Електроліз розчину NаСl

Електроліз розчину NаСl це найбільш простий і економічний спосіб виробництва трьох найважливіших хімічних продуктів: С1₂, Н₂ і NаОН з використанням дешевої і доступної сировини. Виробництво хлору, водню й гідроксиду натрію – одне з найбільш великомасштабних хімічних виробництв.

Сумарна реакція, що протікає в електролізері:

2NаС1 + 2Н₂О + 2е^- ® 2NаОН + С1₂ + Н₂

Хлор використовується як вихідний матеріал для виробництва хлорорганічних розчинників, пластмас, синтетичних каучуків, хімічних волокон, отрутохімікатів. Використовується в металургії для хлоруючого обпалення руд, в целюлозо-паперовому виробництві для очищення і відбілювання целюлози. При регенерації олова з консервних банок теж використовують хлор. Інші області використання: очищення стічних вод і питної води. Хлор входить у склад побутових препаратів для відбілювання тканин та очищення побутових сантехнічних приладів.

NаОН використовують у виробництві багатьох хімічних продуктів – промисловість органічного синтезу, целюлозо-паперове виробництво, штучні волокна, металургія (виробництво алюмінію), нафтохімічне виробництво.

Вихідна сировина – очищений від домішок концентрований розчин NаС1 (305-310 г/л).

Електроліз NаС1 здійснюється 2 способами, які розрізняються за електрохімічними процесами на електродах та апаратурним оформленням:

1)Електроліз з твердим катодом і фільтруючою діафрагмою;

2)Електроліз без діафрагми з рідким ртутним катодом.

Водень і хлор, що утворюються при будь-якому способі, відрізняються високою чистотою. При електролізі з рідким ртутним катодом і третій продукт – NаОН – має високу концентрацію і є хімічно чистим.

А) Електроліз з твердим катодом і фільтрувальною діафрагмою.

Електродні процеси:

К^-) 2Н₂О + 2е^- ® 2ОН^- + 2Н_(адс.) 2Н_(адс.) ® Н₂

А⁺) 2С1^-® С1₂ + 2е^-

Матеріалом для катоду служить сталь, на котрій водень виділяється з відносно невисокою перенапругою (0,3 В). В реальних умовах електролізу фактичний потенціал виділення водню складає – 0,845 В. Підвищення потенціалу до 0,3-0,4 В можна досягти використанням пористих графітових катодів. Для зміцнення і гідрофобізації їх просочують політетрафторетиленом і активують солями міді або срібла.

ОН^- з Nа⁺ утворюють NаОН.

Використовують оксидно-рутенієві аноди – композиція з оксидів титану і рутенію, - нанесені на титанову основу.

Побічним процесом є утворення О₂:

А⁺) 2ОН^- ® 0,5О₂ + Н₂ + 2е^-

В об’ємі електроліту анодного простору протікають реакції:

С1₂ + Н₂О « НОС1 + НС1; С1₂ + ОН^- « НОС1 + С1^-

В міжелектродному просторі:

НОС1 + NаОН ® NаОС1 + Н₂О

На аноді відбувається електрохімічне окислення іонів ОС1^- з утворенням хлорату:

А⁺) 3ОС1^- + 4Н₂О ® С1О₃^- + 2С1^- + 2О₂ + 8Н⁺ + 8е^-

Побічні реакції знижують вихід по струму основних продуктів і підвищують витратні коефіцієнти по електроенергії. Умови електролізу і конструкції електролізерів спрямовані на мінімальне протікання побічних реакцій і досягнення максимального виходу по струму цільових продуктів. Для цього електроліз проводять в електролізерах безперервної дії з вертикальними фільтрувальними діафрагмами при прямотечійному русі електроліту і ОН^--іонів.

Електролізер працює так. Очищений розсіл подається в анодний простір і внаслідок гідростатичного тиску він фільтрується через діафрагму і катод в катодний простір. З катодного простору безперервно відводять водень і розчин NаОН, а з анодного – хлор-газ. В хлор-газі міститься до 95-96% С1₂. Хлор-газ охолоджують до 20ºС і додатково сушать промивкою концентрованою сірчаною кислотою. Для транспортування хлор скраплюють під тиском 1-1,2 МПа і перевозять в балонах або цистернах. Катодний продукт – 120-140 г/л NаОН і 170-180 г/л NаС1. Розчин випарюють, при цьому NаС1 переходить в тверду фазу, оскільки його розчинність різко знижується з підвищенням концентрації NаОН.

Після випарювання і плавки отримують безводний продукт, який містить 92-95% NаОН і 2-4% NаС1.

Умови роботи електролізера і середні показники роботи електролізерів:

Поиск по сайту: