Диафрагменный электролиз

 динамический коэффициент  вязкости,

теплопроводность, Вт/(м    

      Исходные данные для материального баланса: 

- количество  поступающего рассола 315 г/л;

- коэффициент  разложения соли 4,6%;

- концентрация  полученного хлора 98,5 вес. %;

- концентрация  полученного водорода 95,5 вес. %;

- ванна работает  при температуре 80°С;

- ванна работает  при давлении 760 мм.рт.ст.

- температура  поступающего рассола 65°С. 

   Суммарная  реакция процесса электролиза  может быть выражена уравнением: 

2NaCl + 2H2O = 2NaOH  + Cl2 + H2

                                      2*58.5   2*18       2*40      2*35.5  2 

Количество  исходных продуктов 

Теоретическое количество поступающей соли.

На 71 кг Cl2 необходимо 2*58,5 кг NaCl,

на 1000 кг Cl2    -                х кг NaC 

При коэффициенте разложения количество поступающей соли составит:

                            (1.1)       

Количество исходного  рассола:

                                                                                                         (1.2)

 

При 65°С удельный вес рассола равен 1,2711 следовательно, вес рассола составит:

   (1.3)

 

Таким образом, в рассоле содержится: 

3583 кг  NaCl и 10876 кг Н2О 

Количество полученных продуктов

Количество  электролитических  щелоков 

1. Количество  неразложившейся соли

  (1.5)

или при исходной концентрации соли 315 г/л концентрация неразложившейся соли будет:

  (1.6)

 

2. Количество  образовавшейся щелочи

Из 58,5 кг  NaCl образуется 40 кг NaOH

Из 1648 кг NaCl        -             Х 

или 315 г/л NaCl при коэффициенте разложения 0,46 образует щелочи:

  (1.7) 

3. Количество воды в щелоке

Количество воды, необходимое для образования  щелочи:

На 40 кг NaOH – 18 кг Н2О

На 1127 кг NaOH -    Х

 

     Количество  воды, идущее на образование побочных продуктов.

Вследствие неизбежного  образования хлорноватистых и хлорноватых солей выход по току для NaOH не может быть 100%. Количество этих солей ничтожно, но количество воды, идущее на их образование, необходимо учесть. Выход по току для NaOH принимаем 95%. 

Количество воды, идущее на побочные реакции,

Половина этой воды возвращается при нейтрализации  щелочи хлором по реакции:

2NaOH + Cl2 = NaCl + NaClO + H2O 

Следовательно, расход воды на образование гипохлорита

  (1.8)

Гипохлорит подвергается восстановлению по реакции: 

NaClO + 2Н = NaCl + H2O 

отсюда видно, что ½ количества воды возвращается в процесс. Таким образом, на побочные реакции пошло 12,5/2=6,3 кг воды. 

Объем католита

  (1.9)

На 1 л. поступающего рассола уменьшение объема  

При объеме поступающего рассола уменьшение объема составит:

Уменьшение объема складывается из следующих величин:

1) вода, идущая на образование щелочи, 507 кг;

2) вода, идущая  на побочные реакции 6,3 кг;

3) контракция  раствора 978-(507-6,3)=464,7 кг. 

Количество воды в католите

         (1.10)

Состав  католита

Компонент                                кг 

Вода…………………………9898

Поваренная соль……………1935

Щелочь………………………1127

Всего…………………………12960 кг. 

Потери воды на испарение, механические потери по практическим данным составляют 0,5-2,0% от поступившей воды. Принимаем потери 1,5%, тогда это составит 146 кг. 

4. Количество  полученного хлора 1000 кг.

71 кг Cl2      занимает объем  22,4

1000 кг Cl2             -                    Х 

При концентрации 98,5% реального газа будет:

  (1.11)

в том числе воздуха. 

5. Количество  полученного водорода

На 71 кг Cl2 получается 2 кг Н2

1000 кг Cl2          -              Х 

Объем водорода равен объему хлора, т.е.  

Реального газа при концентрации 95,5% будет:

  (1.12)

в том числе  воздуха

Общий объем  газа

При температуре  ванны 80°С газ занимает объем:

  (1.13)

Количество водяных паров, уносимых с газами:

  (1.14)

 

Материальный  баланс на 1000 кг хлора 

 
 

Невязка:  

                                  
 
 
 
 
 

5.2 Энергетический  расчет 

Данные для  составления энергетического баланса  электролизера:

- напряжение  на ванне 3,5 В;

- выход по  току 95%. 

Теоретический потенциал разложения для хлористого натрия, рассчитанный по уравнению Гиббса-Гельмгольца,

                                                                                     (2.1)

Теоретически  при затрате 1 А ч электричества  выделяется 1,323 г. хлора. 

Теоретический расход электроэнергии на 1 тонну хлора составит:

                                                                          (2.2)

Действительный  расход электроэнергии на 1 тонну хлора:

                                                                                         (2.3)

Коэффициент использования  электроэнергии (выход по энергии):

                                                                                                     (2.4)

Сила тока составит:

                                                                                                               (2.5)

 

т.е. для получения 1 тонны хлора в час необходимо 795714 Ампер. 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

5.3 Тепловой  баланс 

Уравнение теплового  баланса

 

Расчет  введенного тепла 

1. Теплосодержание  поступающего рассола 

                                                                                                                (3.1)

 

2. Тепло Джоуля

                                                                                        (3.2)

где 0,856 – коэффициент  пересчета электрической энергии  в тепловую

                                       

Расчет  выведенного тепла 

1. Теплосодержание  отходящих газов 

                                                                                      (3.3) 

 

2. Теплосодержание водяных паров

                                                                                                                 (3.4)

 

3. Теплосодержание  щелока 

                                                                                      (3.5) 

 

4. Тепло, идущее  на испарение воды,

                                                                                                       (3.6) 

 

5. Потери тепла

Принимаем потери тепла ванной как разность от прихода  и расхода тепла

 
 

Тепловой  баланс электролизера производительностью  1000 кг хлора