Proiectarea unei instalatii de obtinere a clorului si hidroxidului de sodiu prin

electroliza unei solutii apoase de clorura de sodiu, intr-un reactor electrochimic cu

membrana schimbatoare de ioni

Suciu RoxanaSectia CISOPC,An III

Cuprins 1. Introducere 2. Procese aplicate si tehnici 3. Proiectarea unei instalatii de electroliza NaCl cu REMSI 4. Bibliografie

Introducere

Industria clorosodica este industria care produce clor (Cl2) si o baza,hidroxid de sodiu (NaOH) sau hidroxid de potasiu (KOH) prin electroliza unei solutii de sare. Principalele tehnologii aplicate pentru producerea clorosodica sunt:mercur,diafragma si electroliza cu membrana celulara,folosind in principal clorura de sodium ca furaj sau intr-o masura mai mica,utilizand clorura de potasiu pentru producerea de hidroxid de potasiu.

2.Procese aplicate si tehnici2.1 Procesul cu mercur

Procesul cu mercur implica utilizarea unei celule de mercur in curs de electroliza pentru a imparti clorura de sodiu pentru a forma hidroxid de sodiu.Acest lucru este denumit in mod obisnuit ca procesul Castner-Kellner.

La catod (localizat in camera de sus de pe diagrama cu mercur care curge contra acelor de ceas) are loc reactia:

Na + ( aq ) + e- → Na (dizolvat in mercur,formand amalgamul)

La anod (de asemenea situate in camera de sus,diafragma fiind fie un bloc de titan sau de carbon) are loc reactia :

2 Cl- ( aq ) → Cl2 ( g ) + 2 e- Reactia generala este:

2 Na + ( aq ) + 2 Cl- ( aq ) → Cl2 ( g ) + 2 Na ( dizolvat în Hg )

Celulele sunt situate,de obicei,intr-o cladire,desi uneori ele sunt ridicate in aer liber.Ele sunt dispuse parallel una fata de alta astfel incat barile si liniile de alimentare sunt mentinute scurte.Celulele stau pe structure de sprijin si sunt isolate pentru a preveni scurtcircuitarea la pamant.Transformatorul si redresoarele sunt asezate intr-un capat al camerei si serviciul de celule si reparatii,la capatul opus.

Camera de celule in aer liber-celule De Nora

2.2 Procesul cu diafragma

Acest proces utilizeaza electrozi inerti:un electrod de titan care rezista atacului clorului format si un catod de fier,care sa nu fie afectat de solutia de hidroxid .

Principiile necesare pentru a intelege eficienta operarii procesului de diafragma implica randamentul de curent,tensiunea din celule,consumul de energie si optimizarea conditiilor de operare.

Diafragma este de obicei facuta din azbest si separa sarmura de alimentare (anolit) de catolitul ce contine hidroxid de sodiu

Ionii de clor migreaza spre anod si sunt oxidati la clor gazos. Reactia la anod este:

2 CI(aq) → Cl2(g) + 2 e-

Ionii de sodiu migreaza spre catod,dar sunt prea instabili pentru a fi redusi,in schimb apa este redusa la hidrogen gazos si ioni de hidroxid:

2 H2O + 2 e- → H2(g) + 2 OH-

Celula de electroliza cu membrana

2.3. Procesul cu membrana

In acest proces,anodul si catodul sunt separati de o membrana impermeabila la apa si conductoare de ioni.

Materialul catodic folosit in celula de membrane este fie otel sau nichel.Catozii sunt adesea inveliti de un catalizaotr care este mai stabil decat substratul si acopera o suprafata mai larga si reduce supraincarcarea.

O celula de membrana este alcatuita din politetraflouroetlinea (PTFE).In esenta este o membrana plasticata,modificata pentru a permite gruparilor de anioni sa se comporte ca o membrana schimbatore de anioni.Acest lucru permite ionilor de sodiu sa treaca prin ea,dar nu si clorului sau ionilor hidrozixi.PTFE este foarte inerta astfel putand fi introdusa in solutii de hidroxid pentru perioade nedeterminate de timp

Celulele de membrana pot fi configurate fie ca monopolare sau bipolare.Ca in cazul,celulelor cu diafragma,cele bipolare au o pierdere de tensiune intre celule mai mica decat cele monopolare.Totusi,numarul de celule conectat impreuna in acelasi circuit este limitat.

In general,o celula de membranerezista intre 2 si 5 ani si este mult mai avantajoasa atat din punct de vedere practic cat si din punct de vedere financiar.

3. Proiectarea unei instalatii de electroliza NaCl cu REMSI

Bilant de materiale pentru compartimentul anodic

Bilant de materiale pentru compartimentul catodic

Intrari Iesiri Substanta Debit

Substanta Debit

kmol/h kg/h kmol/h kg/h Na+ M 697.1830986 16035.21 NaOH 697.1831 27887.32 H2O M 2839.599831 51112.8 H2O,2 3615.023 65070.42 H+ M 50.86743638 50.86744 H2(g) 374.0253 748.0505 H2O ,2,i 2221.654678 39989.78 H2O(g) 698.1805 12567.25 H2O f 50.86744 915.6139 Total 107188.7 Total 107188.7

Bilant de masa pe RE

Intrari Iesiri

Substanta kmoli/h kg/h Substanta kmoli/h kg/h NaCl 1178.317 68931.54 NaOH 697.1831 27887.32 H2O 13121.08 236179.5 H2O,2 3615.023 65070.41 H2(g) 374.0253 748.0506 H2O(g) 698.1805 12567.25 H2O(f) 50.86744 915.6139 NaCl 481.133 28146.28 H2O 6253.655 112565.8 Cl2 348.318 24730.58 O2(g) 12.717 406.944 Cl2(aq) 0.274 19.454 H2O(g) 1780.739 32053.3 Total 305111 Total 305111

4. Bibliografie

Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim,

10.1002/14356007.a06 399.pub2,2006