ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Диафрагмы, используемые при электролизе водных растворов хлоридов щелочных металлов из "Пористые перегородки и мембраны в электрохимической аппаратуре" Г При этом продукты электролиза способны настолько- интенсивно реагировать друг с другом, что без надежного разделения яектродных пространств процесс вести невозможно. [c.17] Взаимное проникновение катодных и анодных продуктов в принципе может быть вызвано следующими причинами конвективным перемешиванием католита или анолита выделяющимися газами (водородом и хлором), конвективным перемешиванием вследствие тепловых процессов, диффузией щелочи в анолит, а растворенного хлора в католит, участием ионов гидроксила в переносе тока к аноду и ионов водорода к катоду. В технике разработан ряд методов для борьбы с потерями продуктов электролиза, вызываемыми их взаимодействием [1]. [c.18] Известны четыре принципа разделения продуктов Для предохранения их от перемешивания вследствие разности плотностей католита и анолита, с помощью погруженной диафрагмы, фильтрующей диафрагмы и ионообменной мембраны. Первые два способа устарели. Принятым в производстве способом является разделение с помощью фильтрующих диафрагм. Ионообменные мембраны начинают применяться только в последние годы. [c.19] Имеются две разновидности электролизеров с фильтрующими диафрагмами с горизонтальным и вертикальным расположением диафрагм и электродов. Электролизеры с вертикальным расположением электродов являются в настоящее время основным типом диафрагменных электролизеров, применяемых 3 производстве хлора. Это отчасти объясняется тем, что при вертикальном расположении электродов, по сравнению с горизонтальным, требуется в 4—5 раз меньше площади пола на единицу продукции и сами электролизеры значительно дешевле. [c.19] Основное различие между вертикальным и горизонтальным расположением электродов по характеру протекающих процессов заключается в том, что в первом случае все то количество щелочи, которое пройдет через диафрагму, будет подхвачено и нейтрализовано конвектирующим электролитом, а во втором случае, кроме разделения католита и анолита с помощью диафрагм, в принципе возможно дополнительное разделение вследствие разности плотностей щелочи и анолита. [c.19] Так как растворы щелочи тяжелее, чем насыщенные хлором растворы ЫаС1, то при горизонтальном расположении электродов происходит расслоение щелочной католит собирается внизу, а кислый анолит —над ним. На границе между католитом и анолитом образуется зона нейтрализации. Поскольку на катоде выделяется водород, необходимо, чтобы при его отводе не перемешивался электролит в зоне нейтрализации. [c.19] Хотя электролизеры с горизонтальным расположением электродов работают с незаполненным электролитом катодным пространством, но слои диафрагмы, непосредственно лежащие на катоде, всегда пропитаны раствором щелочи, образующейся на катоде. Поэтому ионы ОН при недостаточной скорости протекания электролита могут проникнуть сквозь диафрагму в анодное пространство. Если бы в электролизере удалось избежать конвекции, то щелочь, проникшая сквозь диафрагму, могла бы расположиться слоем, отдельным от слоя анолита. [c.19] Во многих работах, рассматривающих зависимость выхода по току при электролизе растворов от соотношения скоростей потока электролита и переноса ионов гидроксила, не уделяется внимания роли количеств кислоты и хлора, переносимых электролитом к катоду. Иногда это вносится в расчет как малозначащая поправка [19]. Кубасов [20] на основании учета переноса кислоты и хлора к катоду вывел формулу длЯ расчета минимальной толщины диафрагмы, необходимой для того, чтобы зона нейтрализации лежала Внутри нее. [c.20] Значение /мин того же порядка, что и толщина диафрагм, используемых на практике. Хотя количественное влияние на выход по току кислоты и хлора, переносимых к катоду, невелико, но на характер процессов в диафрагме они оказывают некоторое влияние. Скорость продвижения ионов ОН к катоду под влиянием электрического поля зависит от их скорости при градиенте падения напряжения 1 В/см и величины градиента падения напряжения ф в диафрагме, пропитанной электролитом дн- = Ф он-- Кроме того, следует учесть влияние на скорость продвижения ионов 0Н градиента их концентрации в диафрагме. Оба фактора вызывают продвижение 0Н в анодную сторону. [c.20] При противотоке нейтрального электролита неподвижная зона нейтрализации установится при равенстве суммарной скорости продвижения ионов гидроксила он сум и скорости продвижения элекролита Уэд. [c.20] Концентрация щелочи в католите при данной плотности тока находится в прямой зависимости от скорости иэл- Чем меньше Уэл, тем выше Naoнк. Поскольку от Уэл зависит положение зоны нейтрализации, то в начале работы электролизеров, когда диафрагма обладает повышенной протекаемостью, зона нейтрализации находится на границе диафрагмы с католитом, концентрация щелочи мала и выход по току определяется количеством хлора и кислоты, переносимых электролитом. По мере формирования и забивания пор диафрагмы протекаемость ее падает и зона нейтрализации переходит внутрь диафрагмы. Это оптимальный вариант, так как выход по току и в этом случае зависит от переноса хлора и кислоты, но количество их станет минимальным. Наконец, когда при дальнейшем падении Уэл зона нейтрализации окажется на границе с анадитом, выход по току будет зависеть от количества ионов ОН , проходящих в анолит. [c.22] Первый фактор носит случайный характер при изготовлении диафрагмы стараются по возможности добиться их наибольшей однородности. [c.23] Влияние на выход по току при электролизе растворов ЫаС1 распределения скорости потока электролита в порах диафрагм по параболическому закону впервые рассмотрел Воейков. Учитывая, что диафрагму можно представить как сумму капилляров, в которых у стенок создается неподвижный слой жидкости, Воейков предложил формулу для расчета выходов по току. Расчет основан на том, что при средней скорости протекания жидкости от анода к катоду, равной или большей скорости продвижения к аноду ионов ОН, у стенок капилляров скорость ионов ОН будет превышать скорость жидкости [6, 27]. [c.23] Воейков подсчитал выход по току для условий работы электролизера системы Х-2. [c.24] Полученный выход щелочи по току (91%) является несколько заниженным по сравнению с экспериментальными данными. Следует отметить, что Воейков при выводе своей формулы принял во внимание только скорость ОН под действием градиента напряжения и пренебрег влиянием диффузии и наличием кислоты в протекающем электролите. При учете этих величин вычисляемый выход по току станет еще меньше. [c.25] Воейков считал, что получаемые при расчете заниженные выходы по току объясняются тем, что в капиллярах происходит не только движение ионов 0Н вдоль капилляра, но и их диффузия в радиальном направлении от стенок к центру, где ионы захвачены более быстрым потоком жидкости. В статье [19] указано, что при большом отношении длины пор к их диаметру потеря щелочи, обусловленная неравномерным распределением скорости противотока по сечению поры, не может быть существенной . [c.25] Сложность полной математической обработки всех явлений, связанных с выходом по току при электролизе растворов ЫаС1 в электролизерах с фильтрующей диафрагмой, приводит к тому, что в ряде посвященных этому вопросу работ, например [28— 31], авторы вынуждены делать упор на некоторые основные процессы, не учитывая все их многообразие. В результате, хотя работы представляют большой интерес, нх не всегда можно использовать для практических целей. [c.26] В электролизерах с горизонтальным расположением электродов, и диафрагм процессы в диафрагмах вследствие перемешивания электролита над диафрагмами, как уже упоминалось, не отличаются от тех, которые происходят в вертикальных электролизерах. [c.26] Вернуться к основной статье