Производство хлора, каустической соды и неорганических хлорпродуктов - Якименко Л.М.
Скачать (прямая ссылка):
Такой приближенный метод определения выхода по току пригоден только в случае применения графитовых анодов. При использовании малоизнашивающихся анодов содержание двуокиси углерода в анодном газе обусловлено только протеканием реакции нейтрализации соды в анодном пространстве. В этом случае для приближенного расчета выхода по току вместо содержания двуокиси углерода подставляется содержание кислорода в анодном газе. Следует также учитывать возможность подсоса кислорода с воздухом через неплотности аппаратуры и трубопроводов.
Предложено [227] выражение для более точного определения выхода по току на основе анализа газа и электролита (анолита и ка-
толита), учитывающее потери выхода по току в связи с растворением хлора в анолите и образованием гипохлоритов и хлоратов.
Однако для практических целей оно неудобно, так как требует проведения большого количества анализов.
При проведении электролиза с ртутным катодом в «чистых» условиях потери тока вследствие разряда водорода на катоде могут быть очень невелики [23], и содержание водорода в хлоре не будет превышать сотых долей процента. Но за счет присутствия различных примесей и других причин в промышленных электролизерах содержание водорода в хлоре составляет от 0,1—0,2 до 1,0—1,5%. При загрязнении амальгамными ядами электролита или воды, подаваемой на разложение амальгамы, или при других отклонениях процесса, содержание водорода в хлоре может превышать указанные пределы.
Скорость разряда водорода на катоде мало зависит от обычных показателей режима электролиза — концентрации натрия в амальгаме и NaCl в рассоле, температуры процесса электролиза — до тех пор, пока эти показатели находятся в пределах, применяемых в промышленном электролизе. В основном на скорость разряда водорода влияют наличие загрязнений амальгамными ядами, а также нарушения нормального функционирования разлагателя или системы циркуляции ртути в электролизере.
Потери тока на катоде связаны также с восстановлением растворенного в анолите хлора и ионов СЮ" и ClOg по реакциям (2.13) и (2.14). Эти потери зависят от концентрации активного хлора в анолите и гидродинамических условий (скорости движения амальгамного катода и электролита), определяющих скорость подвода активного хлора к поверхности катода [228, 229Г.
Концентрация активного хлора зависит не только от факторов, определяющих растворимость хлора в рассоле, но и от рН анолита. Значительное выделение водорода на катоде приводит к образованию в анолите гидроксильных ионов и, соответственно, повышению концентрации ClO- и СЮ,-.
Особенно возрастают потери тока на восстановление активного хлора при больших уклонах ртутного катода вследствие турбулиза-ции электролита на поверхности раздела с амальгамой [230—232]. В электролизерах с ртутным вертикальным катодом для снижения потерь на восстановление активного хлора применяют диафрагму.
Плотность тока, расходуемого на процессы восстановления активного хлора, определяется условиями подвода восстанавливаемого вещества к катоду; она практически не зависит от общей плотности тока и для обычных конструкций ртутных горизонтальных электролизеров составляет примерно 100—200 А/м2 [23]. Поэтому с повышением плотности тока относительные потери тока снижаются, и выход по току возрастает.
Помимо выхода по току полезно исследовать выход по энергии для процессов электролиза. Эти процессы в промышленности обычно
протекают в необратимых условиях, поэтому напряжение на ячейке электролизера превышает теоретическое напряжение разложения. Это связано с наличием перенапряжения на электродах и потерями напряжения на преодоление омических сопротивлений электролита и проводников первого рода. Часть затрачиваемой электрической энергии теряется также потому, что выход по току ниже единицы.
Обычно под выходом по энергии понимают отношение химической энергии продуктов электролиза к общему количеству электрической энергии, затраченной на их получение. При этом под химической энергией продуктов электролиза подразумевают энергию, которая может быть получена при осуществлении реакции, обратной процессу электролиза.
Разница между общим количеством электрической энергии, затраченной на электролиз, и химической энергией полученных при этом продуктов, характеризует количество энергии, превращающейся t в процессе электролиза в тепло. Иногда в качестве меры полезной затраты энергии принимают не тепловой эффект обратной реакции соединения продуктов электролиза, а максимальную работу этой реакции.
ч _
В соответствии с изложенным для определения выхода по энергии может быть использовано выражение
П (2.66)
где E0 и Еяч — теоретическое напряжение разложения и практическое напряжение на ячейке.
І
Материальный баланс электролизера
В процессе электролиза происходят изменения концентрации электролита, которые обусловлены участием ионов в переносе тока, химическими процессами, протекающими на электродах и в объеме электролита, испарением влаги и уносом ее с газообразными продуктами электролиза — хлором и водородом.
