Электролиз водных растворов хлоридов промышленный способ

Теоретические основы электролиза растворов хлоридов

Получение хлора и щелочи основано на электролизе водных растворов хлоридов щелочных металлов двумя методами: с твердым катодом (диафрагменный) и с ртутным катодом.

На аноде во всех способах электрохимических производств хлора могут протекать две электрохимические реакции – выделение хлора и кислорода:

2Cl — — 2 →Cl₂­ (8.б)

2H₂O – 4 → O₂ + 4H + (8.в)

Выход хлора по току определяется соотношением долей тока, расходуемых на выделение хлора и кислорода. По закону Фарадея при прохождении 1 А/ч электричества при электролизе выделится 1, 232 г хлора, 1,492г гидроксида натрия и 0,0376 г водорода. Вследствие протекания побочных электрохимических реакций на электродах и химических реакций в объеме раствора выход по току продуктов реакции всегда меньше 100%.

Обратимый потенциал разряда ионов хлора в растворе с содержанием 4,53 моль/л NaCl, при температуре 25°С равен 1,325 В; обратимый потенциал выделения кислорода в результате окисления молекул воды, рассчитанный по уравнению Нериста, при 25°С равен 1,23 В. Следовательно, хлор на аноде выделяется при электролизе водных растворов хлоридов за счет более высокого перенапряжения выделения кислорода.

На твердых катодах при электролизе растворов хлоридов щелочных металлов протекает реакция выделения водорода и образуется щелочь по реакции:

2Н₂О + 2 → 2ОН — + Н₂­ (8.г)

С целью снижения перенапряжения на электролизере стремятся уменьшить потенциал выделения водорода. В качестве твердого электрода обычно используют сталь. Потенциал выделения водорода зависит от состояния поверхности катода, плотности тока, температуры и состава раствора.

Обратимый потенциал выделения водорода в растворе, содержащем хлорид натрия и едкий натр при соотношении, реально существующем в условиях электрохимического производства, составляет – 0,845В (отн. н.в.э). Перенапряжение водорода на стальном катоде при электролизе растворов хлорида с твердым катодом составляет 0,3В. Перспективным, вероятно, является снижение потенциала в результате деполяризации катода кислородом. При подаче к поверхности катода кислорода или воздуха протекает реакция:

О₂­ + 2Н₂О + 4 → 4ОН — , (8.д)

которой соответствует потенциал, более положительный, чем потенциал выделения водорода. При использовании пористого графитового катода, подвергнутого предварительной гидрофобизации путем пропитки полимерным соединением, потенциал катода может быть снижен до 0,3 – 0,4В.

Суммарный процесс разложения хлорида натрия выражается следующим химическим уравнением:

2Н₂О + 2 → Н₂­ + 2ОН —

(8.е)

2Cl — → Cl₂­ + 2

2H₂O + 2Cl — → Cl₂­ + H₂­ + 2OH —

Напряжение разложения в стандартных условиях для этой реакции составляет 2,17В и теоретический расход энергии на 1 т хлора 1640 кв/ч.

Выход по току зависит от степени совершенства разделения катодных и анодных продуктов и от растворимости хлора в анолите. Растворимость хлора в растворе хлорида натрия уменьшается с ростом температуры и концентрации NaCl. Следовательно, побочные реакции, в основе которых лежит растворенный хлор, будут уменьшаться с увеличением концентрации хлорида натрия и температуры.

Дата добавления: 2017-01-29 ; просмотров: 1033 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Электрохимические производства. Теоретические основы электролиза водных растворов и расплавленных сред. Технология электролиза раствора хлорида натрия

Электрохимическая промышленность, базирующаяся на электрохимических процессах – одна из крупнейших отраслей народного хозяйства. Она включает электролиз водных растворов, расплавленных сред и производство химических источников тока (аккумуляторы, гальванические элементы, топливные элементы и т.д.).

Основные направления применения электрохимических производств

При электролизе водных растворов и расплавленных сред могут быть получены самые разнообразные химические продукты. Электролизом водных растворов натрия и калия получают такие многотоннажные химические продукты, как водород, хлор, гидроксиды натрия и калия. Методом электролиза водных растворов осуществляют энергохимический синтез многих неорганических и органических веществ – гипохлоритов, хлоратов, перхлоратов, хлорной кислоты, перманганатов, диоксида марганца, а также адипонитрила, антидетонаторов, например, тетраэтилсвинца, гидрохинона, фторпроизводных ряда органических соединений и др. На электролизе водных растворов основаны гидроэлектрометаллургия и гальванотехника. Гидроэлектрометалургия – это извлечение металлов из водных растворов их солей путем электролиза. Электролиз обычно служит завершающей стадией ряда металлургических процессов. Электрохимическими методами получают и рафинируют медь, цинк, кадмий, марганец, хром, свинец, олово, благородные металлы.

Гальванотехника применяется в металлообрабатывающей промышленности для нанесения на металлические изделия покрытий из металлов или сплавов. Эти покрытия наносят с целью защиты металла от коррозии, повышения твердости и сопротивления механическому износу, с декоративной целью, а также для изготовления точных металлических копий с различных предметов (гальванопластика). С развитием новых отраслей техники (атомная энергетика, ракетостроение, радиоэлектроника и др.) перед гальванотехникой становится более сложные задачи, например, высокая стойкость покрытий в экстремальных условиях, определенные магнитные характеристики, высокая жаростойкость, сверхпроводимость, равномерность свойств покрытия на сложно-профилированной поверхности и др.

Электролиз расплавленных сред используют в металлургии для производства и рафинирования металлов, которые не могут быть получены электролизом водных растворов – целого ряда легких, тугоплавких, благородных и редких металлов, а также сплавов.

В настоящее время такие материалы как алюминий, магний, натрий, литий, калий, титан и многие другие получают только электролизом расплавленных сред. Электролиз расплавов используют также для получения фтора и бора.

Важнейшая область электрохимии – получение и эксплуатация химических источников тока. Химические источники тока подразделяются на первичные и вторичные.

К первичным относятся источникам энергии, которые могут быть использованы лишь однократно. К ним относятся батареи и гальванические элементы. Вторичные источники тока – аккумуляторы, работоспособность которых восстанавливается пропусканием электрического тока (в направлении, противоположном тому, в котором ток протекал при разрядке). В топливных элементах «топливо», т.е. восстановитель и окислитель непрерывно и раздельно подводятся к электродам, в результате чего химическая энергия преобразуется в электрическую.

Масштабы применения химических источников тока весьма велики. Все самолеты и автомобили с двигателями внутреннего сгорания снабжены аккумуляторами, приводящими в действие двигатель. Различные электронные устройства, например, транзисторные приемники, часы работают за счет малогабаритных батарей. Большие перспективы имеет электрохимическая энергия, т.е. применение электрохимических топливных элементов в энергоустановках – автотранспорте, электростанциях и т.д.

Электрохимические методы все более широко внедряются в технику очистки сточных вод, в частности для опреснения сильно минерализированных вод электролизом с регенерацией индивидуальных солей, кислот и щелочей.

Электрохимические методы развиваются в промышленности опережающими темпами по сравнению с химическими в связи с их очевидными преимуществами. В электрохимических процессах аппаратура во многих случаях проще и компактнее по сравнению с альтернативными химическими процессами, электрохимические методы получения ряда продуктов характеризуются меньшим числом производственных стадий и операций, более дешевым сырьем и большей глубиной его превращения, одновременным образованием (причем в раздельном виде) ценных продуктов. Эти преимущества часто обусловливают более низкую себестоимость получаемой продукции. Одно из главных достоинств электрохимических методов – чистота получаемых продуктов. Основной недостаток электрохимических процессов – высокая энергоемкость, поэтому энергетические затраты составляют главную статью себестоимости продуктов. Поэтому для электрохимических производств особенно важно снижение энергопотребления путем совершенствования технологии, а также рационального, экономичного использования электроэнергии.

Источник

Производство хлора

Порядок, принципы проведения электролиза водного раствора хлорида натрия как основного метода промышленного производства хлора. Используемые методы, их преимущества и недостатки: амальгамный, диафрагменный, мембранный. Технологическая схема производства.

Рубрика	Химия
Вид	контрольная работа
Язык	русский
Дата добавления	29.02.2016
Размер файла	32,4 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Основным методом промышленного производства хлора является электролиз водного раствора хлорида натрия:

2NaCl + 2H2O > Cl2^ + 2NaOH + H2^

или, гораздо реже, хлорида калия:

2KCl + 2H2O > Cl2^ + 2KOH + H2^

Как видно из формул, совместно с хлором при этом образуются газообразный водород и гидроксид натрия (каустическая сода). В среднем на 1т вырабатываемого хлора приходится 1,12-1,26 т каустика. Производство энергоемкое — на 1 т хлора расходуется в среднем 3000 кВт-ч электроэнергии.

Сырьем для производства хлора и гидроксида натрия электролитическим методом с твердым катодом является хлорид натрия. Чистый хлорид натрия содержит 39,4% натрия и 60,6% хлора. В природном хлориде натрия содержатся примеси — хлориды кальция и магния, сульфаты кальция и магния и другие.

Хлорид натрия встречается в природе в виде залежей (каменная соль), самосадочной соли и рапы соляных озер, в виде естественных подземных рассолов и в морской воде.

В каменной соли содержится: 99,7-99,6% NaCl; 0,08% MgCl_2; 0,3-1,4% CaSO₄; до 1% Н₂О.

В самосадочной соли в среднем содержится: 97,2% NaCl; 0,5% MgCl₂; 0,4% CaSO₄; до1,4% Н₂О и 0,1-0,6% нерастворимых веществ.

Поваренная соль, полученная из морской воды содержит: 87% NaCl; 1,0 Mg 2+ ; 0,5% Са 2+ ; 1,0% SO 2- ₄; 8% Н₂О и 2,5% нерастворимый остаток.

Хлор — газ желтовато-зеленого цвета с удушающем запахом, раздражающе действует на дыхательные пути, может вызвать отек легких. При средних концентрациях возникают резкие грудные боли, жжение и резь в глазах, слезотечение, мучительный сухой кашель. Предельная допустимая концентрация — 1 мг/м 3 .

Электролитическая щелочь — прозрачная, бесцветная жидкость, невзрывоопасная, негорючая. Щелочь легко растворима в воде в любых соотношениях. При попадании на кожу вызывает тяжелые химические ожоги. Предельная допустимая концентрация — 0,5 мг/м 3 .

В промышленности используется три метода электролиза растворов хлоридов:

1. Амальгамный (ртутный) метод — электролиз с жидким ртутным катодом. В процессе выработки хлора данным методом через закрытый, периодически наклоняемый электролизер со скоростью 15 см/с проходит ртуть, слой которой на дне агрегата служит катодом. Титановые аноды, покрытые слоем оксидов платиновых металлов, погружены в горячий (60-80.C) раствор NaCl. При этом на аноде выделяется газообразный хлор, в то время как на ртутном катоде разряжаются катионы натрия, чему способствует также образование амальгамы NaHgx. Амальгамированная ртуть при очередном наклоне электролизера перетекает в разлагатель, где в присутствии катализатора реагирует с горячей водой, а освобождающаяся ртуть возвращается в электролизер.

2. Диафрагменный метод, при котором анодное и катодное пространства электролизера отделены друг от друга пористой асбестовой перегородкой — диафрагмой. Такая конструкция позволяет предотвратить взаимодействие щелочи с газообразным хлором, в результате которого может образовываться гипохлорит натрия. При этом хлор выделяется на аноде, тогда как на железном катоде образуется водород, а ионы OH — остаются в растворе. Чтобы выделяющийся при электролизе хлор не разрушал аноды, их делают либо из графита, либо из титановых сплавов и покрывают оксидами титана и рутения.

3. Мембранный метод, являющийся на сегодняшний день наиболее прогрессивным способом получения хлора и каустика, был разработан в 70-е годы XX века. Он предусматривает отделение катода электролиза от анода синтетической мембраной, пропускающей только ионы натрия. В мембранном электролизере водород получается при избыточном давлении до 0,5 атм, что в большинстве случаев исключает стадию его сжатия (компримирования). Получаемая в электролизере щелочь, содержащая до 35% гидроксида натрия и 30 поваренной соли, требует доупарки, процесс которой значительно проще по сравнению с диафрагменным методом и требует меньших затрат энергии. В настоящее время на предприятиях СНГ наиболее широко применяются ртутный и диафрагменный способы получения хлора и каустической соды. Давно известно, что мембранные электролизеры значительно экономичней по расходу энергии ртутных (на 25%) и диафрагменных (на 15%), и только за счет энергосбережения полностью окупают себя за два года. Проблема перехода на мембранную технологию отечественных предприятий состоит в том, что мембраны в электролизерах нужно менять через каждые 3-4 года, а в России их производство пока не налажено.

Данная тема, несмотря на закрытие в г. Усолье-Сибирском цеха по производству хлора, является актуальной. Так как мировое потребление хлора по сравнению с 2010 г. увеличилось на 20%

В настоящем проекте рассмотрены вопросы теории диафрагменного электролиза, дана технологическая схема, сделаны необходимые материальные расчеты.

1. Теория процесса. Обоснование электрохимического способа

В процессе электролиза раствора хлорида натрия образуется хлор, водород и гидроксид натрия по электрохимической реакции.

на аноде 2Cl? — 2e > Cl₂ (а)

на катоде 2Н + + 2e > Н₂ (б)

Na + + OH — > NaOH (в)

Суммарная реакция 2NaCl + 2Н₂О > 2NaOH + Cl₂ + H₂ (г)

Продукты электролиза разделяются осажденной диафрагмой. Диафрагма может быть асбестовая, асбополимерная и другая. Одновременно с основными процессами могут протекать и побочные реакции, которые снижают коэффициент использования тока. Так, на аноде, одновременно с разрядом иона хлора и выделением газообразного хлора может выделяться кислород.

На платинированных титановых анодах и ОРТА перенапряжение выхода кислорода высокое, поэтому выход кислорода по току невелик.

Степень протекания этой реакции зависит от количества ионов ОН?, проникающих под действием электрического тока из катодного пространства в анодное.

При электролизе с фильтрующей диафрагмой проникновение ионов ОН? в анодное пространство значительно снижает протекаемость диафрагмы с повышением массовой концентрации щелочи в католите более 140 г./дм 3 .

Для уменьшения миграции ионов ОН? в анодное пространстве применяют противоток анолита от анода через диафрагму к катоду, поддерживают повышенную концентрацию хлорида натрия в растворе, повышенную температуру электролита. Выделившийся на аноде хлор частично растворяется в анолите, подвергаясь гидролизу с образованием соляной и хлорноватистой кислот.

В процессе гидролиза хлор в концентрированных растворах хлоридов щелочных металлов концентрация ионов СlО? настолько низка, что заметно не влияет на ход анодного процесса. Однако при попадании в анодное пространство ионов ОН? образуется хорошо диссоциируемый гипохлорит натрия.

Сl₂ + ОН? > НСlО + Сl? (ж)

На аноде ион СlО? разряжается с образованием хлорноватистой кислоты и кислорода.

6СlО? + 3Н₂О — 6e > 2СlО? + 4Сl? + 1? О₂ + 6Н + (и)

Помимо этого в объеме раствора могут протекать реакции окисления хлорноватистой кислоты, ионов СlО? до СlО₃?.

При поступлении анолита в катодное пространство через диафрагму продукты гидролиза хлора нейтрализуются щелочью с образованием раствора хлорида, гипохлорита и хлората натрия, которые загрязняют электролит, снижают выход хлора и щелочи по току. Помимо выделения водорода на катоде протекают процессы восстановления анионов СlО — и СlО₃ — , поступающих в катодное пространство вместе с анолитом через диафрагму.

СlО? + Н₂О + 2e > Сl + 2ОН? (л)

Ионы гипохлорита восстанавливаются на катоде легче ионов хлората, поэтому восстановление ионов СlО? обычно протекает достаточно полно и достигается практически полная очистка электролитических щелоков от активного хлора.

Восстановление ионов СlО₃? на катоде происходит лишь частично и электрощелочь в этой или иной степени загрязнены примесью хлоратов. Степень загрязнения зависит от применяемого анодного материала, режима работы электролизера и состояния диафрагмы.

Хлор, выделившийся в анодном пространстве, отсасывается из электролизеров с помощью компрессоров и поступает для охлаждения, осушки и компримивания. На общем коллекторе хлора установлены гидролизеры, предохраняющие асбестовые диафрагмы от разрушения при колебаниях вакуумметрического давления в системе отсоса хлора.

Хлорная вода из гидролизеров и конденсат из общего коллектора хлора в зоне электролиза сливается в сборник, откуда поступает на обесхлорирование.

Водород из катодного пространства электролизеров по хлорвиниловым шлангам поступает в групповые коллекторы, которые соединены с одним общим коллектором. По общему коллектору водород поступает на охлаждение и компримирование в водородное отделение. Избыток водорода с помощью эжектора выбрасывается с общего коллектора в атмосферу.

Электрощелочь из катодного пространства электролизеров сливается в групповые коллекторы, из которых поступает в общий коллектор и далее в приемный бак. Из приемного бака электрощелоков откачивается насосами в отделение выпаривания.

электролиз хлор натрий водный

Технологическая схема получения хлора, водорода и каустической соды состоит из следующих стадий:

— получение сырого рассола;

— очистка рассола, производимая в корпусе очистки и подготовки рассола для диафрагменного электролиза;

— электролиз, осуществляемый в зале электролиза;

— охлаждение и осушка хлоргаза;

— охлаждение и компримирование водорода;

— выпарка электрощелоков с целью получения каустической соды.

Усольское месторождение каменной соли представлено десятью промышленными пластами, приуроченными к Усольской свите нижнекембрийских отложений. Пласты каменной соли на всю мощность вскрыты буровыми скважинами, глубиной — 1400 метров и отрабатываются методом заглубленной водоподачи снизу вверх. В качестве растворителя применяется производственная вода или рассол с низкой массовой концентрацией, поступающие в скважины. В камере выщелачивания вода растворяет каменную соль, образующийся соляной рассол, вследствие возрастания его плотности, занимает в камере более низкое положение соответствующее более высокой концентрации хлорида натрия (NaCl) и по внутренней колонне за счет избыточного давления воды выжимается на поверхность.

Соляной рассол, полученный в камерах выщелачивания скважин, избыточным давлением воды в камере вытесняется на поверхность и по трубопроводам поступает на распределительный пункт. На распределительном пункте в зависимости от массовой концентрации натрия хлористого в рассоле с каждой скважины, последний с низкой массовой концентрацией соли может быть направлен на донасыщение на всас центробежных насосов для возврата в скважины, а кондиционный рассол направляется в корпус очистки и подготовки рассола.

Очистка сырого рассола производится в корпусе очистки и подготовки рассола для электролиза с использованием соляной кислоты и карбоната натрия. Перед подачей в электролизер рассол очищают от Mg 2+ , Са 2+ , а в некоторых случаях и от ионов SО_, оказывающих вредное влияние на ход электролиза. Выделение Са 2+ из раствора производится в форме малорастворимого СаСО₃ путем добавления раствора кальцинированной соды. Осаждение Mg 2+ ведут раствором NaOH. При этом образуется малорастворимый гидроксид магния Mg(OH)₂. Образующиеся гидроксид магния и карбонат кальция отфильтровывают и затем раствор подкисляют соляной кислотой для нейтрализации избыточной щелочности. Ионы SО выводят при выпарке щелоков из оборотной соли. Нерастворимые загрязнения отделяют отстаиванием и фильтрованием на фильтрпрессах. Отфильтрованный рассол перед поступлением на электролиз нейтрализуют соляной кислотой. Шлам отработанной целлюлозы и сгущенную суспензию из отстойника Дорра отжимают, маточник направляют на очистку рассола, а отжатый шлам с влажностью 30-40% вывозят на складирование или захоронение. Очистку рассола проводят в корпусе подготовки рассола.

После очистки рассол направляется в зал электролиза. С целью уменьшения расхода постоянного тока при электролизе производится подогрев рассола до 75-90 0 С паром под давлением 0,6-0,9 МПа (6,0-9,0 кгс/см 2 ) в двухходовых титановых теплообменниках с площадью нагрева 249 м 2 , работающих поочередно. Расход поступающего пара, температура греющего пара, давление греющего пара измеряется и регистрируется на щите КИПиА. Температура рассола, выходящего из теплообменников измеряется и регистрируется на щите КИПиА. Конденсат из межтрубного пространства теплообменников отводится в другие корпуса на внутреннее потребление. После подогрева рассол поступает в напорные баки.

Уровень подогретого рассола в напорных баках контролируется на щите КИПиА и регулируется. Максимальный и минимальный уровни в напорных баках оповещаются на щите КИПиА световой и звуковой сигнализацией. Температура подогреваемого рассола после напорных баков измеряется термометром по месту, расход измеряется на щите КИПиА.

Подогретый рассол из титановых напорных баков вместимостью 16 м 3 каждый, самотеком подается в серийные и групповые рассольные коллектора, а из последних по шлангам через стеклянные питатели, установленные в крышках, в анодное пространство электролизеров. Рассол подается в электролизер из расчета 1,1*10 -3 -1,3*10 -3 м 3 /ч на каждый кА нагрузки, что обеспечивает при оптимальной температуре электролита 90-95 0 С получение электрощелочи с регламентной концентрацией.

Расход рассола по групповым коллекторам контролируется по мерным стеклам, установленным в конце каждого группового коллектора, чем достигается оптимальный расход рассола по электролизерам. Внутри стеклянного питателя находится титановый поплавок со стержнем, которым регулируется уровень в электролизере. При переполнении электролизера рассолом, поплавок всплывает и закрывает вход поступающему рассолу в электролизер. При необходимости уровень в электролизере регулируется вручную зажимом.

Электролиз раствора хлорида натрия ведется в электролизерах БГК-50/60М с осажденной диафрагмой.

Группы электролизеров разделены на три серии — по 3 группы в каждой. На групповых эстакадах между двумя рядами ванн располагается хлорный, водородный и рассольный коллектора, к которым подсоединены хлорные, водородные отводы и рассольные шланги от каждого электролизера. Вакуумметрическое давление в хлорном коллекторе поддерживается автоматически, контролируется на щите КИПиА в пределах минус 1000-минус 500 Па (минус 100-минус 50 кгс/м 2 ). Вакуумметрическое давление в водородном коллекторе поддерживается автоматически, контролируется на щите КИПиА в пределах минус 0,4 — минус 0,1 кПа (минус 40-минус 10 кгс/м 2 ). Вакуумметрическое давление в анодном пространстве электролизера должно быть минус 100-минус 50 Па (минус 10-минус 5 мм. вод. ст.). Вакуумметрическое давление в катодном пространстве электролизера должно быть минус 150-минус 100 Па (минус 15-минус 10 мм. вод. ст.).

Под действием постоянного тока в электролизере происходит разложение раствора хлорида натрия, и получаются продукты: газообразный хлор на аноде, газообразный водород на катоде и электролитическая щелочь. Получаемая электролитическая щелочь должна содержать: гидроксид натрия (NaOH) 105-140 г./дм 3 , гипохлорит натрия (NaCIO) не более 0,0005 г./дм 3 , хлорат натрия (NaCIO₃) не более 0,35 г./дм 3 , хлорид натрия (NaCI) 170-210 г./дм 3 . Состав анодного газа — хлоргаза, выходящего из электролизера, должен находиться в пределах [% (об.)]: хлор (CI₂) — 96,5-98,0; кислорода (O₂) не более 2,5; водород (H₂) не более 0,4; диоксид углерода (CO₂) не более 0,8. Диоксид углерода попадает в хлоргаз из анолита, так как сода, поступающая в него с рассолом, полностью разлагается. В хлоргазе содержится также 0,1-0,5% азота, попадающего с подсасываемым воздухом, так как электролизер работает с разряжением в анодном пространстве. Водород, выводимый из электролизера, должен содержать не менее 99,9% (об.) водорода, остальное — воздух. Хлор в водороде должен отсутствовать.

Хлор, выделившийся в анодном пространстве электролизера, отводится в групповой коллектор. Хлор из групповых коллекторов поступает в серийные коллектора, а затем в общий титановый коллектор диаметром 1000 мм, по которому подается на осушку и компримирование. При нарушении технологического процесса, в случае понижения вакуумметрического давления (разряжения) в системе отсоса хлора, срабатывает предохранительный гидрозатвор и влажный хлоргаз через гидрозатвор поступает на санитарную колонну, орошаемую раствором щелочи, а в случае повышения вакуумметрического давления (разряжения) через хлорный гидрозатвор происходит подсос воздуха из атмосферы для исключения попадания водорода из катодного пространства электролизера в хлор.

Водород из катодного пространства электролизеров по гибким, не проводящим электрический ток, шлангам отводится в групповой коллектор. Вакуумметрическое давление после группового коллектора водорода должно быть минус 300-минус 100 Па (минус 30-минус 10 мм вод. ст.). В групповые коллектора водорода предусмотрена подача азота по шлангам для их продувки перед пуском зала электролиза после остановки. Водород из групповых коллекторов поступает в общий коллектор, по которому идет в отделение охлаждения и перекачки водорода. Предусмотрен сброс водорода из общего коллектора через эжектор и огнепреградитель в атмосферу. На эжектор предусмотрена подача пара давлением 0,6-0,9 МПа (6,0-9,0 кгс/см 2 ).

Электрощелока из катодного пространства сливаются через капельницы в групповые коллектора, затем по серийным и общему коллекторам поступают в сборник электрощелоков вместимостью 125 м 3 . Уровень в сборнике электрощелоков поддерживается автоматически на щите КИПиА. Максимальный и минимальный уровни оповещаются световой и звуковой сигнализацией. Из сборника электрощелока откачиваются насосами по стальным коллекторам в емкость, на внутреннее потребление и на санитарную колонye. Электролитическая щелочь в трубопроводе на выходе из отделения должна содержать гидроксида натрия с массовой концентрацией 105-140 г./дм 3 . Массовая концентрация гидроксида натрия в электролитической щелочи зависит от фильтрующей способности диафрагмы.

В аварийных случаях работы цеха (при аварийной остановке хлорных компрессоров, поступлении некачественного рассола на электролизер, изменении токовой нагрузки и при пуске цеха после остановки в течение 102-х часов) допускается выход электрощелочи с массовой концентрацией гидроксида натрия (NaOH) 40-160 г./дм 3 , массовой концентрацией хлорноватокислого натрия (NaCIO₃) 0,35-0,60 г./дм 3 , массовой концентрацией хлорноватистокислого натрия (NaCIO) 0,5-200,0 мг/дм 3 .

Улавливание хлора и абгазов происходит путем поглощения электролитической щелочью с массовой концентрацией гидроксида натрия 105-140 г./дм 3 .

Щелочь подается насосом из бака для гипохлорит вместимостью 10 м 3 , через распределитель на насадку из колец «Рашига» санитарной колонны. Стекая по насадке вниз, щелочь поглощает поднимающийся хлор и абгазы, и поступает из куба санитарной колонны в бак для гипохлорита. Бак для гипохлорита соединен с кубом санитарной колонны (поз. 7) воздушной линией. Уровень в баках для гипохлорита контролируется на щите КИПиА. Максимальный уровень оповещается световой и звуковой сигнализацией. Циркуляция электролитической щелочи по схеме: бак для гипохлорита, насос, санитарная колонна, бак для гипохлорита — продолжается до снижения массовой концентрации гидроксида натрия не менее 5,0 г/дм 3 . После снижения массовой концентрации гидроксида натрия схема циркуляции переключается на другой бак для гипохлорита. В бак загружают тиосульфат натрия, через барботер подается по гибкому шлангу азот для перемешивания. При отсутствии активного хлора, обезвреженный раствор сбрасывается в кислотно-щелочную канализацию. Освобожденный бак для гипохлорита пропаривается от соли паром при необходимости. Затем из сборника электрощелоков в него принимается свежая электролитическая щелочь с массовой концентрацией гидроксида натрия 105-140 г./дм 3 , а очищенные абгазы в санитарной колонне выбрасываются вентилятором в атмосферу. На линии сброса абгазов установлен фотоклометрический газоанализатор, сигнализирующий на щите КИПиА при увеличении массовой концентрации хлора (CI₂) в выбросах более 1,0 мг/м 3 .

Для получения товарного жидкого едкого натра щелок подвергают выпарке. При концентрировании раствора щелочи, благодаря уменьшению растворимости хлорида натрия (NaCI), последняя выпадает в твердом виде. Выпавшая в осадок твердая соль отделяется на фильтрах и возвращается на приготовление рассола. Выпарка щелока ведется в 3- или 4-корпусных аппаратах до концентрации 46-49% (700-750 г./л) гидроксида натрия (NaOH). Выходя из каждого аппарата, упаренный щелок освобождается от выпавших кристаллов хлорида натрия (NaCI) в отстойниках, на центрифугах или на вакуум-фильтрах. Получение твердой щелочи осуществляют дальнейшей выпаркой воды в плавильных котлах. После этого охлажденный каустик центробежным насосом разливают в железные барабаны.

Охлаждение и компримирование водорода.

Водород из отделения электролиза по общему коллектору поступает на охлаждение в три параллельно работающие башни с насадкой из керамических колец «Рашига». В случае повышения вакуумметрического давления (разряжения) в общем коллекторе перед башнями водород сбрасывается в атмосферу через гидрозатвор и огнепреградитель. Создавшееся давление водорода в коллекторе передавливает рассчитанный столб жидкости в гидрозатворе в канализацию и водород сбрасывается на «свечу» в атмосферу. К линии сброса водорода перед огнепреградителем подведен азот. Повышение вакуумметрического давления (разряжения) может возникнуть в результате забивки насадок башен солями жесткости, «захлебывания» башен оборотной водой или плохой работы компрессоров.

Водород после охлаждения в башнях с температурой 10-30 0 С поступает на всасывающий компрессор типа НЭШ-ХЦ-8, служащий для транспортировки водорода потребителю. Потребителям водород поставляется либо по трубопроводам, либо в компримированном виде, в баллонах.

Охлаждение и осушка хлоргаза.

Влажный хлоргаз из зала электролиза поступает на охлаждение и осушку. Хлоргаз последовательно проходит кожухотрубные холодильники, отбойную башню, три абсорбционные башни, отбойную башню, после проходит три фильтра и поступает в общий коллектор всаса компрессоров.

Сконденсировавшаяся хлорная вода из отделения электролиза, из общего коллектора, из холодильников, из отбойных башен собирается в бак хлорной воды, откуда по переливной линии направляется в куб отпарной колонны.

Хлоргаз после охлаждения и абсорбции поступает в коллектор всасывающих трехступенчатых компрессоров марки WRZ-3. Сжатый хлор после первой, второй и третьей ступеней каждого компрессора направляется на охлаждение в холодильники хлоргаза.

Массовая доля воды в осушенном хлоре должна быть не более 0,01%. Объемная доля водорода в хлоре не должна превышать 0,4%. Жидкий хлор транспортируют в железнодорожных цистернах и железных баллонах.

Электролитическая щелочь в трубопроводе на выходе из отделения должна содержать гидроксида натрия с массовой концентрацией 105-140 г./дм 3 . Массовая концентрация гидроксида натрия в электролитической щелочи зависит от фильтрующей способности диафрагмы.

Электролизером называется аппарат, в котором осуществляется процесс электролиза. В электролизере протекают пространственно разделенные электродные реакции: электровосстановление на катоде и электроокисление на аноде.

Существует несколько конструкций электролизеров с твердым катодом:

1. Ванна с непроточным электролитом

Одной из первых конструкций ванн с твердым катодом, получивших в свое время значительное промышленное применение, была хлорная ванна «Грисгеймэлектрон».Ванна с проточным электролитом и горизонтальной диафрагмой. Наиболее распространенной конструкцией этого типа является ванна Сименс — Биллитера. Впоследствии горизонтальная ванна была усовершенствована. Плоская катодная сетка заменена зигзагообразной. Аноды, в связи с этим применяются не плоские, а трехгранного сечения, с острым ребром, обращенным вниз. Кроме того, ванны снабжаются приспособлениями, позволяющие опускать аноды по мере их износа, сохраняя таким путем постоянное межэлектродное расстояние;

2. Ванны с проточным электролитом и вертикальной диафрагмой

В свое время наибольшее распространение получили ванны с вертикальной диафрагмой: Гиббса; Ворса, Х-2, Х-3, К-3; БГК-12; БГК-13; БГК-17; БГК-50/60М и другие.

Сырьем для производства хлора и гидроксида натрия электролитическим методом с твердым катодом является хлорид натрия. Чистый хлорид натрия содержит 39,4% натрия и 60,6% хлора. В природном хлориде натрия содержатся примеси — хлориды кальция и магния, сульфаты кальция и магния и другие.

Хлорид натрия встречается в природе в виде залежей (каменная соль), самосадочной соли и рапы соляных озер, в виде естественных подземных рассолов и в морской воде.

В каменной соли содержится: 99,7-99,6% NaCl; 0,08% MgCl_2; 0,3-1,4% CaSO₄; до 1% Н₂О.

В самосадочной соли в среднем содержится: 97,2% NaCl; 0,5% MgCl₂; 0,4% CaSO₄; до1,4% Н₂О и 0,1-0,6% нерастворимых веществ.

Поваренная соль, полученная из морской воды содержит: 87% NaCl; 1,0 Mg 2+ ; 0,5% Са 2+ ; 1,0% SO 2- ₄; 8% Н₂О и 2,5% нерастворимый остаток.

Хлор — газ желтовато-зеленого цвета с удушающем запахом, раздражающе действует на дыхательные пути, может вызвать отек легких. При средних концентрациях возникают резкие грудные боли, жжение и резь в глазах, слезотечение, мучительный сухой кашель. Предельная допустимая концентрация — 1 мг/м 3 .

Электролитическая щелочь — прозрачная, бесцветная жидкость, невзрывоопасная, негорючая. Щелочь легко растворима в воде в любых соотношениях. При попадании на кожу вызывает тяжелые химические ожоги. Предельная допустимая концентрация — 0,5 мг/м 3 .

Для выполнения курсового проекта выбираю монополярный электролизер с фильтрующей асбестовой диафрагмой, анодами ОРТА типа БГК 50/60.

Электролизер БГК 50/60 предназначен для получения хлора, каустической соды и водорода электролизом водных растворов хлорида натрия диафрагменным методом.

Источник