Производство хлора, каустической соды и неорганических хлорпродуктов - Якименко Л.М.
Скачать (прямая ссылка):
т} = 0,98-0,29(С-155) Ю*** (2.58) где С — концентрация щелочи в католите, г/л. .
Для зоны переменной концентрации щелочи, как это было рассмотрено ранее.
Уровень анолита
Уровень верха катода
с=с0+ы
(2-41)
Концентрация NaOH, г/л
Рис. 2-31. Схема распределения концентрации щелочи по высоте диафрагмы.
где C0 — концентрация щелочи в зоне постоянной протекаемости диафрагмы, г/л; I — расстояние от нижней точки зоны переменной протекаемости диафрагмы, см.
Рассмотрим сначала процесс в электролизере с незаполненным катодным пространством.
Распределение концентрации щелочи н католите по высоте диафрагмы показано на рис. 2-31. На участке I0 по высоте диафрагмы концентрация щелочи C0 постоянна и менее 155 г/л. На участке
V
155-C0
концентрация щелочи меняется в соответствии с ура-
внением (2.41) от C0 до 155 г/л: На участке диафрагмы (I0 + V) выход по току можно принять равным 0,98, поскольку концентрация щелочи на всех участках диафрагмы находится в пределах от C0 до 155 г/л.
На участке диафрагмы Iа концентрация щелочи в католите возрастает от 155 г/л до значения, равного
С = 155 + 6Г
(2.59)
и выход по току по высоте будет непрерывно меняться в соответствии с изменением концентрации щелочи в католите.
Для каждого элемента dl высоты диафрагмы на участке I" выход по току будет определяться значением концентрации щелочи в католите в этом элементе.
Средний выход по току на участке /' Jb^-:•••.EHeM в пределах от 0 до Iп выражения
Iм
J т, dl
можнб найти интегрирова-
ние-'
ср, I
_ о
г
(2.60)
^||; и Подставляя в уравнение (2.60) значения rj и С из выражений $ ; (2.58) и (2.59) и интегрируя его, получаем значение среднего выхода
:??» току на участке диафрагмы
^C- лить из выражения
Ij4p г=0.98—0,87. Ю-»!'
(2.61)
Средний выход по току для всего электролизера можно опреде-
дат:.
.1*
0,98 (/0 + П + (0,98-0,87 ¦ Ю^Г) Г
(2.62)
Выход по току на электролизере тем выше, чем меньше относительная длина участка
Если максимальная концентрация щелочи в католите в верхней ifp;: точке катода не превышает 155 г/л, выражение (2.62) приобретает вид т| ~ 0,98 и все участки диафрагмы работают с максимально воз-
мржным выходом по току.
При C0 = 155 г/л участок Г = 0, Г — I1 и выражение (2.62)
ж> примет вид
"Пер
0,98/0 + (0,98-0,87-10-2/) г
Z0 + *
(2.63)
Если C0 больше 155 r/л, путем аналогичных рассуждений получим выражение
[0,98-0,29-10-2 (C0-155)] Z0+ [0,98-0,29 • 10'2 (C0-155)-0,87 .ІО'П] I
(2.64)
,Ji--
»
Для электролизеров с заполненным катодным пространством выражения (2.59) — (2.64) сохраняются в силе, причем в данном случае I — расстояние от верха катода до уровня католита.
В приведенных выше рассуждениях исходили из равномерности протекания электролита и равенства плотности тока по всей поверхности диафрагмы. В действительном процессе электролиза это условие может нарушаться. Например, плотность тока существенно изменяется на различных участках диафрагмы, особенно к концу тура работы электролизера при изношенных анодах.
Неравномерность протекания электролита через диафрагму может быть вызвана различной плотностью диафрагмы на разных ее участках и наличием дефектов диафрагмы. Кроме того, протекание жидкости по порам диафрагмы происходит с различной скоростью.
В крупных порах можно ожидать движения жидкости с большей скоростью, чем в малых порах. Движение жидкости у стенок будет более медленным, чем в средней части пор.
Поэтому практически при равенстве средней скорости противотока и скорости электромиграции ионов ОН" не исключена возможность переноса ионов ОН" в анодное пространство. Для получения максимально возможного выхода по току необходимо вести процесс электролиза при средней скорости противотока, превышающей скорость электромиграции ионов ОН" .
При практическом осуществлении процесса электролиза на лучших современных конструкциях электролизеров с диафрагмой удается получать выхода по току обычно не более 96—97%. Такое снижение выхода по току в значительной степени объясняется переносом ионов ОН" из-за неравномерности протекания электролита по сечению всех пор диафрагмы.
Приближенно выход по току в данный момент может быть определен на основе анализа анодного газа.
При этом исходят из того, что основные потери выхода по току обусловлены выделением кислорода на аноде и образованием эквивалентного количества двуокиси углерода. Выделение свободного кислорода и образование СО очень невелико и их можно не учитывать. Для образования одного объема CO2 необходимо затратить такое же количество электрического тока, как и для получения двух объемов Cl2.
Если содержание хлора в анодном газе составляет А %, а Двуокиси углерода то выход по току будет равен
^ТТйГ <2-65>
Выражение (2.65) дает несколько завышенные значения выхода по току, так как в нем не учитывается снижение выхода по току из-за растворения хлора в аналите й связанное с этим образование гипо-хлоритов и хлоратов. Это обстоятельство в какой-то мере компенсируется тем, что помимо окисления графита дополнительным источником двуокиси углерода в анодном газе может быть реакция нейтрализации соды, содержащейся в свежем рассоле. Это приводит к занижению определяемой величины.
