Лекция 8. Электрохимическое производство хлора, щелочи и гипохлотрта натрия

Интенсификация электрохимических методов получения водорода

Производство тяжелой воды

Тяжелая вода применяется в атомной энергетике в качестве замедлителя нейтронов, а также используется для получения химических соединений с тяжелым изотопом водорода.

В природной воде отношение протия к дейтерию составляет (5000÷6000):1. По электрохимическим свойствам изотопы водорода несколько различаются.

Электрохимический метод основан на концентрировании тяжелой воды. Процесс протекает при электролизе вследствие различия в потенциале выделения легкого (протия) и тяжелого (дейтерия) изотопов водорода. Потенциал выделения на катоде дейтерия имеет более отрицательное значения, чем потенциал выделения протия. За счет более высокого перенапряжения (на 0,1 В) и более отрицательного значения равновесного потенциала (на 0,003 В) тяжелого изотопа дейтерия, при электролитическом разложении воды происходит постепенное обогащение жидкой фазы дейтерием.

Электрохимический процесс концентрирования тяжелой воды может быть осуществлен периодическим и непрерывным методами.

Периодический метод электролитического получения тяжелой воды в промышленности не применяют вследствие высоких энергетических затрат.

В промышленности используют непрерывные методы, основанные на электролизе воды в каскаде электролизеров.

Многоступенчатый способ обогащения с комбинированием стадий электролиза и каталитического изотопного обмена в сочетании с фазовым изотопным обменом позволяет получить практически чистую тяжелую воду (не менее 99,7% D ₂ О) с расходом воды около 100 кг и электроэнергии 60 – 100 кВт∙ч на 1 г D ₂ О.

Основной причиной малой доли электролитического водорода в общем объеме производства этого продукта является высокий уровень расхода электроэнергии на электролиз.

Одним из путей повышения интенсивности процесса получения водорода является электролиз с применением твердых электродов. Значительный эффект снижения напряжения на электрохимической стадии получения водорода достигается в комбинированных системах, включающих электролиз с образованием на катоде водорода, а на аноде химического продукта, подвергаемого термическому разложению:

- электролиз сернокислотных растворов, протекающий с выделением на катоде водорода и окислением на аноде диоксида серы

SO ₂ + 2 H ₂ O → H ₂ SO ₄ + H ₂­ (7.в)

- термическое разложение серной кислоты, полученной на стадии электролиза с образованием диоксида серы:

2 H ₂S O ₄ → 2 SO ₂ + 2 H ₂ O + O ₂­ (7.г)

Производство хлора и щелочи относится к числу крупнотоннажных электрохимических производств. Подавляющее количество хлора получают электрохимическим методом – электролизом водных растворов хлорида натрия.

Суммарная реакция, протекающая в электролизере, может быть выражена следующим уравнением:

2 NaCl + 2 H ₂ O → Cl ₂ + 2 NaOH + H ₂­ (8.а)

Одновременно с хлором образуется соответствующее количество едкого натра (каустической соды) и водорода.

Основным потребителем хлора является промышленность органического синтеза. Хлор расходуется в производстве хлоридов тяжелых металлов, хлорной извести, для очистки воды. Второй продукт, получаемый одновременно с хлором – едкий натр – используется в целлюлозно-бумажной промышленности, в технологии искусственных волокон, в нефтехимической промышленности.

Дата добавления: 2014-01-13