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文檔簡介

1、現(xiàn)代氯堿生產(chǎn)技術(shù)現(xiàn)代氯堿生產(chǎn)技術(shù)濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院冶化系冶化系鹽水的二次精制鹽水的二次精制精制鹽水電解理論探究精制鹽水電解理論探究離子膜法電解鹽水離子膜法電解鹽水幾種離子膜電槽的認(rèn)識(shí)幾種離子膜電槽的認(rèn)識(shí)除氯酸鹽和淡鹽水脫氯除氯酸鹽和淡鹽水脫氯離子膜離子膜 電解電解項(xiàng)目三項(xiàng)目三 鹽水的二次精制和電解鹽水的二次精制和電解任務(wù)二任務(wù)二 精制鹽水電解理論探究精制鹽水電解理論探究電化學(xué)基本知識(shí)電化學(xué)基本知識(shí) 電的導(dǎo)體及電導(dǎo)電的導(dǎo)體及電導(dǎo)電解池的工作原理電解池的工作原理電極電位電極電位電解定律電解定律電流效率電流效率槽電壓槽電壓 1電電的的導(dǎo)導(dǎo)體體第一類導(dǎo)體:第一類導(dǎo)體:金屬、石墨等物體中。

2、自由電子的定向金屬、石墨等物體中。自由電子的定向移動(dòng)而導(dǎo)電。導(dǎo)體在導(dǎo)電時(shí)不發(fā)生任何化學(xué)變化。移動(dòng)而導(dǎo)電。導(dǎo)體在導(dǎo)電時(shí)不發(fā)生任何化學(xué)變化。能導(dǎo)電的物體稱為導(dǎo)體。按導(dǎo)電方式的不同分為兩類。能導(dǎo)電的物體稱為導(dǎo)體。按導(dǎo)電方式的不同分為兩類。第一類導(dǎo)體的電阻第一類導(dǎo)體的電阻R滿足歐姆定律:滿足歐姆定律:導(dǎo)體的電阻取決于導(dǎo)體的長度導(dǎo)體的電阻取決于導(dǎo)體的長度l、截面積、截面積S 及導(dǎo)體的材質(zhì),及導(dǎo)體的材質(zhì),其相互關(guān)系可以用下式表示其相互關(guān)系可以用下式表示由以上兩式可得:由以上兩式可得: 第一類導(dǎo)體的電阻或電阻率越大,第一類導(dǎo)體的電阻或電阻率越大,其導(dǎo)電能力就越差;反之就越好。其導(dǎo)電能力就越差;反之就越好。

3、第二類導(dǎo)體:第二類導(dǎo)體:電解質(zhì)(酸、堿及鹽類)溶液和熔融狀態(tài)的電電解質(zhì)(酸、堿及鹽類)溶液和熔融狀態(tài)的電解質(zhì)。解質(zhì)。帶正、負(fù)電荷的離子的移動(dòng)而導(dǎo)電。帶正、負(fù)電荷的離子的移動(dòng)而導(dǎo)電。 當(dāng)插入電解質(zhì)溶當(dāng)插入電解質(zhì)溶液中的兩根電極之間存在電位差時(shí),正離子向陰極移動(dòng),負(fù)離液中的兩根電極之間存在電位差時(shí),正離子向陰極移動(dòng),負(fù)離子向陽極移動(dòng)。同時(shí)分別在兩塊極板上放電而發(fā)生氧化還原反子向陽極移動(dòng)。同時(shí)分別在兩塊極板上放電而發(fā)生氧化還原反應(yīng)。應(yīng)。 第二類導(dǎo)體導(dǎo)電能力的表示方法:第二類導(dǎo)體導(dǎo)電能力的表示方法:電導(dǎo)電導(dǎo) 電導(dǎo)率電導(dǎo)率第二類導(dǎo)體的電導(dǎo)率越大則導(dǎo)電能力越強(qiáng),反之,導(dǎo)電能第二類導(dǎo)體的電導(dǎo)率越大則導(dǎo)電能力

4、越強(qiáng),反之,導(dǎo)電能力就越差。力就越差。第二類導(dǎo)體的電阻計(jì)算公式:第二類導(dǎo)體的電阻計(jì)算公式: 氯化鈉電解質(zhì)溶液屬第二類導(dǎo)體,它也遵守歐姆定律:氯化鈉電解質(zhì)溶液屬第二類導(dǎo)體,它也遵守歐姆定律:由:由:電解氯化鈉溶液時(shí)所需電解氯化鈉溶液時(shí)所需要的電壓隨氯化鈉溶液要的電壓隨氯化鈉溶液濃度的增大而降低,隨濃度的增大而降低,隨溫度的升高而降低。因溫度的升高而降低。因此為了降低離子膜電解此為了降低離子膜電解槽的槽電壓,應(yīng)力求在槽的槽電壓,應(yīng)力求在較濃的溶液和較高的溫較濃的溶液和較高的溫度下進(jìn)行電解。度下進(jìn)行電解。2電電解池的工作原理解池的工作原理 當(dāng)電解質(zhì)溶解在水中時(shí),電解質(zhì)就會(huì)自動(dòng)地離解成當(dāng)電解質(zhì)溶解在水

5、中時(shí),電解質(zhì)就會(huì)自動(dòng)地離解成能自由移動(dòng)地帶有正、負(fù)電荷的離子。當(dāng)直流電通過能自由移動(dòng)地帶有正、負(fù)電荷的離子。當(dāng)直流電通過電解質(zhì)溶液時(shí),正負(fù)離子按照同性相斥、異性相吸的電解質(zhì)溶液時(shí),正負(fù)離子按照同性相斥、異性相吸的原理運(yùn)動(dòng),也就是帶正電荷的離子向陰極移動(dòng),在陰原理運(yùn)動(dòng),也就是帶正電荷的離子向陰極移動(dòng),在陰極上獲得電子被還原;帶負(fù)電荷的離子向陽極運(yùn)動(dòng),極上獲得電子被還原;帶負(fù)電荷的離子向陽極運(yùn)動(dòng),在陽極上放出電子被氧化。電解過程發(fā)生了氧化還原在陽極上放出電子被氧化。電解過程發(fā)生了氧化還原反應(yīng)。反應(yīng)。3電極電電極電位位 金屬插入到它的鹽溶液中時(shí),由于極性很大的水分子吸金屬插入到它的鹽溶液中時(shí),由于極

6、性很大的水分子吸引金屬正離子,金屬表面的正離子有進(jìn)入溶液并將電子留在引金屬正離子,金屬表面的正離子有進(jìn)入溶液并將電子留在金屬表面的趨向;另一方面,溶液中的金屬離子,有從溶液金屬表面的趨向;另一方面,溶液中的金屬離子,有從溶液中沉積到金屬表面的傾向。當(dāng)這兩種方向相反的過程進(jìn)行的中沉積到金屬表面的傾向。當(dāng)這兩種方向相反的過程進(jìn)行的速度相等時(shí),即達(dá)到動(dòng)態(tài)的平衡。速度相等時(shí),即達(dá)到動(dòng)態(tài)的平衡。 在電極相界面之間的雙電層的電位差就稱為在電極相界面之間的雙電層的電位差就稱為電極電位。電極電位。注意注意 由于無法測得單個(gè)電極電位的絕對(duì)值,因而只能由于無法測得單個(gè)電極電位的絕對(duì)值,因而只能認(rèn)為地選擇某一個(gè)電極

7、的電位為基準(zhǔn),將其它電極與認(rèn)為地選擇某一個(gè)電極的電位為基準(zhǔn),將其它電極與之比較來測得相對(duì)值?,F(xiàn)在,國際上常采用之比較來測得相對(duì)值。現(xiàn)在,國際上常采用標(biāo)準(zhǔn)氫電標(biāo)準(zhǔn)氫電極極為基準(zhǔn)。可得到為基準(zhǔn)??傻玫綐?biāo)準(zhǔn)電極電位。標(biāo)準(zhǔn)電極電位。標(biāo)準(zhǔn)氫電極標(biāo)準(zhǔn)氫電極標(biāo)準(zhǔn)氫電極示意圖標(biāo)準(zhǔn)氫電極示意圖結(jié)構(gòu):它是以鍍鉑黑的鉑片為電極,插入氫離子活度結(jié)構(gòu):它是以鍍鉑黑的鉑片為電極,插入氫離子活度a(H+)=1的溶液中,并不斷用氫氣沖打到鉑片上。氫氣的的溶液中,并不斷用氫氣沖打到鉑片上。氫氣的分壓為分壓為P。 規(guī)定在任何溫度下,標(biāo)準(zhǔn)氫電極的電極電位規(guī)定在任何溫度下,標(biāo)準(zhǔn)氫電極的電極電位均為零均為零 。標(biāo)準(zhǔn)電極電位標(biāo)準(zhǔn)電極電位

8、 在在298K和和101.3kPa時(shí),將某金屬放入其鹽的溶液中,時(shí),將某金屬放入其鹽的溶液中,當(dāng)溶液中金屬離子的活度為當(dāng)溶液中金屬離子的活度為1時(shí),該金屬電極與標(biāo)準(zhǔn)氫電時(shí),該金屬電極與標(biāo)準(zhǔn)氫電極之間的電位差就稱為該金屬的標(biāo)準(zhǔn)電極電位。極之間的電位差就稱為該金屬的標(biāo)準(zhǔn)電極電位。影響電極電位的因素影響電極電位的因素-能斯特能斯特( Nernst)方程式方程式 此式表明電極電位和溶液中離子的活度(或濃度)此式表明電極電位和溶液中離子的活度(或濃度)及溫度之間的關(guān)系。及溫度之間的關(guān)系。注:式中活度項(xiàng),若是氣態(tài)物質(zhì),則用氣體的分壓(大氣注:式中活度項(xiàng),若是氣態(tài)物質(zhì),則用氣體的分壓(大氣壓)表示。若是固體

9、物質(zhì)和水,其活度為壓)表示。若是固體物質(zhì)和水,其活度為1。 4電電解定律解定律1 1、法拉弟第一定律、法拉弟第一定律在電解過程中在電解過程中, ,電極上所生成的物質(zhì)的質(zhì)量和通過電解電極上所生成的物質(zhì)的質(zhì)量和通過電解質(zhì)溶液的電量成正比,即與電流強(qiáng)度及通電時(shí)間成正比。質(zhì)溶液的電量成正比,即與電流強(qiáng)度及通電時(shí)間成正比。K為比例常數(shù)亦稱電化當(dāng)量,為比例常數(shù)亦稱電化當(dāng)量,g/(Ah)在氯堿生產(chǎn)中,如果要提高在氯堿生產(chǎn)中,如果要提高NaOH產(chǎn)量,產(chǎn)量,必須增大電流強(qiáng)度,或延長電解時(shí)間。必須增大電流強(qiáng)度,或延長電解時(shí)間。2 2、法拉弟第二定律、法拉弟第二定律 當(dāng)直流電通過電解質(zhì)溶液時(shí),電極上每析出(或溶解)

10、當(dāng)直流電通過電解質(zhì)溶液時(shí),電極上每析出(或溶解)1 1克當(dāng)量的任何物質(zhì),所需要的電量是恒定的,在數(shù)值上等克當(dāng)量的任何物質(zhì),所需要的電量是恒定的,在數(shù)值上等于于9650096500庫或庫或26.8 Ah26.8 Ah。5電電流效率流效率 在電解過程中,由于在電極上要發(fā)生一系列副反應(yīng),在電解過程中,由于在電極上要發(fā)生一系列副反應(yīng),溶液中的一些雜質(zhì)離子也要在電極上放電,以及電路漏電溶液中的一些雜質(zhì)離子也要在電極上放電,以及電路漏電等因素,等因素,電解時(shí)的實(shí)際產(chǎn)量比理論產(chǎn)量低。實(shí)際產(chǎn)量和理電解時(shí)的實(shí)際產(chǎn)量比理論產(chǎn)量低。實(shí)際產(chǎn)量和理論產(chǎn)量之比,稱為電流效率。論產(chǎn)量之比,稱為電流效率。陰極電流效率陰極電流

11、效率NaOH實(shí)際產(chǎn)量實(shí)際產(chǎn)量=電解液堿濃度(電解液堿濃度(kg/m3)電解液體(電解液體(m3),),kgNaOH理論產(chǎn)量理論產(chǎn)量=KItn/1000,kg 例:某氯堿廠電解車間有例:某氯堿廠電解車間有60只電解槽在運(yùn)轉(zhuǎn)只電解槽在運(yùn)轉(zhuǎn),電解槽的電流強(qiáng)度為電解槽的電流強(qiáng)度為10000A,一晝夜可以生產(chǎn)電,一晝夜可以生產(chǎn)電解堿液解堿液164.2m3,電解液中,電解液中NaOH的濃度為的濃度為125g/L,計(jì)算陰極電流效率。計(jì)算陰極電流效率。陽極電流效率陽極電流效率6槽槽電壓電壓電解時(shí)電解槽的實(shí)際分壓電解時(shí)電解槽的實(shí)際分壓理論分解電壓理論分解電壓過電壓過電壓第一類導(dǎo)體中的電壓降第一類導(dǎo)體中的電壓降電

12、解質(zhì)溶液電壓降電解質(zhì)溶液電壓降膜電壓降膜電壓降接觸電壓降接觸電壓降 理論分解電壓理論分解電壓TnFQU0004. 0002. 1理在氯堿生產(chǎn)中,通常將電解食鹽溶液的理論分解電壓定在氯堿生產(chǎn)中,通常將電解食鹽溶液的理論分解電壓定為為2.3V。過電壓過電壓 電解時(shí)離子的實(shí)際放電電位要比理論放電電位高,這個(gè)電解時(shí)離子的實(shí)際放電電位要比理論放電電位高,這個(gè)差值被稱為過電位(或超電位)。用差值被稱為過電位(或超電位)。用K表示。表示。過電位的過電位的影響因素:影響因素:電極材料和電流密度。電極材料和電流密度。H2 、Cl2 、O2的超電位見表的超電位見表3-3。第一類導(dǎo)體中的電壓降第一類導(dǎo)體中的電壓降U

13、=IR=il其電壓降服從歐姆定律。其電壓降服從歐姆定律。影響因素:電流密度影響因素:電流密度 、 電阻率電阻率 、 導(dǎo)體長度導(dǎo)體長度 、導(dǎo)體溫度、導(dǎo)體溫度選擇電阻率小的材料做導(dǎo)體,并選擇合適的電流密度和盡量選擇電阻率小的材料做導(dǎo)體,并選擇合適的電流密度和盡量減少導(dǎo)體的長度,導(dǎo)體溫度不超過減少導(dǎo)體的長度,導(dǎo)體溫度不超過100。電解質(zhì)溶液中的電壓降電解質(zhì)溶液中的電壓降其電壓降也可用歐姆定律表示:其電壓降也可用歐姆定律表示:lUiil 影響因素:電流密度影響因素:電流密度 、 電導(dǎo)率(溫度和濃度)、陰極和陽極電導(dǎo)率(溫度和濃度)、陰極和陽極之間的平均距離之間的平均距離為了降低電解質(zhì)溶液中的電壓降,盡

14、量縮短兩電極之間的距離;為了降低電解質(zhì)溶液中的電壓降,盡量縮短兩電極之間的距離;提高電解質(zhì)溶液的濃度和溫度。生產(chǎn)中一般將氯化鈉溶液制成提高電解質(zhì)溶液的濃度和溫度。生產(chǎn)中一般將氯化鈉溶液制成飽和溶液,而電解槽內(nèi)鹽水溫度控制在飽和溶液,而電解槽內(nèi)鹽水溫度控制在9095。膜電壓降膜電壓降影響因素:膜的性質(zhì)影響因素:膜的性質(zhì) 、 電解液溫度、陰陽極液濃度電解液溫度、陰陽極液濃度接觸壓降接觸壓降 接觸電壓與接點(diǎn)的清潔程度以及接觸的緊密程度有接觸電壓與接點(diǎn)的清潔程度以及接觸的緊密程度有關(guān)。為了降低接觸電壓降,必須保證各連接點(diǎn)和面連關(guān)。為了降低接觸電壓降,必須保證各連接點(diǎn)和面連接緊密、接觸良好,保證接觸面清潔、平整。接緊密、接觸良好,保證接觸面清潔、平整。在槽電壓中,以理論分解電壓的數(shù)值最大,是構(gòu)成槽在槽電壓中,以理論分解電壓的數(shù)值最大,是構(gòu)成槽電壓的主要部分,其次是電解質(zhì)溶液和膜電壓降。電壓的主要部分,其次是電解質(zhì)溶液和膜電壓降。電壓效率電壓效率=100%理論分解電壓電壓效率實(shí)際分解電壓氯堿廠電解槽的電壓效率一般在60-65%之間。6電電能消耗能消耗1000QUW1000UIt(kWh)在工業(yè)生產(chǎn)中,欲降低電

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