Способ получения хлора и гидро-ОКиСи НАТРия Советский патент 1981 года по МПК C25B1/46 

181849 Изобретение относится к процессам получения хлора и гидроокнси натрия электролизом растворов хлорида натрия в электролизерах с ионообмен- , ной мембраной. Цель изобретения - увеличение производительности и повьшение эффективности процесса. На фиг. 1 изображен график напря- ю ження на электролизере в зависимости от плотности тока; на фиг. 2 - график потерь напряжения (Ом) электро- . литической ванны в зависимости от расстояния между электродами; на 15 фиг. 3 - график выхода по току, в зависимости от концентрации хлорида натрия; на фиг. 4 - график W gfj/W в зависимости от (С-С). Пример 1. Проводят процесс получения хлора и гидроокиси натрия в электролизере, в котором анод выполнен из титановой сетки, покрытой окислами рутения, титана или цирко „ ния, катод изготовлен из стальной се „ V rrr Ti-is o 1я aurirruao v Kfcartu Катодная и анодная камеры разделены составной катионообменной мембраной, изготовленной наложением плен ки сополимера тетрафторэтилена и пер фторсульфонилвинилового эфира, имеющего эквивалентный вес 1500, на аналогичную плиту сополимера с эквивалентным весом 1100, Составная пленка укреплена на подложке политетрафторэтиленовой ткани, имеющей размер ячеек 40 меш (40 отверстий на 2,54 см Осуществляют циркуляцию анолита и католита в течение 1 ч при отсутствии прохождения тока при трех различ ных фиксированных концентрациях хлорида - 1,0 Ы, 2,5 N и 4,0 N. Измеряют количество хлористого натрия, которое мигрирует в катодную камеру, и разность концентраций хлористого натрия в анодной и катодной камере. Определяют величину отношения d/D, исходя из формулы d D С-СГ величина миграции хлористого натрия в отсут ствие электрического тока; (C-Cj) разность концентраций хлористого натрия в анодной и катодной камерах. njoH Полученные результаты сведены в лицу. Проводят процесс электролиза, применяя 4,0 н раствор хлористого натрия при различных плотностях тока ,2, 0,3, 0,4 и 0,5 А-см1 Измеряют напряжение ванны и строят график зависимости напряжения на электролизере Е от плотности тока т/а f i и tn m I/S 1см. фиг. 1, линия а ). Точка ,, ,- т, Ь.,2,5 В, экстраполированная относиvтельно , отображает напряжение электрода и Е-Е - падение напряжения, вызванное мембраной и жидкостью. В том же электролизере проводят процесс электролиза с использованием 4,0 н. раствора хлористого натрия и фиксированной плотности тока, равной 0,5.А-см. Производится измерение напряжения Е на электролизере при различном расстоянии 1 между электродами (см. фиг. 2, линия а). Точка ,33 получена экстраполяцией для и характеризует падение напряжения только на мембране. Сопро.тивление мембраны рассчитано на основании закона Ома R ii|2 2,66 OM-CM-I jL V у J Коэффициент пропорциональности К рассчитан по формуле .,73.,40.10 Продолжают электролиз в течение 10 ч при плотности тока 0,5 А-см при концентрации хлористого натрия в анодной камере, изменяемой от 1,0 н, 1,5 н, 2,0 н, 2,5 н до 4,0 н. Выход по току вычисляют на основании увеличения содержания гидроокиси натрия во внешнем контейнере, подсоединенном. 38 к катодному отсеку через трубопроводы для обеспечения циркуляции гидроокиси щелочного металла. Зависимость выхода по току от кон центрации хлористого натрия показана на фиг. 3. Концентрация в точке, где суп;ествует резкий перегиб кривой, является предельной концентрацией. Число переноса равно выходу по току, выраженному в десятичных величинах. Из фиг. 3, линия а видно, что число переноса составляет 0,78, а предельная концентрация Сд составляет 1,76 N. Подставляют полученные значения в уравнение L (г с } уTf т, .-.- . . NdOH . Na Графически эта зависимость показа на на фиг. .4 линией а. Из этого графика видно, что если работу ведут при плотности тока 0,5 А-см, то величина выражения (С-Сд) должна быть меньше 0,4-10, а выражение r -rj-r-(С-С. ) (С-СЛ в i -U-tNc, этом случае равно 1,7.8-10 . П р и м е р 2. Проводят процесс при плотности тока 0,5 А/см с использованием 2,0 Н-. раствора хлористого натрия при (С-Ср)0,24 N. Выход по току и содержание хлористого натрия в гидроокиси натрия вычис ляют из количества образующейся гидроокиси натрия и концентрации хлористого натрия в водном растворе гид роокиси натрия. Выход г{о току составляет 78% и ко центрация хлористого натрия составляет 210 мг/л. Концентрация хлористо го натрия выравнивалась приблизитель но через 40 ч. Величина выражения (j(C-Co) составила 1,59-10 Для сравнения проводят электролиз в тех же условиях, но с использованием 2,5 н. раствора. Разность конце траций (G-CO) составила 0,74 N, а выражение oi(C-Cg )4,81 -Ю. При этом концентрация хлористого натрия в получаемой гидроокиси натрия резко уве личивается и составляет 640 мг/л. Примерз. Проводят электроли при плотности тока 0,75 А-см в течение 10 ч при различной концентраци хлорида натрия - 1,5; 2,0; 2,5; 3,0 и 4,0 N в анодной камере. Выход по току вычисляют, исходя из увеличения содержания гидроокиси натрия во внешнем контейнере. Линия на фиг. 3 показывает полученную зависимость выхода по току от концентрации хлорида натрия. Из графика видно, что ,78 и С 2,7 N. На фиг. 4 данному примеру соответствует линия в. Из этого графика видно, что для получения гидроокиси натрия с содержанием хлористого натрия менее 400 мг/л при проведении электролиза с плотностью тока 0,75 А-см необходимо поддерживать такую концентрацию хлористого натрия в анодной камере, чтобы разность концентраций (С-Сд) бьша менее 0,6 jlO экв-см Для проверки проводили электролиз при плотности тока 0,75 А-см в течение 50 -ч при концентрации хлорида натрия в анодной камере - 3 N. Разность концентраций С-Ср составляет 0,3 N. Величина выражения (С-Сд) составила 1,. Получают гидроокись натрия с содержанием хлорида натрия 180 мг/л. Выход по току составил 78%. Для сравнения проводят электролиз в тех же условиях, но при поддержании концентрации хлористого натрия в анодной камере - 4,0 N и разность концентраций (С-С) составляла 1,3 N, Величина выражения о(С-Сд) составляла 5,32-10. При этом содержание хлористого натрия в получаемой гидроокиси натрия увеличивается и составляет 880 мг/л. При проведении электролиза в тех же.условиях, но при концентрации хлористого натрия в анодной камере 2,0 N, т.е. ниже предельной концентрации, выход по току падает и составляет 69%. П р и м е р 4. Проводят электроЛИЗ в условиях примера 3, но при плотности тока 0,3 А-см. Результаты испытаний представлены в виде линий с на фиг. 3 и 4. Из графиков видно, что в этом случае ,78 и Со 1,10. Проводят испытание в течение 100 ч, проводя электролиз при плотности тока 0,3 А-см, и поддерживают концентрацию хлористого натрия в анодной камере 1,3 N. Разность концентраций С-Ср составила 0,2 N. Величина выражения о((С-Со)2,21 -10 В результате получают гидроокись натрия с содержанием хлористого натрия 250 мг/л. Выход по току составил 78%. При проведении электролиза при той же плотности тока, но при концентрации хлористого натрия в анодной камере 2,0 N когда разность концентраций {С-С) составляет 0-,90 N, а величина выражения d (С-Ср ) 10,11 10, получали гидроокись натрия с содержанием хлорида натрия 1430 мг/л. При проведении электролиза в тех же условиях, но при концентрации хло ристого натрия в анодной камере 0,6 И выход по току составил 56%. Аналогичные испытания были проведены с различными типами мембран. Ре зультаты испытаний представлены на графиках. . Линии d на чертежах соответству ют проведению испытаний с мембраной полученной наложением пленки сополимера толщиной 0,0381 мм с эквивалент ным весом 1500 на пленку сополимера толщиной 0,1016 мм с эквивалентным весом 1100 и снабженной подложкой из тефпона. Испытание проводили при плотности тока 0,5 А-см. Линии е на чертежах соответству ют проведению испытаний с мембраной из того же сополимера, но толщина пленки сополимера с эквивалентным ве сом 1500 составляла 0,0254 мм. Испытания также проводились при плотноети тока 0,5 А -см . Линии f соответствуют проведению испытаний с мембраной, одна из сторон которой имеет карбоновые группы. Толщина слоя мембраны, содер жащего группы сульфоновой кислоты, составляла 0,167 мм и толщина слоя, содержащего группы карбоновой кислоты составляла 0,0102 мм. Испытания проводились при плотности тока 0,6 А-см. Формула изобретения Способ получения хлора и гидроокиси натрия электролизом водного раствора хлористого натрия в электролизере с ионообменной мембраной, разделяющей внутреннее пространство электролизера на анодную и катодную камеры, включающий регулирование концентрации хлористого натрия в анодной камере, отличаю щийся тем, что, с целью увеличения производительности и повьпиения эффективности процесса, электролиз проводят при плотности тока 0,3-0,75 А/см, соотношении плотности : тока и предельной концентрации хлористого натрия в анодной камере 150-350 А/см /экв/см разности концентраций хлористого натрия в анодной камере и предельной концентрации хлористого натрия в анодной камере.0-0,001 экв/см, причем плотность тока и концентрацию хлористого натрия в анодной камере регулируют таким образом, чтобы величина F-(C-CO) о- т/ выражения .-г--- не превышала 2,74х K-L-t постоянная Фарадея; ГД« F С концентрация хлористого натрия в анодной камере; Ср - предельная концентрация хлористого натрия в анодной камере ; и - падение напряжения на мембране;t - число переноса ионов Na через мембрану; К - коэффициент пропорциональности в выражении - K-R, где d - толщина мембраны, D - коэффициент диффузии хлористого натрия через мембрану;. R - электрическое сопротивление мембраны.

« : olf лГТг

Изобретение относится к процессам получения хлора и гидроокиси натрия электролизом растворов хлорида натрия в электролизерах с ионообменной мембраной. С целью увеличения производительности и повышения эффективности процесса проводят электролиз при плотности тока 0,3-0,75 А/см,соотношении плотности тока и предельной концентрации хлоридов в анодной камере 150-350 А/см^экв/см , разности концентраций- хлорида натрия в анодной камере и? предельной.концентрации хлорида натрия в анодной камере ОтО,001 экв/см^, причем плотность тока и концентрацию хлорида натрия в анодной камере регулируют таким образом, чтобы величина выражения К(С-Сд)/ /KUt^ не превьшала 2,74;-10-'', где F - постоянная Фарадея, С - концентрация хлорида натрия в анодной камере, С ^ - предельная концентрация хлорида натрия в анодной камере, U - падение напряжения на мембране, t^ - число переноса ионов Na через мембрану, К - коэффициент пропорциональности в выражении d/D=KR, где d -.толщина мембраны, D - коэффициент диффузии хлорида натрия через мембрану, R - электрическое сопротивление мембраны . 4 ил ., 1 т .(ЛС«•ч5 СХ)00 4^ СО 00

al

li

Лхстояйив

,