氯碱生产中,电解槽整流运行的电流效率如何计算?

2024-11-15 11:52:18
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回答1:

  一、电流效率

  在电解过程中,通过一定电量时,生成物的“实际产量和理论产量”之比称为电流效率。

  η=G实际/G理论×100%

  电解溶液中常含有一些其他离子,当这些离子放电时要消耗一部分电能,电解时发生的副反应以及电荷漏电等因素也要消耗电能。因此电流效率常小于1。分为阴极电流效率和阳极电流效率。

  通常计算阴极电流效率:η阴=G实际/G理论×100%

  式中:G理论=K·I·t·n/1000      (kg)

  G实际=电解液浓度g(kg/m3)×体积V(m3)   (kg)

  K为电化当量:

  氯的电化当量:KCl2=35.46/26.8=1.323 g/(A·h)

  氢的电化当量:KH2=1.08/26.8=0.0376 g/(A·h)

  氢氧化钠电化当量:KNaOH=40/26.8=1.492 g/(A·h)

 

  阳极电流效率:从电解反应知,阳极上的析O2反应,是与析Cl2反应相竞争的主要电化学副反应,它可使阳极电流效率下降2~4%,

  • 2H2O→O2+4H++4e-…………(1-9)

  或 4OH-→ O2+2H2O+4e-……(1-10)

  这个电极反应的速度与电极材料、电解条件等密切相关。

  此外,阳极析出的氯气,不可避免地有部分溶解在阳极液中,生成次氯酸钠和盐酸:Cl2+H2O H++Cl-+HClO

  当阴极生成的碱,由于扩散等原因进入阳极液中,次氯酸被中和,生成易解离的次氯酸盐:HClO+ OH- →ClO-+ H2O

  这时次氯酸根将在阳极上氧化,生成氯酸根并析出氧气。

  6ClO-+3H2O→2ClO3-+4Cl-+6H++3/2O2+6e-······(1-13)

  此外,在阳极液中生成的HClO还会进行化学反应生成氯酸盐:

  HClOH++ClO-················(1-14)

  2HClO+ClO-→ ClO3-+2H++2Cl-······(1-15)

  上述这些反应使阳极生成的氯,阴极生成的碱,都由于副反应而白白消耗掉,降低了电流效率和产品纯度,特别是阳极液中的OH-增高时,这些副反应更严重。将阳极和阴极产物分开,降低阳极液中的OH-含量,是提高电解过程电流效率的关键。设法提高阳极析O2过电位,降低析氯主反应过电位,是提高电流效率的又一措施。影响电流效率的因素有:盐水质量、盐水温度、电解液浓度(碱液盐碱比)、隔膜吸附质量、电流密度大小、电流波动、电槽绝缘情况等。

二、 电压效率

  理论分解电压与实际槽电压之比称为电压效率,它总是小于1。

  槽电压直接影响直流电耗,槽电压由以下几部分组成:

  V=V0+η阳+|η阴|+ΣIR·················(1-16)

  式中:V0——理论分解电压,当工作电流为零时的槽电压,可由热力学计算。

  η阳——阳极过电位。

  |η阴|——阴极过电位绝对值。

  ΣIR——电流流过电解槽各部分时的欧姆电压降总和。

  槽电压由阴极电极电位、阳极电极电位、阴极过电压、阳极过电压、溶液压降、隔膜压降、金属导体压降组成。

  因此,可通过选择和研制新型电极材料、隔膜材料、调整极距、提高电解液温度和浓度,控制适宜的电流密度,设计合理的电槽结构等来降低槽电压,以提高电压效率,降低电耗。

回答2:

 一、电流效率
  在电解过程中,通过一定电量时,生成物的“实际产量和理论产量”之比称为电流效率。
  η=G实际/G理论×100%
  电解溶液中常含有一些其他离子,当这些离子放电时要消耗一部分电能,电解时发生的副反应以及电荷漏电等因素也要消耗电能。因此电流效率常小于1。分为阴极电流效率和阳极电流效率。
  通常计算阴极电流效率:η阴=G实际/G理论×100%
  式中:G理论=K·I·t·n/1000 (kg)
  G实际=电解液浓度g(kg/m3)×体积V(m3) (kg)
  K为电化当量:
  氯的电化当量:KCl2=35.46/26.8=1.323 g/(A·h)
  氢的电化当量:KH2=1.08/26.8=0.0376 g/(A·h)
  氢氧化钠电化当量:KNaOH=40/26.8=1.492 g/(A·h)
  阳极电流效率:从电解反应知,阳极上的析O2反应,是与析Cl2反应相竞争的主要电化学副反应,它可使阳极电流效率下降2~4%,
2H2O→O2+4H++4e-…………(1-9)
  或 4OH-→ O2+2H2O+4e-……(1-10)
  这个电极反应的速度与电极材料、电解条件等密切相关。
  此外,阳极析出的氯气,不可避免地有部分溶解在阳极液中,生成次氯酸钠和盐酸:Cl2+H2O H++Cl-+HClO
  当阴极生成的碱,由于扩散等原因进入阳极液中,次氯酸被中和,生成易解离的次氯酸盐:HClO+ OH- →ClO-+ H2O
  这时次氯酸根将在阳极上氧化,生成氯酸根并析出氧气。
  6ClO-+3H2O→2ClO3-+4Cl-+6H++3/2O2+6e-······(1-13)
  此外,在阳极液中生成的HClO还会进行化学反应生成氯酸盐:
  HClOH++ClO-················(1-14)
  2HClO+ClO-→ ClO3-+2H++2Cl-······(1-15)
  上述这些反应使阳极生成的氯,阴极生成的碱,都由于副反应而白白消耗掉,降低了电流效率和产品纯度,特别是阳极液中的OH-增高时,这些副反应更严重。将阳极和阴极产物分开,降低阳极液中的OH-含量,是提高电解过程电流效率的关键。设法提高阳极析O2过电位,降低析氯主反应过电位,是提高电流效率的又一措施。影响电流效率的因素有:盐水质量、盐水温度、电解液浓度(碱液盐碱比)、隔膜吸附质量、电流密度大小、电流波动、电槽绝缘情况等。
二、 电压效率
  理论分解电压与实际槽电压之比称为电压效率,它总是小于1。
  槽电压直接影响直流电耗,槽电压由以下几部分组成:
  V=V0+η阳+|η阴|+ΣIR·················(1-16)
  式中:V0——理论分解电压,当工作电流为零时的槽电压,可由热力学计算。
  η阳——阳极过电位。
  |η阴|——阴极过电位绝对值。
  ΣIR——电流流过电解槽各部分时的欧姆电压降总和。
  槽电压由阴极电极电位、阳极电极电位、阴极过电压、阳极过电压、溶液压降、隔膜压降、金属导体压降组成。
  因此,可通过选择和研制新型电极材料、隔膜材料、调整极距、提高电解液温度和浓度,控制适宜的电流密度,设计合理的电槽结构等来降低槽电压,以提高电压效率,降低电耗。