ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Расход электроэнергии на электролиз. Тепловой баланс электролизера из "Технология содопродуктов" Минимальное напряжение на электролизере равно алгебраической разности обратимых потенциалов анода и катода. Равновесные потенциалы в насыщенном растворе Na l для анода +1,32б в, для катода (в ванне с твердым катодом) —0,846 в. Напряжение разложения электролита (У ) для электролизера с твердым катодом равно 1,32—(—0,84) = 2,16 в. [c.198] Равновесный потенциал амальгамного электрода (при концентрации натрия в амальгаме 0,15% и 20° С) равен 1,82 в. Поэтому для указанных условий 1/ в ванне с ртутным катодом равно +1,32— —(—1,82) = 3,14 в и приблизительно на 1 в выше, чем в ванне с твердым катодом. [c.198] Фактическое (рабочее) напряжение на ваннах значительно выше. Для ванн с твердым катодом оно составляет 3,35—3,8 в, т. е. на 1,2—1,65 в больше теоретического. На ваннах с ртутным катодом напряжение еще выше (4,15—5,0 в), потери напряжения составляют 1,0—1,8 в. Потери напряжения в электролизерах вызываются перенапряжением на аноде и катоде (см. выше), сопротивлением электролита и диафрагмы (в ваннах с твердым катодом), а также проводников первого рода (шин, анодов и катодов и их контактов с шинами) — так называемым омическим сопротивлением. [c.198] Электропроводность электролитов обусловлена наличием в растворе ионов и зависит от их концентрации и скорости движения. С повышением температуры скорость движения ионов увеличивается, возрастает также степень диссоциации слабых электролитов. Поэтому электропроводность их с ростом температуры увеличивается, тогда как электропроводность проводников первого рода уменьшается. [c.199] Существенное влияние на сопротивление электролита оказывает присутствие в нем пузырьков газа, выделяющихся на электродах, называемое газонаполнением. Вследствие газонаполнения фактическая площадь, по которой течет ток, уменьшается и повышается сопротивление слоя электролита между электродами. Особенно велико влияние газонаполнения в ваннах с малым межэлектродным расстоянием (между анодом и катодом) при большой высоте катода и анода, значительных,плотностях тока, плохой циркуляции электролита. Увеличение сопротивления электролита может достигать 30—50% в зависимости оТ сочетания перечисленных факторов. [c.200] Сопротивление проводников первого рода и потери напряжения в них зависят, по закону Ома, от удельного сопротивления р, сечения 5 и длины / проводника. [c.200] При повышении температуры на каждые 10° С удельное сопротивление металлов увеличивается на 4—5%. Чтобы уменьшить потери напряжения, стремятся выполнять токоведущие детали ванн из металлов с наименьшим удельным сопротивлением и не очень высокой стоимостью. Наибольшее применение получили медь и алюминий для шин, сталь и медь для катодов и графит для анодов. В шинах электролитических ванн потери напряжения составляют в среднем 0,05—0,10 в. [c.200] Сопротивление контактов — мест соединения шин с графитовыми анодами, отдельных частей графитовых анодов между собой (стержень и плита), а также шин с катодом не поддается точному расчету. Оно зависит главным образом от качества сборки контактов, их плотности, чистоты контактной поверхности (отсутствие соли или окалины на поверхности контактов) и конструкции контактов. При хорошей сборке и удовлетворительной конструкции контактов их сопротивление колеблется в пределах 0,02—0,05 в. [c.201] Несмотря на большое сечение графитовых токоподводяш,их стержней и графитовых анодов, падение напряжения в них вследствие высокого удельного сопротивления графита довольно велико (0,1—0,15 в). В стальных катодах с низким удельным сопротивлением и большим сечением по тери напряжения незначительны (несколько сотых долей вольта). [c.201] Отсюда видно, что увеличение напряжения на ванных с ртутным катодом в основном происходит за счет более высокого напряжения разложения. Вследствие применения горизонтальных анодов и высоких плотностей тока в ртутных ваннах наблюдается также большее падение напряжения в электролите. В ваннах с твердым катодом напряжение дополнительно увеличивается за счет сопротивления диафрагмы. [c.201] Расход электроэнергии на электролиз. [c.201] Практически расход электроэнергии значительно выше, так как выход по току всегда меньше 100%, а напряжение на электролизере всегда выше теоретического из-за перенапряжения и потерь напряжения в электролизере. [c.202] Выделение в электролизере джоулевого тепла приводит к повышению температуры электролита и вследствие этого — к снижению напряжения и увеличению выхода по току. При неизменной нагрузке и постоянной температуре питаюш,его рассола рабочая температура электролита определяется в основном напряжением на электролизере. С повышением плотности тока она увеличивается, соответственно повышаются расход электроэнергии, количество выделяющегося джоулевого тепла и температура электролиза. [c.203] Одновременно пр1 ,повышении температуры увеличиваются давление паров воды над электролитом, испарение и унос паров воды с образующимися при электролизе газами (хлором и водородом), т. е. возрастают потери тепла. Увеличиваются также его потери с като-литом, газами и через стенки электролизера. Поэтому повышение температуры в электролизере ограничено определенными пределами, при которых наступает тепловое равновесие между количеством выделяющегося джоулевого тепла и потерями тепла электролизером. Во избежание увеличения уноса электролита газами температуру электролиза обычно поддерживают нижё температуры кипения электролита (не более 95° С). [c.204] В качестве примера в табл. 14-6 приведен тепловой баланс ванны БГК-17, работающей при нагрузках 20 и 32 ка и плотностях тока 520 x 910 а м . [c.204] Как видно из таблицы, основное количество джоулевого тепла расходуется на испарение воды, уносимой газами, что приводит к повышению концентрации NaOH в католите. Таким образом, джоулево тепло не теряется бесполезно, поскольку облегчается последующее концентрирование щелочи (католита) выпариванием. Незначительное количество тепла расходуется на нагревание католита, а также теряется в окружающую среду. Но даже эти небольшие потери могут быть уменьшены при наличии теплоизоляции электролизера. [c.204] Принципиальная схема производства каустической соды хлора и водорода по способу электролиза с твердым катодом и связь отдельных стадий производства показаны на рис. 15-1. [c.205] Подземный рассол, получаемый в рассольных скважинах, поступает по трубопроводу в специальные баки и по мере потребности в рассоле перекачивается на очистку. В случае использования для электролиза твердой привозной соли (см. верхнюю правую часть схемы) она хранится на складе, там же ее растворяют в воде и сырой рассол передается в цех его очистки. В этот же цех перекачивается из цеха выпарки обратный рассол, содержащий едкий натр, необходимый для очистки. Очищенный рассол направляется в цех электролиза. [c.205] Вернуться к основной статье