Диафрагменный электролиз

  Содержание 

Введение                                                                                                      4

1. Характеристика сырья и готового продукта                                             6
2. Теоретические основы процесса                                                               8
3. Технологическая схема производства                                                     14
4. Характеристика основного и вспомогательного оборудования           15
5. Расчетная часть:
1. Материальный баланс                                                                           17
2. Энергетический расчет                                                                        22
3. Тепловой баланс                                                                                   23
4. Конструктивный расчет                                                                       25
6. Контроль и автоматизация                                                                      33
7. Техника безопасности                                                                              35
8. Противопожарная безопасность                                                            37
9. Охрана окружающей среды                                                                     40

Заключение                                                                                                43

Список используемой литературы                                                          44 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

  Введение 

    Диафрагменный электролиз  основан на электролитическом разложении раствора NaCl с получением ионов Na и сообразованием NaOH причем катодное и анодное пространство разделены между собой фильтрующей диафрагмой пропускающей одни ионы и задерживающие другие. Электролиз является одним из важнейших направлений в электрохимии.

    ^{Электрохимия  принадлежит к  числу тех немногих наук, дата рождения которых может быть установлена с высокой точностью. Это рубеж XVIII и XIX веков, когда благодаря знаменитым опытам итальянского физиолога Л. Гальвани и созданию итальянским физиком А. Вольта в 1799 г. "вольтова столба" - первого в истории человечества химического источника тока - были сформулированы проблемы, решение которых определило основные задачи электрохимии. "Без химии путь к познанию истинной природы электричества закрыт" - сказал   М.В. Ломоносов. И, действительно, как бы следуя словам} великого ученого, создавалась и развивается наука – электрохимия.

    Электрохимический процесс осуществляют в электрохимических  устройствах. Если какие-либо химические вещества получают при пропускании через раствор или расплав электролита электрического тока от внешнего источника, то электрохимическое устройство называют электролизером.

    Еще в начале позапрошлого столетия было установлено, что при прохождении электрического тока через водные растворы солей происходят химические превращения, приводящие к образованию новых веществ. В результате этого, в начале прошлого века возникло научное направление по изучению электрохимических процессов в растворах и расплавах веществ – ^{электрохимия. К концу семидесятых годов оно разделилось на два самостоятельных раздела – ионику, изучающую явления электропроводности и движения заряженных частиц под воздействием электрического поля, и электронику, изучающую явления, происходящие непосредственно на поверхности электродов, когда через границу электрод-раствор (расплав) протекает электрический ток. Химические превращения, происходящие при воздействии электрического тока на вещества, называются электролитическими.}

       ^{Электролиз представляет собой довольно сложную совокупность процессов, к которым относятся: миграция ионов (положительных к катоду, отрицательных к аноду), диффузия ионов, разряжающихся на электродах, электрохимические реакции разряда ионов, вторичные химические реакции продуктов электролиза между собой, с веществом электролита и электрода.}

       ^{Технический или  прикладной электролиз  характеризуется  сложностью протекающих в промышленных условиях электролитических процессов, различными видами электролиза, их зависимостью от природы электролита, типа электролитической ванны, оптимизации  самих электролизных процессов.}

^{Электролитические процессы классифицируются следующим образом:}

• ^{получение неорганических веществ (водорода, кислорода, хлора, щелочей и т.д.)}
• ^{получение металлов (литий, натрий, калий, берилий, магний, цинк, алюминий, медь и т.д.)}
• ^{очистка металлов (медь, серебро,…)}
• ^{получение металлических сплавов}
• ^{получение гальванических покрытий}
• ^{обработка поверхностей металлов (азотирование, борирование, электрополировка, очистка)}
• ^{получение органических веществ}
• ^{электродиализ и обессоливание воды}
• ^{нанесение пленок при помощи электрофореза}

    ^{Актуальность  электролиза объясняется  тем, что многие вещества получают именно этим способом. Например, такие металлы  как никель, натрий, чистый водород и другие, получают только с помощью этого метода. Кроме того, с помощью электролиза относительно легко можно получить чистые металлы, массовая доля самого элемента в которых стремиться к ста процентам. В промышленности алюминий и медь в большинстве случаев получают именно электролизом. Преимущество этого способа в относительной дешевизне и простоте. Однако чтобы производство было наиболее выгодным: с наименьшими затратами электроэнергии и с наибольшим выходом продукции, необходимо учитывать различные факторы, влияющие на количество и качество продуктов электролиза (сила тока, плотность тока, температура электролита, материал электродов и др.).}

    ^{На  сегодняшний день большой популярностью  пользуются различные  предметы, покрытые драгоценными металлами (позолоченные или посеребренные вещи).}

    ^{К тому же металлические  изделия покрывают  слоем другого  металла электролитическим способом с целью защитить его от коррозии.}

    ^{Таким образом, исследование электрохимических  процессов, определение  факторов, влияющих на них, установление новых способов использования процессов электролиза в промышленных условиях сохранило свою актуальность и востребованность в наши дни.}

    ^{В своей работе нами были определены следующие  задачи:}

    ^{-- ознакомление с  теоретическими основами  электролитических процессов;}

    ^{-- определить влияние  различных факторов  на качественный  и количественный состав продуктов электролиза;}

    ^{-- выделить области  практического применения  электролиза;}

    ^{-- экспериментально  определить влияние  качественного состава  исходного электролита на состав продуктов электролиза.} 

  1. Характеристика сырья и готового  продукта 

   Сырьем  для производства хлора и щелочи служат, главным образом, растворы поваренной соли, получаемые растворением твердой соли, или же природные рассолы. Растворы поваренной соли независимо от пути их получения содержат примеси солей кальция и магния и до того, как они передаются в цеха электролиза, подвергаются очистке от этих солей.

   Сырьевыми источниками хлорида натрия являются: каменная соль, которая встречается  на различных глубинах в виде больших  залежей: пластовых, куполообразных, линзообразных, пластово-линзообразных и др.; озерная  соль, находящаяся в соляных озерах в виде донных отложений. Наибольшее количество озерной соли добывают из озера Баскунчак. В качестве сырья могут также использоваться природные подземные рассолы, находящиеся на разных глубинах в различных районах страны, а также морская или океанская вода.

   Для получения  раствора хлорида щелочного металла  – сырого рассола привозную озерную  соль либо добытую шахтным способом каменную соль растворяют в специальных  наземных растворителях.

   В ряде случаев сырой рассол приготавливают под землей, растворяя пласты или купола каменной соли. Для этого в специально пробуренную скважину, достигающую слоя соли и заглубленную в него, вводят концентрически расположенные трубы. Под напором насосом подают воду в пространство между стенками наружной и внутренней трубы, а из центральной трубы выводят на поверхность раствор хлорида натрия, образовавшийся под землей при растворении соли в воде.

   Раствор соли готовят, путем растворения  соли под землей, подавая горячую  воду в специально пробуренные скважины, либо в наземных условиях.

   Полученные  при электролизе продукты: электролитические  щелока, влажный хлор и влажный  водород до поступления к потребителю  проходят соответствующую обработку.

   Хлор  – при атмосферном давлении и  обычной температуре газ желто-зеленого цвета с удушливым запахом. при атмосферном давлении температура кипения хлора –33,6°С, температура замерзания -102°С. Хлор растворяется в воде, органических растворителях и обладает высокой химической активностью.

   ПДК хлор газа в воздухе не должно превышать 0,001 мг/л. Может быть отнесен к первому классу опасности. Плотность хлора при атмосферном давление превращается в жидкость, при температуре 34°С. Хлор образует с водородом взрывоопасные смеси область взрывоопасных концентраций находится в пределах 6-88,5% Сl2. Смесь Сl2 + Н2 взрывается под действием света электрической искры, нагревания от присутствия некоторых веществ (F2O3). Растворимость хлора снижается с повышением температуры.

   С NH3 его солями и аминами хлор и хлорноватистая кислота образуют треххлористый азот данное соединение малолетуче растворимо в воде и взрывается с соприкосновении с эфирами. Образуется если вводимая в процесс вода загрязнена  NH3 или его солями. Вокруг электролитического производство каустика размещена сеть хлор потребляемого производств. Хлор должен соответствовать показателям ГОСТа 6718-79: Соединение  Сl2 – не менее 99,6-99,8%; влага – не более 0,08-0,04%; NCl3 – отсутсвует.

   Хлор  потребляется, прежде всего, химической промышленностью для производства различных органических хлорпроизводных, идущих для получения пластических масс, синтетических каучуков, химических волокон, растворителей, инсектицидов и т.п. В настоящее время более 60% мирового производства хлора используется для органического синтеза. Помимо этого хлор используют для производства соляной кислоты, хлорной извести, хлоратов и других продуктов. Значительные количества хлора идут в металлургию для хлорирования при переработке полиметаллических руд, извлечения золота из руд, а также его используют в нефтеперерабатывающей промышленности, в сельском хозяйстве, в медицине и санитарии, для обезвреживания питьевой и сточных вод, в пиротехнике и ряде других областей народного хозяйства. В результате развития сфер использования хлора, главным образом благодаря успехам органического синтеза, мировое производство хлора составляет более 20 млн. т/год.

   Едкий натр, или каустическая сода, - кристаллическое непрозрачное вещество, хорошо растворимое в воде, имеющее при атмосферном давлении температуру плавления 328°С. В промышленности выпускается твердый едкий натр и его водные растворы. Едкий натр широко используется во многих отраслях промышленности – целлюлозно-бумажной, химических волокон, нефтеперерабатывающей, органического синтеза, мыловаренной, лакокрасочной и в ряде других.