6ClO- - 6 e- = ClO3- + 1,5O2 + 5Cl-
■ химическая реакция разложения гипохлорита, которая особенно активируется в присутствии загрязнений электролита, особенно железа, меди, никеля:
2СlO- = O2 + 2Cl-
восстановление гипохлорита и хлората на катоде:
ClO- + H2O + 2e- = Cl- + 2OH-
ClO3- + 3H2O + 6e- = Cl- + 6OH-
По количеству реально полученного продукта можно подсчитать, какая часть тока израсходована полезно. Эта часть тока, выраженная в долях единицы, называется коэффициентом использования тока, а выраженная в процентах— выходом по току.
Если теоретически рассчитанное количество продукта электролиза обозначить GT, а практически полученное количество G, то коэффициент использования тока ŋ = G/GT, а выход по току равен G/GT 100% .
Значение ŋ является основным показателем процесса электролиза. Чем выше его значение, тем эффективнее течение электролиза и ниже энергетические затраты на получение единицы готового продукта. При более высоких значениях ŋ можно уменьшить требуемую площадь рабочей поверхности электродов для достижения заданной производительности, применить более компактные установки и снизить расходы на их изготовление.
На изменение коэффициента использования тока ŋ влияет ряд факторов:
- величина напряжения на разрядный промежуток
- исходная концентрация электролита
- степень использования раствора хлоридов
Величина выхода хлора по току сказывается в первую очередь на изменении затрат электроэнергии W, кВт-ч/кг, при получении гипохлорита натрия, которые могут быть подсчитаны по формуле:
W = I *U* t/G
или
W = U/ A*ŋ*n
где U—напряжение на токоподводящих электродах, В.
Можно указать один из возможных способов регулирования производительности электролизера. Повышая напряжение на токоподводящих электродах, а следовательно, повышая и силу тока, можно увеличить в определенных пределах производительность установки без существенного отклонения энергетических затрат от минимальных при сохранении максимально возможного значения выхода хлора по току.
Межэлектродное расстояние δ существенно не влияет на изменение величины ŋ и другие параметры работы электролизера. Изменение величины δ при сохранении площади рабочей поверхности электродов сказывается только на производительности установки. При увеличении межэлектродного расстояния происходит пропорциональное снижение плотности тока i и соответственно снижение общего выхода гипохлорита натрия. С точностью, приемлемой для инженерных расчетов, зависимость между δ и i может быть выражена соотношением:
δ2/δ1 = i1/i2
Для создания малогабаритных и высокопроизводительных установок наиболее целесообразно предусматривать минимально возможные межэлектродные расстояния, равные 3—6 мм, что позволяет вести процесс электролиза при больших плотностях тока.
Технико-экономические показатели работы электролизера определяются не только затратами электроэнергии, но и достигаемой степенью использования исходного раствора. Особенно большое значение это имеет в случае применения в качестве электролита растворов поваренной соли, поскольку затраты на соль являются одной из главных статей расхода при производстве гипохлорита натрия. Под степенью использования соли (процентом разложения) λ, %, понимают отношение концентрации активного хлора в растворе гипохлорита натрия, полученного в результате электролиза, к концент-рации NaCI, вводимой в установку:
λ = (ССl акт /CNaCl)*100
ССl акт – концентрация активного хлора в гипохлорите натрия
CNaCl – концентрация NaCl в электролите, г/л.
Затраты на соль зависят от достигаемой степени полезного использования исходного продукта. По мере увеличения концентрации активного хлора и растворе расход соли на получение единицы готового продукта снижается. Так, при электролизе раствора с концентрацией 100 г/л NaCI и достижении содержания активного хлора на выходе из электролизера 5 г/л расход соли составляет 20 г на 1 г готового продукта (5% - разложение). При содержании же хлора в растворе 10 г/л затраты на соль уменьшаются и составляют всего 10 r/л (10%-ное разложение). Таким образом, для снижения расходов на соль предпочтительно ведение процесса электролиза при глубоком разложении NaCl. Однако увеличение степени использования поваренной соли приводит к росту энергетических затрат, поэтому должен быть какой-то оптимальный режим эксплуатации установки, при котором суммарные затраты на соль и электроэнергию будут минимальны.
В случае использования природных электролитов основной статьей расхода являются затраты электроэнергии на подачу рассола, его транспортирование к объекту применения и производство гипохлорита натрия. Оптимальная степень использования растворов определяется в каждом конкретном случае в зависимости от исходной минерализации и требуемой концентрации активного хлора. В энергетическом отношении наиболее предпочтительно получение гипохлоритов небольшой концентрации.
Расчет электролизной установки в общих чертах сводится к следующему. Для заданной по активному хлору производительности электролизера по закону Фарадея с учетом коэффициента использования тока, значение которого зависит от типа применяемых электродных материалов, концентрации хлоридов в электролите, вида рассола и требуемой степени использования раствора, определяют необходимую токовую нагрузку:
I*n =G / Aŋt
В соответствии с выходными параметрами стандартных выпрямительных агрегатов, серийно выпускаемых электротехнической промышленностью и предполагаемых для комплектования с данным электролизером, выбирают допустимую величину полного тока и напряжения. Соответствие номиналов выпрямительных агрегатов и параметров режима работы электролизера достигается правильным выбором числа разрядных промежутков.
Площадь рабочей поверхности электродов S определяется из соотношения
S = I/I ((???чего то не хватает))
2.7. Механизм обеззараживающего действия гипохлорита натрия
Метод обеззараживания гипохлоритом натрия наиболее часто используется для обезвреживания циансодержащих стоков различных объемов и концентраций, а также от таких органических и неорганических соединений, как гидросульфид, сульфид, метилмеркаптан и т.д. Необходимо отметить, что сточные воды, содержащие цианиды, образуются при нанесении медных, цинковых и кадмиевых покрытий из цианистых электролитов. Кроме того, циансодержащие стоки образуются при термической закалке стальных изделий в расплавах цианистых солей, а на металлургических предприятиях цианиды попадают в сточные воды из доменных газов ( при их промывке и охлаждении). Концентраиця простых цианидов (KCN,NaCN) в промывных водах обычно не превышает 200 мг/л. В этих водах также содержатся в небольших количествах комплексные цианиды меди, цинка, кадмия, железа и других веществ.
При введении гипохлорита натрия в воду образуются хлорноватистая и соляная кислоты по реакции:
NaCIO + H2O= НCIO + NaOH
HCIO=CIO- + H+
Очистка сточных вод основана на окислении токсичных примесей в менее токсичные (приблизительно в 1000 раз) цианат-ионы с их последующим гидролизом в нейтральной среде до NH4+ и CO32- по следующим реакциям:
При pH = 9-10
CN- + 2OH- + NaClO = CNO- + Cl- + NaOH
При рН = 7
CNO- + 2H2O = NH4+ + CO32-
Гипохлориты окисляют в сточных водах соединения аммония, аммиак и органические вещества, содержащие аминогруппы до моно- и хлораминов, а также до треххлористого азота по следующим реакциям:
NH3 + HCIO = NH2CI + H2O
NH2CI + HCIO = NHCI2 + H2O
NHCI2 + HCIO= NCI3 + H2O
2.8. Характеристика гипохлорита натрия по технологическим и санитарно-гигиеническим показателям
2.8.1.Санитарно-гигиенические показатели
Если сравнить процессы, происходящие при введении в обрабатываемую воду гипохлорита натрия:
NaCIO + H2O= НCIO + NaOH
HCIO=CIO- + H+
и хлора:
CI2 + H2O = HCIO + HCI
HCIO = CIO- + H+
то видно, что в обоих случаях образуются одни и те же бактерицидные агенты - HClO и СlО. Взаимное соотношение недиссоциированной хлорноватистой кислоты и гипохлоритного иона зависит от рН воды.
Очевидно, что основные особенности, присущие хлорированию воды жидким хлором, должны сохраняться и при применении электролитического гипохлорита натрия. Так, при прочих равных условиях независимо от вида используемого хлорреагента требуемая степень обеззараживания достигается при одной и той же дозе по активному хлору. Величина свободного остаточного хлора, равная 0,3—0,5 мг/л для питьевой воды и 1,5— 2 мг/л для сточной жидкости, как в случае применения жидкого хлора, так и при использовании гипохлоритов является гарантированным показателем бактериальной надежности обрабатываемой воды.
Эффективность обеззараживания гипохлоритом натрия существенно зависит от активной реакции среды, степени очистки воды, ее инициальной зараженности.
Для полного подавления жизнедеятельности кишечной палочки, находящейся в воде с рН = 5,2 в концентрации 12000 клеток в 1 л, требуется доза бактерицидного продукта по активному хлору, равная 0,4 мг/л, при повышении же реакции среды до рН==8,3 летальную дозу следует почти удвоить.