Задание 7
Получение щелочи, хлора и водорода методом электролиза растворов поваренной соли.
1.Опишите товарные свойства хлора, едкого натра и водорода. Укажите области их применения и масштабы производства.
2.Укажите возможное источники сырья для электрохимического получения Cl2, NaOH, H2.
3.Опишете современные промышленные способы получения хлора и едкого натра. Проведите сравнение их эффективности.
4.Опишите физико-химические свойства системы, положенные в основу электрохимического получения Cl2 и NaOH. Обоснуйте выбор оптимальных технологических параметров.
5.Вычертите и опишите электролизер с твердым катодом.
6.Составьте материальный баланс стадии электролиза за 1 час. Рассчитайте основные показатели эффективности процесса электролиза - выход по току Cl2, NaOH, отепень конверсии раствора хлорида натрия.
Общие данные для расчета
1.Процесс электролиза проводится в электролизере БГК 17/50. Сила тока 50 кА.
2.В электролизер поступает насыщенный раствор NaCl концентрацией 5,45 моль/л, плотность раствора 1170 кг/м3 Объем поступающего раствора равен 1,1 объема католита.
3. Выход по току Cl2 рассчитывают но формуле
RCl2 = 97,8-7,14(C-3,07)
С - концентрация щелочи в католите, выраженная в моль/л. Выход по току щелочи равен выходу по току хлора. Выход по току H2 равен 100%.
Выходящие из электролизёра газы содержат в своем составе пары воды в количестве 15% от веса Cl2 и H2.
4. В процессе электролиза протекают побочные реакции
а)на аноде происходит электрохимическое разложение воды:
2H2O = O2 + 2H2 (1)
б) часть образовавшегося на аноде Cl2 в объеме раствора подвергается гидролизу:
Сl2 + H2O = HCl + HClO (2)
Данные для расчета:
Концентрация щелочи в католите, кг/м3 – 138
Распределение расхода электричества на побочные реакции, % на реакцию (1) - 90
на образование С2, участвовавшего в реакии (2) – 10
Методика расчета:
Рассчитайте количество электричества, которое расходуется зa 1 час
Q = I*T
где І - сила тока, Т - время в часах.
Это количество электричества затрачивается на выделение Cl2:
QCl2 = Q*rCl2,
Где rCl2 – выход Cl2 в долях единицы
И на побочные реакции:
Qпоб = Q- QCl2,
2. Рассчитайте расход количества электричества на реакции 1 и 2, используя приведенное в задании соотношение.
3. По закону Фарадея рассчитайте массы Cl2, Н2 и NаОH, образующихся по целевой реакции, а также массы О2 (реакция 1) и Сl2, реагирующего по реакции 2.
4. Зная общее количество щелочи и ее концентрацию в католите, рассчитайте объем католита.
5. Воспользовавшись данными п.2, рассчитайте массу NаОH и Н2О, поступающих на реакцию.