Таким образом, крайние электроды и являются монополярными, а все промежуточные — биполярными электродами, т. е. одной стороной они работают как катоды, а другой — как аноды.

Сила тока на биполярной ванне зависит только от плотности тока и пло­щади поверхности одного монополярного электрода (анода или катода) ине зависит от числа биполярных электродов. Напряжение на ванне, наоборот, за­висит от разности потенциалов между соседними электродами и прямо про­порционально числу пар анодов и катодов. Современные электролизеры в основном относятся к биполярному типу.

Количество продукта Gт, кг, которое теоретически должно выделиться на аноде при электролизе, может быть определено, согласно закону Фарадея, по формуле:

GT = AInt/ 1000

А – электрохимический эквивалент, г/(Ач)

I – полный ток через электролизер

n- число работающих анодов

t – продолжительность работы электролизера

2.7.Побочные процессы и основные показатели электролиза

хлорида натрия

Важно отметить, что на электродах параллельно с основными процессами образования целевых продуктов происходят другие побочные электродные процессы. В связи с этим количество выделившегося продукта всегда меньше теоретического. К таким процессам относятся:

■ реакция образования по химическому механизму хлората, протекающая в объеме:

2HClO + ClO- = ClO3- +2Cl- + 2H+

■ реакция электрохимическое окисление гипохлорита до хлората:

6ClO- - 6 e- = ClO3- + 1,5O2 + 5Cl-

■ химическая реакция разложения гипохлорита, которая особенно активируется в присутствии загрязнений электролита, особенно железа, меди, никеля:

2СlO- = O2 + 2Cl-

восстановление гипохлорита и хлората на катоде:

ClO- + H2O + 2e- = Cl- + 2OH-

ClO3- + 3H2O + 6e- = Cl- + 6OH-

По количеству реально полученного продукта можно подсчитать, какая часть тока израсходована полезно. Эта часть тока, выраженная в долях единицы, называется коэффициентом использования тока, а выраженная в процентах— выходом по току.

Если теоретически рассчитанное количество продукта электролиза обозначить GT, а практически полученное количество G, то коэффициент использования тока ŋ = G/GT, а выход по току равен G/GT 100% .

Значение ŋ является основным показателем процесса электролиза. Чем выше его значение, тем эффективнее течение электролиза и ниже энергети­ческие затраты на получение единицы готового продукта. При более высоких значениях ŋ можно уменьшить требуемую площадь рабочей поверхности электродов для достижения заданной производительности, применить более компактные установки и снизить расходы на их изготовление.

На изменение коэффициента использования тока ŋ влияет ряд факторов:

- величина напряжения на разрядный промежуток

- исходная концентрация электролита

- степень использования раствора хлоридов

Величина выхода хлора по току сказывается в первую очередь на изменении затрат электроэнергии W, кВт-ч/кг, при получении гипохлорита натрия, которые могут быть подсчитаны по формуле:

W = I *U* t/G

или

W = U/ A*ŋ*n

где U—напряжение на токоподводящих электродах, В.

Можно указать один из возможных способов регулирования производительности электролизера. Повышая напряжение на токоподводящих электродах, а следовательно, повышая и силу тока, можно увеличить в определенных пределах производительность установки без существенного отклонения энергетических затрат от минимальных при сохранении максимально возможного значения выхода хлора по току.

Межэлектродное расстояние δ существенно не влияет на изменение ве­личины ŋ и другие параметры работы электролизера. Изменение величины δ при сохранении площади рабочей поверхности электродов сказывается толь­ко на производительности установки. При увеличении межэлектродного рас­стояния происходит пропорциональное снижение плотности тока i и соот­ветственно снижение общего выхода гипохлорита натрия. С точностью, при­емлемой для инженерных расчетов, зависимость междуδ и i может быть выражена соотношением:

δ2/δ1 = i1/i2

Для создания малогабаритных и высокопроизводительных установок наи­более целесообразно предусматривать минимально возможные межэлектродные расстояния, равные 3—6 мм, что позволяет вести процесс электроли­за при больших плотностях тока.

Технико-экономические показатели работы электролизера определяются не только затратами электроэнергии, но и достигаемой степенью использо­вания исходного раствора. Особенно большое значение это имеет в случае применения в качестве электролита растворов поваренной соли, поскольку затраты на соль являются одной из главных статей расхода при производ­стве гипохлорита натрия. Под степенью использования соли (процентом раз­ложения) λ, %, понимают отношение концентрации активного хлора в раст­воре гипохлорита натрия, полученного в результате электролиза, к концент-рации NaCI, вводимой в установку:

λ = (ССl акт /CNaCl)*100

ССl акт – концентрация активного хлора в гипохлорите натрия

CNaCl – концентрация NaCl в электролите, г/л.

Затраты на соль зависят от достигаемой степени полезного использова­ния исходного продукта. По мере увеличения концентрации активного хло­ра и растворе расход соли на получение единицы готового продукта снижа­ется. Так, при электролизе раствора с концентрацией 100 г/л NaCI и дости­жении содержания активного хлора на выходе из электролизера 5 г/л рас­ход соли составляет 20 г на 1 г готового продукта (5% - разложение). При содержании же хлора в растворе 10 г/л затраты на соль уменьшаются и составляют всего 10 r/л (10%-ное разложение). Таким образом, для снижения расходов на соль предпочтительно ведение процесса электролиза при глубо­ком разложении NaCl. Однако увеличение степени использования поваренной соли приводит к росту энергетических затрат, поэтому должен быть ка­кой-то оптимальный режим эксплуатации установки, при котором суммар­ные затраты на соль и электроэнергию будут минимальны.

В случае использования природных электролитов основной статьей рас­хода являются затраты электроэнергии на подачу рассола, его транспорти­рование к объекту применения и производство гипохлорита натрия. Опти­мальная степень использования растворов определяется в каждом конкрет­ном случае в зависимости от исходной минерализации и требуемой концент­рации активного хлора. В энергетическом отношении наиболее предпочти­тельно получение гипохлоритов небольшой концентрации.

Расчет электролизной установки в общих чертах сводится к следующе­му. Для заданной по активному хлору производительности электролизера по закону Фарадея с учетом коэффициента использования тока, значение которого зависит от типа применяемых электродных материалов, концентра­ции хлоридов в электролите, вида рассола и требуемой степени использова­ния раствора, определяют необходимую токовую нагрузку: