Файл: Фиошин М.Я. Успехи в области электросинтеза неорганических соединений.pdf

Глава VI

ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРОЦЕССОВ ЭЛЕКТРОСИНТЕЗА НЕОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

Одной из основных тенденций развития существую­ щих промышленных методов электросинтеза неоргани­ ческих соединений является интенсификация процессов электролиза путем повышения плотности тока. При про­ чих неизменных технологических и конструктивных па­ раметрах процесса повышение электродных плотностей тока сопровождается увеличением напряжения на элек­ тролизере и, следовательно, повышением расхода элек­ троэнергии. С повышением плотности тока доля затрат на электроэнергию в себестоимости продуктов электро­ синтеза возрастает в тех или иных пределах, определяе­ мых ценами на электроэнергию. Однако повышение Электродной плотности тока сопровождается пропор­ циональным увеличением количества продукта, синте­ зируемого на единице поверхности электрода (если вы­ ход по току не уменьшается). Повышение производитель­ ности электролизера приводит к снижению капитальных затрат.

Таким образом, целесообразность интенсификации про­ цесса электросинтеза за счет повышения электродных плотностей тока можно оценивать как конечный экономи­ ческий эффект, достигаемый в результате конкуренции двух противоположно действующих факторов — повы­ шения расходов на электроэнергию и' снижения капи­ тальных затрат. Опубликовано сравнительно мало све­ дений, касающихся оценки экономической эффективности промышленных процессов электросинтеза. Наиболее под­ робно этот войрос рассмотрен в обзорной статье Лежендг ра [189], посвященной электрохимическому синтезу пер­ хлората натрия. В этой статье плотность тока на аноде I принята за независимую переменную. Другие параметры

процесса, необходимые для оценки экономичной плот­ ности тока*: материал анодов— платина или двуокись свинца, электроосажденная на графитовую основу; срок службы анода из двуокиси свинца 4 и 12 мес; конечная концентрация исходного хлората натрия 5 и 80 г/л.

Выходы перхлората натрия по току приняты следую­ щими (в %):

Расход электроэнергии на электролиз и ее стоимость, капиталовложения, издержки в результате износа ано­ дов и другие расходы выражаются как функции незави­ симой переменной /. Расход электроэнергии W (в кВт-ч) на 1 т перхлората легко подсчитать из стехиометрического уравнения

NaC103 + Н20 — 2е ----->- NaC104 + 2Н+

для напряжения U и выхода по току А (в %). Величина W может быть найдена с помощью следующего выра­ жения:

4,91/ • ІО2 w А

По дрнным Лежендра [189], dU/dl — 0,05, и для оп­ ределения зависимости напряжения от плотности тока выведено выражение:

(/ = 4 + 0,2 + 0,05/

где (4 + 0,2) — сумма напряжения на электролизере и падения на­ пряжения в контактах, В.

Подставив это значение 0 в уравнение расхода элек­ троэнергии W, получим формулу расчета этой величины при любой плотности тока /:

(20,58 + 0,245/) ІО2

Если стоимость 1 кВт-ч электроэнергии обозначить S, то стоимость электроэнергии С, затраченной на 1 т пер-

• * В цитируемой работе цены выражены в новых франках. Пересчет в рубли произведен на основании бюллетеня курсов ино­ странных валют.

188

В табл. 7 приведены результаты расчета расходов на электроэнергию, затрачиваемую на производство 1 т перхлорату, в зависимости от материала анода, выхода по току, конечной концентрации хлората натрия и анод­ ной плотности тока /.

ний от плотности тока необходимо учитывать стоимость анодов, расходы на эксплуатацию и сооружение электро­ лизеров для получения анодов из РЮ 2 и стоимость элек­

При стоимости 1 г платины 2,77 руб. (17 франков) и амортизации анода 8% ежегодный расход на аноды со­ ставит:

20 0,08-2,77 = 4,43 руб.

По данным, приведенным в цитируемой работе, рас­ ход платины на производство 1 т NaClOi, в зависимости от плотности тока / и выхода по току А, составляет

189

501AI. Следовательно, стоимость платинового анода К, отнесенная к 1 т конечного продукта, может быть опре­ делена как

На анодах из двуокиси свинца, электроосажденной на графитовую основу, расходы на производство 1 т пер­ хлората натрия составляют 2,6ІАІ руб. в расчете на 1 т NaC104 расходы на сооружение и эксплуатацию электро­ лизеров для изготовления анодов из РЬ02 приняты [189] 5 франков (0,81 руб.), стоимость электролизеров на на­ грузку 5 кА принята там же 1800 франков (293 руб.). Если амортизационные отчисления составляют 8%, то, приняв во внимание, что электролизер указанного типа ежегодно вырабатывает 6,7 АІ т перхлората, ежегодные

На основании приведенных здесь данных удельные капиталовложения (на 1 т NaClOJ можно определить сле­ дующим образом:

Лежендр [189] считает, что износ платиновых анодов прямо пропорционален плотности тока и обратно про­ порционален конечной концентрации хлората натрия с, а издержки R, связанные с износом платиновых анодов и отнесенные к 1 т NaC104, можно выразить следующим уравнением (нами пересчитано в рубли):

ß = 2,77 + 0,02/ +

190

В случае использования анодов из двуокиси свинца, электроосажденной на графитовую основу, издержки R' зависят от срока службы анодов т (в мес.) и для 1 т NaC104 могут быть подсчитаны по уравнению (в рублях):

Отсюда издержки R и R', связанные с износом анодов, в зависимости от конечной концентрации хлората с и срока службы т, можно вычислить по следующим фор­ мулам:

следующие статьи расхода, связанные с обработкой рас­ творов:

отделение хромата натрия, содержащегося в исход­ ном хлорате; эта операция необходима в случае приме­ нения анодов из двуокиси свинца. Затраты на очистку от хромата составляют 0,25 руб./т NaC104;

выделении перхлората; поэтому исходный хлорат, остав­ шийся после электролиза, можно разложить путем об­ работки бисульфитом натрия. При проведении этой опе­ рации расходы на реактивы составляют 1,3 руб./т NaC104.

Таким образом, расходы, связанные с обработкой раствора, могут быть представлены в следующем виде:

Расходы, связанные с упариванием растворов, опре­ деляют следующим путем. Если'выводимый из электроли­ зера раствор содержит 80 г/л N a tl0 3 и 1000 г/л ЫаСЮ4, то для получения 1 т перхлората натрия необходимо

191