Курсовая работа: Синтез и анализ ХТС в производстве гидроксида натрия и хлора из водного раствора хлорида натрия

NaCl + H ₂ O → 0,5 Cl ₂ + 0,5 H ₂ + NaOH

у анода у катода

Разряд ионов гидроксония на катоде вызывает смещение равновесия диссоциации воды вправо:

2H₂ O → H₃ O⁺ +OH^-

и повышение концентрации гидроксид-ионов в катодном пространстве. При высокой концентрации ионов ОН^- возможно попадание их в анодное пространство и реакция разряда:

2OH^- - 2ē → 0,5O₂ + H₂ O

Вследствие этого, хлор, выделяющийся в анодном пространстве, загрязняется кислородом.

Вторичные процессы при электролизе с железным катодом протекают в анодном пространстве. Они включают:

- окисление графитового анода кислородом, образующимся при разряде ионов гидроксида на аноде:

C + O₂ → CO₂

C + 0,5O₂ → CO

- растворение хлора в электролите с образованием соляной и хлорноватистой кислот:

Cl₂ + 2H₂ O   ↔ H₃ O + Cl^- + HOCl

- взаимодействие компонентов при диффузии щелочи в анодное пространство или смешении анодной (анолит) и катодной (католит) жидкостей с образованием гипохлорит-иона и хлорат-иона.

В результате протекания вторичных процессов раствор гидроксида натрия, полученный электролизом с железным катодом, всегда содержит примесь гипохлорита и хлората натрия. Вторичные процессы снижают выход по току и коэффициент использования энергии.

Удельный вес побочных вторичных процессов может быть снижен:

- разделением катодного и анодного пространства в электролизере с помощью фильтрующей диафрагмы (отсюда название метода диафрагменный), обеспечивающей одностороннее движение рассола в направлении, противоположном движению ионов ОН^- к аноду и препятствующей обратному перемещению их;

- подачей рассола в электролизер со скоростью, превышающей скорость образования ионов ОН^- и вытеснение образующегося раствора гидроксида натрия (щелока) в катодное пространство;

- применением высоких температур и концентраций рассола, что снижает растворимость хлора в электролите и вероятность протекания вторичных процессов;

- понижением концентрации выходящего из электролизера щелока, то есть уменьшением содержания гидроксида натрия в растворе, также снижающего вероятность вторичных процессов. Поэтому, процесс электролиза никогда не доводят до полного превращения хлорида натрия, останавливая его при достижении определенной концентрации щелока.

Рис. 1. Зависимость выхода по току от концентрации щелока

На рис. 1. приведена зависимость выхода гидроксида натрия от концентрации его в выходящем щелоке. Таким образом, оптимальными условиями процесса электролиза водного раствора хлорида натрия с железным катодом являются:

- температура электролита 70 - 90°С;

- концентрация щелока, выходящего из электролизера 130 - 140 г/л;