Производство хлора, каустической соды и неорганических хлорпродуктов - Якименко Л.М.
Скачать (прямая ссылка):
В электролизерах с газозащитными оболочками плотность тока достигала 0,5 кА/м2 и нагрузка на электролизер — 3,6 кА. Этот способ был использован в электролизерах Биллитер-Лейкам [63] и Песталоцци. Однако электролизерам с газозащитными оболочками присущи, хотя и в меньшей степени, недостатки электролизеров с колоколом, поэтому в настоящее время они не имеют промышленного применения.
Способ с одной фильтрующей диафрагмой. Радикальное решение вопроса о разделении электродных продуктов при электролизе водных растворов хлоридов щелочных металлов на твердом катоде было получено при применении способа с фильтрующей диафрагмой. Этот способ разделения электродных пространств электролизера в настоящее время является практически единственным, применяемым в промышленности.
К проточным диафрагмам предъявляются требования достаточной механической прочности, химической стойкости к продуктам электролиза, равномерности толщины, плотности и протекаемости по всей площади диафрагмы, малого значения электролитического сопротивления, доступности и дешевизны. Необходимо, чтобы проте-каемость диафрагмы сохранялась стабильной или, если это невозможно, менялась незначительно в течение длительного времени работы.
В промышленности применяются асбестовые диафрагмы, проте-каемость и электрическая проводимость которых зависит от их пористости. Однако при одной и той же пористости диафрагма может у обладать различной протекаемостью и удельным электрическим \ сопротивлением в зависимости от размера и характера пор.
Свойства диафрагмы зависят от диаметра и длины пор. Поскольку асбестовые диафрагмы не имеют регулярной структуры, размеры пор диафрагмы изменяются в широких пределах и приходится рассматривать их среднее значение.
Пористость диафрагмы d можно рассчитать, зная истинную ри и кажущуюся рк плотности образца асбестовой диафрагмы
<2 = 1-рк/Ри (2.27)
Средняя длина пор Z, средний их радиус г (в см) и общее сечение пор q (в см2) можно определить из результатов электроосмотических
измерений, скорости протекания жидкости через диафрагму и данных по электрическому сопротивлению диафрагмы и пропитывающего ее раствора.
Гидростатическое давление Р, уравновешивающее электроосмотический перенос раствора плотностью р через диафрагму, определяется из выражения
P=^l (2.28>
Скорость V протекания раствора (в cm3Zc) через диафрагму при том же приложенном напряжении будет равна
где ? — потенциал границы раздела, В; E — приложенное напряжение, В; є — диэлектрическая постоянная раствора; т] — вязкость раствора, сП.
Из уравнений (2. 28) и (2. 29) получаем:
r« = ^l.l . ' (2.30)
Pq
Коэффициент увеличения электрического сопротивления диафрагмы К по сравнению с сопротивлением чистого раствора может быть определен экспериментально. Он связан со средней длиной пор I и общим их сечением q выражением
K = IJq (2.31)
Из выражения (2.30) с учетом уравнения (2.31) получаем
г=«/« (2.32)
Масса раствора g, пропитывающего диафрагму, равна
g=qlp (2.33)
Из уравнений (2.31) и (2.33) получаем
-V
8
Kp
(2.34)
1=1/ (2.35)
г р .
Вместо длины пор иногда применяют коэффициент извилистости пор р, представляющий собой отношение длины пор I к толщине диафрагмы:
P = I Ib (2.36)
Протекаемость диафрагмы может быть определена иэ выражения
у=К^Щ- (2,37)
где V — объем протекающей через диафрагму жидкости, см3; F — площадь диафрагмы, дм2; H — гидростатическое давление жидкости, см вод. ст.; t — время, ч; т] — вязкость раствора, сП; К — коэффициент протекаемости.
Коэффициент протекаемости диафрагмы численно равен количеству жидкости (в см3), прошедшей через диафрагму площадью 1 дм2 и толщиной 1 см за 1 ч при гидростатическом напоре 1 см вод. ст. и вязкости жидкости 1 сП.
Электрическое сопротивление диафрагмы равно сопротивлению электролита, заполняющего ее поры, и для 1 см2 площади диафрагмы определяется из выражения
Рд ——V-
(2І38)
где р — удельное электрическое сопротивление электролита, заполняющего поры диафрагмы, Ом • см.
Диффузия продуктов электролиза через диафрагму определяется из выражения
Fd[Cx-C2)Dt
g =
(2.39)
где F — площадь диафрагмы, см3; C1 — с2 — разность концентраций вещества по обе стороны диафрагмы, г-экв/л; t — время, сут; D — коэффициент диффузии, см2/сут.
Коэффициент диффузии для хлоридов и гидроокисей К и Na приведен в табл. 2-5.
Таблица 2-5- Коэффициент диффузии D при 18 °С
, Концентрация, г-вкв/л
NaCl
NaOH
KCl
M
KOH
HCl
0,5 1,0
1,077 1,070
1,310 . 1,290
¦
1,345 1,330
L
'1,841 1,885
2,188 2,217
Для определения коэффициента диффузии при других температурах можно воспользоваться выражением
4
Dt = Dxs [1+0,024 (?-—18)] (2.40)
В процессе электролиза большое значение имеет равномерность протекаемости диафрагмы по всей ее.площади. В случае применения диафрагмы с неравномерной плотностью по ее площади, скорость движения электролита будет в разных частях поверхности диафрагмы различна. В местах повышенной плотности диафрагмы протекае-мость ее будет ниже средней величины. Если на каком-либо участке диафрагмы скорость движения электролита будет меньше скорости движения ионов ОНг к аноду, в этих местах возникнут усдовия для переноса ионов ОНь в анодное пространство. Последнее вызовет снижение выхода по току и ускоренное разрушение графитовых анодов.