Производство хлора, каустической соды и неорганических хлорпродуктов - Якименко Л.М.
Скачать (прямая ссылка):
Многократные попытки [51—54] использовать энергию амальгамного элемента для снижения расхода электроэнергии в процессе электролиза не нашли реализации в промышленности. Это объясняется _jc^g^^^H^^s>^c^^LWUH^ разницей между выходами по току в катодном и анодном процессах в амальгамном элементе. Поэтому для предотвращения анодного растворения ртути в амальгамном элементе необходимо регулировать силу тока, проходящего через элемент.
Кроме того, превращение разлагателя в амальгамный элемент связано с возникновением сопротивления во внешней цепи элемента, снижением плотности тока разложения и. температуры процесса (за счет полезного использования части энергии разложения амальгамы, которая ранее целиком превращалась в тепло). Все эти факторы приводят к необходимости увеличения размеров разлагателя и требуемого количества ртути. Продолжаются поиски путей использования энергии разложения амальгамы с применением элементов, в которых используются катоды с кислородной деполяризацией процесса выделения водорода [55—58 J.
Предложен в качестве катода скелетный катализатор из активированного никеля [59—61]. Известно о проведении испытания на сравнительно небольших опытных установках. На установке с нагрузкой 3,5 кА достигнуто использование энергии амальгамы на 33—35%. Считается возможным при плотности тока 2—4 кА/м2 получить напряжение на ячейке 1,2—1,5 В [55—61].
Разделение продуктов, получающихся на электродах
В процессе электролиза с целью получения хлора и каустической, соды необходимо разделять продукты, получающиеся на электродах. При электролизе с ртутным катодом разделение анодных и катодных продуктов осуществляется благодаря тому, что разложение амальгамы и получение каустической соды и водорода проводятся в отдельном аппарате — разлагателе. При электролизе с твердым катодом необходимы специальные меры для разделения катодных и анодных продуктов.
Пористая перегородка, погруженная в жидкость, обеспечивает разделение образующихся в процессе электролиза водорода и хлора, предотвращает возможность механического перемешивания като-лита и анолита за счет конвекционных потоков и в сильной степени снижает попадание щелочи в анодное пространство вследствие Диффузии. Однако такая диафрагма не может исключить или уменьшить попадание щелочи в анодное пространство за счет участия ионов ОН" в переносе тока. Перенос щелочи в анодное пространство при неподвижном электролите резко возрастает, а выход по току снижается с ростом концентрации щелочи в катодном пространстве. При повышении концентрации щелочи до 45—50 г/л выход по току паДает до 60—70%.
Пористые диафрагмы для электролиза с неподвижным электролитом применялись в нескольких конструкциях электролизеров в конце прошлого и в первые десятилетия XX столетия.
Предотвращение потерь выхода по току за счет электролитического переноса ионов ОН" к аноду не могло быть обеспечено без создания принципиально нового способа разделения продуктов электролиза.
Если обеспечить равномерное по всему сечению электролизера движение электролита от анода к катоду со скоростью, равной или большей скорости электролитического переноса ионов ОН", то будут устранены попадание ионов OH^ в анодное пространство (за счет их участия в переносе тока) и связанные с этим снижение выхода по току и ускоренный износ графитовых анодов.
Чтобы избежать смешения газов, выделяющихся на электродах, а также механического перемешивания анолита с католитом, принцип противотока следует сочетать с применением пористой диафрагмы или другими средствами предотвращения перемешивания жидкостей и газов.
Различают четыре способа использования принципа противотока электролита для разделения электродных продуктов: а) с колоколом; б) с газозащитными оболочками на катоде^ в) с одной фильтрующей диафрагмой; г) с двумя фильтрующими диафрагмами.
В способе с колоколом [62] достигается расслоение католита и анолита вследствие большей плотности католита по сравнению с анолитом. Анод располагается внутри колокола, а катоды — снаружи за его стенками. При подаче рассола в анодное пространство осуществляется постоянное движение электролита от анода к катоду и на некотором расстоянии под анодами устанавливается граница раздела щелочного католита и кислого анолита.
Разделение электродных продуктов этим способом имеет ряд недостатков. Небольшая нагрузка на один колокол ограничивает возможность увеличения мощности электролизера. Несмотря на применение малой плотности тока (около 0,3 кА/м2) из-за большого расстояния между электродами и низкой рабочей температуры напряжение на электролизере сравнительно велико и составляет 3,7—4,2 В. Разделение электродных продуктов с помощью колокола
и противотока электролита было использовано в нескольких типах электролизеров, однако упомянутые недостатки способствовали вытеснению его другими методами.
В способе с газозащитными оболочками на катоде сохранен в основном принцип разделения, применяемый в способе с колоколом, однако катоды располагаются непосредственно под анодами, что позволяет избежать ряд неудобств, связанных с размещением катодов на внешней стороне колокола. Для предотвращения перемешивания католита с анолитом пузырьками поднимающегося водорода катоды помещают в оболочки или желоба с наклоном в одном направлении от 1 : 50 до 1 : 25 для отвода собирающегося там водорода.
