К электрохимическим п-сам относят хим. превращения под действием пост. эл. тока или сопровождающиеся возникновением эл. тока

К электрохимическим п-сам относят хим. превращения под действием пост. эл. тока или сопровождающиеся возникновением эл. тока в рез-те ОВР на эл-дах. Электролиз – совокупность п-сов, происходящих при пропускании пост. эл. тока ч/з расплав или р-р электролита.

Применение: Эл-зом расплава получают Al, редкие Ме, щелочные и щелочноземельные Ме. Эл-зом р-ров – Н2, О2, Cl2, F, щелочи, Н2О2, перманганаты, гипосульфаты и т.д.

Электролит. п-сы исп-ся для электрорафинирования (Cu, Ni, Zn, Cd, Au, Ag, Mn, Mo). В гальванотехнике.

(+)Малостадийность. Простота технолог. схемы. Легкость разделения продуктов. Более высокая чистота продуктов. Возможность окисления ионов F. Избирательность, достигаемая подбором условий.

(-)Повышенная энергоемкость. Ограниченность реакц. пространства пов-тью эл-да.

Для пр-ва многих продуктов электролиз менее затратен, чем традиционные пр-ва. Для ряда продуктов электролиз единственный приемлемый метод для пром. исп-ия.

П-сы при электролизе зависят от:

*выбора электрода,   *расплав или р-р.

Скорость эл.хим. р-ии можно хар-ть кол-вом эл-ва, прошедшего в ед. времени ч/з ед. пов-ти электрода на его границе с электролитом. Количественные хар-ки п-са: выход по току и выход по энергии.

ЭЛЕКТРОЛИЗ NaCl В РАСТВОРЕ Получение Cl2, H2, NaOH.

NaCl=Na(+)+Cl(-)    H2O=H(+)+OH(-)

K: Na(+)+e=Na, φ= -2,71B     H2O+2e=H2+2OH(-), φ= — 0,80B

A: 2Cl(-)-2e=Cl2, φ=1,36B     H2O-4e=O2+4H(+),φ=1,23B.

Сырье для получения Cl2 и щелочей: природные хлориды натрия и калия.

Основные стадии пр-ва:

1.Подготовка рассола.

Включает в себя: 1)Растворение соли.

2)Отделение механических примесей.

3)Осаждение ионов кальция и магния.

4)Удаление нерастворимых соединений кальция и магния.

5)Точная нейтрализация избытка соды раствором HCl.

2.Электролиз.

Организуется в зависимости от материала катода. В пром. исп-ся тв. (Fe), жидкий (Hg) катоды. От выбора катода зависит конструкция электролизера и хар-р электрохимических превращений.

Выше рассмотрены процессы на железном катоде. Смешивание хлора и водорода недопустимо. Для этого ставят фильтрующую диафрагму из асбеста. Она прилегает к стальной сетке, которая выполняет роль катода.

Фильтрующая диафрагма разделяет анодное и катодное пр-во, не позволяя смешиваться хлору и водороду, но позволяет свободно проходить ионам Ме вместе с потоком рассола к катоду, и препятствует встречному движению ОН(-) к аноду.

В рез-те в катодном пространстве обр-ся NaOH, который отводится на концентрирование.

3.Отделение и переработка продуктов электролиза.

Побочные реакции:

O2+C=CO2 CO2+C=2CO

Если ОН(-) перейдут на анод:

4OH(-)-4e=O2+2H2O          Cl2+H2O=HCl+HClO

HClO+OH(-)=H2O+ClO(-)   HClO+NaOH=H2O+NaClO

2HClO=NaClO=NaClO3+2HCl

Побочные реакции загрязняют продукт и тратят энергию.

ОЧИСТКА NaOH Заключается в удалении большей части NaCl. Основана на резком уменьш. растворимости хлоридов (калия или натрия) при повышении конц. щелочи.

Для удаления NaCl р-р упаривают до 50% NaOH. После охлаждения NaCl отфильтровывают и возвращают в п-сс для донасыщения рассола.

Выделенный NaCl называют обратным рассолом. Он содержит 305-310г/л NaCl и 2-2,5г/л NaOH.

При упаривании надо на 1т NaOH удалить 7-7,5 т воды.

ΔТ – разность Ткип р-ра и воды. ΔТ р-ров NaOH 40-50ºС. При увелич. С NaOH ΔТ увелич., что сильно уменьш. ΔТпол – разность Тгп поступающего в 1 корпус ВУ и Твп, выходящего из последнего корпуса за вычетом потерь.

ΔТпол с течением времени уменьшается и снижается пр-ть выпарки.

В зависимости от Р пара применяемого при выпарке щелоков различают 3 способа:

  1. 5-5,5 атм.

1ст. 3х кратное исп-ие тепла пара (система триплекс). NaOH выпаривают до 25-26%

2ст. Для обогрева аппарата исп-ся ВП или СП Р=3атм. из 1 корпуса первой стадии. 42-50% NaOH.

  1. 2-4 атм.

1ст. С 2х кратным исп-ем тепла пара (дуплекс)

2ст. Обогрев свежим паром. Т=175-183 ºС

  1. 8-10 атм.

Можно выпаривать до 50% NaOH в одну стадию уменьшив расход ГП.

Если надо упарить до 70-72% NaOH устанавливают еще один ВУ, обогреваемый свежим паром.

Для уменьш. Ткип применяют уменьш. Р. Уменьш. Р более чем на 0,5атм. над конц. р-ром, например над 80% NaOH и более, не допускается, т.к. р-р в этих условиях затвердевает.

Поэтому периодический п-сс плавки ведут при Ратм. Непрерывное обезвоживание проводят при остаточном давлении не ниже 0,5атм.

В последнее время для обезвоживания применяют вакуум-аппараты из Ni. В кач-ве т/носителя исп-ют ВК орг. т/носители.

ОБЕЗВОЖИВАНИЕ (ПЛАВКА) NaOH

Потребность в безводном NaOH 7-10% от общего объема пр-ва. При обезвоживании NaOH очищается от Fe, соды и др. примесей. Обезвоживание и повыш. конц. >73% обогревом водяным паром не удается. Это связано с высокой депрессией конц. р-ров. При конц. NaOH 74% и больше Тпл системы Н2О-NaOH резко возрастает и для чистого NaOH составляет 328 ºС, в присутствии примесей понижается.

Оставьте комментарий