ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Условия достижения высокого выхода по току из "Производство хлора методом диафрагменного электролиза" При данной мощности преобразовательной подстанции падение напряжения на электролизере, выход по току и расход электроэнергии определяют производительность цеха. В свою очередь электрохимические процессы, определяющие величину выхода по току, оказывают решающее влияние на шнос анодов и, следовательно, на падение напряжения на электролизерах. Достижение наименьшего падения напряжения и наиболь-,шего выхода по току при наименьших затратах конструкционных материалов и производственных площадей является основ ной задачей при конструировании электролизеров. Рациональный технологический режим эксплуатации электролизеров и соответствующая организация подготовительных стадий также должны обеспечивать оптимальные условия ведения процесса электролиза. [c.15] Зыход по току в значительной мере зависит от концентрации МаОН в электролитических щелоках (ом, ниже). Оптимальная концентрация щелочи достигается при определенной скорости подачи тщательно очищенного рассола, соблюдении температурного режима процесса электролиза и соответствующем регулировании работы диафрагмы. Падение напряжения на электролизере зависит от совокупности факторов, определяющих баланс напряжения ванны. [c.15] Благодаря исследованиям и экспериментальным работам, проведенным в последние годы, значительно расширились знз ния закономерностей процесса электролиза водных растворов хлоридов. Некоторые результаты этих исследований приводятся далее при рассмотрении факторов, определяющих выход по току и баланс напряжения электролизеров. [c.15] Непосредственного разряда ионов Ыа+ на катоде ие происходит, так как нормальный потенциал разряда ионов Н гораздо более электроположителен, чем нормальный поте1 циал разряда ионов Ыа+ (—2,71 в). [c.16] Таким образом, в процессе электролиза на аноде выделяется хлор, у катода образуются едкий натр и водород. Если продукты реакций (1) и (3) не взаимодействуют между собой и если на аноде и катоде не происходит других побочных реакций, на которые расходуется электрический ток, выход по току целевых продуктов электролиза будет равен 100 /о. Однако идеальных условий процесса в промышленных электролизерах создать не удается, поэтому выход по току всегда меньше 100%. [c.16] Чтобы предотвратить смешение продуктов электролиза, анодное и катодное пространства в электролизерах разделяют диафрагмой, но фактически побочные продукты образуются всегда. На аноде и катоде протекают также некоторые другие реакции, вызывающие непроизводительный расход электроэнергии. Рассмотрим наиболее важные побочные реакции. [c.16] Степень протекания этой реакции зависит от соотношения величин перенапряжения хлора и кислорода на графитовом аноде, с одной стороны, и количества ионов ОН , проникающих из катодного пространства в анодное, — с другой стороны. Обратимые электродные потенциалы разряда ионов С1 и ОН при 18° С равны соответственно +1,33 в и +0,82 в, поэтому в первую очередь следовало бы ожидать выделения кислорода. Однако, как видно из рис. 1, с ростом плотности тока перенапряжение выделения кислорода растет несравненно быстрее, 1 ем перенапряжение выделения хлора. [c.16] На графите при 1000 перенапряжение для кислорода составляет 1,09 в, а для хлора не превышает 0,25 в. Поэтому при электролизе растворов хлорида натрия на аноде выделяется почти чистый хлор, а реакция (4) имеет крайне ограниченное значение. [c.16] Экспериментальными данными Г. Ангела (рис. 2) показано, что максимальный выход по току (близкий к 100%) возможен при концентрации раствора ЫаОН порядка 3,2—3,8 н. Соответственно этому и подбирают протекаемость диафрагмы. [c.17] Как будет показано, одновременное повышение температуры электролиза и концентрации ЫаС1 в рассоле положительно сказывается на подавлении побочных реакций и снижении перепада напряжения на электролизерах. [c.18] выделяющийся на аноде по реакции (1), растворяется в анолите. Растворимость хлора резко снижается при увеличении концентрации поваренной соли в рассоле и повышении температуры (табл. 3). [c.18] Таким образом, при электролизе раствора хлорида в случае непосредственного взаимодействия гидролизованного хлора и щелочи может образоваться значительное количество хлоратов. Однако в практических условиях благодаря применению диафрагмы и противотоку электролита проникание иоцов ОН- крайне ограничено (pH анолита 3,5—4,0), позтому концентрация ионов ОСГ и, следовательно, ионов IO3 невелика (см. ниже). Соответственно невелико и снижение выхода по току, связанное с протеканием указанных реакций. [c.19] Значение этих реакций невелико, так как концентрация растворенного хлора и хлорноватистой кислоты в электролите низка, поэтому при нормальном ведении процесса в электролитической щелочи содержится только 0,1 ,2 г/л ЫаСЮз и следы ЫаОС1, образовавшихся по реакциям (6) и (7). [c.20] Состав примесей в хлоргазе, объемн. [c.20] При добавлении соляной кислоты (pH анолита 1) потерн выхода по току составили по хлору 1,24% (в том числе 1,05%, из-за побочного образования кислорода и СО2), по щелочи 3,36% (в том числе 2,48% вследствие проникания в католит соединений хлора). [c.20] Во всех опытах, проведенных в условиях нормального технологического режима (рНя5 3,5), содержание ЫаС1 составило 22—23 г/100 г в анолите и 12—14 г/100 г в католите содержание ЫаОН в католите было равно 10— 12 г/1 00 г. Потери выхода по току составили 3—5% (в том числе не более 1% из-за взаимодействия хлора и щелочи). [c.21] Из сказанного следует, что снижение выхода по току хлора и щелочи происходит главным образом вследствие проникания гидроксильных ионов в анодное пространство и разряда их на амоде по. реакции (4). Следовательно, для достижения максимального выхода, по току в промышлеиных электролизерах должны быть созданы такие условия, при которых этот процесс сводился бы к минимуму. [c.21] Проникание щелочи в анодно е пространство определяется в основном миграцией ионов ОН через диафрагму при переносе тока и частично диффузией католита. При возрастании концентрации ЫаОН в катодном пространстве миграция иОнов ОН и диффузия католита увеличиваются. Ограничение этих процессов достигается благодаря движению электролита из анодного пространства в катодное (т. е. навстречу движению ионов ОН ) вследствие разности гидростатического давления в обоих пространствах. [c.21] Скорость потока рассола через диафрагму в производственных условиях выбирают, исходя из степени разложения хлорида натрия в электролизерах примерно на 50%, что соответствует оптимальной концентрации НаОН, установленной Г. Ангелом . Движение электролита определяется протекаемостью диафрагмы Р (в см ). выражаемой следующей формулой . [c.21] Вернуться к основной статье