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 = Q- QCl2,
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.

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 = Q- QCl2,
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.

Список литературы

1. Аблонин Б.Е. Основы химических производств. – М.: Химия, 2001.
2. Бесков В.С. Общая химическая технология и основы промышленной экологии. – М.: Химия, 1999.
3. Кутепов А.М. Общая химическая технология. – М.: Высшая школа, 1990.
4. Лебедев Н.Н. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза. – М.: Химия, 1981.
5. Расчеты химико-технологических процессов. / под ред. Мухленова И.П. – Л.: Химия, 1982.
6. Степанов В.С. Анализ энергетического совершенствования технологических процессов. – Новосибирск: Наука, 1984.
7. Химико-технологические системы. / под ред. Мухленова И.П. – М.: Химия, 1986.