Виробництво хлору та каустичної соди
В результаті електролізу розчину солі отримують хлор та каустик. Найчастіше використовують хлорид натрію (NaCl), електроліз якого дає каустичну соду (NaOH). Однак використовують також хлорид калію (KCl) та отримують їдкий калій (KOH).
сіль + вода -> хлор (газ) + каустик + водень (газ)
В даний час діафрагмовий процес найбільш широко використовують для комерційного виробництва хлору, за ним слідує ртутний електроліз, а потім мембранний процес. Однак для нових виробничих потужностей воліють використовувати мембранний процес, оскільки він більш економічний, безпечніший для навколишнього середовища і дає можливість отримати кінцевий продукт вищої якості.
Процес отримання хлору з використанням діафрагмового електролізераСольовий розсіл подають у спеціальну камеру діафрагмового електролізера (див. рис. 77.4), в даній камері встановлено титановий анод з покриттям із солей рутенію та інших металів. У верхній пластиковій стінці електролізера накопичується тепло і вологий газоподібний хлор, що отримується на аноді. За допомогою всмоктуючого насоса хлор подають у колектор для подальшої обробки, що складається з процесу охолодження, сушіння та стиснення газу. Воду і не вступив у реакцію розсіл відводять через пористий діафрагмовий сепаратор в камеру, де розташований катод і де в результаті взаємодії води та сталевого катода утворюється гідрохлорид натрію (каустична сода) та водень. Діафрагма поділяє хлор, отриманий в анодній камері, і натрію гідрохлорид, отриманий на катоді. Ці дві речовини, вступаючи в сполуку, утворюють хлорне вапно або хлорат натрію. У комерційному виробництві хлорату натрію використовують електролізери без роздільної діафрагми. Найчастіше діафрагму виготовляють із азбесту тафторполімери. На сучасних підприємствах, які використовують діафрагмові електролізери, повністю зникли проблеми, пов'язані з гігієною праці та захистом навколишнього середовища, типові для підприємств, які використовують азбестові діафрагми. На деяких заводах повністю виключили азбест зі складу вихідного матеріалу виготовлення діафрагм, вже налагоджено комерційне виробництво таких діафрагм. При виробництві хлору в діафрагмових електролізерах слабкий розчин гідроксиду натрію містить сіль, що не вступила в реакцію. Отже, для отримання каустичної соди потрібної концентрації потрібен додатковий процес випарювання та видалення більшої частини солі, щоб одержати каустичну соду стандартної якості.
Мал. 77.4 Види процесів
Виробництво хлору в ртутних електролізерахРтутний електролізер складається з двох електролітичних камер. У першій камері на аноді протікає наступна реакція:
У першій камері на катоді протікає наступна реакція:
Іон натрію + ртуть + електрони -> амальгама натрію
Розсіл затікає по сталевому жолобу, покритому з боків гумою (див. рис. 77.4). Ртуть, що є катодом, протікає під розсолом. Титанові аноди з покриттям підвішені в розсолі для отримання хлору, який з електролізної камери надходить у систему накопичення та переробки. Натрій піддається електролізу і амальгамується ртуттю першої електролізної камери. Амальгама прямує до другої електрохімічної камери, званої розкладачем амальгами. Розкладач амальгами - це електролізер з графітовим катодом і амальгамою як анод.
У розкладачі амальгами відбувається наступна реакція:
За допомогою ртутного електролізера виробляють комерційну (з концентрацією до 50%) каустичну соду (NaOH) безпосередньо на виході з електролізера.
Процес виробництва хлору в мембранному електролізеріУ мембранному електролізері протікають ті ж хімічні реакції, що і в діафрагмовому електролізері. Замість пористої діафрагми використовують катіонну мембрану (див. рис. 77.4). Мембрана перешкоджає проникненню іонів хлору в католіт, за рахунок чого безпосередньо в електролізері можна отримати каустичну соду майже без солі концентрацією від 30 до 35%. Оскільки зникає необхідність відокремлювати сіль, випарювання забезпечує отримання 50% комерційної каустичної соди значно простіше і при менших капіталовкладеннях і енерговитратах. Оскільки каустична сода в мембранному процесі значно більшої концентрації, то як катод використовують дорогий нікель.
Заходи безпеки та небезпека для здоров'яПри звичайних температурах сухий хлор, рідкий або газоподібний, не чинить корозійного впливу на сталь. Вологий хлор високо корозійний, оскільки утворює соляну та хлорнуватисту кислоти. Необхідно вжити всіх запобіжних заходів, щоб зберегти хлор та обладнання для виробництва хлору сухими. Трубопроводи, клапани та контейнери повинні бути закриті, коли ними не користуються, щоб уникнути попадання атмосферної вологи. Якщо змивати водою хлор, що витік у результаті витоку, це значно погіршить ситуацію.
Зі збільшенням температури обсяг рідкого хлору збільшується. Необхідно вжити всіх можливих заходів, щоб уникнути гідростатичного розриву труб, судин, контейнерів та іншого обладнання з рідким хлором.
Водень є побічним продуктом процесу виробництва хлору методомелектролізу соляних розчинів. У певній концентрації хлор утворює горючі та вибухові суміші з воднем, а його реакції з деякими органічними сполуками, наприклад вуглеводнями, спиртами і простими ефірами, можуть мати вибуховий екзотермічний характер, якщо не контролюються відповідним чином. Реакція хлору з воднем може розпочатися під впливом прямих сонячних променів та інших джерел ультрафіолетового випромінювання, статичної електрики чи різкого удару.
Невеликі кількості трихлориду азоту, які можуть утворитися в процесі виробництва хлору, дуже нестійкі і мають високу вибухонебезпечність. При випаровуванні хлору, що містить невелику кількість трихлориду азоту, концентрація трихлориду азоту може досягти небезпечної величини в рідкому хлорі, що залишився.
В результаті реакції хлору з рядом органічних речовин, наприклад олією або мастилом, джерелами яких можуть бути повітряні компресори, клапани, насоси та масляно-діафрагмові прилади, а також дерев'яні предмети та ганчір'я, що використовуються при технічному обслуговуванні обладнання, утворюються вибухонебезпечні сполуки.
Вітер із зараженої зони не повинен потрапляти до зони евакуації. Оскільки хлор важчий за повітря, то краще піднятися на вищі ділянки. Щоб вийти із зони зараження, люди повинні рухатися поперек напряму вітру.
У укриттях, розташованих усередині приміщень, необхідно щільно закрити всі вікна та двері та інші отвори, вимкнути кондиціонери та системи забору повітря. Персонал повинен проходити в частину будівлі, яка максимально віддалена від систем виведення повітря з будівлі.
Необхідно стежити за напрямом вітру, оскільки навіть безпечне місце може знову стати небезпечним у разі зміни напряму вітру. Можливо такожвиникнення нових витоків або збільшення масштабів існуючих.
У разі пожежі необхідно видалити всі контейнери та обладнання із зони вогню. Не можна використовувати воду для усунення витоку. Хлор вступає з водою у реакцію, утворюючи кислоти.
Якщо обладнання та контейнери не можна видалити, слід охолоджувати їх. Якщо контейнер зазнав впливу вогню, його слід охолодити і після того, як пожежа вщухне, необхідно терміново зв'язатися із постачальниками.
Оскільки гідрохлорид натрію має корозійну дію, особливо у великих концентраціях, робітники, які можуть піддатися безпосередньому контакту, повинні носити захисні рукавички, маски, захисні окуляри та використовувати інші засоби захисту.
Подяка: ми дякуємо ін. Р.Г.Смерку, який надав у наше розпорядження літературні джерела Інституту хлору, Інк.