Общая химическая технология. В 2-х частях. Ч. II. Важнейшие химические производства. Изд. 3-е, перераб. и доп. - Мухленов И.П.
Скачать (прямая ссылка):
5*
131
без выделения металлов наибольшее распространение получил электролиз водных растворов хлорида натрия.
Электролиз водных растворов хлорида натрия. При электролизе водных растворов хлорида натрия получают хлор, водород и едкий натр (каустическая сода).
Хлор — при атмосферном давлении и обычной температуре газ желто-зеленого цвета с удушливым запахом. При н. у. плотность хлора 3,21 кг/м3. При атмосферном давлении т. кип. хлора —33,6° С, т. зам. — 102° С. Хлор растворяется в воде, органических растворителях и обладает высокой химической активностью.
Хлор потребляется прежде всего химической промышленностью для производства различных органических хлорпроизводных, идущих для получения пластических масс, синтетических ка-учуков, химических волокон, растворителей, инсектицидов и т. п. В настоящее время более 60% мирового производства хлора используется для органического синтеза. Помимо этого хлор используют для производства соляной кислоты, хлорной извести, хлоратов и других продуктов. Значительные количества хлора идут в металлургию для хлорирования при переработке полиметаллических руд, извлечения золота из руд, а также его используют в нефтеперерабатывающей промышленности, в сельском хозяйстве, в медицине и санитарии, для обезвреживания питьевой и сточных вод, в пиротехнике и ряде других областей народного хозяйства. В результате развития сфер использования хлора, главным образом благодаря успехам органического синтеза, мировое производство хлора составляет более 20 млн. т/год.
Едкий натр, или каустическая сода, — кристаллическое непрозрачное вещество, хорошо растворимое в воде, имеющее при атмосферном давлении т. пл. 328 С. В промышленности выпускается твердый едкий натр и его водные растворы. Едкий натр широко используется во многих отраслях промышленности — целлюлозно-бумажной, химических волокон, нефтеперерабатывающей, органического синтеза, мыловаренной, лакокрасочной и в ряде других.
Водород — газ, т. кип. которого при атмосферном давлении —252,8 С. Водород используют для синтеза важнейших неорганических и органических продуктов: аммиака, метанола и других спиртов, для гидрогенизации жиров, твердых и жидких топлив, очистки нефтепродуктов и др.
Сырьем для производства хлора и щелочи служат, главным образом, растворы поваренной соли, получаемые растворением твердой соли, или же природные рассолы. Растворы поваренной соли независимо от пути их получения содержат примеси солей кальция и магния и до того, как они передаются в цеха электролиза, подвергаются очистке от этих солей. Очистка необходима потому, что в процессе электролиза могут образовываться плохо растворимые ридроокиси кальция и магния, которые нарушают нормальный ход электролиза. Очистка рассолов производится раствором соды и известковым молоком (см. стр. 95). Помимо химической очистки,
растворы освобождаются от механических примесей отстаиванием и фильтрацией. Электролиз растворов поваренной соли производится в ваннах с твердым железным (стальным) катодом и с диафрагмами и в ваннах с жидким ртутным катодом. Промышленные электролизеры, применяемые для оборудования современных крупных хлорных цехов, должны иметь высокую производительность, простую конструкцию, быть компактными, работать надежно и устойчиво.
Электролиз растворов хлорида натрия в ваннах со стальным катодом и графитовым анодом позволяет получать едкий натр, хлор и водород в одном аппарате (электролизере). При прохождении постоянного электрического тока через водный раствор хлорида натрия можно ожидать выделения хлора:
2СГ —2e-*Cla (а)
а также кислорода:
2OH - - 2е -> 1 /20, + H2O (б)
или
H2O- 2е-> 1/2O2 f 2H+
Нормальный электродный потенциал разряда ОН -ионов составляет +0,41 В, а нормальный электродный потенциал разряда ионов хлора равен -г 1,36 В. В нейтральном насыщенном растворе хлорида натрия концентрация гидроксильных ионов около 1-10-7 г-экв/л. При 25° С равновесный потенциал разряда гидроксильных ионов будет
п , „ ... 0,082 - 298 - 2,3 , .„ , Фар = фо-^ In С = 0,41--l__6_j_ Ig 10-7 = 0,82 В.
Равновесный потенциал разряда ионов хлора при концентрации NaCl в растворе 4,6 г-экв/л равен
.. RT , _ . „„ 0,082-298-2,3.,. , QO D ФаР = Ф°—^-1пС=1,36--ГТ96000-4,6 = 1,32 В.
Следовательно, на аноде с малым перенапряжением должен в первую очередь разряжаться кислород. Однако на графитовых анодах перенапряжение кислорода много выше перенапряжения хлора и поэтому на них будет происходить в основном разряд ионов СГ с выделением газообразного хлора по реакции (а). Выделение хлора облегчается при увеличении концентрации NaCl в растворе вследствие уменьшения при этом равновесного потенциала. Это является одной из причин использования при электролизе концентрированных растворов хлорида натрия, содержащих 310 — 315 г/л. На катоде в щелочном растворе происходит разряд молекул воды по уравнению
Н20 + е = Н + ОН- (в)
Атомы водорода после рекомбинации выделяются в виде молекулярного водорода:
2H^H2 (П
