CC BY
32Д.Ш. Магомедоеа, З.М. Алиев. Растворимость газообразного хлора при повышенных давлениях и температурах в разбавленных растворах хлорида натрия
УДК 541.8
Растворимость газообразного хлора при повышенных давлениях и температурах в разбавленных растворах хлорида натрия
Д.Ш. Магомедоеа, З.М. Алиев
Повышение эффективности использования энергии и сбережения сырья в различных отраслях промышленного производства связано с внедрением перспективных методов и технологий.
В настоящее время широкомасштабное применение в народном хозяйстве находят хлор и его соединения в качестве растворителей, дезинфицирующих соедине-ний; полимерных продуктов, катализаторов в химических синтезах.
В связи с расширением ассортимента хлорпродуктов и внедрением технологий их получения актуальной проблемой становится интенсификация химических и электрохимических процессов, протекающих с участием газообразного хлора.
Хлориды щелочных и щелочноземельных металлов находят широкое применение при получении различных хлорсодержащих неорганических и органических соединений [1, 2].
Известно, что применение высоких давлений способствует увеличению растворимости газообразного вещества, возможности проведения процесса при повышенной температуре и в конечном итоге приводит к ускорению химических реакций, протекающих между различными фазами [3, 4].
В работе [5] установлено влияние давления газообразного хлора на кинетику и механизм протекания электродных процессов, на физико-химические процессы, сопровождающие электролиз: растворимость электропроводность, газонаполнение. рН
(■Г-~, Г,:'
Исследования растворимости газообразного хлора при 100 и 120 С в растворе хлорида натрия с концентрацией 280 г/л в интервале давлений 0,05-0,6 МП а показали, что в области малых давлений растворимость возрастает нелинейно [6]. Аналогичная зависимость растворимости хлора от давления наблюдается в чистой воде. Однако полученные для рассола с концентрацией хлорида натрия (300 г/л) данные свидетельствуют о том, что растворимость хлора прямо пропорциональна давлению [7].
Растворимость хлора при комнатной температуре и давлениях 0,1-0,6 МПа в хлоридах щелочных металлов, соляной и хлорной кислотах изучена в работах [8-11]. Установлено, что в растворах хлоридов (МС!Х) растворимость хлора линейно изменяется с давлением и природа катиона мало влияет на растворимость [12]. С повышением концентрации электролитов растворимость хлора уменьшается. Однако систематические исследования по влиянию давления хлора, особенно при повышенных температурах, в широком интервале концентраций хлорида натрия не проводились.
В предлагаемой статье приведены экспериментальные данные по растворимости газообразного хлора под давлением в растворах хлоридов натрия и калия при повышенных температурах и в интервале концентраций хлорида натрия 0,1 - 1,0 м/л.
Методика эксперимента. Экспериментальные данные по растворимости газообразного хлора под давлением при повышенных температурах были получены следующим образом: сжатый хлор, очищенный в промежуточном автоклаве, пропускали под давлением в сосуд высокого давления из титанового сплава, устойчивого в атмосфере влажного хлора. В автоклаве находился фторопластовый стакан с соответствующим раствором электролита. Автоклав рассчитан на давление до 20 МПа. Во избежание соприкосновения отбираемой пробы с металлом сконструирован вентиль из фторопласта с трубкой, доходящей до дна сосуда с электролитом. Перемешивание раствора под давлением осуществлялось на обычной лабораторной магнитной ме-
ХИМИЯ Д Ш. Магомедова, З.М. Алиев. Растворимость газообразного хлора при повышен-
ных давлениях и температурах в разбавленных растворах хлорида натрия
шалке. После насыщения раствора газом ячейку термостатировали, в результате чего в системе устанавливалось равновесное давление, соответствующее данной температуре. Первая проба раствора при каждом замере сбрасывалась в стакан с щелочью натрия. После чего по узкой фторопластовой трубке пропускали раствор из автоклава в градуированную пробирку с йодистым калием.
Определение концентрации растворенного хлора производилось по следующей методике. При подкислении анализируемой пробы раствора протекают следующие реакции:
С12 + 2Г —> 12 + 2С1';
НСЮ + 2Г + Н 12 + СГ+Н20;
СЮ " + 21 + 2Н ► !2 + СГ+Н20.
Выделившийся йод оттитровывают тиосульфатом натрия в присутствии крахмала. Концентрацию растворенного хлора определяют по уравнению;
оК • 0.3 5 5 • 1 ООО
л. —-1-----.
V
где: Х- концентрация хлора, (мг/л); V- объем анализируемой воды, мл; К- поправочный коэффициент для приведения концентрации раствора тиосульфата натрия к точно 0,01 Н; а-объем раствора Ма23203) который идет на титрование.
Экспериментальные результаты. На рисунках 1-3 представлены экспериментальные данные растворимости газообразного хлора при повышенных давлениях и температурах в водных растворах хлорида натрия.
я. г/л
16
12 ^
о
С р.''
. ' о . ■■
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8 Р, МПа
Рис. 1. Растворимость хлора под давлением в 0,1 М растворе ЫаС1 при температурах (°С) 1 -20, 2-30, 3 - 40, 4 - 60, 5 - 80
Д.Ш. Магомвдова, З.М. Алиев. Растворимость газообразного хлора при повышенных давлениях и температурах в разбавленных растворах хлорида натрия
Б, Г/Л 16
12
о
/ о
о..--®
О.0
О 0,0
0,4
0.8
1,2 Р, МПа
Рис. 2 Растворимость хлора под давлением в 0,5 Ы растворе ЫаС! при температурах (°С) 1-20, 2-30, 3 - 40, 4 - 60, 5 - 80
г/Л 12
10
8 6 , 4 ■ 2
<Ъ
• ' О
о 0 . . о
. о-
0.0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0 1,2 Р, МПа
Рис. 3. Растворимость хлора под давлением в 1 М растворе ЫаС! при температурах (сС) 1-20, 2-30, 3-40, 4-60, 5 - 80
Как видно из рисунков 1-3, растворимость хлора линейно изменяется от давления газообразного хлора при постоянной температуре, увеличиваясь с ростом давления для каждой концентрации электролитов. С повышением концентрации электролитов растворимость хлора уменьшается, что объясняется теорией Сеченова по влиянию солей на растворимость газообразных веществ. Существование такого рода зависимости диктуется представлением об образовании ионных зон, превышающих соот-
Д.Ш. Магомедова, З.М. Алиев. Растворимость газообразного хлора при повышенных давлениях и температурах в разбавленных растворах хлорида натрия
ветствующее число молекул растворителя, что должно уменьшать растворимость газов с увеличением концентрации электролитов. С повышением температуры в замкнутом пространстве растворимость газа уменьшается, давление возрастает, Однако растворимость газа в жидкости в этих условиях в несколько раз больше, чем при той же температуре при низкой величине давления.
Литература
1. Якименко J1.M. Производство хлора, каустической соды и неорганических хлорпро-дуктов. - М.: Химия, 1974. - 600 с.
2. Ошин Л.А. Промышленные хлорорганические продукты. - М.: Химия, 1978. - 656 с.
3. Давыдов А.Д., Энгельгардт Г.Р. Методы интенсификации некоторых электрохимических процессов // Электрохимия. 1988. Т. XXIV. Вып. 1. - С. 3-17.
4. Алиев З.М., Смирнов В.А. Зависимость газонаполнения электролитов от давления И Журн. прикл. химии. 1975. Т. 48. - С. 2072.
5. Алиев З.М., Смирнов В.А., Ихласова Б.И., Семченко В.Д., Смирнова М.Г. Разработка и исследование электрохимических процессов с участием газообразных веществ под давлением // Тезисы докладов VI Всесоюзной конференции по электрохимии, 21-25 июня. - М., 1982. - С. 300.
6. Коган В.Б., Сафронов В.М. Исследование газонаполненных электролитов // Ж. прикладной химии. 1954. № 2. - С. 94.
7. Ротинян А.Л., Алойц В.М. Газонаполнение при электролизе воды // Ж. прикладной
химии. 1957. Т. 30, № 12. - С. 1781-1785.
8. Серебрянский Ф.З. Исследование процесса электролиза воды под давлением в промыш-
ленных в электролизерах: Автореф. дис. ... канд. техн. наук. - М., 1970 - С. 6-7.
9. Gas holdup in staked expanded nneta! / Piovanc $., Böhm U. // AICHE Journal. 1992. V. 38,
№ 12. - P. 1654-1270. 10 Wulf ii Z. phys сЬэт. 1904. Bd. 48. № 37.
11. Cohen U. Jenekeiii Benehte. 1927. V. 1 « Р. 1078.
12. Таттап U. Jenekeiii Z. anorg. Chein. 1928. Bd. 173 -S. 337.
