CS250757B1 - Sposob regulácie optimálnej vzdialenosti elektrod - Google Patents

Abstract

Sposob regulácie optimálnej vzdialenosti elektrod, s výhodou při elektrolýze vodného roztoku chloridu sodného· na podklade merania vzdialenosti elektrod tak, že sa meria napatie pomocnej elektrody voči druhej pracovnej elektróde a namerané napatie sa vyhodnocuje s prevodovej charakteristiky napátia — vzdialenosť. Zo získanej hodnoty vzdialenosti sa potom nastavuje pracovná vzdialenosť elektrod. Vynález je možné využit pri elektrolytických pochodoch, hlavně v chemickom priemysle.

Description

Predmetom vynálezu je sposob regulácie optimálnej vzdialenosti elektrod, s výhodou pri elektrolýze vodného roztoku chloridu sodného na podklade merania vzdialenosti elektrod.

Elektrolytické pochody sa využívajú v priemyselnej praxi na výrobu dóležitých produktov. Najvýznamnejšie je využitie elektrolýzy pre výrobu NaOH a Cl2 elektrolýzou vodného roztoku NaCl. Lúh sodný a chlór sa elektrolyticky vyrábajú dvojakým sposobom, a to s pevnou katodou a ortuťovou katodou. Pre priemyselnú prax v ČSSR je významnější postup s ortuťovou katodou. Výhodou ortuťovej metody je vysoká koncentrácia získaného luhu sodného, jeho čistota, najma nízký obsah chloridov.

Základné pochody v elektrolyzére s ortuťovou katodou sú nasledujúce:

na katodě:

Na⁺ + e---Na

Na + nHg---> NaHg na anóde:

Cl + e---> Ϋ2 Cl²

Depolarizácia iontu Na⁺ je spósobená tým, že sodík vytvára s ortuťou amalgám, ktorý sa v přebytku ortuti rozpúšťa a difunduje z povrchu katody do hlbších vrstiev. Rýchlosť depolarizácie, t. j. odstránenie sodíka z povrchovej vrstvy je obmedzené. Je preto prirodzené, že potenciál amalgámovej elektrody bude závisieť na hustotě prúdu a teplote. Za určitých podmienok elektrolýzy je možné dosiahnúť také obohatenie povrchovej vrstvy amalgámom sodíka, že katodový potenciál vzrastie na hodnotu vylučovacieho potenciálu vodíka a tento sa vylučuje v značnom množstve.

Táto skutočnosť je spósobená nielen tým, že vylučovací potenciál vodíkových iontov sa stává zápornějším, ale i tým, že prepatie vodíka je na vodíkovej amalgáme nižšie než na čistej ortuti a zníženie prepatia je úměrné koncentrácii amalgámu.

U ortuťových elektrolyzérov priemyselnej konštrukcie je snaha, aby elektrody bolí čo najbližšie pri sebe a tým sa zmenšili straty napátia v elektrolyte. Ak sú však elektrody od seba vzdialené niekofko milimetrov, dosiahne elektrolyt nasýteý na anóde chlórom 1'ahko katodu a chlór sa redukuje podlá schémy:

CI2 + 2e---> 2 Cl^-

Redukciou chlóru sa stráca prúd, t. j. zmenšuje sa prúdový výťažok tak z amalgámu, ako i z chlóru. Zvýšenie teploty vzhfadom k zníženiu rozpustnosti chlóru v elektrolyte má priaznivý vplyv na výtažky.

Vplyvom spomínaných dalších vedfajších reakcií sa znižujú výtažky elektrolýzy. Prúdové výtažky při grafitových elektrodách sa pohybujú v hraniciach 90 až 95 %. S ciefom zefektivnit proces ortuťovej elektrolýzy sa používajú v poslednom období namiesto grafitových anod, titánové anody.

Pri elektrtolytických dejoch, například pri elektrolýze chloridu sodného, podstatnú část nákladov představuje spotřeba elektrickej energie. Preto je snaha tieto náklady maximálně znížiť, optimalizovat proces s ciefom přiblížit sa k teoretickej spotrebe energie.

Zníženie týchto nákladov možno uskutočniť tak, že přechodové odpory vodičov a elektrolytu sa znížia na minimálně možné hodnoty. Přechodové odpory spojov sú závislé od konštrukcie samotného elektrolyzéra a přechodový odpor elektrolytu je závislý od teploty a koncentrácie.

Dalšia veličina, a to vzdialenosť elektrod počas prevádzky elektrolyzéra sa v procese mění, pričom dodržanie optimálnej vzdialenosti má značný vplyv na hospodárnost elektrilýzy. Změna o 1 mm v medzielektródovej vzdialenosti od optimálnej hodnoty má za následok v případe zníženia vzdialenosti priebeh nežiadúcich parazitných elektrochemických reakcií, v opačnom případe sa zvýši celkové napátie elektrolyzéra a v každom případe to znamená straty elektrickej energie.

Z uvádzaných dóvodov má velký význam udržiať optimálnu medzielektródovú vzdialenosť počas prevádzky vo velmi úzkej oblasti nie viac ako 0,1 mm. V tomto smere sú popísané údaje Bertoni a spol. z fy Mondedison Taliansko k číslicovému riadeniu elektrochemickej výroby.

Uvedený sposob spočívá v tom, že počítač om je uvádzaná regulácia medzielektródovej vzdialenosti na základe prevádzkových hodnot (prúdové zaťaženie, tepelný spád pozdíž elektrolyzéra a koncentrácia elektrolytu).

Tento sposob však nezohíadňuje ďalšie faktory, ktoré tiež ovplyvňujú optimálny chod elektrolyzéra a může to vyvolat i 0pačný účinok vzhfadom na výtažky. Spofahlivým postupom na udržanie zvolenej optimálnej medzielektródovej vzdialenosti je priame meranie tejto vzdialenosti počas prevádzky elektrolyzéra a jej automatická regulácia, nakofko ostatně ovplyvňujúce veličiny sú regulované na optimálnej hodnotě už pri vstupe do elektrolyzéra (koncentrácia solanky, teplota, prúdové zaťaženie).

Predmetom vynálezu je sposob regulácie optimálnej vzdialenosti elektrod, s výhodou pri elektrolýze vodného roztoku chloridu sodného, na podklade merania vzdialenosti elektród tak, že sa meria napátie pomocnej elektródy voči druhej pracovnej elektróde a namerané napátie sa vyhodnocuje z prevodovej charakteristiky napátie — vzdialenosť a z následné získanej hodnoty vzdia250757 lenosti sa nastavuje pracovná vzdialenosť elektrod.

Využitím zlomovej časti prevodovej charakteristiky sa získá dostatočný a spolahlivý signál, použitelný na reguláciu vzdialenosti elektrod vo velmi úzkej oblasti s presnosťou 0,1 mm.

Výhodné je využit pomocná elektrodu tak, že elektrolyzér je pozdlžne rozdělený na štyri segmenty, ktoré sú samostatné ovládané servomotorom na základe merania pomocnej elektrody, pričom vzdialenosť sa meria v střede segmentu a na oboch okrajoch. Pokial' sa používajú titánové elektrody, kedy dochádza k minimálnemu opotrebovaniu anod, možno dodržať spolahlivo predpísanú vzdialenosť.

Ďalšie možnosti umiestnenia pomocnej elektrody sa konstrukčně riešia podlá danej zostavy elektrolyzéra a najma jeho anod.

Na obrázku 1 je uvedená závislost potenciálu indikačnej elektrody na vzdialenosti od katody pri róznom zatažení elektrolyzéra, pričom je prúdová hustota 30 A/dm^{* 2}, je prúdová hustota 35 A/dm², je prúdová hustota 40 A/dm² a je prúdová hustota 45 A/dm².

Příklad 1

Změna potenciálu pomocnej elektrody pri prúdovej hustotě 40 A/dm² v závislosti na vzdialenosti od katody má nasledujúci priebeh:

Vzdialenosť indikač- Napatie pomocnej nej elektrody do elektrody (V) katód (mm)

3,6

3,4

3,2

3,1 lim. hod. 3,05

0,001

Potenciál pomocnej elektrody sa mění v závislosti na zatažení elektrolyzéra alebo od izolačných vlastností bublin, vznikajúcich počas elektrolýzy, ale len do limitnej hodnoty. Avšak v momente skratovania, potenciál náhle poklesne na určitú minimálnu hodnotu, ktorá je konštantná ia závisí od vnútorného odporu meracieho systému. Zbytkové napatie teda nie je ovplyvnené zatažením elektrolyzéra alebo dalších závislých veličin (koncentrácia elektrolytu). Nameraný náhlý pokles potenciálu je možné výhodné využit ako primárný signál pre reguláciu a meranie medzielektródovej vzdialenosti.

Claims (1)

1. P R E D Μ E T

   Sposob regulácie optimálnej vzdialenosti elektrod, s výhodou pri elektrolýze vodného roztoku chloridu sodného, na podklade merania vzdialenosti elektrod vyznačujúci sa tým, že sa meria napatie pomocnej elekVYNALEZU tródy voči druhej pracovnej elektróde a namerané napatie sa vyhodnocuje s prevodovej charakteristiky napatie — vzdialenosť a z následné získanej hodnoty vzdialenosti sa nastavuje pracovná vzdialenosť elektrod.