ХИМИЧЕСКАЯ

ТЕХНОЛОГИЯ

Лекция №10

Электрохимические производства. Теоретические основы электролиза водных растворов и расплавленных сред. Технология электролиза раствора хлорида натрия.

Основные направления применения электрохимических производств

При электролизе водных растворов и расплавленных сред могут быть получены химические продукты: водород, хлор, гидроксиды натрия и калия. Методом электролиза водных растворов осуществляют энергохимический синтез многих неорганических и органических веществ – гипохлоритов, хлоратов, перхлоратов, хлорной кислоты, перманганатов, диоксида марганца, а также адипонитрила, антидетонаторов. На электролизе водных растворов основаны гидроэлектрометаллургия и гальванотехника. Гидроэлектрометалургия –извлечение металлов из водных растворов их солей путем электролиза.

Важнейшая область электрохимии –

получение и эксплуатация химических источников тока. Химические источники тока подразделяются на первичные и вторичные.

2

Электрохимические методы все более широко внедряются в технику очистки сточных вод, в частности для опреснения сильно минерализированных вод электролизом с регенерацией индивидуальных солей, кислот и щелочей.

Преимущества электрохимических методов

•В электрохимических процессах аппаратура во многих случаях проще и компактнее по сравнению с альтернативными химическими процессами;

•Электрохимические методы получения ряда продуктов характеризуются меньшим числом производственных стадий и операций, более дешевым сырьем и большей глубиной его превращения, одновременным образованием (причем в раздельном виде) ценных продуктов.

Эти преимущества часто обусловливают более низкую себестоимость получаемой продукции.

Одно из главныха достоинствств электрохимическихе т ес методов – чистотата получаемых продуктов..

Основной недостаток электрохимическихе т ес процессов – высокая энергоемкость,е г е сть, поэтому энергетическиее гет ес е затратыаты составляютста я т главнуюа статью себестоимостиест сти продуктов..

Поэтому для электрохимическихе т ес производств особенное важно снижениее е энергопотребленияе г т е е я путем совершенствованияе е ст а я технологии,г , аа также рационального,а ь г , экономичногого использованияа я электроэнергиит э е г ..

3

Электролиз раствора хлорида натрия

Электролиз раствора NaCl осуществляется двумя методами:

•электролиз с твердым катодом и фильтрующей диафрагмой;

•электролиз без диафрагмы с жидким ртутным катодом.

Благодаря чистоте получаемых продуктов, компактному аппаратурному оформлению, а также одностадийности процесс электролиза раствора NaCl является единственным в мире способом

производства хлора и основным способом получения гидроксида натрия.

4

Электролиз раствора NaCl с твердым катодом и фильтрующей диафрагмой

При реализации этого процесса на катоде в соответствии с значениями электродных потенциалов протекают следующие процессы:

Побочные реакции снижают выход по току основных продуктов и повышают расходные коэффициенты по энергии. Электролиз реализуют в электролизерах непрерывного действия с вертикальными фильтрующими диафрагмами при противотоке движения электролита и OH –ионов.

Корпус ванны разделен на катодное и анодное пространства пористой диафрагмой из асбеста. Диафрагма плотно прилегает к перфорированному стеклянному катоду. В анодном пространстве расположен оксидно-рутениевый анод. Очищенный рассол подают в анодное пространство и вследствие гидростатического давления он фильтруется через диафрагму и катод в катодное пространство. Из катодного пространства непрерывно отводят водород и раствор гидроксида натрия, а из анодного – хлор. В образующемся хлор-газе содержится 95 – 96% Cl2. Хлор-газ охлаждают до

20 С (при этом конденсируется вода) и дополнительно сушат промывкой концентрированной серной кислотой. Катодный продукт – раствор гидроксида натрия содержит 120 – 140 г/л NaOH и 170 – 180 г/л неразложившегося NaCl. Раствор выпаривают, при этом NaCl переходит в твердую фазу, т.к. его растворимость резко снижается с увеличением концентрации NaOH. После выпарки и плавки щелоков получают безводны гидроксид натрия, содержащий 92 – 95% NaOH и 2 – 4% NaCl.

Благодаря противотоку электролита и ионов OH -, последние практически не попадают в анодное пространство и побочные реакции (5), (7) – (9), за которые они ответственны, предельно минимизированы.

6

Электролиз раствора хлорида натрия с ртутным катодом

Na + + OH- NaOH

7

Схема электролизера с ртутным катодом

1-электролизер; 2-разлагатель; 3-насос.

Глубоко очищенный концентрированный раствор NaCl подают в наклонный удлиненный электролизер, по дну которого самотеком, противотоком рассолу, движется ртуть, служащая катодом. Над ртутью расположен горизонтальный оксидно-рутениевый анод, погруженный в рассол. Анодная жидкость, содержащая непрореагировавший NaCl, выводится из электролизера совместно с хлор-газом, от которого отделяется в сепараторах и продувочных колоннах. Хлор подают на осушку, а обесхлоренный рассол после очистки от ртути и примесей насыщается каменной солью и возвращается в электролизер. Амальгама натрия из электролизера перетекает в наклонный реактор-разлагатель, где движется противотоком дистиллированной воде, подаваемой в количестве, обеспечивающем получение 45%-ого раствора NaOH. На дне разлагателя размещены гребенчатые графитовые плиты, образующие с амальгамой короткозамкнутый гальванический элемент NaHg n

[NaOH] С. Отводимый гидроксид натрия отделяют в сепараторах от водорода и передают потребителям. Ртуть, вытекающую из разлагателя, ртутным насосом перекачивают в электролизер.

8