Способ электролиза водного раствора хлорида натрия

 

Изобретение относится к электрохимическим производствам и позволяет уменьшить энергозатраты. Способ касается электролиза водного раствора хлорида натрия в электролизере с двухслойной катионообменной мембраной с получением в анодной камере хлора и в катодной щелочи, причем слой с большей электропроводностью обращен к аноду, и электролиз ведут при поддержании давления 1-5 эта в анодной и катодной камерах и поддержании парциального давления газа в камерах (1-5) (Ре- РН2 о). где Рс- Рн2 о k 1ГГС - То), где PC - критическое давление в верхней части электролизера, Рна о - парциальное давление водяного пара в верхней части электролизера , Тс - критическая температура, 5°С - константа. I-плотность тока, k-коэффициент, равный 0,000535± 0.0002. 1 ил. у Ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (й1)5 С 25 В 1/46

ГОСУДАРСТВЕН.ЦЙ КОМИТЕТ

1 (21).2500804/26 (22) 04.07.77 (31) 78895/76 (32) 05.07.76 (33) 3Р (46) 23.07.92. Бюл. М 27 (71) Асахи Касеи Когио Кабусики Кайся (JP) (72) Синсаку Огааа и Мунео Есида (JP) (56) Патент ГДР % 93990, кл. 12 Ь 2, опублик.1971. (54) СПОСОБ ЭЛЕКТРОЛИЗА ВОДНОГО

РАСТВОРА ХЛОРИДА НАТРИЯ (57) Изобретение относится к электрохимическим производствам и позволяет уменьшить энергозатраты. Способ касается электролиза водного раствора хлорида

Изобретение относится к области электрохимических производств, а частности к электролизу водного раствора хлоридЪ натрия.

Цель. изобретения —. уменьшение энергозатрат.

Пример 1. В электролизере устанавливают перфторсульфокислотную мембрану

Нафлон 315. состоящую из двух слоев, один слой толщиной 0,1 мм, имеющий экаиаалент ный вес 1100 г с ионообменными сульфокислотными группами, и второй слой с эквивалентным весом 1500 r.

В качестве анода используется анод из пористого титана с пористостью 60, покрытого смесью окислов рутения, титана и циркония, а в качестве катода используется пористое железо. Электролизер является биполярным, между ссноаным листом биполярного электролиэера и анодом расстояние 45 мм, такое же расстояние между катодом и основным листом, основной лист Ж, 1750435 АЗ натрия а электролизере с двухслойной катионообменной мембраной с получением а анодной камере хлора и в катодной щелочи, причем слой с большей электропроводностью обращен к аноду, и электролиз ведут при поддержании давления 1 — 5 ата s анадной и катодной камерах и поддержании парциального давления газа в камерах (1 — 5) (Рс — Рн О ). где Рс — Рн О = k (Тс - То), где

Рс — критическое давление а верхней части электролизера, Рн2 Π— парциальное давление водяного пара в верхней части электролизера, Т, — критическая температура, Т -56» 5 С- константа,l- плотность тока, k- коэффициент. равный 0,000535»- 0,0002.

1 ил. выполнен иэ железа и титана, В электролизер помещают 74 биполярных электрода, Водный раствор хлорида натрия из емкости подают параллельными потоками в каждую анодную камеру электролизера со скоростью 600 n/÷, с такой же скоростью хлбрид натрия подается и а катодные камеры.

Выход продукта из камер электролизера осуществляют в пэро-жидкостном состоянии, а давление в камерах регулируется при помощи выполнения отверстий а патрубке выхода.

Процесс ведут при плотности тока 40

А/дм, напряжение электролиза, температура и давление а катодной камере связаны между собой, как показано на графике (чертеж). Как видно из графика, напряжение электролиза имеет свой минимум приблизительно при 85 С, при давлении. равном атмосферному, но при увеличении давления а

1750435 электролизной ванне температура Тс, при которой напряжение электролиза становится минимальным, возрастает, Точки для Т„ соответствующие различным давлениям Р в электролизной ванне, будут давать линию

А-A. Подобным образом при изменении плотности тока при 20,40 и 60 А/дм определяются соответствующие кривые А-А, Указанные параметры связываются между собой эмпирической формулой:

Рс- Рнг р 0,000535 (Тс - 56)

На чертеже давление выше 1 ата или . равное 1 ата, особенно слева от линии А-А, показывает область критического парциального давления газа или выше, при котором достигается снижение энергозатрат.

В предлагаемом способе эа счет повншенногодавления в камерах в энодном пространстве будет происходить растворение хлора, но зэ счет применения катионообменной мембраны качество гидроксида натрия не ухудшается.

Когда электролизер находится под повышенным давлением, газ, экрэнирующий поверхность мембраны, удаляется с нее, Так как электрическое сопротивление мембраны и раствора уменьшается, когда растет тем пература, то напряжение электролиза может быть снижено. Но иногда температура электролиза растет, а давление поддерживается íà определенном уровне, напряжение нэ электролизере вначале уменьшается. Однако существует критическая температура электролиза Тс, при которой напряжение становится минимальным, когда температура проходит через некоторое критическое значение, то напряжение электролиза начинает резко увеличиваться. Обнэружено, что существует критическое давление Рс, при котором или выше которого напряжение электролиза меняется незначительно. При слишком большом давлении прочность мембраны может быть нарушена, поэтому важно определять значение давления, которое позволяет вести процесс без разрушения мембраны. В результате исследований была найдена эмпирическая формула:

1-5 (Pc — Рнг о), где Рс- Рнг p k l(Tc - Tp);

P — давление в камерах электролизера;

Рнг р-парциальноедавление водяного пара в камерах;

Рс — критическое давление в камерах злектролизера;

Т вЂ” температура в электролизере;

Тс — критическая температура в электролизере;

Tp — константа, равная 56+ 5ОС;

l — плотность тока, А/дмг;

5 k — коэффициент, равный 0 000535, (эта / С) е (А /д»„1 )

Постоянная k зависит от используемого . электролита, его концентрации, конструкции электролизера, количества циркулиру10 ющей жидкости и т.д. Величина k обычно составляет 0,00054+ 0,0002; практический диапазон 1 составляет 1Π— 100 А/дм .

Мембрана размещается между катодом и анодом, поэтому и хлор, и водород могут .

15 экрэнировать поверхность электродов и мембраны, в этом случае необходимо учитывать парциэльное давление хлора и водорода.

Для предотвращения разрыва мембраны необходимо поддерживать разницу дав20 лений в катодной и в анодной камерах 0,5 эта или ниже. Кроме того, когда ведут процесс при высокой температуре и высокой плотности тока, температура в мембране повышается ээ счет тепла, выделяющегося

25 в слое с более низкой электропроводностьо., причем это повышение столь значительно, что в мембране наблюдается явление кипения, при этом на поверхности раздела мембраны образуются водяные пу30 зырьки, которые могут привести к разрыву мембраны. Например, если электролиз протекает при температуре 85 С, что ниже примерно на 20 С точки кипения электролита, на кэтионообменной мембране образуются

35 водяные пузырьки при плотности тока 30 г

А/дм . В соответствии с изобретением, когда пэрциальное давление газа в электролитической ячейке поддерживается не столь высоким по сравнению с критическим парци40 эльным давлением газа, которое определяется при помощи температуры электролиза и плотности тока в соответствии с приведенной формулой, явление кипения в мембране полностью исключается, 45 Критическое парциальное давление означает давление, при котором.не наблюдается существенного снижения напряжения при последующем создании давления в злектролизере при постоянной температуре

50 электролиза. Следовательно, понятие критического парциального давления можно опре- делить как графическую зависимость напряжения отдавления и ри постоянной температуре.

55 При электролизе раствора хлорида натрия с ионообменными мембранами чем выше давление, тем меньше напряжение, Однако, если давление превышает 5 ата, 1750435

1-5 (Pc-Рнз о ), Формула изобретения

Способ электролиза водного раствора хлорида натрия в злектролиэере с двухслойной катионообменной мембраной с получеP i

60 70 80 90 300 1 lO (20 l30 7ажм.=,о р

Составитель С.Лотхова

Редактор О.Зобннн Техред М.Моргентал. Корректор Т.Палий

Заказ 2607 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.. 4/5 .

Производственно-издательский комбнн "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 г существенного изменения напряжения не происходит.

Одним из преимуществ изобретения является то, что тепло, генерируемое в эпектролизере, может быть использовано при повышенной температуре электролиза. Генерируемое тепло обычно отводится при помощи холодной воды. более выгодно использовать это тепло как тепловой источник дпя концентрации гидроксида натрия. Если возможно увеличить температуру электролиза выше 85ОС без увеличения напряжения электролиза, то выделяющееся теппо можно испольэовать для концентрации водного раствора гидроксида натрия. При проведении процесса напряжение на электролизере составляет 3,98 В, в то время как в известном напряжение составляет 4,61 В. нием в анодной камере хлора и в катоднойщелочи, от л и ч а ю щи и с я тем, что, с целью уменьшения энергозатрат, слой катионообменной мембраны с большей электро5 проводностью обращен к аноду, а с меньшей — к катоду и электролиэ ведут при поддержании давления 1-5 ата в анодной н катодной камерах и парциального давления газа в каждой камере, определяемого по

10 формуле: гМ Р - Рн о)- k IPe-×.

Pc — критическое давление в верхней части электролиэера;

Рщ р- парциальное давление водяного пара в верхней части электролизера;

Т вЂ” критическая температура;

Т - 56 5 С вЂ” константа;

1 — плотность тока;

k- коэффициент, равный 0,000535+ 0.0002.