71

позволяют количественно оценить насколько рационально организован технологический процесс электролиза.

Выход по току

Выход по току – это отношение практически полученной массы продукта (Gпр.) в процессе электролиза к теоретически возможной (GT), рассчитанной по закону Фарадея:

G100

пр .

ЭGТ

(2.2.15)

В соответствии с первым законом Фарадея масса вещества (GТ), полученная при электролизе, пропорциональна количеству пропущенного электричества (Q) т.е., силе тока (I) и времени электролиза ( ):

G	Т	Э	X	Q Э	X	I

(2.2.16)

где Эх – электрохимический

эквивалент вещества, (г/А ч), который определяется по формуле:

	ЭX	M	(2.2.17)
		n F

М – молярная масса вещества, г/моль;

n – число электронов, участвующих в электродной реакции;

F – число Фарадея,

26,8 А ч/моль-экв.

I – сила тока, А

- время электролиза, ч

72

Для гидроксида натрия, хлора и водорода электрохимические эквиваленты соответственно равны

(г/А ч):

	Э				40	1,49
		NaOH		1	26,8

(2.2.18)

Э					71	1,32
				2	26,8
Cl		2
Э					2	0,038
	H	2		2	26,8

(2.2.19)

(2.2.20)

Удельный расход электроэнергии

Теоретический расход электроэнергии на 1000 г целевого продукта(WT) рассчитывают по формуле:

WТ

U	T	I
		G
		Т

где

1000

, Вт·ч/кг

(2.2.21)

UT – теоретическое напряжение разложения, равное разности равновесных потенциалов анода и катода; для хлорида натрия в условиях промышленного электролиза

UT = 2,1 - 2,2 В.

Подставляя в формулу (2.2.21) значение GT из (2.2.16) и сократив I, , получим:

WТ		UТ 1000	, Вт·ч/кг	(2.2.22)
		ЭX

73

На практике напряжение на электролизной ванне (Uпр.) значительно выше теоретического напряжения разложения, т. к. в реальных условиях необходимо учитывать перенапряжение на аноде и катоде, падение напряжения на диафрагме, в электролите, контактах и т. д. Кроме того, количество полученного продукта меньше теоретического, эту разницу учитывает выход по току. Поэтому удельный расход электроэнергии (WУД) равен:

W		U	ПР		1000		,	Вт·ч	/кг	(2.2.23)
УД
			Э	X		Э

где Э – в долях единицы. В соответствии с уравнением (2.2.23) удельный расход электроэнергии пропорционален напряжению на ванне и обратно пропорционален выходу по току. Поэтому все мероприятия, направленные на увеличение выхода по току и снижение напряжения на ванне, приводят к снижению удельного расхода

электроэнергии.

Коэффициент использования электроэнергии

По существу коэффициент использования электроэнергии (N) является долей полезного использования электроэнергии, количественно его выражают как отношение теоретического расхода электроэнергии на единицу массы целевого продукта к фактическому расходу, выраженное в процентах:

N	WТ 100	%	(2.2.24)
	WУД

С учетом (2.2.22) и (2.2.23), получим:

74

N	U	Т		Э	100
			U	ПР

%

(2.2.25)

Степень использования электроэнергии тем выше, чем больше выход по току и ближе значения практического и теоретического напряжений. Поскольку выход по току для процесса получения гидроксида натрия изменяется на практике незначительно (93 - 98%), основной вклад в коэффициент использования электроэнергии вносит напряжение на ванне. Оно складывается из разности равновесных потенциалов анода (Ea) и катода (Ek)

(35 - 42%), перенапряжений на аноде ( а) и катоде ( k) (23 - 6%), падения напряжения на диафрагме (Uд) (4-6%), в электролите (UЭ) (10 - 15%), на электродах и контактах (UК, 2 - 5%).

Uпр. = (Ea - Ek) + ( а + k )+ UЭ + UК + UД

(2.2.26)

В процессе работы эти соотношения могут изменяться, особенно в случае нарушения режимов процесса и возникновения неполадок: износ электродов, забивание диафрагмы, окисление контактов и др.

Конверсия сырья

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

X	(GNaCl0	GNaCl	) 100	(2.2.27)
		GNaCl0