Производство хлора, каустической соды и неорганических хлорпродуктов - Якименко Л.М.
Скачать (прямая ссылка):
j В современных конструкциях мощных электролизеров удельный веь потерь тепла наружными стенками невелик. В злектролизерах
с твердым катодом и диафрагмой эти потери тепла снижают путем применения тепловой изоляции.
Температура электролизера зависит в основном от напряжения на нем и температуры подаваемого на питание рассола.
В результате износа графитовых анодов во время работы электролизера изменяется напряжение на нем и повышается его рабочая температура.
При высоких плотностях тока к концу тура работы анодов температура в электролизере может подняться выше допустимой. Это приобретает особое значение для электролизеров с твердым катодом, где обычно нет возможности регулирования межэлектродного расстояния по мере износа анодов. В таких случаях рабочую темпера-ТУРУ электролизера можно снизить питанием электролизера холодным рассолом. Холодильные элементы для охлаждения электролита в современных конструкциях электролизеров не применяются.
Приход энергии в электролизере составляется из физического тепла, приносимого с питающим электролизер рассолом, и электрической энергии постоянного тока, затрачиваемого на электролиз.
Некоторое количество тепловой энергии выделяется также при сгорании графитовых анодов до GO2.
Тепловой эффект образования гипохлорита при реакции хлора со щелочью и последующего восстановления его до хлористого натрия можно не учитывать, так как в сумме последовательных реакций получается исходный продукт — хлористый натрий. Можно учитывать тепловой эффект образования хлората, но его количество, образующееся при электролизе, невелико и поправка незначительна.
Все побочные процессы, снижающие выход по току в энергетическом балансе, в практических расчетах можно учесть, приравняв их к процессу электролиза воды с выделением кислорода и водорода.
Расход энергии в балансе электролизера будет включать тепловой эффект реакции разложения хлорида натрия и воды на хлор, водород и гидроокись натрия, а также реакции разложения воды на водород и кислород, физическое тепло, уносимое из электролизера с катодными щелоками, хлором и водородом, энтальпию паров воды, уносимых из электролизера с газообразными продуктами электролиза, и потери тепла стенками аппарата в окружающую среду.
Некоторые из показателей технологического режима работы электролизеров мало изменяются в процессе работы и поэтому практически не влияют на изменение материального и теплового балансов электролизера. К таким показателям можно отнести концентрацию хлорида в исходном рассоле, выход по току. Другие показатели, наоборот, значительно изменяются за тур работы электролизера. К ним относятся прежде всего напряжение на электролизере и степень превращения хлориду в гидроокись. Изменение напряжения на электролизере влечет за собой изменение температуры электролиза и связанное с этим увеличение количества испаренной в электролизере воды, а следовательно, концентрации NaCl и NaOH в католите.
Испарение влаги и унос её с газообразными продуктами электролиза автоматически приводят к установлению нового теплового равновесия электролизера на новом температурном уровне.
Для электролизеров с твердым катодом предложена [233] тепловая диаграмма (рис. 2-32), связывающая температуру подогрева рассола, напряжение на электролизере, степень превращения хлорида в гидроокись и удельные тепловые потери электролизера через наружные стенки с температурой процесса, количеством испаренной в электролизере воды и концентрацией едкого натра и поваренной соли в католите.
В верхнем левом поле диаграммы нанесены линии равных концентраций едкого натра и поваренной соли в католите, равных плотностей католита, линии равных температур электролиза и количества испаренной воды, а также линии выпадения кристаллов поваренной соли при 20 и 100 °С. В верхнем правом поле нанесены линии равных напряжений на электролизере.
На нижних правом и левом полях нанесены линии равных температур подогрева питающего рассола и равных значений величины gf из выражения
g,= ?-0,09? (290)
где g' — коэффициент, учитывающий потери тепла через стенки электролизера и влияние температуры; q — удельные потери тепла через стенки аппарата при температуре помещения 28 °С, ккал/ч на 1 кг NaOH; t2 — температура электролиза, 0C; р — теплота испарения воды при температуре электролиза, ккал/кг.
Диаграмма составлена при питании электролизера рассолом концентрацией 312 г/л NaCl.
С помощью диаграммы можно с достаточной для практических целей точностью рассчитывать показатели теплового режима работы электролизера.
Для иллюстрации приведем пример пользования диаграммой.
Электролизер работает при V = 3,3 В, температуре питающего рассола t — 70 °С, степени превращения хлорида в гидроокись ? = 0,5 и величине q = 0,3 кг/кг.
Для определения неизвестных показателей работы электролизера проводим через точку ? — 0,5 на шкале степени превращения вертикальную линию. Через точку Ъ% пересечения этой линии с линией, отвечающей температуре питающего рассола t = 70 9C, в левом нижнем поле диаграммы проводим горизонтальную линию до точки — заданного значения q = 0,3. Из этой точки проводим вертикаль до точки пересечения с линией V — 3,3 В. Горизонтальная линия из точки dx пересекается с первоначально проведенной вертикальной линией. Точка пересечения характеризует тепловой режим работы электролизера.
