Способ получения хлора и гидро-окиси натрия

(19) (11)151) а С 25 В 1/46 ГОСУДАРСТВЕННЫЙПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕ ИТЕТ СССРЙ И ОТКРЫТИЙ Мыми 3. ,)САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ АТЕНТУ предельнодной разнос 1:О(71) Асахи Касеи Когио Кабусики Кайся (,1 Р)(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ХЛОРА И ГИДРООКИСИ НАТРИЯ(57) Изобретение относится к процессам получения хлора и гидроокиси натрия электролизом растворов хлориданатрия в электролизерах с ионообменной мембраной, С целью увеличенияпроизводительности и повышения эффективности процесса проводят элект"Ъ.гролиз при плотности тока 0,3-0,75 А/см,Взамен ранее изданного соотношении плотности тока иной концентрации хлоридов в акамере 150-350 А/см 1/экв/смти концентраций" хлорида натрия ванодной камере ипредельной концентрации хлорида натрия в анодной камере 0-0,001 экв/смЗ, причем плотностьтока и концентрацию хлорида натрия ванодной камере регулируют таким образом, чтобы величина выражения Р(С-С )//КШ, не превышала 2,74;10 4, где 7 -постоянная фарадея, С - концентрацияхлорида натрия в анодной камере, С 0 предельная концентрация хлорида натрия в анодной камере, П - падениенапряжения на мембране, С - числопереноса ионов Ма через мембрану,К - коэффициент пропорциональностив выражении Й 1)=КВ, где й в .толщинамембраны, Р - коэффициент диффузиихлорида натрия через мембрану, В -электрическое сопротивление мембраны. 4 ил., 1 т.818493 2,97 10 3,37 10 5,72 1010 39.10-ч 0,0010,00250,004Среднее 4,37 10 3,85 10 3,73 1 О 45 50 55 Изобретение относится к процессам получения хлора и гидроокиси натрия электролизом растворов хлориданатрия в электролизерах с ионообменной мембраной,Цель изобретения - увеличение производительности и повышение эффективности процесса.На фиг. 1 изображен граФик напряжения на электролиэере в зависимостиот плотности тока; на фиг. 2 - график потерь напряжения (Ом) электро-,литической ванны в зависимости отрасстояния между электродами; на 15фиг. 3 - график выхода по току в зависимости от концентрации хлориданатрия; на фиг. 4 - график 1 с /1 внмсев зависимости от ( С-С, ) . П р и м е р 1, Проводят процесс получения хлора и гидроокиси натрия в электролизере, в котором анод выполнен из титановой сетки, покрытой окислами рутения, титана или циркония, катод изготовлен из стальной сет..25 ки. Катодная и анодная камеры разделены составной катионообменной мемб- . раной, изготовленной наложением пленки 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 35 ячеек 40 меш (40 отверстий на 2,54 см).Осуществляют циркуляцию анолита и католита в течение 1 ч при отсутствии прохождения тока при трех различных фиксированных концентрациях хло рида - 1,0 И, 2,5 И и 4,0 Б.Измеряют количество хлористого натрия, которое мигрирует в катодную камеру, и разность концентраций хло" ристого натрия в анодной и катодной камере.Определяют величину отношения й/Э, исходя из Формулы й ГМыасе 3 оГ) С-Сггде М се 3, - величина миграции хлористого натрия в отсутствие электрическоготока;(С-С ) - разность концентраций2хлористого натрия ванодной и катодной камерах. Полученные результаты сведены втаблицу. Концентрация ъ иасе 3 И 1 анолита, экв/с см экв см Проводят процесс электролиза, применяя 4,0 н раствор хлористого натрия при различных плотностях тока =0,2, 0,3, 0,4 и 0,5 А см г.Измеряют напряжение ванны и строят график зависимости напряжения на электролизере Е от плотности тока 1/Б (см. Фиг. 1, линия а"), Точка Е =2,5 В, экстраполированная относительно 2=0, 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 г. Производится измерение напряжения Е на электролизере при различном расстоянии 1 между электродами (см. Фиг, 2, линия "а"). Точка Е=1,33 получена экстраполяцией для Х=О и характеризует падение напряжения только на мембране. Сопро.тивление мембраны рассчитано на основании закона Ома В= = - - =2 66 Ом см г. Е 133 0,5 Коэффициент пропорциональностиК рассчитан по формуле К= -- =3 73 1 О -=1 40 10, й 1;, 1 5 В. 2,66 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, подсоединенномз 88493к катодному отсеку через трубопрово,ды для обеспечения циркуляции гидроокыси щелочного металла,Зависимость выхода по току от концентрации хлористого натрия показанана фиг. 3. Концентрация в точке, гдесуществует резкий перегиб кривой,является предельной концентрацией.Число переноса С,1 равно выходу потоку, выраженному в десятичных величинах. Из фиг. 3, линия "а" видно,что число переноса составляет 0,78,а предельная концентрация С, составляет 1,76 И.15Подставляют полученные значения вуравнение ее юасе У- , 11 С . (С-С,).Ион . на20Графически эта зависимость показана на фиг.,4 линией "а".Из этого графика видно, что если работу ведут при плотности тока 0,5 А см г, то величина выражения (С-С ) должна быть меньше 0,4 10 8, а выражение (С-С )=д(С-Со) во этом случае равно 1,28 10П р и м е р 2. Проводят процесс при плотности тока 0,5 А/см с ис 30 пользованием 2,0 н, раствора хлористого натрия при (С-С,)=0,24 Б.Выход по току и содержание хлористого натрия в гидроокиси натрия вычисляют из количества образующейся гидроокиси натрия и концентрации хлористого натрия в водном растворе гидроокиси натрия. Выход цо току составляет 783 и концентрация хлористого натрия составляет 210 мг/л. Концентрация хлористого натрия выравнивалась приблизительно через 40 ч. Величина выражения д(С-Со) составила 1,59 1045Для сравнения проводят электролиз в тех же условиях, но с использованием 2,5 н, раствора, Разность концентраций (С-С,) составила 0,74 Е, а выражение Ы(С-С )=4,81 10 4. При этом 50 концентрация хлористого натрия в получаемой гидроокиси натрия резко увеличивается и составляет 640 мг/л,П р и м е р 3. Проводят электролиз 55 при плотности тока 0,75 А см в течение 10 ч при различной концентрации хлорида натрия - 1,5; 2,0; 2,5; 3,0 и 4,0 И в анодной камере,Выход по току вычисляют, исходя из увеличения содержания гидроокнси натрия во внешнем контейнере.Линия нв" на фиг. 3 показывает полученную зависимость выхода по току от концентрации хлорида натрия. Иэ графика видно, что С =0,78 и С= =2,7 И.На фиг. 4 данному примеру соответствует линия "в". Иэ этого графикавидно, что для получения гидроокиси натрия с содержанием хлористого натрия менее 400 мг/л при проведении электролиза с плотностью тока 0,75 А см гнеобходимо поддерживать такую концентрацию хлористого натрия в анодной камере, чтобы разность концентраций (С-Со) была менее 0,6к 10 з экв.см о. Для проверки проводили электролиз при плотности тока 0,75 А смв течение 50 ч при концентрации хлорида натрия в анодной камере - 3 Б. Разность концентраций С-С составляет 0,3 И. Величина вьюражения (С-С ) составила 1,33 1 О Получают гидроокись натрия с содержанием хлорида натрия 180 мг/л. Выход по току составил 78 Х.Для сравнения проводят электролиз в тех же условиях, но при поддержании концентрации хлористого натрия в анодной камере - 4,0 И и разность концентраций (С-Со) составляла 1,3 Б. Величина выражения о(С-С ) составля ола 5,32 10 . При этом содержание хло" ристого натрия в получаемой гидро- окиси натрия увеличивается и составляет 880 мг/л.При проведении электролиза в тех же условиях, но при концентрации хлористого натрия в анодной камере 2,0 И, т.е, ниже предельной концентрации, выход по току падает и составляет 69 Х.П р и м е р 4, Проводят электролиз в условиях примера 3, но при плотности тока 0,3 А см . Результаты-гиспытаний представлены в виде линий "с" на Фиг. 3 и 4. Из графиков видно, что в этом случае С =0,78 и Со= =1,10.Проводят испытание в течение 100 ч, проводя электролиз при плотности тока 0,3 А см г, и подцерживают концентрацию хлористого натрия в анодной ка- . мере 1,3 И. Разность концентраций С-С составила 0 2 Б. Величина вырао ужения Ы(С-Со)=2,21 10 . В результате получают гидроокись натрия с содержаФормула 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, о т л и ч а ю щи й с ято, с целью увеличения произвоности и повышения э 4 йективносцесса, электролиз проводят присти тока 0,3-0,75 А/см , соотноплотности . тока и предельнойтрации хлористого натрия вой камере 150-350 А/см /экв/см,Всти концентраций хлористогоя в анодной камере и предельнойтрациихлористого натрия в анодамере.0-0,001 экв/см , причемость тока и концентрацию хлориснатрия в анодной камере регулитаким образом, чтобы величинаР. (С-С )ения -- , -- о- не превышала 2,74 хКЫ 1 тем, чПри проведении электролиза в тех дительже условиях, но при концентрации хлористого натрия в аноднои камере , Б0,6 15 ти ПРОвыход по току составил 563.шенииАналогичные испытания были провеконцендены с различными типами мембран, Реаноднзультаты испытаний представлены наразнографиках.2011 11 натри. 31 инии а на чертежах соответствуконценют проведению испытаний с мембраной, фной кполученной наложением пленки сополиплотнмера толщиной 0,0381 мм с эквивалент 25 ТОГОным весом 1500 на пленку сополимераруюттолщиной 0,1016 мм с эквивалентнымвесом 1100 и снабженной подложкой из . выражтеФлона. Испытание проводили при -4плотности тока 0,5 А см11 11где РЛинии е на чертежах соответству-Сют проведению испытаний с мембранойиз того же сополимера, но толщинапленки сополимера с эквивалентным весом 1500 составляла 0,0254 мм. Испытания также проводились при плотности тока 0,5 А см-гЛинии "Г" соответствуют проведению испытаний с мембраной, одна изсторон ко 1 орой имеет карбоновыегруппы. Толщина слоя мембраны, содержащего группы сульйоновой кислоты,составляла 0,167 мм и толщина слоя,содержащего группы карбоновой кислоты, составляла 0,0102 мм,Испытания проводились при плот Вности тока 0,6 А см ,Где а р5 818493 нием хлористого натрия 250 мг/л. Выход по току составил 787. При проведении электролиза при той же плотности тока, но при концентрации хло 5 ристого натрия в анодной камере 2,0 И 1 когда разность концентраций (С-С ) составляет 0,90 Б, а величина выражения Ы(С-С )=10,11 10 ф, получали гидроокись натрия с содержанием хлорида натрия 1430 мг/л. постоянная Фарадея; концентрация хлористого натрия в анодной камере; предельная концентрация хлористого натрия в анодной камере;падение напряжения на мембране;число переноса ионов Иа через мембрану;коэффициент пропорциональа ности в выражении - =К Рр 1 толщина мембраны,коэфФициент диффузии хлористого натрия через мембрану;. электрическое сопротивление мембраны.е аказ 41 го коми й и отк ушс Проектная, 4 дприятие, г. Ужгоро Тираж 612 ВНИИПИ Государствен по делам изобрете 3035, Москва, Ж, роизводственно-полиграфическое Подписноета СССРтийнаб д. 4/