Конверсия сырья

Конверсия сырья – это отношение массы хлорида натрия, израсходованного в процессе электролиза, к общей массе хлорида натрия, поступившего в процесс:

(2.2.27)

где G^o_NaCl - масса хлорида натрия, поступившего на электролиз;

G_NaCl - масса хлорида натрия, не прореагировавшего в процессе электролиза.

В промышленных условиях за один цикл конверсия хлорида натрия составляет 40 - 45% при содержании NaOH в католите 120 - 140 ^г/_л.

2.2.4. Выбор оптимального технологического режима

Процесс электролиза хлорида натрия проводят в условиях, позволяющих получить максимальное количество высококачественных продуктов: гидроксида натрия, хлора и водорода при наименьших затратах сырья и, особенно, электроэнергии.

Состав электролита

В качестве электролита при электрохимическом получении гидроксида натрия используют раствор, содержащий 300 - 310 ^г/_л хлорида натрия (близкий к насыщению), что позволяет поддерживать высокую электропроводность раствора, низкое напряжение на электролизной ванне и тем самым уменьшать расход электроэнергии. Кроме того, при высокой концентрации хлорид-ионов снижается перенапряжение выделения хлора и возрастает скорость его выделения на аноде, а вероятность выделения кислорода (Табл. 2.2.1) существенно уменьшается. Высокая концентрация хлорида натрия в электролите способствует понижению растворимости хлора в анолите.

Концентрация гидроксида натрия в католите определяет затраты энергии на стадии упаривания при получении товарного продукта. Поэтому при электролизе стремятся получить раствор католита с высокой концентрацией щелочи. Однако при увеличении ее концентрации в католите возрастает вероятность попадания гидроксид-ионов в анодное пространство за счет диффузии, их превращения и снижения выхода по току. Оптимальная конечная концентрация гидроксида натрия в католите при диафрагменном процессе составляет 110 - 135 ^г/_л.

Температура

В промышленных ваннах процесс электролиза проводят при температурах 80 - 90^ОС. Это дает возможность снизить растворимость хлора в 5 - 8 раз, увеличить электропроводность электролита, снизить перенапряжение выделения водорода и хлора, тем самым увеличить скорость процесса электролиза и уменьшить расход электроэнергии.

Плотность тока

Плотность тока (i) в электрохимических процессах играет важнейшую роль, поскольку скорость процесса пропорциональна величине i.

Так как, плотность тока (i) равна отношению силы тока (I) к площади электрода (S):

(2.2.28)

а из уравнения (2.2.16) следует

то :

и, соответственно:

(2.2.29)

Таким образом, если площадь электрода постоянна, то скорость процесса (G_пр /) пропорциональна плотности тока. В этой связи для достижения высокой производительности электролизеров стремятся работать при высоких плотностях тока. Кроме того, использование высокой анодной плотности тока (2000 ^А/_м² и более), уменьшает расход тока на побочный электродный процесс, связанный с выделением кислорода (Табл. 2.2.1, реакция 2) и предотвращает разрушение графитового анода по реакции (2.2.12). При повышении плотности тока скорость выделения кислорода понижается, что связано с преимущественным ростом его перенапряжения по сравнению с ростом перенапряжения для хлора.