Получение хлора методом электролиза повареной соли (стр. 4 из 4)
,где
- общее давление влажного газа; 
- парциальное давление паров воды в хлоре над анолитом.Моляльность анолита можно определить из выражения:
или 
.При
.На катоде образуется
молей гидроокиси натрия и выделяется 
молей газообразного водорода, при этом на химическую реакцию расходуется 
молей воды. Количество воды, уносимой с водородом в виде паров воды, составит: 
,где
– парциальное давление паров воды в водороде над католитом.Содержание поваренной соли в католите определяется по разности между поступившим и разложившимся количествами:
.Содержание воды в католите составит:
.Моляльность католита (по
) составит: 
,А по
: 
.Суммарная мольяность католита по
и : 
.Степень изменения количества воды в электролите в процессе электролиза:
.Чтобы перевести единицы концентрации из мольяльности в г/л (
) можно воспользоваться выражением: 
,где
- моляльность раствора; 
- плотность раствора; 
- молекулярный вес растворенной соли.Моляльность католита по поваренной соли и каустической соде составит:
, 
.Снижение парциального давления паров воды над электролитическими щелаками
может быть приближенно принято равным сумме снижения парциального давления над соответствующими растворами гидроокиси натрия 
. 
.При таком подсчете парциальные давления паров воды над католитом мало отличаются от парциального давления над насыщенным раствором поваренной соли при той же температуре.
Если принять, что
, то тогда получаем: 
.При парциальном давлении паров воды над электролитом выше 400–500 мм. рт. ст. унос паров воды резко возрастает. При парциальном давлении паров около 720 мм. рт. ст. теоретически с газами должно быть унесена вся вода из раствора. Поэтому при сильном повышении температуры электролиза происходит интенсивное испарение влаги, пересыщение раствора и выделения кристаллов соли, которые забивают поры диафрагмы и приводят к нарушению нормального процесса электролиза.
Материальный баланс элетролизера осложняется наличием примесей, например соды, щелочи и сульфатов, в мешающем электролизу растворе, протеканием процессов выделения на аноде кислорода и окисления графитовых анодов в образованием в основном двуокиси углерода, а также вторичных процессов растворения и гидролиза хлора в анолите и последующих реакций между растворенным хлором и ионами
с образованием гипохлорита и хлората. Однако для практических целей приведенная выше приближенная схема расчета материального баланса дает достаточно точные результаты.Образующийся в электролизере гипохлорит практически полностью восстанавливается на катоде с образованием исходного хлорида натрия. Количество хлората натрия, уходящего с катодными щелоками, не превышает обычно десятых долей процента от образовавшейся каустической соды. Поэтому в практических балансах электролизера эти процессы могут не учитываться. Расчет воды и образования двуокиси углерода за счет сгорания анодов в связи с выделением кислорода можно учесть приближенно, приняв, что снижение выхода по току связано лишь с разрядом ионов
на анод.Расход воды на разложение составит
, а количество двуокиси углерода, образовавшегося от сгорания анодов, равно 
. При температуре 90–95 °С, поддерживаемой в современных электролизерах, потери воды на побочные процессы не превышает 0,5–1,0% общего расхода воды на химические процессы и испарение.В настоящее время едкая щёлочь и хлор вырабатываются тремя электрохимическими методами. Два из них – электролиз с твёрдым асбестовым или полимерным катодом (диафрагменный и мембранный методы производства), третий – электролиз с жидким ртутным катодом (ртутный метод производства). В ряду электрохимических методов производства самым лёгким и удобным способом является электролиз с ртутным катодом, но этот метод наносит значительный вред окружающей среде в результате испарения и утечек металлической ртути. Мембранный метод производства самый эффективный, наименее энергоемкий и наиболее экологичный, но и самый капризный, в частности, требует сырье более высокой чистоты.
Едкие щёлочи, полученные при электролизе с жидким ртутным катодом, значительно чище полученных диафрагменным способом. Для некоторых производств это важно. Так, в производстве искусственных волокон можно применять только каустик, полученный при электролизе с жидким ртутным катодом. В мировой практике используются все три метода получения хлора и каустика, при явной тенденции в сторону увеличения доли мембранного электролиза. В России приблизительно 35% от всего выпускаемого каустика вырабатывается электролизом с ртутным катодом и 65% – электролизом с твёрдым катодом (диафрагменный и мембранный методы).
1. Аблонин Б.Е. Основы химических производств. – М.: Химия, 2001.
2. Бесков В.С. Общая химическая технология и основы промышленной экологии. – М.: Химия, 1999.
3. Бесков В.С. Моделирование каталитических процессов и реакторов. – М.: Химия, 1991.
4. Кутепов А.М. Общая химическая технология. – М.: Высшая школа, 1990.
5. Лебедев Н.Н. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза. – М.: Химия, 1981.
6. Позин М.Е. Технология минеральных удобрений. – Л.: Химия, 1983.
7. Расчеты химико-технологических процессов. / под ред. Мухленова И.П. – Л.: Химия, 1982.
8. Степанов В.С. Анализ энергетического совершенствования технологических процессов. – Новосибирск: Наука, 1984.
9. Фролов Ю.Г. Физическая химия. – М.: Химия, 1993.
10.Химико-технологические системы. / под ред. Мухленова И.П. – М.: Химия, 1986.