Агальна характеристика виробництва хлору
Хлор каустичну соду та водень отримують одночасно при електролізі водних розчинів повареної солі. Раніше використовувались хімічні методи.
Електрохімічний метод отримання хлору оснований на електролізі водяного розчину повареної (кухонної) солі, при якому крім хлору утворюється їдкий натр (каустична сода) і водень.
Електрохімічне виробництво хлору, каустичної соди та водню відбувається в промисловості двома способами: діафрагменним – в електролітичних ваннах з твердим катодом та пористою азбестовою діафрагмою, яка відокремлює катодний простір від анодного, і способом з ртутним катодом, в якому відбувається утворення хлору та амальгами натрію, яка розкладається в окремому апараті.
При твердому катоді в процесі електролізу відбувається розряд іонів водню, а в електроліті утворюється луг. На ртутному катоді розряджаються іони натрію, в результаті утворюється амальгама натрію, яку виводять з електролізера і розщеплюють водою, при цьому виділяється водень і утворюється луг. Ртуть, що звільнюється при процесі, повертається в електролізер.
Якість хлору і водню при обох способах приблизно однакова, але якість каустичної соди різко відрізняється. Способом з ртутним катодом отримують високоякісну чисту каустичну соду, в той час як отримана діафрагм енним способом каустична сода забруднена повареною сіллю та іншими домішками. Тому діафрагм енна каустична сода придатна не для всіх виробництв.
Технологія виробництва хлору діафрагм енним методом.
Тверда поварена сіль, що надходить на завод по залізниці чи водяним шляхом, зберігається на складі солі й у необхідній кількості розчиняється у воді. Якщо завод забезпечується підземним розсолом, то для збереження 3-4 - денного запасу його встановлюють спеціальні ємності. Розсіл готується розчиненням кухонної солі в підігрітій воді в бункері. Розчин підігрівається у підігрівачі і перекачується у відділення очищення розсолу для освітлення.
У цеху очищення сирий розсіл звільняється від домішок. В природній солі завжди містяться з’єднання кальцію і магнію, що викликає передчасне забивання діафрагми. Небажане також присутність сульфат-іонів. У промисловості застосовуються різні варіанти схем очищення розсолу. В даний час періодичні методи освітлення розсолу заміняються безупинними. Замість карбонізації зворотного розсолу для очищення сирого розсолу часто використовують кальциновану соду. Застосовуються різні типи освітлювачів і фільтрів розсолу. Розпочато впровадження флокулянтів, що прискорюють процес освітлення.
Освітлювачі здійснюють безперервну очистку розсолу. Принцип їх дії базується на тому, що в зону яка містить осад, що утримується в підвішеному стані зустрічним потоком рідини, вводять необхідні компоненти (сирий розсіл, зворотній розсіл з цеху випарювання, що містить невелику кількість їдкого натру, необхідного для процесу очищення, який поступає з електролізу через випарну установку, карбонізований двоокисом вуглецю СО2).
Суспензія містить частини, які можуть служити центрами кристалізації нерозчинних солей що утворюються. Крім того, зростаючі крупні частини легко адсорбують більш мілкі, що також сприяє осаджуванню осаду і освітленню розсолу. Освітлений розсіл зливається в збірник, з якого він для кінцевої очистки подається у фільтри. Очищений розчин нейтралізують соляною кислотою HCL в нейтралізаторі і через проміжну ємність подають в електролізери.
Основний процес одержання з розсолу хлору, каустичної соди і водню під дією постійного струму здійснюється в цеху електролізу в діафрагмених ваннах із твердим катодом. Цех електролізу є основним на хлорному заводі.
Із напірних ванн очищений гарячий розсіл поступає в електролітичні ванни 4, а надлишки розсолу по переточній трубі у верхній частині напірних баків переливається назад в цех очищення розсолу. Таким чином, в напірних баках підтримується постійний рівень розсолу та забезпечується стабільна його витрата.
В результаті електроліза розчин повареної солі на анодах ванн утворюється хлор з температурою 70 – 85 оС, який через отвори в кришці ванни поступає в прокладений над ваннами трубопровід – колектор, виготовлений з фаоліту, скла, порцеляни, азбоцементу. По загальному хлорному колектору хлор направляється у відділення охолодження та осушення.
Осушення вологого хлору у відділені проводиться у дві стадії – в колонах він охолоджується водою H2O, а в осушувачах сушиться шляхом обробки сірчаною кислотою H2SO4. Лужний розчин, отриманий в електролізерах, випарюють в дві стадії в установках 13 і 14. Осушений хлор компресорами перекачується цехам-споживачам.
Сірчана кислота, необхідна для осушування хлору, надходить по залізниці і зберігається на спеціальному складі сірчаної кислоти. Тут же відбувається зміцнення технічної сірчаної кислоти олеумом і видування хлору з відпрацьованої розведеної кислоти, що повертається з відділення сушіння хлору. Після видування відпрацьована сірчана кислота відвантажується споживачам.
Водень з електролітичних ванн надходить у відділення охолодження водою і перекачується компресорами споживачам. Електролітичний луг з цеху електролізу перекачується насосами до цеху випарювання, де випарюється до змісту їдкого натру, необхідного для товарного продукту – 42–50% NаОН. Готова рідка каустична сода надходить на склад і доставляється споживачам у залізничних цистернах чи на автомашинах.
У процесі випарювання електролітичного лугу утворюється дуже чиста поварена сіль, яку відокремлюють від розчину лугу, промивають, очищають від сульфатів і розчиняють у воді. Отриманий зворотний розсіл перекачується у відділення очищення розсолу.