Материальный расчет магниевого электролизера
При электролизе получается:
- магния-сырца
- магния в пересчете на 100% Mg (с учетом магния, перешедшегo в шлам)
- хлора (100% Cl2)
или
где 24,32 — атомный вес магния;
70,92 — молекулярный вес хлора;
22,4 — объем 1 кг*мол газа, приведенный к давлению 1 ат и температуре 0е С, м3.
Расчет ведем на 100 кг безводною карналлита. Принимаем следующие обозначения:
Aк — количество магния в безводном карналлите;
Ам — то же в металле-сырце;
Аш — то же в шламе;
Ав — то же в возгоне,
Ао — то же в отработанном электролите,
Бк — количество прочих солей (KCl+NaCl) в безводном карналлите,
Бм — то же в металле-сырце;
Бщ — то же в шламе;
Бв — то же в возгоне;
Бо — то же в отработанном электролите;
ам — выход магния-сырца из безводного карналлита;
ао — выход отработанного электролита из безводного карналлита;
ав — выход возгона из безводного карналлита;
ащ — выход шлама из безводного карналлита.
Баланс магния определяется уравнением
Баланс КСl + NaCl определяется уравнением
Умножая обе части обоих уравнений на 100, получим систему из двух уравнений, выражающих материальный баланс электролизера:
Подставляя в эти уравнения
где α — выход шлама;
β — выход возгона на единицу веса магния, и решая систему уравнений относительно ам получим
Подставляя значение ам во второе уравнение и решая его относительно ао получим
Для определения значения величин ам и ао вычислим из исходных данных значения величин, входящих в полученные выражения.
Магния в безводном карналлите содержится Ак, в том числе:
(95,24 и 40,32 — соответственно молекулярные веса хлористого магния и окиси магния).
Следовательно, в безводном карналлите содержится магния
Магния в металле-сырце содержится Ам = 97,0% (по условию).
Магния в шламе содержится Аш, в том числе:
Следовательно, в шламе содержится магния
Aш = 1,46 + 11,2 + 4,5 = 17,16%.
Магния в возгоне содержится Aв, т. е.
Aв = 50*24,32/95,24 = 12,77%.
Магния в отработанном электролите содержится Aо, в тем числе:
Следовательно, в отработанном электролите содержится магния
Aо = 1,46 + 0,03 = 1,52%.
Содержанке KCl + NaCl составляет:
а) в безводном карналлите
Бк = 43,2 + 12,0 = 55,2% (по условию);
б) в металле-сырце
Бм = 2,25 + 0,59 = 2,84% (по условию);
в) в шламе
Бш = 54,1 + 15,7 = 69,8% (по условию);
г) в возгоне
Бв = 40,0 + 10,0 = 50 0% (по условию);
д) в отработанном электролите
Бо = 74,4 + 19,8 = 94,2% (по условию).
Выход шлама на единицу веса магния составляет
α = аш/ам = 0,3 (по условию).
Определим выход возгона на единицу веса магния.
По условию на 1 нм3 анодного газа осаждается 0,115 кг возгона, тогда
Подставляя вычисленные значения в выражение для ам и ао получим:
- выход магния-сырца
- выход отработанного электролита
- выход шлама
- выход возгона
На каждые 100 кг загружаемого безводного карналлита из электролизера выгружается окиси магния:
Загружается окиси магния со 100 кг безводного карналлита
100,0*0,003 = 0,3 кг.
Увеличение количества окиси магния в электролите происходит за счет гидролиза некоторого количества хлористого магния при взаимодействии его с влагой воздуха по реакции
MgCl2 + H2O = MgO + 2НСl.
При этом:
- образуется хлористого водорода
- поглощается влаги из воздуха
- выход хлора составляет
Полученные данные сведены в табл. 31.
