С диафрагмой и графитовым анодом

Получение гидроксида натрия с использованием электролизеров

Теоретические основы получения гидроксида натрия

В процессе электролиза расвора хлорида натрия на электродах протекают следующие процессы:

А: 2Cl^– - 2e → Cl₂ (a)

2H₂O – 4e → O₂ + 4H⁺ (б)

С увеличением концентрации хлорида натрия облегчается реакция (а), поэтому для электролиза используется насыщенный раствор хлорида натрия с концентрацией 310-315 г/л.

К: 2H₂O + 2e → H₂ + 2 OH^– (a)

Na⁺+ OH^– → NaOH

Таким образом, на аноде идет образование хлора, а на катоде – водорода. В прикатодном пространстве образуется гидроксид натрия. Кроме того могут протекать побочные реакции:

Cl₂ + H₂O → HCl + HOCl

А в случае смешения анодных и катодных продуктов:

HOCl + NaOH → NaOCl + H₂O

HCl + NaOH → NaCl + H₂O

ClO ^– + 4e^– + 2H₂O → ClO₃^– + 4H⁺

Протекание побочных реакций уменьшает выход основных продуктов, по-этому стараются создать условия, при которых протекание побочных реакций было бы сведено к минимуму. Для уменьшения протекания побочных процес-сов необходимо:

а) разделение катодного и анодного производства диафрагмой;

б) фильтрация электролита через диафрагму в направлении, противополож-ном движению гидроксил-ионов к аноду.

в) повышение температуры до 70-80⁰С способствует уменьшению растворимо-сти Cl₂.

г) уменьшение концентрация NaOH в каталите.

д) повышение концентрации NaCl.

Промышленные электролизеры с фильтрующей диафрагмой широко применяются в промышленности. Принципиальная схема устройства элек-тролизера представлена на рис 10. Ванна имеет стальной перфорирован-ный катод, к нему плотно прилегает фильтрующая диафрагма из асбестово-го картона. Раствор хлорида натрия подается в анодное пространство, фильтруется через диафрагму и достигает катода. При прохождении посто-янного электрического тока на аноде образуется хлор, а на катоде водород и гидроксид натрия, который, проходя через отверстия катода, стекает в ка-тодное пространство и удаляется из ванны. В ваннах не происходит полного разложения хлорида натрия. В растворе, вытекающем из ванны, устанавли-вается постоянная концентрация гидроксида и хлорида натрия. Обычно

концентрация гидроксида натрия составляет 110-120 г/л, хлорида натрия - 170-180 г/л.

Полученный раствор подают на упаривание. Растворимость хлорида натрия уменьшается с повышением концентрации гидроксида натрия. Так при содержании гидроксида натрия 770 г/л при температуре 20⁰ раствори-мость хлорида натрия составляет 14 г/л. Поэтому при упаривании наряду с концентрированием раствора происходит кристаллизация хлорида натрия. Выпавшие кристаллы хлорида натрия отделяют от раствора и возвращают на электролиз. После упаривания получают щелочь, которая содержит 92-94 % NaOH и 2-3 % NaCl.

Образовавшийся на катоде водород без всякой обработки передается потребителям или выбрасывается в атмосферу.

Хлор насыщен парами воды, поэтому его направляют на сушку, кото-рая проводится в две ступени. С начала его охлаждают до 20-30⁰С, в резуль-тате чего часть паров воды конденсируется. А затем для окончательной осушки хлор подают в башню с насадкой, орошаемую концентрированной серной кислотой.

Сухой хлорподается потребителю или направляется на ожижение.

Получение гидроксида натрия с использованием электролизеров с ртутным катодом и графитовым анодом

При использовании электролизеров данного типа удается получить более чис-тые и концентрированные продукты. На ртутном катоде выделяется не водо-род, а натрий, из-за того, что при взаимодействии натрия с ртутью образуется амальгама натрия, которая хорошо растворима в ртути. На катоде при этом идут следующие реакции:

K⁺: Na⁺ + e^– →Na

Na + nHg → NaHg_n

A^– : 2Сl^– + 2e^– → Cl₂

Полученную амальгаму разлагают водой

2NaHg_n + 2H₂O → 2NaOH + H₂ + 2nHg

Ванна с ртутным катодом (рис. 11) состоит из 2-х частей: электролизера – 1 и разлагателя – 2. Электролизер представляет собой длинный ящик прямоуголь-ного сечения, сверху закрытый крышкой, в которой закреплены графитовые аноды. К слегка наклонному дну ванны подведена катодная шина, и по нему непрерывно движется тонкий слой ртути. В электролизер заливают раствор NaCl с концентрацией 310-315 г/л.

В процессе электролиза концентрация хлорида натрия уменьшается до 260-270 г/л. Раствор с такой концентрацией выводится из электролизера, обес-хлоривается под вакуумом, донасыщается хлоридом натрия и возвращается в электролизер. Образующийся хлор выводится через крышку и направляется потребителю.

При движении ртути по дну электролизера образуется амальгама натрия. Она выводится в разлагатель, который представляет собой прямоугольный же-лоб, закрытый крышкой. В разлагатель подают воду и происходит ее взаимо-действие с амальгамой, в результате образуется Н₂ и NaOH.

Дно разлагателя имеет небольшой уклон, благодаря чему ртуть движется по нему, выводится из разлагателя и специальным насосом возвращается в электролизер.

Преимуществом электролизеров с ртутным катодом является возмож-ность получения концентрированных растворов NaOH, свободных от NaCl.

К недостаткам электролизеров данного типа можно отнести то, что дан-ные электролизеры занимают большую площадь, расход электроэнергии вы-ше, чем в электролизерах с диафрагмой, возможно выделение паров ртути.

Дата добавления: 2014-01-03