Производство хлора, каустической соды и неорганических хлорпродуктов - Якименко Л.М.
Скачать (прямая ссылка):
В действительности полезное использование тока в целевом процессе никогда не достигает 100%. Вследствие протекания на электродах побочных электродных реакций, не связанных с образованием целевых продуктов, и наличия вторичных процессов, приводящих к потере части уже выработанных продуктов, количество последних всегда меньше, чем следует из расчета по закону Фарадея. Для учета суммарных потерь продукта вводится понятие выхода по току, под которым понимают отношение фактически полученного продукта к его количеству, которое должно быть получено, исходя из закона Фарадея, без протекания побочных или вторичных процессов и без потерь уже полученного продукта.
При электролизе водных растворов хлоридов щелочных металлов образуются три продукта: газообразный хлор, раствор щелочи и водород. Выходы по току каждого из них могут несколько различаться между собой. Обычно выход по току определяют по щелочи, так как учет получаемых при электролизе электролитических щелоков может быть произведен с большей точностью, чем количества газообразных хлора и водорода.
Если теоретически рассчитанное количество продукта электролиза g, а практически полученное количество gx, тоЪыход по току л определится:
i\ = eifg . (2-56)
или в %
Л-?і/?-100 (2.57)
Понижение^выхода по току вызывается двумя группами причин.
1. Протекание на электродах параллельно с основным процессом, приводящим к получению нужного продукта, других побочных электродных процессов. К ним можно отнести разрядку на аноде ионов ОН" или других кислородсодержащих ионов с выделением кислорода вместо хлора, окисление ионов СЮ" до хлората, разрядка ионов Br", если они присутствуют в рассоле. К этой же группе относятся процессы хлорирования различных органических соединений, содержащихся в графите анодов, материалах, применяемых для их пропитки, или в рассоле, поступающем на электролиз.
На катоде могут протекать процессы катодного восстановления растворенного в электролите хлора, гипохлорита, а также частично хлората с потерей выхода щелочи по току в электролизерах с ртут-
катодом и водорода в электролизерах и твердым катодом. При электролизе с ртутным катодом разрядка водорода приводит к сни-ШйкениїО выхода щелочи по току.
^f: 2. Вторичные процессы, связанные со смешением полученных на ^^Шектродах продуктов — хлора и каустической соды и последующим Й их взаимодействием между собой. Характер и значение этих про-:-??- цессов меняются в зависимости от применяемого способа электролиза, метода разделения электродных пространств и режима работы электролизера.
Приведенные выше две группы процессов, приводящих к сниже-, оЧ нйю выхода по току, взаимосвязаны, так как при смешении продук-; Sj^ тов электролиза образуются ионы СЮ" и GlO3", которые могут уча-?:|i;v.CtBOBaTb в катодном и анодном электродных процессах, способству-
Іих снижению выхода по току.
1V < 'Ч*-**'
-Основным фактором, определяющим выход по току в электро-іійзерах с твердым катодом и проточной диафрагмой, является ско-
1Ш;
і- ¦1
/* [лі'
ш
рость протока электролита и связанная с ней концентрация щелочи в католите или степень конверсии хлорида в гидроокись. В электролизерах с горизонтальным расположением электродов и диафрагмы протекаемость последней и щелочность католита по всей площади диафрагмы одинаковы. В электролизерах с вертикальным расположением диафрагмы концентрация щелочи в католите на различной высоте диафрагмы может быть разной. Поэтому на различных участках диафрагмы по высоте выход по току может быть различным.
Вначале рассмотрим наиболее простой случай, когда плотность тока и скорость фильтрации электролита по всей площади диафрагмы одинаковы. Близкие к этому условия наблюдаются, например, в современных конструкциях электролизеров с вертикальным расположением электродов и полностью заполненным катодным пространством.
До тех пор, пока скорость движения электролита от анода к катоду равна или болите скорости электромиграции ионов ОН", обеспечивается возможность проведения электролиза с высокими выходами по току. При этом потери выходов по току могут быть обусловлены помимо выделения на аноде небольших количеств кислорода переносом хлора с анолитом в катодное пространство, участием ионов Н^в переносе тока и явлениями диффузии.
Растворенный в анолите хлор, поступая в катодное пространство, будет реагировать со щелочью, снижая выход по току хлора и щелочи. ц При последующем катодном восстановлении образовавшегося гипохлорита
СЮ" + H2O + 2е = Cl- +2OH- ; \
вновь образуется щелочь, но снижается выход водорода по току.
Снижение выхода по току будет также вызываться явлениями диффузии растворов через диафрагму, а также участием ионов H+ в переносе тока. Перенос ионов H+ в катодное пространство приводит к соответствующему снижению выхода щелочи по току и к росту рН
анолита, что создает условия для электролитического выделения кислорода на аноде.
В табл. 2-20 приведены данные о возможном снижении выхода по току за счет переноса в катодное пространство хлора, растворенного в анолите.
