ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Получение растворов гидроксида натрия в электролизерах с ионообменной мембраной из "Электрохимическая технология неорганических веществ" В предыдущих разделах отмечалось, что при производстве хлора и гидроксида натрия по ртутному методу получают раствор гидроксида натрия высокой концентрации с незначительным содержанием хлорида натрия — 0,01—0,05% (масс.) Однако, наряду с этими достоинствами, данный метод имеет ряд существенных недостатков, главные из которых — это загрязнение окружающей среды ртутью и повышенная вредность условий работы обслуживающего персонала. [c.99] Хлорные производства, в основу которых положен диафрагменный метод, обладают высокими технико-экономическими показателями, ио также не свободны от недостатков гидроксид натрия, получаемый по диафрагменному методу, содержит несколько процентов хлорида натрия, а асбест оказывает вредное влияние на здоровье обслуживающего персонала. [c.99] Наиболее широкое развитие мембранный процесс получил в Японии, где к середине 1986 г. полностью завершена программа перевода производств хлора и гидроксида натрия с ртутного на мембранный метод. Крупными мембранными установками оснащают свои хлорные заводы США, Италия, Великобритания, Нидерланды и другие страны. В нашей стране также уделяется большое внимание разработке и созданию технологии мембранного электролиза. Общая мощность производств хлора и гидроксида натрия (раствора) по мембранному методу в мире достигла к концу 80-х годов около 5 млн. т/год. [c.100] По мнению многих исследователей, мембранному электролизу будет принадлежать ведущее место в развитии хлорного производства, по мере совершенствования и удешевления мембран он может заменить классические ртутный и диафрагменный методы получения хлора и гидроксида натрия. [c.100] Для процесса электролиза с катионообменной мембраной в качестве питающего раствора используют раствор хлорида натрия, содержащий 300—315 кг/м Na l. При этом основные процессы, протекающие на анодах мембранных электролизеров, аналогичны процессам, имеющим место при электролизе в ванных с фильтрующей диафрагмой или ртутным катодом, а реакции, протекающие на катоде, аналогичны реакциям, протекающим на катоде в электролизерах с фильтрующей диафрагмой. [c.100] Перенос через мембрану гидроксид-ионов может привести к протеканию в анолите и на аноде побочных реакций с образованием кислорода, гипохлорита и хлората натрия (см. разд. 3.3). [c.101] В зависимости от свойств и качества ионообменных мембран, а также от срока их эксплуатации выход по току гидроксида натрия в современных электролизерах может изменяться в пределах 90—96%. [c.101] С целью устранения побочных процессов, вызванных проникновением гидроксидов-ионов в анолит, в последний вводят хлороводородную кислоту для нейтрализации ионов ОН . В зависимости от типа применяемых мембран pH анолита колеблется в пределах 2,0—5,0. [c.101] В процессе электролиза с ионообменной мембраной под действием градиента электрического потенциала ионы N3+ из анолита проходят через мембрану в католит. При этом число переноса ионов натрия в мембране превышает число переноса этих ионов в растворе, и по этой причине концентрация ионов Ма+ в слое, прилегающем к мембране со стороны анода, должна снизиться. Однако обеднению слоя препятствуют диффузия ионов и конвекция электролита. Благоприятное влияние на прохождение этих процессов оказывает организация циркуляции электролита по внешнему контуру. [c.101] Перенос ионов С1 , С10 и СЮз через мембрану в католит затруднен из-за существенного диффузионного сопротивления мембраны, ее высокой селективности по отношению к катионам, а также вследствие противоположного направления градиента электрического потенциала. [c.101] Под действием градиента электрического потенциала из анодного пространства электролизера помимо ионов Ыа+ в католит могут переноситься и другие катионы, которые оказывают существенное влияние на работу мембраны и качество получаемой щелочи. Это обстоятельство предъявляет повышенные требования к чистоте питающего рассола. Действие электрического поля способствует также переносу значительного количества молекул воды из анолита в католит. [c.101] Технико-экономические показатели мембранного процесса определяются плотностью тока, концентрацией полученной щелочи, степенью разложения хлорида натрия, температурой процесса, pH анолита и наличием примесей в питающем рассоле. [c.102] Исследователями на основе анализа этой формулы установлено, что для достижения содержания Na l в католите 0,05% (масс.) и менее плотность тока должна быть не меньше I кА/м . [c.102] При электролизе с мембраной увеличение плотности тока приводит к росту производительности электролизера, но в то же время повышает напряжение на мембране. На рис. 3.42 представлена зависимость падения напряжения на мембране Нафион, модифицированной с обеих сторон аминами, от плотности тока. [c.102] Температура в электролизере. При оптимизации температурного режима в электролизере учитывают влияние температуры на выход по току и напряжение электролиза. Обычно рабочая температура поддерживается в интервале 80—90 °С. С ростом температуры уменьшается падение напряжения на мембране. Однако при повышенных температурах и высоких плотностях тока напряжение на электролизере начинает увеличиваться, что может быть объяснено ростом газонаполнения растворов католита и анолита и закипанием раствора в мембране. Уменьшению действия этих факторов способствует увеличение давления в электролизере. При повышении температуры также наблюдается увеличение диффузии гидроксид-ионов из католита в анолит, приводящее к снижению выхода по току. [c.102] НИЯ в процессе мембранного электролиза стремятся получить раствор NaOH возможно более высокой концентрации. Однако превышение некоторой предельной концентрации щелочи приводит к снижению выхода по току гидроксида натрия. [c.103] Оптимальное содержание NaOH в католите определяют по зависимости выхода по току гидроксида натрия от его концентрации в католите. Такие зависимости для ряда ионообменных мембран приведены на рис. 3.43. [c.103] Представленные данные показывают, что зависимость выхода по току гидроксида натрия от концентрации NaOH в католите имеет сложный характер, который объясняется изменением влагоемкости мембран при различных концентрациях ш е-лочи. Иными словами, кривая Вт — С повторяет вид зависимости J w- k) от С (см. уравнение 3.73). [c.103] Содержание Na I в анолите. В процессе электролиза концентрация хлорида натрия в анолите определяется скоростью подачи рассола в анодное пространство электролизера, при этом скорость подачи выбирают, исходя из максимальной степени превращения Na l, поддержания оптимальных условий работы анодов и выхода по току хлора. [c.103] Процесс электролиза с мембраной характеризуется тем, что выход по току гидроксида натрия практически не зависит от концентрации Na l в анолите в пределах 100—300 кг/м . С повышением содержания хлорида в анолите ( 300 кг/м ) несколько увеличивается выход по току, а также содержание Na l в католите. Последнее является неприемлемым, так как ухудшается качество получаемой щелочи. [c.103] Вернуться к основной статье