4.3.5. Технологическая схема получения хлора и щелочи диафрагменным методом

Несмотря на разнообразие конструкций электролизеров, принадлежность их к одному семейству (электролизеры с фильтрующей асбестовой диафрагмой) определяет примерно одинаковое качество получаемой электрощелочи и одну и ту же технологическую схему производства. Получение щелочи из раствора хлорида натрия, фильтрующегося из анодного пространства, ограничивает концентрацию образующихся щелоков. Для поддержания высокого анодного выхода по току хлора, концентрацию анолита ограничивают на уровне 190 г/л. Это означает, что в каждом литре рассола разлагается 120 г хлорида натрия (концентрация NaCl на входе в электролизер равна 310 г/л) и образуется примерно 80 г/л NaOH. Любые попытки уменьшить скорость протока приводят к необходимости пропорционального уменьшения токовой нагрузки (для сохранения высоким выхода по току хлора), что следует из баланса электролизера по хлору. Из закона Фарадея можно записать:

где С_н, С_к - концентрация хлорида натрия в рассоле и анолите,

j- скорость протока, k - электрохимический эквивалент,

I - токовая нагрузка, Вт - выход по току.

Нарушение этого соотношения приведет к протеканию на аноде реакции разложения воды с образованием кислорода и Н⁺-ионов, перетекающих в катодное пространство и нейтрализующих образующиеся на катоде ОН^--ионы. То есть, существенного увеличения концентрации щелочи на выходе из электролизера не произойдет, но затраты электроэнергии резко возрастут и снизится эффективность производства.

Поскольку для потребителя предстваляет интерес щелочь концентрацией 40-50% масс., получаемую электрощелочь необходимо значительно упаривать.

Технологическая схема получения хлора и щелочи диафрагменным методом состоит из нескольких отделений: приготовления и очистки рассола, электролиза, выпарки электрощелочи, сушки и компремирования газов (рис.4.13).

Рис. 4.13. Технологическая схема получения хлора и щелочи диафрагменным методом.

1-склад-растворитель, 2- подогреватель рассола, 3-осветлитель, 4- колонна карбонизации рассола, 5, 9 - баки-сборники, 6-фильтры, 7-нейтрализатор, 8-индикатор рН, 10-электролизеры, 11-колонна для промывки и охлаждения хлора, 12-осушители, 13, 14- выпарные аппараты.

Поваренную соль растворяют в горячей воде и подают в аппараты очистки от солей жесткости и сульфат-ионов. К содержанию в рассоле ионов магния и кальция предъявляются очень жесткие требования. Их концентрация не должна превышать 5 мг/л. Нежелательность ионов магния и кальция в диафрагменном способе получения хлора и щелочи обусловлена возможностью их перехода в водонерастворимую форму гидроксидов и карбонатов. Эти реакции протекают в прикатодной области, в том числе в диафрагме. Кристаллизация в порах диафрагмы твердых веществ изменяет пористость и протекаемость диафрагмы и нарушает режим электролиза, как это уже было рассмотрено выше.

Очистка рассола от ионов Mg²⁺, Ca²⁺ , SO₄^2- заключается в переводе их в водонерастворимую форму Mg(OH)₂, CaCO₃, и BaSO₄ в аппаратах-осветлителях (см. 1-ю главу). Однако применение бария для очистки от сульфата применяется редко, только для сильно сульфатных рассолов. Обычно сульфат отделяют в виде Na₂SO₄ методом высаливания при выпаривании щелочи.

После осветления раствор подается в напорный бак-сборник и на фильтры для отделения мельчайших твердых примесей. Затем рассол поступает на нейтрализацию подкислением соляной кислотой. Слабая кислая среда уменьшает растворимость в ней газообразного хлора.

После подготовки рассол поступает в отделение электролиза. Получаемая при электролизе электрощелочь имеет относительно небольшую концентрацию и значительное содержание хлорида натрия. Для повышения ее концентрации до товарной 42%, электрощелочь поступает в выпарное отделение, где отделяются кристаллы сульфата натрия и хлорида натрия.

Хлор и водород осушаются охлаждением водой и обработкой серной кислотой в башнях орошения. Осушенные газы поступают потребителю или на сжижение.

На упаривание щелочи тратятся дополнительные энергоресурсы, производственные площади и рабочая сила. Эти причины обуславливают постоянное снижение объемов хлора и щелочи, производимых этим методом.