ВСТУП
електролізери для виробництва хлору і луги, в яких використовується ртутна амальгама, знаходять широке застосування завдяки можливості отримання концентрованих розчинів лугу. Однак в відведених стічних водах таких електролізерів містяться домішки ртуті, що створює серйозні екологічні проблеми.
Глава 1. Електрохімічних виробництв ХЛОРУ, лугів і ГІПОХЛОРАТА НАТРІЮ
Виробництво хлору і лугу відноситься до числа великотоннажних електрохімічних виробництв. Переважна кількість хлору одержують електрохімічним методом - електролізом водних розчинів хлориду натрію.
Сумарна реакція, протікає в електролізері, може бути виражена таким рівнянням:
2NaCl + 2H 2 O в†’ Cl 2 + 2NaOH + H 2
Одночасно з хлором утворюється відповідну кількість їдкого натру (каустичної соди) і водню.
Основним споживачем хлору є промисловість органічного синтезу. Хлор витрачається в виробництві хлоридів важких металів, хлорного вапна, для очищення води. Другий продукт, одержуваний одночасно з хлором - їдкий натр - використовується у целюлозно-паперової промисловості, в технології штучних волокон, в нафтохімічної промисловості.
1.1 Теоретичні основи електролізу розчинів хлоридів
Отримання хлору і луги засноване на електролізі водних розчинів хлоридів лужних металів двома методами: з твердим катодом (діафрагмовий) і з ртутним катодом.
На аноді у всіх способах електрохімічних виробництв хлору можуть протікати дві електрохімічні реакції - виділення хлору і кисню:
2Cl - - 2 в†’ Cl 2 (8.б)
2H 2 O - 4 в†’ O 2 + 4H + (8.У)
Вихід хлору по струму визначається співвідношенням часток струму, що витрачаються на виділення хлору і кисню. За законом Фарадея при проходженні 1 А/ч електрики при електролізі виділиться 1, 232 г хлору, 1,492 г гідроксиду натрію і 0,0376 г водню. Внаслідок протікання побічних електрохімічних реакцій на електродах і хімічних реакцій в об'ємі розчину вихід по струму продуктів реакції завжди менше 100%.
Оборотний потенціал розряду іонів хлору в розчині з вмістом 4,53 моль/л NaCl, при температурі 25 В° С дорівнює 1,325 В; оборотний потенціал виділення кисню в результаті окислення молекул води, розрахований за рівнянням Неріста, при 25 В° С дорівнює 1,23 В. Отже, хлор на аноді виділяється при електролізі водних розчинів хлоридів за рахунок більш високого перенапруги виділення кисню.
На твердих катодах при електролізі розчинів хлоридів лужних металів протікає реакція виділення водню і утворюється луг по реакції:
2Н 2 Про + 2 в†’ 2ОН - + Н 2 (8.г)
З метою зниження перенапруги на електролізері прагнуть зменшити потенціал виділення водню. В якості твердого електрода зазвичай використовують сталь. Потенціал виділення водню залежить від стану поверхні катода, щільності струму, температури і складу розчину.
Оборотний потенціал виділення водню в розчині, що містить хлорид натрію і їдкий натр при співвідношенні, реально існуючому в умовах електрохімічного виробництва, становить - 0,845 В (відн. н.в.е). Перенапруження водню на сталевому катоді при електролізі розчинів хлориду з твердим катодом складає 0,3 В. Перспективним, ймовірно, є зниження потенціалу в результаті деполяризації катода киснем. При подачі до поверхні катода кисню або повітря протікає реакція:
Про 2 + 2Н 2 Про + 4 в†’ 4ОН - , (8.д)
якої відповідає потенціал, більш позитивний, ніж потенціал виділення водню. При використанні пористого графітового катода, підданого попередньої гідрофобізації шляхом просочення полімерним з'єднанням, потенціал катода може бути знижений до 0,3 - 0,4 В.
Сумарний процес розкладання хлориду натрію виражається наступним хімічним рівнянням:
2Н 2 Про + 2 в†’ Н 2 + 2ОН -
2Cl - в†’ Cl 2 + 2
2H 2 O + 2Cl - в†’ Cl 2 + H 2 + 2OH -
або 2H 2 O + 2NaCl в†’ Cl 2 + H 2 + 2NaOH
Напруга розкладу в стандартних умовах для цієї реакції становить 2,17 В і теоретичний витрата енергії на 1 т хлору 1640 кв/ч.
Вихід по струму залежить від ступеня досконалості поділу катодних і анодних продуктів і від розчинності хлору в аноліте. Розчинність хлору в розчині хлориду натрію зменшується з зростанням температури і концентрації NaCl. Отже, побічні реакції, в основі яких лежить розчинений хлор, будуть зменшуватися із збільшенням концентрації хлориду натрію і температури.
1.2 Електроліз з твердим катодом і фільтруючою діафрагмою
