Получение хлора методом электролиза повареной соли
Введение
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 десяти
летие 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
1.1 Хлор
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, °С Плавления Кипения (сжижения) при 1 атм |
-101,6 -34,05 |
Критические константы Температура, °С Давление, атм Плотность, г/см3 |
144 76,1 0,573 |
Удельный объем, см3/г |
1,745 |
Плотность, г/л Сухого газа при 0°Си 1 атм. Насыщенного пара при 0 °С и 3,617 атм. Жидкого хлора при 0 °С и 3,617 атм |
3,209 12,08 1470,6 |
Удельный объем, м3/кг Сухого 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 |
0,3116 0,0828 0,00068 |
Давление паров при 0 °С, атм. |
3,617 |
Вязкость при 20 °С, сПа Газа Жидкого хлора |
0,0140 0,35 |
Теплота, кал/г Плавления твердого хлора Парообразования |
22,9 67,4 |
Теплопроводность, ккал/(м·ч·°С) Газа при 0 °С Газа при 55,5 °С Жидкого хлора при 30 °С |
0,0208 0,0242 0,533 |
Энтальпия, ккал/кг Сухого газа Насыщенного пара Жидкого хлора |
129,4 128,7 64,7 |
Энтропия, ккал/(кг·°С) Сухого газа Насыщенного пара Жидкого хлора |
0,329 0,312 0,208 |
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
|
0,3 0,02 0,001 0,02 0,0014 0,008 0,01 0,003 0,00003 0,0002 0,00005 0,0001 0,0001 0,0002 0,03 0,0001 |
0,6 0,05 0,001 0,02 0,0014 0,008 0,01 0,01 0,00005 0,00002 0,00005 0,0001 0,0001 0,0002 0,1 0,0001 |
Коэффициент светопропускания, %, не ниже |
90 |
80 |