Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
La base d’un réacteur électrochimique est une cellule constituée des électrodes dont la nature, la forme, la position, l’état de surface impactent grandement le rendement énergétique global. Ces deux conducteurs de courant plongent dans un électrolyte, aux bornes de cet ensemble est appliquée une différence de potentiel. D’autres facteurs influent sur la sélectivité des réactions électrochimiques, notamment le contrôle de la composition, de la concentration, de la température et du pH de l’électrolyte. Cet article traite non seulement des paramètres physiques des cellules d’électrolyse, des différentes composantes de la tension, du bilan énergétique, mais aussi de l’analyse de risque de ce procédé en milieu industriel.
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The basis of an electrochemical reactor is a cell that consists of electrodes whose nature, shape, position, and surface condition significantly impact the overall energy efficiency. These two current conductors are immersed in an electrolyte; a difference in potential is applied to the terminals of the assembly. Other factors influence the selectivity of electrochemical reactions, including the control of the composition, the concentration, the temperature and the pH of the electrolyte. This article not only discusses the physical parameters of electrolysis cells; the various voltage components, the energy balance, but also the risk analysis of this process within an industrial environment.
Auteur(s)
-
Jean-Christophe MILLET : Responsable procédé chlore-soude, Arkema France
INTRODUCTION
Le système constitué des électrodes, des électrolytes avec leur domaine de fonctionnement – et éventuellement des diaphragmes ou membranes – constitue le fondement du réacteur électrochimique.
Pour plus d'informations théoriques sur les réacteurs électrochimiques et pour les notations et symboles, on se reportera à l'article [J 4 802] dans le même traité.
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Tension d'électrolyse
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2. Bilan énergétique de l'électrolyse
2.1 Rendement de courant
2.1.1 Production d'une cellule d'électrolyse
Dans le cas de l'électrolyse de NaCl, l'application de la loi de Faraday permet de calculer la quantité de chlore produite à l'anode, proportionnelle à la quantité de courant ayant traversé la cellule :
Calcul de la production horaire d'une cellule d'électrolyse de NaCl en solution aqueuse à 120 000 A :
avec F constante de Faraday (F ≥ 26,8 A · h–1 · mol–1, si I est exprimée en ampères et t en heures, F ≥ 96 487 C/mol, si l'intensité de courant I est exprimée en ampères et le temps t en secondes).
La production réelle sera inférieure à cette valeur. Le rapport de la seconde sur la première est le rendement de l'opération électrochimique, dont l'électrolyse de NaCl en chlore constitue la réaction principale. Ce rapport, appelé rendement de courant ou rendement de Faraday dépend donc exclusivement de l'importance des réactions secondaires ou parasites (et non des surtensions).
HAUT DE PAGE2.1.2 Rendements de courant cathodique ou anodique
Le rendement de courant étant rapporté à la production théorique d'une espèce (ci-avant le chlore), il est clair que, si la cellule produit simultanément plusieurs produits (exemple : le chlore, la soude, l'hydrogène), il y aura trois rendements de courant différents, qui coïncident rarement.
-
Ainsi, dans la cellule d'électrolyse de la figure , les réactions secondaires anodiques sont principalement :
-
les réactions de formation d'acide hypochloreux et de chlorate [équations , ...
-
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Bilan énergétique de l'électrolyse
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - BOCKRIS (J.O'M.) et coll - Comprehensive treatise of electrochemistry. - Plenum Press (1982).
-
(2) - STORCK (A.), CŒURET (F.) - Éléments de génie électrochimiques. - Lavoisier (1984).
-
(3) - COULTER (M.O.), JACKSON (C.) - Modern chlor alkali technology. - Vol. 1 et 2, Society of Chemical Industry, Ellis Horwood Ltd (1980-1983).
-
(4) - ANTROPOV (L.) - Électrochimie théorique (traduit du russe). - Éditions de Moscou (1975).
-
(5) - Perfluorcarbon ion exchange membranes. - Atlanta Symposium, The Electrochemical Society, oct. 1977.
-
(6) - THIELE (W.), SCHLEIFF (M.) - Calcul de la proportion stationnaire de phase gazeuse dans les réacteurs électrochimiques à dégagement des gaz. - Chem. Tech., 38, no 3, p. 107-10 (1986).
- ...
(Liste non exhaustive)
HAUT DE PAGE1.1 Technologie membrane bipolaire
• AK (AshiKasei), Japon, cellule ML32NC® http://www.asahi-kasei.co.jp/asahi/en/
• CEC (Chlorine Engineers Corp), Japon, cellule Bitac® http://www.chlorine-eng.co.jp/eng/product/record/record2.thml
• INEOS, Royaume Uni, cellule Bichlor® http://www.ineos.com/
• UHDE, Allemagne, cellule BM 2.7® http://www.uhde.biz/
HAUT DE PAGE1.2 Membranes d'électrolyse chlore-soude
• AGC (Asahi Glass), Japon, Flemiou® http://www.agc.co.jp/
• AK, Asahi Kasei, Japon, Aciplex® http://www.asahi-kasei.co.jp/asahi/en/
• Dupont, USA, Nafion® http://www.dupont.com/
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