Электролиз хлоридов натрия в ваннах с фильтрующей диафрагмой

Ванна с фильтрующей диафрагмой представляет собой цилиндрический сосуд (1) внутри которого находится асбестовая диафрагма (2) железный катод (3) в виде сетки и графитовый анод (4)

.

При пропускании постоянного электрического тока на аноде происходит разряд ионов хлора и образуются молекулы газообразного хлора:

2Cl ^--2e = Cl₂

.на катоде разряжаются ионы водорода:

2H ⁺+ 2e = H2.

Ионы гидроксила и натрия образуют едкий натрий:

Na ⁺ + OH ^- = NaOH.

Подготовленный раствор NaCl подается в анодное пространство (5) ванны, где при прохождении электрического тока происходит выделение CL₂ на аноде. Раствор хлорида натрия фильтруется через диафрагму (2), водород в катодном пространстве (6) выделяется на катоде и выводится из катодного пространства. Образовавшийся NaOH вместе с неразложившейся поваренной солью стекает на дно катодного пространства и выводится из нижней части ванны.

На переносе тока от катода к аноду наряду с ионами Cl- принимает участие и OH- ион. Материал анода (графит) взаимодействует с кислородом в момент его выделения по реакции:

C + O2 = CO₂.

Чтобы уменьшить участие OH- ионов в переносе тока и связанные с этим нежелательные процессы устанавливают обратный поток электролита из анодного в катодное пространство через диафрагмы. Диафрагма предотвращает контакт выделяющего хлора с водородом или с одновременно образующейся щёлочью.

Блок-схема:

Вопрос № 31

Производство едкого натра и хлора электрохимическим способом. Электролиз хлоридов натрия в ваннах с ртутным катодом. Блок-схема промышленного производства едкого натра и хлора. Основные показатели процесса электролиза.

Едкий натр (каустическая сода) широко используется в ряде отраслей промышленности: производство мыла и СМС, алюминия, для очистки нефтепродуктов и газов, производстве бумаге, искусственных волокон и в других отраслях.

Хлор широко используется при получение органических хлорпроизводных, изготоволение пластических масс (поливинилхлоридных), синтетических каучуков., растворителей, соляной кислоты. Несмотря на значительную экологическую опасность хлора и его производных, промышленное производство хлора в мире остаётся очень высоким.

К электрохимическим производствам относят химические процессы, протекающие в водных процессах или расплавах под действием постоянного электрического тока. (при помощи процесса электролиза).

Путем электролиза возможно получение химических продуктов высоко чистоты. К недостаткам электролитических процессов следует отнести высоких расход энергии при электролизе, что увеличивает себестоимость получаемого продукта.

При электролизе помимо основного процесса, протекает ряд побочных, также связанная с затратами энергии. Мерой эффективности использования энергии при электролизе служит коэффициент использования энергии (μ), который равен отношению количества энергии, теоретически необходимой для выделения единицы продукта (Wт), к действительно затраченной (Wпр):

μ= (Wт/ Wпр)*100%; μ=(Vr/Vпр)*η

где: Vт- теоретическое напряжение на электролизе, В;

Vпр- практическое напряжение в ванне В.

На практике всегда стремятся иметь максимальный коэффициент использования энергии. Для этого создают условия, при которых напряжение в ванне невелико, выход по току большой.

Электролиз хлоридов натрия в ваннах с ртутным катодом.

Ванна с ртутным катодом состоит и 2 частей – электролизёра и разлагателя, соединенных друг с другом. Электролизёр (1) представляет собой длинный закрытый ящик. В него опущены графитовые аноды (2), катодом служит ртуть (3), которая течёт по слегка наклонённому дну ванны. Раствор NaCl концентрацией 310-315 г/л непрерывно подается в электролизер. При прохождении постоянного тока на анодах выделяется хлор по реакции:

2Cl ^--2e = Cl₂

На ртутном катоде перенапряжение выделения водорода очень велико и H+ ионы не разлагаются, а происходит разряд ионов натрия. В результате образуется натрий:

Na⁺ + e = Na.

который реагирует со ртутью, образуя амальгаму натрия:

Na + nHg = NaHgn.

Температура электролита 70-80^оС. Из верхней части электролизера непрерывно выводится обедненный раствор NaCl, а снизу – амальгама натрия, которая поступает в разлагатель (4), где она обрабатывается водой. При этом происходит образование NaOH, водорода и ртути:

NaHgn + H₂O = NaOH + 0,5H₂ + nHg.

Амальгама натрия разлагается на специальных насадках. Выделившуюся ртуть с помощью насоса (5) возвращают в электролизер. Т.о. ртуть находится в замкнутом цикле. Обедненный раствор хлорида натрия донасыщают хлоридом натрия и вновь возвращают на электролиз. Из разлагателя выводится раствор очень чистой щелочи.

Преимущества ванны с ртутным катодом – высокая концентрация полученной щёлочи. Недостаток – повышенный расход энергии.

Блок-схема:

Вопрос № 32

Производство фосфорной кислоты термическим и экстракционным способами. Химизм процессов. Экологические проблемы процессов производства фосфорной кислоты. Блок-схема экстракционного процесса.

Фосфорная кислота используется для получения ряда удобрений, также является важным продуктом для получения технических реактивов, применяется при синтезе ряда органических продуктов, в производстве активированного угля, для создания на металлах защитных покрытий. Её соли – ортофасфаты –используются в производстве фосфорных удобрений, эмалей, огнестойких материалов.

Фосфорная кислота производится двумя способами: термическим из элементарного азота и экстракционным (разложение природных фосфатов)

Термический способ получения фосфорной кислоты включает сжигание элементарного фосфора в кислороде воздуха, охлаждение газов, гидратацию P₂O₅ и абсорбцию H₃PO₄, улавливание туманообразной кислоты.

При сжигании паров фосфора, выходящих из печи, или расплавленного фосфора получается фосфорный ангидрид:

2P₂ + 5O₂ = 2P₂O₅.

Далее фосфорный ангидрид взаимодействует с водой. Сначала образуется метафосфорная кислота:

P₂O5 + H₂O = 2HPO₃,

которая при охлаждении и наличии избытка воды гидратируется с получением термической фосфорной кислоты, отличающейся высокой чистотой и концентрацией:

HPO₃ + H₂O = H₃PO₄.

Возможно получение кислоты любой концентрации. Высокая степень чистоты достигается при использовании любых фосфатов, в том числе и низкокачественных без их предварительного обогащения. Недостаток – дороговизна процесса получения фосфора.