Toshkent yangiyul poligraph service

Tokbo‘yicha unum rj (%yokibiming qandaydir ulushlarida) ushbu formula

asosida topiladi. Bunda, G_a - elektroliz natijasida amalda olingan mahsulot massasi; G_H - Faradey qonuni bo‘yicha nazariy olinishi mumkin bo‘lgan mahsulot miqdori (massasi). Mahsulotning nazariy massasi Faradeyning ikkala qonunini birlashtiruvchi formula asosida hisoblab topiladi.

_ Jt-A , ,, _ Jt-A

G„=—- = J т ■ E yoki G_H=—-— (3.4)

nh F

Bunda,/—tok kuchi (Amper); т — elektroliz vaqti (soat); A — ionning massasi yoki atom massa (g); n — ion zaryadi; F — Faradey soni; E — moddaning elektrokimyoviy ekvivalenti.

Energiyadan foydlanishi darajasi, ц (%), bu ayni miqdordagi moddani ajralib chiqishi uchun kerak bo'ladigan nazariy energiya miqdorining - Wn, amalda sarflangan faktik energiya miqdoriga - Wf bo‘lgan nisbati:

"=^¹⁰⁰ (3.5)

Elektroenergiyaning nazariy miqdorini (KVm C):

W=V_HJ-r=V_HQ (3.6)

formulasi orqali hisoblab topiladi. Bunda, Vn — elektrolit parchala- nishining nazariy kuchlanishi (Volt); (Q — elektr miqdori (Kl). (3.7)

Elektrodlarda nazariy kuchlanish anod (p , va katod ning (p к muvozanat potensiallari orqali topiladi.

V=4> -
_k (3.8)

n an к ^x '

Muvozanatdagi potensiallarning qiymatlari Nernst formulasi bo'yicha topiladi. U qiymatlar ma’lumotnomalarda berilgan. Elektrolizyorlarda nazariy kuchlanish,

ag;₉₈

" n F

formuladan foydalanib topiladi. Bu yerda, AG₂₉₈ ^- reaksiyaning erkin energiyasining o'zgarishi, j/mol. (AG ₂₉₈ ~ standart Gibbs eyengiyasi ham deyiladi).

Energiyaning haqiqiy (faktik) sarfi Wf elektroliz vannasiga beregan kuchlanishga bog‘liq bo‘ladi. Qaysiki, u har doim elektrodlaming qutublanishi sababli hamda Om birligidagi elektrolit, elektrodlar diafragmalar tok beruvchilar (uzatuvchilar) va boshqalarning qarshiligi sababli nazariysidan ko‘p bo‘ladi. Faktik energiya sarfi (W/ ni hisoblash uchun 3,5 formula bo‘yicha) quyidagi formula bo‘yicha topiladi:

W.=V_fJz=V_fQ (3.9)

3.9 va 3.6 formuladagi V_Hva ^larni qiymatlarini 3.5 formulaga qo‘yib

(3.10)

f

formulani keltirib chiqaramiz.

(3.10) formuladan kelib chiqadigan xulosa shundan iboratki, qanchalik tok bo'yicha unum ko‘p va elektrolizyorga berilgan kuchlanish qanchalik kam bo‘lsa, energiyadan foydalanish darajasi shunchalik katta bo‘ladi.

Sanoatda eritmalar elektrolizida turli ishlab chiqarishlarda tok bo‘yicha unum 60-90 % dan va energiyadan foydalanish darajasi 50—60 % dan oshmaydi. Suyuquqlanmalar elektrolizida esa tok bo'yicha unum 70—80 % ni tashkil etsa, energiyadan foydalanish eritma elektrolizidan ancha past bo‘ladi. Masalan, A1₂0₃ va kriolit suyuqlanmasi elektrolizining energiyadan foydalanish darajasi 30 % dan oshmaydi. Umumam olganda elektrokimyoviy ishlab chiqarish, energiyadan foydalanish darajasining kamligi bilan va demak, elektroliz mahsulotlarining, ayniqsa, metallarning tannarhini yuqoriligi bilan tavsiflanadi.

3. 
   §. Natriy xlor eritmasining elektrolizi
   

Natriy xlor (osh tuzi) nisbatan arzon xomashyo bo‘lganligi hamda uning elektrolizidan uchta (xlor, natriy gidrooksidi va vodo­rod) muhim sanoat mahsuloti olinishi sababli, shu bilan bir qatorda elektroliz jarayonining soddaligi tufayli uning eritmasini elektrolizi iqtisodiy jihatdan ancha samarali usul hisoblanadi.

Xlor normal sharoitda gaz — 34,1°C da suyuqlanadi, — 101, 6°C da muzlaydi. 0‘tkir hidli, sariq-yashil rangli, zaharli gaz. Xlor: xlororganik birikmalar (plastmassalar, erituvchilar, kauchuk, kimyoviy tola, zaharli kimyoviy birikmalar va boshqalar) olishda, metallurgiya (rudalami xlorlab kuydirishda), to'qimachilik, sellyuloza

• 
  qog‘oz sanoatlarida (oqartirish va tozalash uchun), ichimlik va oqova suvlarini tozalash, sterillash va boshqalarda juda keng qo‘llaniladi.
  

Elektrolizning ikkinchi mahsuloti natriy gidrooksidi bo‘lib, muhimligi jihatidan asosiy mahsulotdan (xlordan) qolishmaydi. Natriy gidrooksidi qattiq, oq rangli suvda yaxshi eriydi, 328°C da suyuqlanadi. Natriy gidrooksidi organik sintezda, sun’iy tola ishlab chiqarishda, sellyuloza va qog‘oz olishda, sovun va aluminiy ishlab chiqarishda, neftni qayta ishlash sanoatida keng ko'lamda ishlatiladi.

Elektroliz qilish uchun osh tuzining to‘yingan eritmasidan (305-310 g/1) sho'robadan foydalaniladi. Elektroliz ikki xil apparatda qattiq po'latli diafragmali yoki diafragmasiz suyuq simob katodli apparatlarda (elektrolizyorlarda) olib boriladi. Har ikkala holda ham uglerodli (grafitli) anod yoki sirti ruteniy oksidi bilan qoplangan titanli anod ishlatiladi. Bu ikkala usul katod bo‘shlig‘ida boradigan jarayonlar bilan bir-biridan farq qiladi. Elektroliz paytida qo'shimcha reaksiyalar ketishining oldini olish hamda elektroliz mahsulotlarini

ajralishi uchun qattiq katodli elektrolizyorlardan anod va katod fazasi bir-biridan g‘ovakli diafragma bilan ajratilgan bo‘ladi.

Oshtuzi eritmasini qattiq katodli elektrolizyorlarda elektrolizi.

Osh tuzining suvdagi to‘yingan eritmasida Na, H⁺, СГ va OH⁺ ionlari bo'ladi. Eritmadan doimiy tok o'tkazilganda bu ionlaming zaryadsizlanib ajralib chiqish tartibi elektrod potensiallarining kattaligi va bir-biriga bolgan nisbati bilan aniqlanadi. Natriy ionlarining po‘lat katodlarida qaytarilishi (zaryadsizlanishi) mumkin emas, chunki, bu jarayonning potensiali katta manfiy qiymatga ega (- 2,71 V). Shuning uchun katodda muvozanat potensiali kichik (- 0,415 V ga teng) bo‘lgan vodorod ajralib chiqadi.

2 H₂0 + 2 e -= H₂ + 2 О H

Katod bo‘shlig‘ida qolgan gidrooksid (a) ionlari natriy ionlari bilan birikib, natriy gidroksidinp hosil qiladi.

OH + Na⁺ -> Na OH (a)

Anodda esa xlor ajraladi:

2. 
   Ch -» Cl₂ + 2e (b)
   

Xlorning to‘yingan eritmada muvozanat potensiali gidrooksid ionnikidan katta.


0₂(0H) = 0,82 V;
- Cl₂ = 1,32 V

Ammo ko‘mir-grafitli yoki ruteniy oksidi bilan qoplangan anodlarda OH ioni katta o‘ta kuchlanish bilan zaryadsizlanadi, shuning uchun ham anodda gaz holda ajraladi. Natriy xlor eritmasini elektrolizini umumiy holda quyidagicha yozish mumkin:

2H₂0 + 2NaCl = Cl₂+H₂+2 Na OH

Amalda asosiy reaksiyalar bilan bir qatorda qo‘shimcha reaksiya ham ketadi. Anodda kislorod ajralib chiqadi.

20H +2e -» 0,50₂+ H₂0

Kislorod uglerodli elektrod bilan ta’sirlashib, C0₂ ga aylanadi. Anod bo‘shlig‘ida, xlorning suvda erishidan ikkilamchi reaksiyalar borib, gipoxlorit (NaCIO) va xlorat (NaC10₃), shuningdek, nitrat xiloridlar hosil bo‘ladi. Barcha bu qo‘shimcha reaksyalaming tok bo‘yicha asosiy mahsulotlar unumini hamda energiyadan foydalanish darajasini kamaytiradi.

83- rasmda uzluksiz ishlovchi, vertikal filtrlovchi diafragma elektrolizyor (vannasi) sxemasi berilgan. Vannaning korpusi asbestdan tayyorlangan filtrlovchi diafragma bilan katod va anod bo‘shliqlariga ajratilgan, diafragma, perforatsiyalangan (ko‘p teshiklar qilingan) po‘lat katodga yopishtirib qo‘yiladi. Anod bo‘shlig‘ida esa grafitdan yasalgan anod o‘rnatiladi.

Tozalangan sho'roba (rassol) anod bo‘shliqqa solinadi. Gidrostatik bosim tufayli u diafragmadan va katoddan filtrlanib o‘tadi. Elektr toki o'tgach, katodda vodorod ajralib vannadan chiqadi, anoddan esa xlor ajralib chiqadi. Katod bo‘shliqda natriy gidrooksidi hosil bo‘lib, vannadan uzluksiz chiqarib olinib turiladi. Hosil bo‘lgan xlor-gaz tarkibida 93—96 % xlor ushlaydi. U gaz 20°C haroratgacha sovitish yo‘li bilan quritiladi (bunda suv bug¹ lari kondensatlanadi) va kons, sulfat kislotasi bilan yuviladi.

So‘ngra xlor kerakli joylarga sintezlar uchun yuboriladi yoki 1—1,2 MPa bosimda uyharoratida yoki 0,3—0,6 MPa bosimda — 5—25°C gacha haroratda suyuqlantiriladi. Suyuq xlor maxsus ballonlar yoki sistemalarda kerakli joylarga tashiladi.

Katod mahsuloti (natriy gidrooksidi eritmasi) tarkibida 120—140 g/1 NaON va 170-180 g/1 parchalanmagan osh tuzi bo‘ladi. Eritma bug‘lantiriladi. Eritmada natriy gidrooksidining konsentratsiyasi ortishi bilan osh tuzi cho‘kmaga tushadi ( NaOH ning issiq suvda emvchanligi yuqori, osh tuzining eruvchanligi esa kam bo'lganligidan NaOH ning eritmda konsentratsiyasi ortishi bilan NaCl cho‘kmaga tushadi). Natriy gidrooksid eritmasi to'liq bug'lantirib, suyuq holda suvsiz natriy gidrooksid olinadi. U tarkibida 92—95 % NaOH va 2—

3. 
   % NaCl saqlaydi.
   

Natriy xlor eritmasini simob katodli elektrolizyorlarda elektroliz qilish. Simob katodli vannalarda katodda vodorod katta kuchlanish bilan ajralib chiqadi (simobli katodda H⁺ ionining zaryadsizlanish potensiali 1,7—1,85 V, temir katodda esa u 0,1415

• 
  ga teng). Natriy esa simobdan tez va osonlikcha ajraladi. Chunki natriy ionining simob katodida zaryadsizlanish potensali muvozanat potensialidan ancha kichik va u 1,2 V ga teng. Bu hodisa katodda kimyoviy birikma natriy amalgamasi hosil bo‘lishi bilan tushintiriladi. Natijada amalda simob katodda vodorod hosil bo'lmaydi, bunda quyidagi jarayonlar boradi:
  

Na⁺+e^_-»Na Na + nHg -»NaHg_n

Simob katodining ustida joylashgan grafit anodda xlor zaryadsizlanib, gaz holda ajralib chiqadi.

2C1- -2e^--»Cl₂

Natriy amalgamasi (0,1- 0,3 % Na saqlaydi) vannadan chiqarib olinadi va boshqa reaktorda issiq suv bilan parchalantiriladi. Bunda ham elektrokimyoviy reaksiya boradi va natriy gidrooksidi hamda vodorod gazi hosil bo‘ladi.

Na ->Na⁺ + e^_

Na⁺+OH -*NaOH H₂0+e->0H+0,5H₂

Simob katodli elektroliz usuli NaCl eritmasini juda qattiq tozalashni talab qiladi, chunki eritmada magniy, temir va boshqa metallarning bo‘lishi, simobli katodda vodorodning kuchlanishini pasaytirib yuboradi. Bu hoi katod jarayonini buzilishiga va portlashga olib keladi. Vodorod ionining zaryadsizlanishini kamaytirish uchun tok zichligi oshiriladi.

Simob katodli elektrolizyorlaming asosiy yutug‘i, bunda kimyoviy toza (tarkibida) NaCl boshqa begona aralashalari bo‘lmagan) yuqori konsentratsiyali ishqor olish mumkin bo‘ladi. Suvni elektroliz qilib vodorod olish ayniqsa, istiqbolli usuldir.

4. 
   §. Sintetik xlorid kislota ishlab chiqarish
   

Vodorod xloridi — o‘tkir hidli, rangsiz gaz, — 85°C da qaynay- di, suvda yaxshi eriydi (1 hajm suvda 20°C da 400—450 hajmda vodorod xlorid gazi eriydi).

Xlorid kislota — rangsiz yoki sarg‘ishroq rangli tiniq suyuqlik. Odatda konsentrlangan xlorid kislota 37 % li bo‘lib, zichligi 1,19 g/sm³.

Xlorid kislota kuchli bir negizli kislotadir. U turli xloridlarni olishda, metallami payvandlashda, bug‘ qozonlarini cho‘kindilardan tozalashda platina, oltin va kumushlaming gidrometallurgiyasida neft sanoatida — neftni qazib olishda qog‘ozni gidrolizlashda, terini oshlashda — uni charmga aylantirishda gazlamalarni bo'yashda, bo‘yoqlar ishlab chiqarishda, sirka kislota, plastmassalar ishlab chiqarishda va boshqalarda ishlatiladi.

Xlorid kislota XV asrning oxirida alkimyogar Vasiliy Valentin va XVI Anderiy Libaviy hayot malhamini (eleksir) qidirib, osh tuzi, achchiqtosh va mis kuporasini aralashtirib qizdirish orqali toza bo‘lmagan xlorid kislota olgan va uni «nordon spirt» deb atagan.

1658- yilda nemis olimi Glauber xlorid kslota olishning yangi usulini topdi, u osh tuzini konsentrlangan sulfat kislota bilan birga qizdirib ajralib chiqqan gazni suvga yuttirdi. Bu usul hozir ham laboratoriya va sanoatda xlorid kislota olishda qo‘llaniladi.

Xlorid kislota olish uchun vodorod xlorid gazini olish kerak. Vodorod xlorid turli yo‘llar bilan olinadi: 1. Sulfat usuli. Bu usulda 92—93 % li sulfat kislota 500—550°C haroratda osh tuziga ta’sir ettiriladi. Bunda 28—31 % li texnik xlorid kislota olinadi. Bu usul hozirgi paytda qo'llanilmaydi. 2. Vodorod xloridini sintez usuli 1920- yillarda paydo bo‘ldi. Bu usulga binoan xlor va vodorod gazlarining o‘zaro ta’siridan vodorod xloridi sintezlanadi. To'yingan uglevodorodlarni xlorlashda chiqindi sifatida vodorod xloridi hosil boMadi: RH+C1₂^RC1+HC1.

Hosil bo‘lgan vodorod xloridining konsentratsiyasi turlicha (odatda 25—30 dan 95—98 % gacha HC1 ) bo‘ladi. Uning tozaligi ham xlorlanadigan organik moddalaming tozalik darajasi, xossalari, reaksiyani olib borish sharoiti kabilarga bog‘liq bo‘ladi. Xlororganik mahsulotlar ishlab chiqarish to'xtovsiz o‘sib bormoqda va unda chiqindi sifatida hosil bo‘luvchi vodorod xloridi ham ko'paymoqda. Hozirgi paytda uning miqdori sintetik vodorod xloridiga nisbatan

5. 
   2,5 marta ko‘p.
   

Sintetik xlorid kislota olish uchun elektroliz usulida olingan xlor, vodorod bilan kontakt pechida (84- rasm) bevosita biriktiriladi. Pech o‘tga chidamli po'latdan yasalgan bo'lib, balandligi 6 m, diametri 1 m. Pechning ostki qismida yoqgich (gorelka) o‘matilgan. Yoqgich ikkita naychadan iborat bo'lib, biri ikkinchisining ichiga kirgan. Ichki nay orqali quruq xlor, tashqi nay orqali esa vodorod kelib, naydan chiqqan joyda ularqo'shiladi vayonadi. Natijada katta issiqlik ( 92,1 kj/mol) ajralib chiqadi. Alangasining harorati 2400°C ga etadi. Hosil bo‘luvchi vodorod xlorid gazini xlor bilan ifloslanishi- ning oldini olish maqsadida yoqgichga 5 % gacha ortiqcha vodorod yuboriladi.

Olingan vodorod xlorid suvga yuttirilib, xlorid kislotaga aylantiriladi yoki suyuq holatga o‘tkaziladi (Vodorod xloridni suyultirish uchun, u sovitgichlarda sovitiladi, bunda xlorid kislota bug⁴ lari kondensatlanadi. Keyin yanada quritish uchun sulfat kislota bilan sug‘orilib turuvchi minora orqali o‘tkaziladi. So‘ngra vodorod xloridi 100 atm. bosim bilan siqiladi va bir vaqtning o‘zida sovuq suvda sovitiladi. Suyulgan vodorod xloridi po'lat ballonlarda saqlanadi. Vodorod xloridini suvga yutilishi adiabatik sharoitda olib boriladi.

Vodorod xloridi po'lat gaz o'tkazish quvuri orqali o‘tib 200- 250°C gacha soviydi, so‘ngra yuttirish minorasining ostki qismidan kiradi. Minoraning ichida keramik xalqalardan iborat nasadka bo‘ladi. Bu minorada yutilmay qolgan vodorod xloridi, ikkinchi sanitar minorasiga yuboriladi. Unda 1 % li xlorid kislota hosil bo‘ladi. Yuttirish minorasining ostki qismidan issiq (70°C) 31 % li sintetik xlorid kislota chiqadi va u omborga yuboriladi. Apparatning mahsuldorligi 100 % li xlorid kislotaga aylantirib hisoblaganda 15 t/sutkaga teng. 1 t. sintetik xlorid kislota olish uchun 1 t. xlor gazi, 330 m³ga yaqin vodorod, 12-15 m³ suv va 15 -25 kvt/s. elekter energiyasi sarflanadi.

6. 
   BOB. METALL ISHLAB CHIQARISH VA UNI SINFLARGA AJRATISH
   

1.