Производство хлора, каустической соды и неорганических хлорпродуктов - Якименко Л.М.
Скачать (прямая ссылка):
В электролизерах с твердым катодом объем католита VK меньше объема поступающего на электролиз рассола F0. Уменьшение объема связано с превращением хлорида натрия в гидроокись, имеющую меньший молекулярный объем, расходом воды на химический процесс и испарение и унос в виде паров с выделяющимися газами. Степень изменения объема католита
где C0 и Ск — мольная концентрация хлорида щелочного металла в исходном растворе и католите; Cx — мольная концентрация гидроокиси щелочного металла в католите.
г ¦
Ниже,приведен расчет концентрации соли в анолите, а также соли и щелочи в католите с учетом испарения и уноса влаги с газами.
л
Ш
Незначительный расход воды, связанный с протеканием побочных реакций, не учитывается. Для упрощения принято, что выход по ^ -току, температура и давление газов для анодного й катодных продук-тов одинаковы.
• При подаче в анодное пространство рассола, моляльная концепт-
ль ш M Hl • л. H
llf! р&ц&я которого W0, на 1000 г воды (55,5 моль) поступит т0 молей ?ШаС1. При степени разложения соли а через ячейку должна быть
Л^ТЙропущено ат0/г\ фарадеев электричества и на аноде должно выдержишься amq г-экв хлора.
:,,??; Если процесс электролиза проводить в условиях, исключающих ^^электролитический перенос ионов ОН" иэ катодного пространства ж--,г;В анодное, то количество ионов хлора, перенесенное током в анод-•-??;- 'ное пространство из катодного, составит паат0/г\ г-ионов, где па — число переноса хлор-иона.
Общее количество г-ионов хлора, находящееся в рассматриваемом
катодное пространство при
-'її
If
JSf^-объеме анолита и поступающее затем в
-л.
Стационарном процессе, составит
|й1 или после преобразования
M а = гп0 +
/гаа/и0
am о
(2.68)
ш
.,'Ьй;-..Г'
JIf
a
гі_„а_(1
(2.69).
1-
Учитывая, что число переноса катиона пк = 1 — па, получим:
= т0|
1
a
¦ W ¦
(2.70)
1, выра-
'ftSsi Ii
Ж-!
Если для упропдения принять, что выход по току Г| жение (2.70) приобретает вид: ^
Ма = т0(1 — апк) , (2.71)
H
На аноде выделяется am0I2 молей газообразного хлора. Если пренебречь объемом CO2, O2 и подсасываемого к хлору воздуха, то количество молей влаги, уносимой с хлор-газом в виде паров, составит
_mba р'
%1.--9~~
(2.72)
где P — общее давление влажного газа; р' $оды в хлоре над анолитом.
парциальное давление паров
LtV
Моляльность анолита можно определить из выражения
а
M
55,5
55f5 —^01
(2,73)
ИЛИ
55,5
aw 0
т
о <
1--[лк
(2.74)
При Tj = 1
55 5
та =-—:---т0 (1 —овлк) ' (2.75)
Т~ Р-р'
На катоде образуется ат0 молей гидроокиси натрия и выделяется ат0/2 молей газообразного водорода; при этом на химическую реакцию расходуется ат молей воды.
Количество воды, уносимой с водородом в виде паров воды, составит
_ат± р" ^H2- — 'T^-Jf (2.76)
где р" — парциальное давление паров воды в водороде над католитом.
Содержание поваренной соли в католите определится по разности !между поступившим и разложившимся количествами
АГк = я1о (1-а) (2-77)
Содержание воды в католите составит
gK = 55,5 - ат0 {1 + -^— +
Моляльность католита (по NaCl) составит
«о(1-а)55,5
(2.78)
0 \ ^ Р — р' ^ Р — р"
а по NaOH
(2.79)
тг = тка _^_т0д ¦ 55,5_
К 1 ~06 Л , 0,5р' . 0,5р" \ (2*80)
55,5-ат0(1 + -^ + т^_)
Суммарная моляльность католита по NaCl и NaOH
. гп = т0Ь (2.81)
Степень изменения количества воды в электролите в процессе
электролиза
, 55,5
b = --:—:- (2.82)
Чтобы перевести единицы концентрации из моляльности в г/л (С), можно воспользоваться выражением:
lOOOwp
m + 1000/Af (2'83)
где т — моляльность раствора; р — плотность раствора; M — молекулярный вес растворенной соли.
Учитывая уравнение (2.82), моляльность католита по поваренной соли и каустической соде составит
тк= niQ (1 — ol) Ъ = т^аЪ
(2.84) (2:85)
Данных о парциальном давлении водяного пара над электролитическими щелоками в литературе не опубликовано. Для практических расчетов парциальное давление водяного пара над смешанными растворами NaCl и NaOH можно определить по принципу аддитивности. Ниже в табл. 2-21 и 2-22 приведено давление водяного пара над растворами NaCl и NaOH.
Таблица 2-21. Давление паров воды над растворами NaCl (в мм рт. ст.)
Температура, 0C
Концентрация NaCl, вес. %
О
10
15
20
25
Насыщенный раствор
О 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
4,5 9
18
32
55
93 150 234 355 526 760 1075
4,4 9 17 31 54 90 145 226 344 509 736 1040
4,3
9 16
30
52
86 140 218 332
491 710 1003
4,1
8
16
28
50
83 134 209 318 470 680 961
3,8 8
15
27
47
78 126 198 301 445 643 911
3,5 7
14
25
43
72 117 183 279 414 599 849
7
14 25 42 71 113 175 266 392 566
Таблица 2-22. Давление паров воды над растворами гидроокиси натрия (в мм. рт. ст.)
Температура, °С
Концентрация NaOH, г/100 г воды
