فرایند کلر آلکالی چیست؟

**فرآیند کلر-آلکالی** (Chlor-Alkali Process) یکی از فرآیندهای مهم صنعتی است که برای تولید سه محصول اصلی **کلر (Cl₂)**، **سدیم هیدروکسید (NaOH)** و **هیدروژن (H₂)** از طریق الکترولیز محلول نمک (سدیم کلرید یا NaCl) به کار می‌رود. این فرآیند یکی از منابع اصلی تولید این مواد شیمیایی در مقیاس صنعتی است.

### محصولات اصلی فرآیند کلر-آلکالی:
1. **کلر (Cl₂)**: که در آند تولید می‌شود.
2. **سدیم هیدروکسید (NaOH)**: که در کاتد تولید می‌شود.
3. **هیدروژن (H₂)**: که به عنوان محصول جانبی در کاتد تولید می‌شود.

### مراحل فرآیند کلر-آلکالی:
در این فرآیند از یک **سلول الکترولیتی** استفاده می‌شود که حاوی محلول آبی سدیم کلرید (آب نمک) است. این سلول به دو بخش آند و کاتد تقسیم می‌شود و در حضور یک غشاء یا دیافراگم (بسته به نوع فرآیند) از ترکیب محصولات جلوگیری می‌شود.

#### 1. **آند (قطب مثبت)**:
در آند، محلول آب نمک (NaCl) به یون‌های **کلر** و **سدیم** تجزیه می‌شود. در این فرآیند، یون‌های کلر به صورت گاز کلر آزاد می‌شوند:

\[ 2Cl^- \rightarrow Cl_2 + 2e^- \]

گاز کلر تولید شده در این مرحله یکی از محصولات مهم فرآیند است و در صنایع شیمیایی مختلف از جمله تولید پلاستیک (مانند PVC)، مواد ضدعفونی کننده، و مواد شیمیایی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

#### 2. **کاتد (قطب منفی)**:
در کاتد، واکنش احیاء آب رخ می‌دهد و هیدروژن به همراه یون‌های هیدروکسید (OH⁻) تولید می‌شود:

\[ 2H_2O + 2e^- \rightarrow H_2 + 2OH^- \]

یون‌های هیدروکسید با یون‌های سدیم (Na⁺) از محلول نمک ترکیب می‌شوند و **سدیم هیدروکسید (NaOH)** را تشکیل می‌دهند، که محصول دیگری از فرآیند است. همچنین **هیدروژن** به عنوان محصول جانبی در کاتد آزاد می‌شود.

### **انواع سلول‌های کلر-آلکالی:**
سه نوع سلول اصلی برای این فرآیند وجود دارد که هر کدام بسته به نوع جداسازی محصولات و راندمان تولید متفاوت هستند:

#### 1. **سلول دیافراگمی (Diaphragm Cell):**
- در این نوع سلول، یک **دیافراگم** (یک نوع فیلتر) بین آند و کاتد قرار دارد تا از ترکیب گاز کلر و سدیم هیدروکسید جلوگیری کند.
- این سلول‌ها از نظر انرژی مصرفی کم‌هزینه‌تر هستند، اما کیفیت سدیم هیدروکسید تولید شده ممکن است کمتر باشد.

#### 2. **سلول غشایی (Membrane Cell):**
- در این نوع سلول، یک **غشاء انتخابی یون** بین آند و کاتد وجود دارد که به یون‌های سدیم اجازه عبور می‌دهد اما مانع از عبور یون‌های کلر و هیدروکسید می‌شود.
- این سلول‌ها **کارآمدتر** هستند و محصول نهایی سدیم هیدروکسید با خلوص بالاتری تولید می‌شود.
 
#### 3. **سلول جیوه‌ای (Mercury Cell):**
- در این نوع سلول، از **جیوه** به عنوان کاتد استفاده می‌شود که یون‌های سدیم را به خود جذب کرده و یک ترکیب آمَلگام سدیم-جیوه تشکیل می‌دهد. این آمَلگام سپس در آب تجزیه می‌شود و سدیم هیدروکسید و هیدروژن تولید می‌کند.
- این نوع سلول‌ها به دلیل استفاده از جیوه، که یک ماده سمی است، امروزه کمتر مورد استفاده قرار می‌گیرند و به تدریج در حال جایگزینی با سلول‌های دیافراگمی و غشایی هستند.

### **واکنش‌های کلی در فرآیند کلر-آلکالی:**
1. **در آند (واکنش اکسایش)**:
\[ 2Cl^- \rightarrow Cl_2 (گاز) + 2e^- \]

2. **در کاتد (واکنش کاهش)**:
\[ 2H_2O + 2e^- \rightarrow H_2 (گاز) + 2OH^- \]

3. **ترکیب یون‌ها**:
\[ Na^+ + OH^- \rightarrow NaOH (محلول) \]

### **کاربردهای محصولات فرآیند کلر-آلکالی**:

1. **کلر (Cl₂)**:
  - تولید **پلیمرهای وینیل** مانند PVC.
  - ضدعفونی و گندزدایی آب آشامیدنی و استخرها.
  - تولید مواد شیمیایی مانند هیدروکلریک اسید (HCl).

2. **سدیم هیدروکسید (NaOH)**:
  - تولید **کاغذ** (در فرآیند کرافت).
  - تولید **صابون‌ها و مواد شوینده**.
  - کاربرد در صنایع شیمیایی برای تولید مواد آلی و غیرآلی.

3. **هیدروژن (H₂)**:
  - استفاده به عنوان **سوخت** در فرآیندهای صنعتی.
  - تولید **آمونیاک** (NH₃) در فرآیند هابر.
  - کاربرد در **پیل‌های سوختی**.

### **نتیجه‌گیری:**
فرآیند کلر-آلکالی یکی از فرآیندهای مهم و پرکاربرد در صنعت شیمی است که سه محصول کلیدی یعنی کلر، سدیم هیدروکسید، و هیدروژن را تولید می‌کند. این محصولات در طیف وسیعی از صنایع، از تولید مواد شیمیایی گرفته تا صنایع غذایی، تولید مواد شوینده و تصفیه آب مورد استفاده قرار می‌گیرند.