Пример 2. Требуется получить 400кг рафинированной меди в сутки при напряжении на клеммах ванны в 0,25 в. Како- ва должна быть минимальная мощность динамо-машины и сила тока в цепи, если напряжение на каждую ванну равно 15 в; вы- ход по току 90%? Определить также число электролитических ванн.
Решение. Если напряжение у зажимов динамо-машины равно
15 в, а напряжение у ванны равно 0,25 в, то последовательно можно соединить самое большее
15:0,25= 60 ванн, т. е. теоретическое число ванн равно 60*.
* Практически число ванн бывает значительно меньше, так как часть тока расходуется па преодоление сопротивления ванн. Практическое число ванн равно от-r- до ——теоретического числа их.
Пример. 4. Подсчитать:
а) выход по току; б) расход электроэнергии на 1 кг хлора; составить также в) баланс количества электричества и г) тепловой баланс ванны при электролизе поваренной соли, имея следующие данные:
1) сила тока, проходящего через ванну, равна 925 а; напря- жение на зажимах ванны равно 3,6 в;
2) рассол, подвергаемый электролизу, содержит 300 г/л
(23%) NaCl, 0,40 г/л NaHCO3 и 0,1 г/л тяжелых и щелочно-зе,- мельпых металлов (Са, Mg, Fe и т. д.); в ванну подают 14 л этого рассола в час при температуре 54" С;
3) католит* вытекает при температуре 64°С в количестве
13 л/час; соответствующее ему количество анолита определит- ся как среднее между объемом рассола и католита, т. е.
13,5 л/час**;
4) химический анализ католита и анолита дал следующие результаты:
* Раствор, окружающий катод, носит название католита. Раствор, находящийся непосредственно вокруг анода, называется анолитом.
** Точный подсчет объема анолита производится по довольно сложной формуле, которую мы здесь не приводим, гак как она в большинстве слу- чаев дает незначительное расхождение по сравнению с вычислением но сред- неарифметическому.
384
Состав
NilOI I
NfiCI
Na..CO3
NaCIO
NaClO3
Католит A 3 л/час)
;,i j-моль/л г-моль/час
105
180
1.1
2,56
3,08
0,01
33,28
40,04
0,13
Анолит A3,5 л/час) г-моль/л ^-моль/час
271
0,2Г,
0,28
4,63
0,0032
0,0026
62,505
0,043
0,035
5) при электролизе получается 360 л/час сухого хлор-газа и
ЛНО л водорода (приведенных к нормальным условиям). Состав хлор-газа: 98,0% С12, 0,3% СО2, 0,4% О2, 0,2% Ы2, 1,1% N2:|:; температура газов на выходе из ванны 63,5° С; влаги отходит на
1 м'А хлор-газа 40 г, на 1 м'Л водорода 20 г.
Решение. Основной (первичный процесс при электролизе:
NaCl ¦-* Na+ -\- О~, Н2О: - Н+ -\- ОН"
2С1 —1с ¦ С!2 (на аноде),
2Н" -|- 2е > Н., (iui катоде),
2Na + 2OH--.2NaOH.
Из этой схемы следует, что I эквивалент, т. е. 1 фарадей
(96500 кулонов) электричества дает 1 г-моль щелочи (NaOH) и
1 г,-атом хлора. Однако в результате побочных и вторичных про- цессов часть щелочи расходуется на образование NaOCI, NaClOj,
.МагСОу, на осаждение гидроокисей тяжелых и щелочно-земель- ных металлов, на нейтрализацию бикарбоната и другие побочные и вторичные процессы. Изобразим их схематически:
1) 2NaOH + С12 = NaClO + NaCl + H2O (вторичный процесс),
2) NaClO- >Na+ ЬСЮ~,
2а) 6СЮ~ + ЗН2О — 6с :-- 2НС1Оа -]- 4НС1 + ЗО (побочный электрохимический процесс),
26) НС1О:, -|- NaOH =, NaClO;, |- H2O (вторичный процесс),
3) NaOH -. Na+ + ОН~,
* Азот в хлор-газе получается вследствие проникновения в ванну воздуха,
CO2—вследствие окисления органических веществ, присутствующих в рас- соле (см. ниже реакции при электролизе).
25. С Д. Бесков 3S5
3а) 4ОН — Ае = 4Н2О + О2 (побочный электрохимический процесс).
3б) С + О2 =-= СО2,
4) 2NaOH + СО2 = Na2CO3 + Н2О,
5) 2NaOH 4- Ме++ = Me (OHJ + 2Na
6) NaHCOa + NaOH = Na2CO3 4~ H2O
+ вторичные реакции.
Примечание. Кроме указанных здесь процессов, при электролизе имеют место и другие побочные и вторичные процессы.
Из приведенной схемы вторичных и побочных процессов видно, что: а) на каждый кг-моль NaCIO и СО2 (растворяющейся в элек- тролите) расходуется по 2 г-моль NaOH или, что то же, по 2 фа- радея электричества; б) на 1 г-моль NaC103 расходуется 6 г-моль NaOH, т. е. 6 фа- радеев (см. процессы 1—26); в) на 1 г-моль NaHCCb расходуется 1 фарадей; г) на 1 г-моль образующегося в процессе электролиза СО2 расходуется 4 фарадея.
Составляем баланс электроэнергии на разложение NaCl.
Приход (в 1 час): Через ванну проходит ток силой в 925 а,
925 который в течение 1 часа дает = 34,51 фарадея*.
2о, 8
Расход (в 1 час):
1) На образование NaOH, присутствующего в кятолите 33,280 фарадея
2) » » NaCIO » » анолите 2 ¦ 0,043 фарадея
3) » » 1МиС1О3 » » » 6 ¦ 0,035 фарадея
4) » нейтрализацию NaHCO3, которого вводится с рас-
0,40 солом — • 14 =0,066 г-моль/час 0,066 фарадея
85,0
5) На образование №2СОз за счет CO.j; всего в като- лите 0,13 г-моль N;i2CO3, на них 0.066 г-моль об- разовалось при нейтрализации №НСОз; остальные
0,13 — 0,066 = 0,064 г-моль получены за счет рас- творяющегося в электролите СО-,: на это расхо- дуется ." 2 • 0,064 фарадея
0,3- 360
6) На образование СО../, с газом ухолит =
= 0,048 г-моль СО2; растворилось его в электроли- те 0,064 г-моль; итого образовалось 0,112 г-моль
СО2, на которые израсходовано 4-0,112 фарадея
Итого . , . 34,22 фарадея с 86
1 фарадей равен 96500 кулонам; 1 фарадей=2&,8 а—ч (см. стр. 247).
Остальные 34,51—34,22 = 0,29 фарадея израсходованы на осаж- дение гидроокисей тяжелых и щелочно-земельных металлов и другие вторичные процессы.
v 0,98-360 ,___
Хлор-газа при электролизе получается = 15,77 г-моль,
22,4 или 31,54 г-атомов/час (см. состав хлор-газа), на получение ко- торых расходуется 31,54 фарадея.
Для NaOH выход то току равен:
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
