Получение хлора методом электролиза повареной соли (стр. 1 из 4)
Быстрое развитие хлорной промышленности связано в основном с расширением производства хлорорганических продуктов – винилхлоридов, хлорорганических растворителей, инсектицидов и др. Хотя доля неорганиче6ских хлорпродуктов в общем потреблении хлора сравнительно невелика, их значение для промышленности и народного хозяйства трудно переоценить.
В России за последние десятилетие создано и продолжает развиваться производства многих неорганических хлорпродуктов.
Увеличивается производство жидкого хлора, хлоридов алюминия, кремния, титана, железа, цинка и хлоридов других металлов, применяемых в менее широких масштабах. Развивается производства хлоридов натрия, магния и калия, вырабатываются в значительных количествах хлораты кальция и перхлораты металлов и аммония.
Серьезные технические и экономические проблемы возникают в связи со значительным увеличением количества хлористого водорода, получающегося в качестве отходов в ряде производств органических и неорганических хлорпродуктов. Заслуживает большого внимания проблема рационального использования абгазного хлористого водорода, в части получения из концентрированных и разбавленных растворов соляной кислоты чистого 100%-го HCl для применения его в ряде процессов органического синтеза и оксихлорирования.
Литературы пот производству неорганических хлорпродуктов крайне мало. В последние годы издано несколько инженерных монографий, посвященных производству хлора, каустической соды и некоторых неорганических хлорпродуктов. Однако во многом производства – хлористого водорода и соляной кислоты, хлоратов натрия, калия, кальция, магния, перхлоратов и хлорной кислоты, водных растворов хлоридов железа, алюминия и некоторых других продуктов – нет литературы, в которых были бы систематизированы последние достижения в области их технологии. Кроме того, монография по отдельным видам технологии производства хлора, каустической соды и хлорпродуктов не могут заменить книгу, охватывающую весь комплекс этих производств.
1 Свойства хлора, едких щелочей и водорода
Хлор входит в VII группу периодической системы элементов, атомный вес 35,453, молярный вес 70.906, атомный номер 17.
При нормальных условиях свободный хлор – зеленовато-желтый газ с характерным резким и раздражающим запахом. Он сжигается при -34,05 °С, образуя прозрачную жидкость янтарного цвета, затвердевающую при -101,6 °С и давлении 1 атм.
Ниже приведены основные физико-химические и термодинамические свойства хлора:
| Температура, °СПлавленияКипения (сжижения) при 1 атм | -101,6-34,05 |
| Критические константыТемпература, °СДавление, атмПлотность, г/см3 | 14476,10,573 |
| Удельный объем, см3/г | 1,745 |
| Плотность, г/лСухого газа при 0°Си 1 атм.Насыщенного пара при 0 °С и 3,617 атм.Жидкого хлора при 0 °С и 3,617 атм | 3,20912,081470,6 |
| Удельный объем, м3/кгСухого газа при 0 °С и 1 атм.Насыщенного пара при 0 °С и 3,617 атм.Жидкого хлора при 0 °С и 3,617 атм | 0,31160,08280,00068 |
| Давление паров при 0 °С, атм. | 3,617 |
| Вязкость при 20 °С, сПаГазаЖидкого хлора | 0,01400,35 |
| Теплота, кал/гПлавления твердого хлораПарообразования | 22,967,4 |
| Теплопроводность, ккал/(м·ч·°С)Газа при 0 °СГаза при 55,5 °СЖидкого хлора при 30 °С | 0,02080,02420,533 |
| Энтальпия, ккал/кгСухого газаНасыщенного параЖидкого хлора | 129,4128,764,7 |
| Энтропия, ккал/(кг·°С)Сухого газаНасыщенного параЖидкого хлора | 0,3290,3120,208 |
| Показатель преломления при 14 °С | 1,367 |
При ведении соли аммония в водный раствор хлора образуются треххлористый азот и
. Треххлористый азот 
образуется при взаимодействии аммиака или молей аммония с хлором или хлорноватистой кислотой: 
При взаимодействии хлористого аммония с хлорноватистой кислотой при рН=9,5 образуется монохлорамин, при рН=4,5 и температуре ниже 0 °С
не образуется.Чистый хлор, получаемый электролизом водных растворов щелочных металлов, должен содержать не менее 96% хлора и не более 2%
и 1% 
. Содержание влаги после осушки не должно превышать 0,04 вес.%.В последнее время требования к качеству газообразного хлора, применяемого в синтезе ряда органических хлорпродуктов, сильно возросли. Содержание влаги в хлоргазе ограничивается 40–100 мг/м3, снижается допустимое содержание брома, соединений серы и других примесей.
1.2 Каустическая сода и едкие щелочи
Выпускаемые марки улучшенного едкого натра, получаемого по методу электролиза с ртутным катодом, должны удовлетворять приведенным ниже требованиям.
| Марка I | Марка II | |
Содержание  , % не менее | 45 | 42 |
Содержание примесей, % не более   Железо в пересчете на     Хлораты в пересчете на  Алюминий в пересчете на          | 0,30,020,0010,020,00140,0080,010,0030,000030,00020,000050,00010,00010,00020,030,0001 | 0,60,050,0010,020,00140,0080,010,010,000050,000020,000050,00010,00010,00020,10,0001 |
| Коэффициент светопропускания, %, не ниже | 90 | 80 |
Выпускаются также реактивные и особо чистые едкий натр и едкое кали.
Основные физико-химические свойства водорода приведены ниже.
| Молекулярный вес | 2,016 |
| Мольный объем при 0 °С и 760 мм. рт. ст, л | 22,43 |
| Температура, °СКипенияПлавления | -252,8-259,4 |
| Критические константыТемпература, °СДавление, атмПлотность, г/см3 | -239,912,80,031 |
| ПлотностьПри 0 °С и 760 мм рт. ст., кг/м3При температуре кипения, кг/лОтносительная (по воздуху) | 0,08990,07090,0695 |
| Удельная газовая постоянная, ккал/(кг·°С) | 986,96 |
| Теплота, ккал/кгПлавленияПарообразования при 760 мм рт. ст. | 14,0108,5 |
| Объем жидкости, образующейся из 1 м3 газа при 15 °С и 760 мм рт. ст., л | 1,166 |
Удельная теплоемкость при 20 °С и 760 мм рт. ст., ккал/(кг·°С)    | 3,4082,421,407 |
| Вязкость при 0 °С и 760 мм рт. ст., сП | 0,0085 |
| Теплопроводность при 0 °С и 760 мм рт. ст., ккал/(м·ч·°С) | 0,140 |
2. Источники сырья для электрохимического получения хлора, едкого натра и водорода
Сырьем для электролиза служит хлорид натрия в виде каменной соли, самоосадочной соли или подземного рассола. Подготовка сырья к электролизу включает операции растворения (при использовании твердой соли), очистки рассола от механических примесей и удаления ионов кальция и магния.
Механические примеси удаляют отстаиванием рассола с последующим фильтрованием осадка, а ионы кальция и магния, которые отрицательно влияют на процесс электролиза, обработкой рассола раствором карбоната натрия или известковым молоком:
СаСl +Na2CO3 → СаСО3+ 2NaCl
с последующей нейтрализацией избыточной щелочности соляной кислотой. Осадок карбонатов кальция и магния удаляют фильтрованием.
Полученный рассол должен иметь концентрацию соли 310–315 г./л, чтобы обеспечить, возможно, более низкий потенциал разряда ионов при электролизе. Также существуют допустимые пределы содержания ионов кальция и магния.
Рассол, поступающий на электролиз, представляет многокомпонентную систему, в которой содержатся ионы натрия, хлора, гидроксоний-катион и гидроксид-анион. Последовательность их разряда и образующиеся продукты определяются в соответствии с «правилом разряда» величиной их потенциалов разряда, которые зависят от условий электролиза и, весьма существенно, от материала катода. Различают два варианта технологического процесса электролиза водного раствора хлорида натрия: электролиз с твердым железным катодом (диафрагменный метод) и электролиз с жидким ртутным катодом.