Проект отделения молекулярной сушки пасты нистатина с разработкой процесса самозамораживания продукта, страница 10

Снижение выхода по току целевых продуктов электролиза обусловлено двумя наиболее существенными факторами: электрохимическим выделением кислорода на аноде и частичным смешением продуктов электролиза. Выход по току кислорода зависит от плотности тока, концентраций в анолите хлорида и сульфата натрия, температуры процесса, материала анода. Выделение кислорода в равной степени снижает выход по току хлора и щелочи и незначительно влияет на выход по току водорода. Такое же действие оказывает смешение продуктов электролиза в камере католита в результате поступления растворенного хлора в электролитом, перетекающим из камеры анолита через поры диафрагмы.

В современных диафрагменных электролизерах процесс ведут при температуре 90-98 ⁰С. Растворимость хлора в этих условиях незначительна и потери тока по этой причине не превышают 0,5 %. Взаимодейтсвие ионов OH^-, проникающих в камеру анолита, с растворенным хлором приводит к образованию анионов хлорноватистой и хлорноватой кислоты. Перетекая с электролитом в камеру католита, первые практически полностью, а вторые частично восстанавливаются на катоде с образованием щелочи:

ClO^-+H₂O+2e=Cl^-+2OH^-

ClO₃^-+ 3H₂O+6e= Cl^-+6 OH^-

В результате значительно снижается выход по току хлора и  в меньшей степени щелочи и водорода. С уменьшением значений выходов по току хлора, водорода, щелочи возрастает различие между ними. Учитывая изложенное и тот факт, что стоимость полученного водорода в 5-8 раз ниже стоимости щелочи и хлора, предлагается отдельно рассчитывать выход по току хлора ηCl₂ и щелочи ηNaOH, а выход по току водорода принимать как среднее арифметическое между ними:

ηH₂=(ηCl₂+ηNaOH)/2,                                            (2.11)

Выход по току продуктов электролиза как и другие параметры процесса можно рассчитывать по адаптивным зависимостям от влияющих факторов:

η=f (Q_s,C^к_NаOH, C^к_NаClO3,С^а_Nа2SO4, І, t_к).                              (2.12)

Вид функции f тем проще, чем чаще производится измерения и чем устойчивее работа подразделений хлорного производства обслуживающих отделение электролиза: приготовления рассола, вывода сульфатов, насасывания диафрагм, элетроснабжения производства и других.

1. Расчет концентрации хлорида натрия в анолите и католите

Детерминированной части математической модели применяют метод итераций. При этом необходимо знать температуру хлор и водород-газа и коэффициенты конденсации влаги из них. Такую информацию о процессе не всегда можно получить в АСУТП хлорного производства. Применение итерационных расчетов требует увеличения затрат машинного времени, что имеет существенное значение при большом числе работающих электролизеров. В этих случаях удовлетворительные результаты расчета концентрации хлорида натрия в анолите и католите можно получить по преобразованным зависимостям Ангела:

C^а_NаCl= C^р_NаCl-(b₀´+ b₁´t_а)C^кNаOH,                                   (2.13)

C^к_NаCl= C^р_NаCl-(b₀´´ +b₁´´t_к) C^кNаOH.                                (2.14)

Так как между температурой анолита и католита имеется существенная корреляция, то уравнение можно заменить:

C^а_NаCl= C^р_NаCl-( b₀´´´+ b₁´´´t_к) C^кNаOH.                            (2.15)

Эта замена позволяет рассчитывать концентрации хлорида натрия в анолите и католите, используя только температуру католита и доступные дли измерения в АСУТП концентрации NаCl в рассоле NаOH в электрлитической щелочи. Эти уравнения можно применять как в адаптивном, так и стохастическом вариантах. В первом случае коэффициенты b₀,b₁ пересчитывают после каждого шага измерения и расчета параметров процесса(C^а_NаCl , C^к_NаCl , C^кNаOH , t_к , t_а).

2. Расчет температуры процесса электролиза.

Тепература электролита(анолита,католита) существенно зависит от расхода и температуры питающего рассола, падения напряжения на электролизере, токовой нагрузки на него и от температуры окружающей среды(особенно при открытых и полуоткрытых способах установки электролизеров).