Задание 7 по общей химической технологии, МГОУ. 
Получение щелочи, хлора и водорода методом электролиза растворов поваренной соли

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 = QQCl2,

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.