Выход по току

Выход по току – это отношение практически полученной массы продукта (G_пр.) в процессе электролиза к теоретически возможной (G_T), рассчитанной по закону Фарадея:

(2.2.15)

В соответствии с первым законом Фарадея масса вещества (G_Т), полученная при электролизе, пропорциональна количеству пропущенного электричества (Q) т.е., силе тока (I) и времени электролиза ():

(2.2.16)

где Э_х – электрохимический эквивалент вещества, (г/Ач), который определяется по формуле:

(2.2.17)

М – молярная масса вещества, г/моль;

n – число электронов, участвующих в электродной реакции;

F – число Фарадея, 26,8 Ач/моль-экв.

I – сила тока, А

 - время электролиза, ч

Для гидроксида натрия, хлора и водорода электрохимические эквиваленты соответственно равны (г/Ач):

(2.2.18)

(2.2.19)

(2.2.20)

Удельный расход электроэнергии

Теоретический расход электроэнергии на 1000 г целевого продукта(W_T) рассчитывают по формуле:

, Вт/кг (2.2.21)

где U_T – теоретическое напряжение разложения, равное разности равновесных потенциалов анода и катода; для хлорида натрия в условиях промышленного электролиза U_T = 2,1-2,2 В.

Подставляя в формулу (2.2.21) значение G_T из (2.2.16) и сократив I, , получим:

, Вт/кг (2.2.22)

На практике напряжение на электролизной ванне (U_пр.) значительно выше теоретического напряжения разложения, т. к. в реальных условиях необходимо учитывать перенапряжение на аноде и катоде, падение напряжения на диафрагме, в электролите, контактах и т. д. Кроме того, количество полученного продукта меньше теоретического, эту разницу учитывает выход по току. Поэтому удельный расход электроэнергии (W_УД ) равен:

, Вт/кг (2.2.23)

где _Э – в долях единицы.

В соответствии с уравнением (2.2.23) удельный расход электроэнергии пропорционален напряжению на ванне и обратно пропорционален выходу по току. Поэтому все мероприятия, направленные на увеличение выхода по току и снижение напряжения на ванне, приводят к снижению удельного расхода электроэнергии.

Коэффициент использования электроэнергии

По существу коэффициент использования электроэнергии(N) является долей полезного использования электроэнергии, количественно его выражают как отношение теоретического расхода электроэнергии на единицу массы целевого продукта к фактическому расходу, выраженное в процентах:

% (2.2.24)

С учетом (2.2.22) и (2.2.23), получим:

% (2.2.25)

Степень использования электроэнергии тем выше, чем больше выход по току и ближе значения практического и теоретического напряжений. Поскольку выход по току для процесса получения гидроксида натрия изменяется на практике незначительно (93-98%), основной вклад в коэффициент использования электроэнергии вносит напряжение на ванне. Оно складывается из разности равновесных потенциалов анода (E^a) и катода (E^k) (35-42%), перенапряжений на аноде (_а) и катоде (_k) (23-26%), падения напряжения на диафрагме (U_д) (4-6%), в электролите (U_Э) (10-15%), на электродах и контактах (U_К, 2-5%).

U_пр. = (E^a - E^k) + (_а + _k )+ U_Э + U_К + U_Д (2.2.26)

В процессе работы эти соотношения могут изменяться, особенно в случае нарушения режимов процесса и возникновения неполадок: износ электродов, забивание диафрагмы, окисление контактов и др.