в процессе электролиза может снизиться за счет протекания анодного процесса на поверхности графитовой плиты биполярного электрода. В этом случае насыпная насадка может сыграть отрицательную роль, увеличивая расстояние между основными электродами и ухудшая условия выделения газообразного хлора и циркуляцию электролита. При больших размерах электродов равномерное распределение насадки затруднительно.
Применение монолитных анодов позволяет при том же напряжении на ячейке увеличить примерно вдвое плотность тока. При одном и том же удельном расходе электроэнергии капиталовложения при применении монолитных анодов сокращаются почти вдвое по сравнению с насыпными анодами. В процессе эксплуатации монолитных анодов происходит увеличение межэлектродного расстояния из-за износа анодов. Однако, вследствие малого удельного износа графитовых анодов, увеличение напряжения на ячейке в связи с ростом межэлектродного расстояния невелико. Дополнительный расход на периодическую смену анодных плит с избытком компенсируется перечисленными выше преимуществами монолитных анодов.
Процесс электролиза соляной кислоты и конструкция электролизера были разработаны в 30-х годах на заводе в Биттерфельде [31, 32]. В течение длительного времени этот процесс не находил применения в промышленности. Однако исследования в этой области и усовершенствование конструкции электролизеров продолжались в ряде стран. Проводились работы по интенсификации процесса электролиза за счет повышения плотности тока до 2,5 кА/м2 и выше, снижению напряжения на ячейке электролизера, улучшению качества диафрагмы [20, 33]. Было предложено много различных вариантов технического осуществления процесса электролиза соляной кислоты и конструкции биполярных электролизеров и их отдельных узлов [34—39], из которых только немногие получили применение в промышленности.
