Спосіб електрохімічного отримання сірчаної кислоти

Реферат: Спосіб електрохімічного отримання сірчаної кислоти електрохімічним методом шляхом її концентрування в анодній області двокамерного електролізера з аніонною мембраною при утилізації сірчанокислого електроліту. Вихідний розчин кислоти з концентрацією 1-10 % отримують при електрохімічному знесоленні розчину сульфату натрію та концентрують її до 3640 % в двокамерному електролізері в анодній області. UA 101916 U (12) UA 101916 U UA 101916 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до методів знесолення води електрохімічним методом з отриманням сірчаної кислоти і може бути використана при знесоленні природних та стічних вод, що містять сульфати. Відомі методи демінералізації води основані на електрохімічному розкладі солей в трикамерному електролізері, який містить катодну камеру, анодну камеру та розміщену між ними центральну камеру, відділену від катодної камери катіонною мембраною, а від анодної камери - аніонною мембраною. Воду пропускають через центральну камеру, де відбувається знесолення води. В катодній камері накопичується розчин лугу, в анодній камері - розчин сірчаної кислоти (Анализ условий получения H2SO4 и NaOH из растворов сульфата натрия методом электродиализа / Б.Писарска, Р.Дылевски // Журнал прикладной химии. - 2005. - Т. 28, Вып. 8. - С. 1311-1316). До недоліків методу слід віднести незначну концентрацію лугу та сірчаної кислоти, які не перевищують 10 %. Реагентам з такими концентраціями важко знайти застосування. Утилізація їх є також складною проблемою. Найближчим за технічною суттю до корисної моделі є спосіб електрохімічного отримання сірчаної кислоти електрохімічним методом шляхом її концентрування в анодній області двокамерного електролізера при переробці відпрацьованих сірчанокислих електролітів (Пат. України 8093, МКИ Н01M 10/06, С01B17/90, опубл. 15.07.2005, Бюл. №7) До недоліків цього методу слід віднести те, що в катодній камері розміщують електроліт з концентрацією 34 %, а в анодній камері розчин сірчаної кислоти концентрацією 0,5 % і підвищують її концентрацію лише до 22-32 %. Крім цього в процесі утворюються кислі розчини, які направляють на нейтралізацію, що призводить до утворення засолених відходів. В основу корисної моделі поставлена задача отримання 36-40 % - х розчинів сірчаної кислоти при очищенні води від сульфату натрію. Поставлена задача вирішується тим, що в способі отримання сірчаної кислоти шляхом її концентрування в анодній камері двокамерного електролізера, згідно з корисною моделлю, при очищенні води від сульфату натрію в трикамерному електролізері отримують розчин сірчаної кислоти концентрацією 1-10 % та концентрують її повторним електролізом до 35-40 %. Суть способу полягає в тому, що при розкладі сульфату натрію в центральній камері трикамерного електролізера, що відділена від катодної камери катіонною мембраною, а від анодної камери аніонною мембраною, наряду із очищенням води від сульфату в центральній камері відбувається утворення лугу в катодній камері та кислоти в анодній камері. Концентрація реагентів не перевищує 10 %. При повторному електролізі кислого розчину в двокамерному електролізері, концентрація сірчаної кислоти в анодній області зростає до 36-40 %, а в катодній області знижується до 0,001-0,1 %. Спосіб реалізується наступним чином. Розчин сульфату натрію розміщують в центральну камеру описаного вище трикамерного електролізера. В процесі електролізу відбувається очищення води з утворенням лугу в катодній камері та сірчаної кислоти в анодній камері. Концентрація реагентів сягає 1-10 %. При цьому розчини в центральній камері після очищення змінюють на вихідні після зниження концентрації сульфату натрію до заданого рівня. Луг та кислоту з катодної та анодної області відбирають при досягненні концентрації 5-10 %. Аноліт з концентрацією сірчаної кислоти до 10 % розміщають в катодній і анодній камері двокамерного електролізера для повторного електролізу. Після проведення електролізу католіт із кислотністю 0,001-0,01 % відбирають і заповнюють ним анодну камеру трикамерного електролізера. Катодну камеру двокамерного електролізера заповнюють анолітом трикамерного електролізера з концентрацією кислоти 5-10 %. Аноліт з двокамерного електролізера відводять при досягненні концентрації кислоти 36-40 %. Про ефективність процесу електрохімічного отримання сірчаної кислоти можна судити з наведеного прикладу. Приклад: В центральну камеру трикамерного електролізера поміщали розчин сульфату 3 натрію концентрацією 32 та 150 г/дм . В катодну камеру, відділену катіонною мембраною МК-40 3 додавали розчин лугу концентрацією 1 мг-екв/дм , в анодну камеру відділену аніонною мембраною МА-40 додавали розчин сірчаної кислоти концентрацією 1 мг-екв/дм. Катод пластина із нержавіючої сталі, анод - свинцева пластина. Електроліз проводили при щільності 2 струму 3,97 та 6,62 А/дм . Розчин в центральній камері замінювали при зниженні концентрації сульфату натрію до 50-200 мг/дм'. Луг з катодної області відбирали при досягненні концентрації 4-5 %, кислоту з анодної області відбирали при досягненні концентрації 5-10 % (Результати приведені в табл. 1). Кислоту з концентрацією 5-10 % поміщали в обидві камери двокамерного електролізера (аніонна мембрана МА-41). Електроліз проводили при щільності струпу 9,09 1 UA 101916 U А/дм" до досягнення концентрації сірчаної кислоти в анодній камері 36-40 %, постійно подаючи в катодну камеру розчин кислоти з концентрацією 5-10 %. Результати приведені в таблиці 2. Таблиця 1 Залежність кислотності (лужності) анодного та катодного розчинів від часу електролізу розчину 3 сульфату натрію (С = 32 г/дм ), щільності струму і типу електролізера Час Кількість електролізу, камер t, год. 3,5 3 4,0 3 3,5 3 4,5 3 4,0 3 5,0 3 6,0 2 7,0 2 Мембрана І, А/дм 3,97 3,97 3,97 3,97 3,97 6,62 3,97 3,97 2 Катіонна МК-40 МК-40 Катодна зона Анодна зона 3 3 Л, мг-екв/дм К, мг-екв/дм Аніонна В, % В, % І II І II 1 437 55,6 1 426 54,2 437 828 43,6 426 715 32,4 828 1096 34,2 715 987 34,7 МА-40 1096 1448 34,9 987 1301 31,2 1448 1751 33,8 1301 1571 30,1 9 1012 53,6 1 824 44,1 МА-40 9 346 25,7 1 468 34,7 9 400 24,9 1 446 28,4 І - перед електролізом II - після електролізу Таблиця 2 Концентрування сірчаної кислоти в анодній камері двокамерного 2 електролізера (мембрана МА-41) (j=9,09 А/дм ) Час, год. 0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 12,00 14,00 16,00 18,00 20,00 22,00 24,00 26,00 28,00 Концентрація в анодній області 3 мг-екв/дм % 1,00 4,8 1,74 8,35 2,52 12,10 3,28 15,74 3,93 18,86 4,49 21,55 5,01 24,05 5,49 26,35 5,94 28,51 6,34 30,43 6,69 32,11 7,02 33,70 7,24 34,75 7,40 35,52 7,50 36,00 Концентрація в катодній області мг-екв/дм % 1,00 4,80 0,84 4,03 0,90 4,32 0,90 4,32 0,96 4,61 0,65 3,12 0,99 4,75 0,77 3,70 1,00 4,80 0,82 3,94 0,94 4,51 0,77 3,70 0,95 4,56 0,81 3,89 1,00 4,80 В, % 0,00 49,73 52,42 51,08 43,68 37,63 34,95 32,26 30,24 26,89 23,52 22,20 14,78 10,75 6,72 5 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 Спосіб електрохімічного отримання сірчаної кислоти електрохімічним методом шляхом її концентрування в анодній області двокамерного електролізера з аніонною мембраною при утилізації сірчанокислого електроліту, який відрізняється тим, що вихідний розчин кислоти з концентрацією 1-10 % отримують при електрохімічному знесоленні розчину сульфату натрію та концентрують її до 36-40 % в двокамерному електролізері в анодній області. Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2