Jednom je elektrolizom iz rastaljenih soli prvi put bilo moguće izolirati čisti kalij, natrij i mnoge druge metale.

Danas se ovaj proces koristi iu svakodnevnom životu - za "izvlačenje" vodika iz vode. Tehnologija je više nego pristupačna, jer je uređaj za elektrolizu vode samo posuda s otopinom sode u koju su uronjene elektrode.

Elektrode su mali kvadratni listovi izrezani od pocinčanog čelika ili, bolje, od nehrđajućeg čelika 03H16N15M3 (AISI 316L). Obični čelik vrlo brzo će “pojesti” elektrokemijska korozija.

Nakon što ste nožem izrezali rupu u stijenci posude, na nju trebate instalirati dva gruba filtra - poslužit će "filtri za blato" (drugi naziv je kosi filtar) ili filtri iz perilica rublja.

Zatim se ugrađuje ploča debljine 2,3 mm i cijev s mjehurićima.

Izrada elektrolizatora dovršava se ugradnjom mlaznice s zatvaračem koji se nalazi na strani ploče.

Uređaj za gornji spremnik

Elektrode su izrađene od nehrđajućeg čeličnog lima dimenzija 50x50 cm, koji se brusilicom izreže na 16 jednakih kvadrata. Jedan kut svake ploče je obrubljen, au suprotnom kutu napravljena je rupa za M6 vijak.

Jedna po jedna, elektrode se stavljaju na vijak, a izolatori za njih su izrezani iz gumene ili silikonske cijevi. Alternativno, možete koristiti cijev iz razine vode.

Spremnik se fiksira spojnicama i tek nakon toga se ugrađuje mjehurasta cijev i elektrode sa stezaljkama.

Model donjeg spremnika

U ovoj verziji, montaža uređaja počinje s nehrđajućom bazom, čije dimenzije moraju odgovarati dimenzijama spremnika. Zatim postavite ploču i cijev. Instalacija filtara nije potrebna u ovoj modifikaciji.

Zatim morate pričvrstiti kapak na donju ploču vijcima od 6 mm.

Mlaznica se postavlja pomoću priključka. Ako se ipak odlučite za ugradnju filtara, za njihovo pričvršćivanje treba koristiti plastične kopče s gumenim brtvama.

Gotov uređaj

Debljina izolatora između elektrodnih ploča treba biti 1 mm. S takvim razmakom, jakost struje bit će dovoljna za visokokvalitetnu elektrolizu, dok se mjehurići plina mogu lako odvojiti od elektroda.

Ploče se naizmjenično spajaju na polove izvora struje, na primjer, prva ploča na "plus", druga na "minus" itd.

Uređaj s dva ventila

Proces proizvodnje modela elektrolizera s 2 ventila nije osobito kompliciran. Kao iu prethodnoj verziji, montaža bi trebala započeti pripremom baze. Izrađuje se od čeličnih limova koje je potrebno rezati u skladu s dimenzijama spremnika.

Ploča je čvrsto pričvršćena na podlogu (koristimo M6 vijke), nakon čega se može montirati mjehurićna cijev promjera najmanje 33 mm. Nakon odabira ventila za uređaj, možete početi instalirati ventile.

Plastični spremnik

Prvi se postavlja na podnožje cijevi, za što je na ovom mjestu potrebno učvrstiti spojnicu. Spoj je zapečaćen steznim prstenom, nakon čega se postavlja još jedna ploča - bit će potrebna za pričvršćivanje zatvarača.

Drugi ventil treba montirati na cijev na udaljenosti od 20 mm od ruba.

Pojavom sustava grijanja vode, zračni sustav nezasluženo izgubila na popularnosti, ali sada ponovno uzima maha. – preporuke za dizajn i ugradnju.

Naučit ćete sve o izradi i korištenju čudotvorne dizel peći.

I u ovoj temi analizirat ćemo vrste mjerača topline za stanove. Klasifikacija, značajke dizajna, cijene uređaja.

Tri modela ventila

Ova se modifikacija razlikuje ne samo u broju ventila, već iu činjenici da baza za to mora biti posebno jaka. Koristi se isti nehrđajući čelik, ali veće debljine.

Mjesto za ugradnju ventila br. 1 mora se odabrati na ulaznoj cijevi (spojuje se izravno na spremnik). Nakon toga treba učvrstiti gornju ploču i drugu mjehurastu cijev. Ventil br. 2 ugrađen je na kraju ove cijevi.

Prilikom ugradnje drugog ventila, priključak mora biti osiguran dovoljno čvrsto. Trebat će vam i stezni prsten.

Gotovi vodikov plamenik

Sljedeća faza je izrada i ugradnja ventila, nakon čega se ventil br. 3 pričvršćuje na cijev. Mora se spojiti na mlaznicu pomoću klinova, dok se izolacija mora osigurati gumenim brtvama.

Voda u svom čistom obliku (destilirana) je dielektrik i da bi elektrolizer radio s dovoljnom produktivnošću, mora se pretvoriti u otopinu.

Najbolju učinkovitost pokazuju ne fiziološke otopine, već alkalne otopine. Za njihovu pripremu u vodu možete dodati sodu bikarbonu ili kaustičnu sodu. Prikladne su i neke kemikalije za kućanstvo, na primjer, "Mr. Muscle" ili "Mole".

Uređaj s pocinčanom pločom

Vrlo uobičajena verzija elektrolizera, koja se uglavnom koristi u sustavima grijanja.

Nakon odabira podnožja i spremnika, ploče se spajaju vijcima (bit će potrebna 4 komada). Zatim se na vrhu uređaja postavlja izolacijska brtva.

Stijenke posude ne smiju biti elektrovodljive, odnosno metalne. Ako postoji potreba da se spremnik učini vrlo izdržljivim, morate uzeti Plastični spremnik, i stavite ga u metalnu školjku iste veličine.

Ostaje samo pričvrstiti spremnik s klinovima na podnožje i ugraditi zatvarač sa stezaljkama.

Model s pleksiglasom

Sastavljanje elektrolizera korištenjem praznina iz organsko staklo ne može se nazvati jednostavnim zadatkom - ovaj materijal prilično težak za obradu.

Poteškoće se također mogu pojaviti u fazi pronalaženja spremnika odgovarajuće veličine.

U uglovima ploče izbuši se jedna rupa, nakon čega počinje ugradnja ploča. Korak između njih trebao bi biti 15 mm.

Sljedeći korak je ugradnja zatvarača. Kao i kod drugih modifikacija, treba koristiti gumene brtve. Samo trebate uzeti u obzir da u ovom dizajnu njihova debljina ne smije biti veća od 2 mm.

Model na elektrodama

Unatoč pomalo alarmantnom nazivu, ova modifikacija elektrolizatora također je prilično dostupna samostalno napravljeno. Ovaj put montaža uređaja počinje odozdo, učvršćujući zatvarač na čvrstu čeličnu podlogu. Spremnik s elektrolitom, kao u jednoj od gore opisanih opcija, bit će postavljen na vrh.

Nakon zatvarača počinje ugradnja cijevi. Ako veličina spremnika dopušta, može se opremiti s dva filtra.

• list ne dodiruje spremnik;
• razmak između njega (lima) i steznih vijaka treba biti 20 mm.

S ovim dizajnom generatora vodika, elektrode bi trebale biti pričvršćene na vrata, postavljajući terminale s druge strane.

Primjena plastičnih brtvi

Mogućnost proizvodnje elektrolizera s polimernim brtvama omogućuje vam korištenje aluminijske posude umjesto plastične. Zahvaljujući brtvama, bit će pouzdano izoliran.

Kada izrezujete plastične brtve (potrebna su 4 komada), trebate im dati oblik pravokutnika. Polažu se u uglove baze, osiguravajući razmak od 2 mm.

Sada možete početi instalirati spremnik. Da biste to učinili, trebat će vam još jedan list u kojem su izbušene 4 rupe. Njihov promjer mora odgovarati vanjskom promjeru navoja M6 - to su vijci koji će se koristiti za pričvršćivanje spremnika.

Stijenke aluminijske posude su čvršće od plastične, pa za pouzdanije pričvršćivanje ispod glava vijaka treba staviti gumene podloške.

Ostaci Završna faza– montaža vrata i terminala.

Model s dva priključka

Pričvrstite plastični spremnik na podlogu od čeličnog ili aluminijskog lima pomoću cilindara ili vijaka. Nakon toga morate instalirati zatvarač.

Ova modifikacija koristi igličastu mlaznicu promjera 3 mm ili nešto veću. Potrebno ga je ugraditi na svoje mjesto spajanjem na spremnik.

Sada, pomoću vodiča, morate spojiti terminale izravno na donju ploču.

Posljednji element je ugradnja cijevi, a mjesto spajanja na spremnik mora biti zapečaćeno steznim prstenom.

Filteri se mogu posuditi iz broken perilice rublja ili ugraditi redovne "sakupljače blata".

Također ćete morati pričvrstiti dva ventila na vreteno.

Elektrifikacija kuće važna je faza u uređenju nove zgrade. – preporuke profesionalnih električara.

Naučit ćete kako napraviti jednostavan akumulator topline vlastitim rukama. Kao i vezivanje i postavljanje sustava.

Shematski prikaz

Shematski opis reakcije elektrolize neće trajati više od dva retka: pozitivno nabijeni ioni vodika žure prema negativno nabijenoj elektrodi, a negativno nabijeni ioni kisika teku prema pozitivnoj. Zašto umjesto čista voda Morate li koristiti elektrolitičku otopinu? Činjenica je da je za razbijanje molekule vode potrebno prilično snažno električno polje.

Sol ili lužina obavlja veći dio ovog posla kemijski: atom metala, koji ima pozitivan naboj, privlači negativno nabijene hidroksilne skupine OH, a alkalni ili kiseli ostatak, koji ima negativan naboj, privlači pozitivne ione vodika H. Dakle, električno polje Ostaje samo premjestiti ione na elektrode.

Krug elektrolizatora

Elektroliza se najbolje odvija u otopini sode, čiji je jedan dio razrijeđen u četrdeset dijelova vode.

Najbolji materijal za elektrode, kao što je već spomenuto, je nehrđajući čelik, ali zlato je najprikladnije za izradu ploča. Što je njihova površina veća i što je struja veća, to će se osloboditi veća količina plina.

Brtve mogu biti izrađene od raznih neprovodljivih materijala, ali polivinil klorid (PVC) je najprikladniji za tu ulogu.

Zaključak

Elektrolizer se može učinkovito koristiti ne samo u industriji, već iu svakodnevnom životu.

Vodik koji proizvodi može se pretvoriti u gorivo za kuhanje ili njime obogatiti smjesu plina i zraka, čime se povećava snaga automobilskih motora.

Unatoč jednostavnosti osnovnog dizajna uređaja, obrtnici su naučili napraviti niz njegovih sorti: čitatelj može napraviti bilo koji od njih vlastitim rukama.

Video na temu

Elektroliza- ovo je razgradnja ili pročišćavanje tvari pod utjecajem električna struja. Ovo je redoks proces, na jednoj od elektroda - anodi - dolazi do procesa oksidacije - ona se uništava, a na katodi - redukcijskog procesa - privlače se pozitivni ioni - kationi. Tijekom elektrolize dolazi do elektrolitičke disocijacije - raspada elektrolita (vodljive tvari) na pozitivno i negativno nabijene ione (razlikuje se nekoliko stupnjeva disocijacije).Kada se struja uključi, elektroni se kreću od anode prema katodi, a elektrolit otopina se može iscrpiti (ako je uključena u proces), potrebno ju je stalno nadopunjavati. Oksidirajuća anoda također se može otopiti u otopini elektrolita - tada njezine čestice dobivaju pozitivan naboj i privlače se na katodu.

Anoda je pozitivno nabijena elektroda - na njoj dolazi do oksidacije
Katoda je negativno nabijena elektroda – na njoj dolazi do redukcije
Na temelju načela da za razliku od naboja privlači, zajedno s ovim dolaziodvajanje ili pročišćavanje tvari.

Materijal elektroda može biti različit, ovisno o procesu koji je u tijeku. Masa tvari koja se dobiva tijekom elektrokemijskog međudjelovanja određena je Faradayevim zakonima i ovisi o naboju (umnožak jakosti struje i vremena protjecanja struje), također ovisi o koncentraciji elektrolita i aktivnosti materijala. od kojih su izrađene elektrode. Anode mogu biti inertne - netopljive, ne reagiraju i aktivne - same sudjeluju u interakciji (koriste se mnogo rjeđe).

Za izradu anoda koriste se grafit, ugljično-grafitni materijali, platina i njezine legure, olovo i njegove legure te oksidi nekih metala; Koriste se titanijske anode s aktivnim premazom mješavine rutenijevih i titanovih oksida, te platine i njezinih legura.

Netopljive anode su sastavi na bazi tantala i titana, posebne vrste grafita, olovnog dioksida, magnetita. Za katode se obično koristi čelik.

Za proces se mogu koristiti sljedeće vrste elektrolita: vodene otopine soli, kiselina, baza; nevodene otopine u organskim i anorganskim otapalima; rastaljene soli; čvrsti elektroliti. Elektroliti dolaze u različitim stupnjevima koncentracije.

Ovisno o namjeni elektrolitičkih reakcija, koristite razne kombinacije vrste anoda i katoda: horizontalne s katodom od tekuće žive, s vertikalnim katodama i dijafragmom za filtriranje, s horizontalnom dijafragmom, s protočnim elektrolitom, s pokretnim elektrodama, s bulk elektrodama itd. Većina procesa koristi proizvode proizvedene i na anodi i na katodi, ali obično je jedan od proizvoda manje vrijedan.

Elektroliza se široko koristi u industriji, također se koristi u medicini i nacionalnom gospodarstvu.

Glavne primjene elektrolize:

• Pročišćavanje vode za korištenje u nacionalnom gospodarstvu,
• Čišćenje Otpadne vode korištena voda iz kemijske proizvodnje.

Za dobivanje tvari i metala bez nečistoća:

• Metalurgija, hidrometalurgija - za proizvodnju aluminija i mnogih drugih metala - aluminij iz taline aluminijevog oksida u kriolitu, elektrolizom proizvodi magnezij (iz dolomita i morske vode), natrij (iz kamene soli), litij, berilij, kalcij (iz kalcija) klorid), alkalijski i metali rijetkih zemalja.
• U kemijskoj industriji elektrolizom se proizvode važni proizvodi kao što su klorati i perklorati, persumporna kiselina i persulfati, kalijev permanganat,
• Elektrolitička separacija metala - elektroekstrakcija. Ruda ili koncentrat se pomoću određenih reagensa pretvara u otopinu koja se nakon pročišćavanja šalje na elektrolizu. Tako se dobivaju cink, bakar i kadmij.
• Elektrolitička rafinacija. Topljive anode izrađene su od metala; nečistoće sadržane u grubom metalu anode ispadaju u obliku anodnog taloga (bakar, nikal, kositar, olovo, srebro, zlato) tijekom elektrolize, a na katodi se oslobađa čisti metal.
• U galvanizaciji – galvanizaciji – dobivanje prevlaka na metalima koje poboljšavaju njihova svojstva odn ukrasna svojstva i galvanizacija - dobivanje točnih metalnih kopija bilo kojeg predmeta;
• Za dobivanje oksida zaštitne folije na metalima (eloksiranje); elektrokemijska obrada također se koristi za poliranje površine proizvoda i bojanje metala,
• Postoji elektrokemijsko oštrenje alati za rezanje, elektropoliranje, elektroglodanje,
• Elektroliza se također široko koristi u radiotehnici.

Postoji elektroliza vodenih otopina i rastaljenih medija, kao i proizvodnja samih elektrokemijskih izvora struje - baterija, galvanskih članaka, akumulatora, čija se funkcionalnost vraća propuštanjem struje u smjeru suprotnom od onog u kojem je struja tekla tijekom pražnjenja. .

Glavne vrste postrojenja za elektrolizu:

• Postrojenja za proizvodnju i rafiniranje aluminija;
• Postrojenja za elektrolizu za proizvodnju željeza;
• Elektrolizatori za proizvodnju nikal-kobalta;
• Postrojenja za elektrolizu magnezija;

• Postrojenja za elektrolizu (pročišćavanje) bakra;
• Postrojenja za nanošenje galvanskih prevlaka;
• Postrojenja za elektrolizu za proizvodnju klora;

• Elektrolizatori za dezinfekciju vode.
• Elektrolizatori za proizvodnju vodika nuklearne elektrane.. i tako dalje.

Kisik je nusprodukt mnogih redoks reakcija.

Tijekom elektrolize reguliraju se jakost struje, njezina frekvencija i napon, čak i polaritet; ti parametri kontroliraju brzinu i smjer procesa. Reakcija elektrolize uvijek se provodi pri konstantnoj struji, jer je konstantnost polova ovdje vrlo važna. U vrlo rijetkim slučajevima, kada polaritet nije značajan, koristi se izmjenična struja (na primjer, tijekom elektrolize plinova).

Suvremeni aluminijski elektrolizatori, na temelju dizajna katodnog uređaja, dijele se na

• Elektrolizatori sa i bez dna,
• S nadjevenim i blok ognjištem;
• prema načinu napajanja strujom: s jednostranim i dvostranim krugom sabirnica;
• prema načinu hvatanja plina: elektrolizatori otvorenog tipa, sa zvonastim usisavanjem plina i pokrivenog tipa.

Nezadovoljavajuća svojstva svih postojećih konstrukcija aluminijskih elektrolizera uključuju nedovoljno visok faktor iskorištenja energije, kratak vijek trajanja i nedovoljnu učinkovitost sakupljanja ispušnih plinova. Daljnje unapređenje dizajna elektrolizera treba ići putem povećanja njegovog jediničnog kapaciteta, mehanizacije i automatizacije svih operacija održavanja, potpunog hvatanja svih otpadnih plinova s ​​naknadnom regeneracijom njihovih vrijednih komponenti.

Postrojenja za industrijsku elektrolizu imaju mnoge vrste dizajna, a glavni su membranski i dijafragmski. Postoje i postrojenja za suhu, mokru i protočnu elektrolizu. U opći pogled instalacija je zatvoreni sustav, koji sadrži elektrode smještene u sastavu elektrolita, na koje se dovodi električna struja s određenim karakteristikama. Ćelije za elektrolizu mogu se kombinirati u bateriju. Postoje i bipolarni elektrolizeri - gdje svaka elektroda, osim vanjskih, s jedne strane radi kao anoda, s druge strane kao katoda.

Ova oprema radi na različitim tlakovima, ovisno o vrsti reakcije. Za dobivanje nekih tvari - na primjer, kod dobivanja plinova potrebno je podešavanje tlaka ili posebni uvjeti. Također morate pratiti tlak plinova koji su nusprodukt elektrolitičkih reakcija. Postrojenja za elektrolizu, koja se koriste za proizvodnju vodika i kisika u elektranama, rade pod nadtlakom do 10 kgf/cm2 (1 MPa).
Instalacije se također razlikuju po svojoj produktivnosti.

Neki od njih koriste linearne električne mehanizme. Na primjer, koriste se za pomicanje elektroda, regulaciju razine elektrolita, pomicanje spremnika, kupke elektrolita itd. Jedan primjer takvog dizajna prikazan je na crtežu.

Sve instalacije za elektrolizu moraju biti uzemljene. Za rad velikog industrijskog elektrolizera potrebna je ispravljačka jedinica ili transformatorska podstanica za pretvorbu naizmjenična struja do trajnog. Stacionarna lokalna rasvjeta u radionicama elektrolize (zgrade, hale) obično nije potrebna. Iznimka - osnovna industrijski prostori postrojenja za elektrolizu za proizvodnju klora.

Tehnologije industrijske elektrolize podijeljene su u nekoliko vrsta:

• PFPB - tehnologija elektrolize pomoću pečenih anoda i točkastih dodavača
• CWPB - elektroliza pomoću pečenih anoda i središnjeg snopa za probijanje
• SWPB - periferna obrada elektrolizera s pečenim anodama
• VSS - Soderberg tehnologija s vrhunskim napajanjem strujom
• HSS - Soderberg tehnologija s bočnim napajanjem strujom

Najveća količina specifičnih emisija iz elektrolizera dolazi od procesa elektrolize koji se temelje na Soderbergovoj tehnologiji. Ova tehnologija je najraširenija u talionicama aluminija u Rusiji i Kini. Volumen specifičnih emisija iz ovakvih elektrolizera znatno je veći u usporedbi s drugim tehnologijama. Količina emisije fluorougljika smanjuje se, između ostalog, proučavanjem tehnoloških parametara anodnog efekta, čije smanjenje također utječe na količinu emisije.

Modeli industrijskih elektrolizera

Ugljične anode (a grafit je alotop ugljika) imaju značajan nedostatak - tijekom reakcije emitiraju ugljični dioksid u atmosferu, čime je zagađuju. Trenutno je tehnologija inertne anode posebno relevantna ovu tehnologiju testiranje poznatog proizvođača aluminij Njegova bit je da se koristi nereaktivna anoda bez ugljika, a ne ugljični dioksid, već čisti kisik ispušta se u atmosferu kao nusproizvod.

Ova tehnologija značajno povećava ekološki prihvatljivost proizvodnje, ali je još uvijek u fazi testiranja.

Unatoč velikom izboru elektrolita, elektroda i elektrolizatora, postoje uobičajeni problemi u tehničkoj elektrolizi. To uključuje prijenos naboja, topline, mase i raspodjelu električnih polja. Kako bi se ubrzao proces prijenosa, preporučljivo je povećati brzinu svih protoka i koristiti prisilnu konvekciju. Procesi na elektrodama mogu se kontrolirati mjerenjem graničnih struja.

ELEKTROSPET

ELEKTROSPET

Elektrokemijske i elektrofizičke instalacije, instalacije za elektrolizu

Elektroliza- ovo je fenomen otpuštanja tvari na elektrodama kada struja prolazi kroz elektrolit, procesi oksidacije i redukcije na elektrodama, popraćeni stjecanjem ili gubitkom elektrona česticama tvari.
Elektrolizator- ovo je kupka u kojoj se proces odvija uz apsorpciju električne energije.
Princip rada može se vidjeti na dijagramu elektrolizatora s anodnim otapanjem i katodnim taloženjem (Sl. 1.3-1).

Glavni elementi instalacije su: elektrolit (1), elektrode (2) i izvor struje (3).
Napon u kupelji za elektrolizu (U) sastoji se od tri komponente:

U blizini površine elektroda formira se dvostruki električni sloj koji sprječava pristup i izlaz iona. Da bi se oslabilo protudjelovanje, koriste se:
- cirkulacija elektrolita za izjednačavanje temperature;
- vibracije elektroda;
- prekidačko napajanje.
U industriji, elektroliza metala i početna okolina određeni su električnim potencijalom oslobođenog metala.
Metali s pozitivnim potencijalom izoliraju se od čvrste baze njezinim otapanjem (na primjer, bakar s potencijalom "+0,34 V").
Metali s negativnim potencijalom više se oslobađaju iz otopina svojih soli (na primjer, cink s potencijalom od “-0,76 V”).
Metali s negativnim potencijalom manje oslobađaju iz talina svojih soli (primjerice, aluminij s potencijalom “-1,43”).
Napomena - potencijali metala definirani su u odnosu na "vodik", koji ima električni potencijal "nula".
Elektroliza bakra koristi se za dobivanje čistog elektrolitskog bakra iz sirovog bakra (dobivenog nakon taljenja u pećima) i za ekstrakciju vrijednih metala sadržanih u njemu.
Proces se provodi u kupkama za elektrolizu.
Anoda je lijevani blister bakar u obliku ploča debljine 35...45 mm i težine oko 300 kg.
Katoda je elektrolitički (čisti) bakar u obliku ploča debljine 0,6 ... 0,7 mm, obješenih na ušima između anoda. Udaljenost između susjednih anoda i katoda je 35 ... 40 mm.
Elektrolit kojim se puni kupka je vodena otopina bakrenog sulfata (CuSO 4), zakiseljena sumpornom kiselinom (H 2 S0 4) da se smanji otpor.

Da bi se ujednačila koncentracija bakrenih iona na elektrodama i osigurala potrebna temperatura, koristi se izravna cirkulacija elektrolita koji se dovodi odozdo, a odvodi s vrha kupke.
Elektroliza cinka koristi se za dobivanje visokokvalitetnog cinka (Zn) iz vodenih otopina njegovih soli.
Katoda su aluminijske ploče debljine 4 mm. Anoda su olovne ploče debljine 5...8 mm, s dodatkom 1% srebra za smanjenje korozije.
Elektrolit je 5...6% vodena otopina cink sulfata (ZnS0 4) i sumporne kiseline (H 2 S0 4). Tijekom elektrolize na katodi se taloži metalni cink (Zn) koji se povremeno uklanja.
Na anodi se oslobađa plinoviti vodik (H), a u otopini nastaje sumporna kiselina (H 2 S0 4).

Cink se skida s katoda do 2 puta dnevno, zatim se pere, oblikuje u vrećice i topi u pećima.
Tijekom procesa elektrolize, trošenje katoda je oko 1,5 kg/t cinka, a anoda - 0,8... 1,5 kg/t cinka.
Oštar porast pada napona preko kupelji (do 3,3 ... 3,6 V) ukazuje na potrebu čišćenja anoda od mulja.
Potreba za čišćenjem anoda je jednom svakih 20...25 dana, a katode - jednom svakih 10 dana.
Mulj se uklanja kroz rupu na dnu kupke.
U radionici za elektrolizu, kupke su postavljene jedna pored druge s dugim stranama od 20 ... 30 komada i spojene u jedan blok.
Za održavanje zadane temperature kupke se hlade vodom koja se dovodi kroz aluminijske ili karbonske spirale.
Kako bi se smanjilo razvijanje vodika na katodi, u otopinu se dodaju površinski aktivne tvari.
Elektroliza aluminija koristi se za proizvodnju visokokvalitetnog aluminija (Al) iz rastaljenih soli elektrolizom.
Anoda je ugljična elektroda, koja se troši tijekom procesa elektrolize, budući da se nalazi u vrlo agresivnom okruženju.
Anoda je obješena na pomični okvir, koji se automatski pomiče duž metalnih konstrukcija peći. Kontrolni signal je gubitak napona u elektrolitu.
Elektrolit je otopina aluminijevog oksida (AI 2 O 3) u rastaljenom kriolitu (Na 3 AlF 6). Prisutnost fluora (F 6) čini okolinu vrlo agresivnom.
Katoda su blokovi ložišta peći.
Struja se u kadu dovodi s obje strane.
Na anodu - preko paketa aluminijskih sabirnica, preko savitljivih bakrenih vodiča, preko čeličnih klinova.
Do katode - preko posebnih vodiča (cvjetanja).
Dimenzije anode određene su navedenom snagom kupelji i dopuštenom gustoćom struje.

Elektrolizatori su spojeni u niz od 160...170 jedinica, od kojih su 4...5 rezervni.
Izlijevanje metala iz kupelji pomoću vakumskih lopatica
Aluminij izliven iz kupelji ulazi u miješalice tijela za lijevanje, gdje se nakon usrednjavanja i taloženja ulijeva u ingote.

Trenutačno u Rusiji sve veći broj vodoopskrbnih i sanitarnih objekata, kao i proizvodnih pogona, odbija korištenje komercijalnog tekućeg klora i hipoklorita, odlučujući se za organiziranje vlastite sinteze potrebnih reagensa izravno u pogonima za korištenje.

Za proizvodnju su potrebni natrijev klorid (sol), voda i struja.

Razlozi za takvo odbijanje:

1. Tekući klor je vrlo opasan.

Unatoč niskoj cijeni klora, aktivnosti i troškovi povezani s njegovom upotrebom uvelike kompliciraju i poskupljuju cijeli proizvodni proces.

2. Komercijalni natrijev hipoklorit (GPHC 19%) vrlo je skup.

Trošak 1 tone GPHN razreda A ne prelazi 20-30 tisuća rubalja. Međutim, količina natrijevog hipoklorita ekvivalentna 1 toni klora već je 100-150 tisuća rubalja. (budući da hipoklorit sadrži samo 15-19% aktivnog klora i sklon je daljnjoj razgradnji).

Prednosti opreme za elektrolizu:

• odricanje od troškova za osiguranje sigurnosti tijekom prijevoza i skladištenja;
• Tijekom rada opreme za elektrolizu nemoguće su nezgode povezane s curenjem velika količina reagens. Objekti rada postrojenja za elektrolizu za sintezu klornih reagensa ne pripadaju opasnim proizvodnim objektima i nisu uključeni u odgovarajući registar;
• neovisnost o dobavljaču – reagens se proizvodi u potrebna količina, regulira se produktivnost, čime se povećava energetska učinkovitost objekta;
• jeftine sirovine - za sintezu se može koristiti najjeftinija tehnička sol. To će zahtijevati instalaciju dodatna oprema za pročišćavanje slane otopine koja ulazi u elektrolizere, međutim, ti se troškovi nadoknađuju za manje od 1 godine zbog značajnih ušteda na sirovinama;
• dobiveni reagens je jeftiniji od komercijalnog;
• za vodoopskrbne objekte koji koriste UV instalacije kao glavnu metodu dezinfekcije - prilikom uvođenja UV opreme nemoguće je potpuno napustiti upotrebu klornih reagensa, jer je potrebno osigurati sanitarno stanje građevina i mreža, kao i sigurnost transporta vode do potrošača. Postrojenja za elektrolizu zajedno s UV opremom u potpunosti zadovoljavaju potrebe za klorom, a objekt je isključen iz registra opasnih proizvodnih objekata.

Postrojenja za elektrolizu proizvode različite reagense:

• klor ili klorirana voda (Aquachlor, Aquachlor-Bekhoff, Aquachlor-Membrane/Diaphragm);
• kombinirano dezinfekcijsko sredstvo s povećanom učinkovitošću - otopina oksidansa koja sadrži klor, klor dioksid, ozon (Aquachlor, Aquachlor-Beckhoff);
• niskokoncentrirani HPCN 0,8% (LET-EPM, Aquachlor, Aquachlor-Beckhoff);
• visoko koncentrirani HPCN 15-19% (Aquachlor-Membrane/Dijafragma).

Svi ovi reagensi prikladni su za dezinfekciju vode. Jedino ograničenje je pH vode koja se dezinficira na mjestu ulaska reagensa – za vodu s pH iznad 7,5 preporuča se koristiti kloriranu vodu umjesto hipoklorita koji je neučinkovit u alkalnoj sredini.

Zadržimo se detaljnije na svakoj vrsti opreme LET LLC:

Aquachlor i Aquachlor-Beckhoff:

• dobiveni reagens ima povećanu učinkovitost;
• pojedinačni moduli imaju niske performanse. To vam omogućuje da fleksibilno odgovorite na
• zahtjev reagensa. Optimalna izvedba kompleksa je do 250-500 kg aktivnog klora dnevno;
• učestalost zamjene reaktora - jednom u 3-5 godina;
• jednostavnost održavanja.

LET-EPM:

• neograničena produktivnost kompleksa;
• jednostavnost rada i niski zahtjevi za kvalitetom sirovina;
• učestalost zamjene (presvlačenja) elektrodnog bloka – jednom godišnje;
• Reagens je prikladan za većinu objekata.

Aquachlor-dijafragma:

• mogućnost dobivanja klorne vode i koncentriranog HPCN 19%, kao i istovremena priprema ovih reagensa;
• učestalost zamjene premaza elektrode i dijafragme nije više od jednom svakih 10 godina;
• visoki zahtjevi za kvalitetu slane otopine;
• mogućnost pranja dijafragme i vraćanja na posao u slučaju kontaminacije slanom otopinom neodgovarajuće kvalitete;

Aquachlor membrana:

• neograničena produktivnost kompleksa (ali ne manje od 50-100 kg / dan);
• mogućnost dobivanja klora i koncentriranog HPCN 19% visoke čistoće, pogodan za sintezu;
• učestalost zamjene premaza elektrode i membrane nije više od jednom svakih 10 godina;
• vrlo visoki zahtjevi za kvalitetu slane otopine;
• ako je membrana prljava, mora se zamijeniti novom;
• Za održavanje opreme potrebno je kvalificirano osoblje.

Trošak konačnog proizvoda (uzlazno, od najmanjeg prema najvišem):

• Aquachlor-Dijafragma
• Aquahdlor-membrana
• Aquachlor/Aquachlor-Beckhoff
• LET-EPM

Elektroliza je pojava oslobađanja tvari na elektrodama kada struja prolazi kroz elektrolit, procesi oksidacije i redukcije na elektrodama, popraćeni stjecanjem ili gubitkom elektrona česticama tvari.

Elektrolizer je kupka u kojoj se proces odvija uz apsorpciju električne energije.

Princip rada:

Riža. 1.1.

Glavni elementi instalacije su: elektrolit 1, elektrode 2 i izvor struje 3.

Napon u kupelji za elektrolizu (U) sastoji se od tri komponente:

U = U1 + Uac + Ue, (1.1)

Uak – napon u blizini elektrode;

Ue je napon u elektrolitu.

Snaga oslobođena u kupelji elektrolize (Rev) određena je izrazom:

Rev = I(U1 + Ua + Uk + Il/σ), (1.2)

gdje je I struja u kadi, A;

Ua,Uk – pad napona na anodi i katodi, V;

l – udaljenost između elektroda, m;

σ – specifična vodljivost elektrolita, 1/(Ohm m).

Samo dio te snage troši se na razgradnju tvari. Ostatak energije ide na zagrijavanje elektrolita i transport iona kroz otopinu. Učinkovitost procesa elektrolize ocjenjuje se prinosom energije (Ae, %).

Ae=α·(At/U)·10 2 , (1.3)

gdje je α elektrokemijski ekvivalent tvari;

At – strujni prinos metala, g/J;

U – napon na elektrolizeru, V.

Trenutni učinak metala je količina metala (g) oslobođena po jedinici utrošene energije (J).

Intenzitet procesa određen je gustoćom struje elektrode

je = I/S, (1.4)

gdje I – struja, A;

S – površina dijela elektrode uronjenog u elektrolit, m2.

U blizini površine elektroda formira se dvostruki električni sloj koji sprječava pristup i izlaz iona. Da bi se oslabilo protudjelovanje, koriste se:

Cirkulacija elektrolita za izjednačavanje temperature;

Vibracije elektroda;

Preklopno napajanje.

Elektroliza je jedna od vrsta tehnoloških procesa. Njegova bit leži u oslobađanju iz elektrolita dok teče kroz njega. istosmjerna strujačestica tvari i u njihovom taloženju na elektrodama uronjenim u elektrolit (elektroekstrakcija) ili prijenosu tvari s jedne elektrode preko elektrolita na drugu (elektrolitičko pročišćavanje).

Elektroliza se koristi:

U obojenoj metalurgiji za proizvodnju lakih metala (aluminij, magnezij, kadmij i dr.) i rafinaciju teških metala (bakar, srebro, zlato, nikal, olovo i dr.);

U elektrokemiji za proizvodnju klora, vodika, teške vode,

kisik, fluor, kalij, natrij, itd.;

U strojarstvu za primjenu zaštitnih i dekorativni premazi metalni i nemetalni proizvodi (cinčanje, niklanje, kadmij, olovovanje, bakrenje, kromiranje, posrebrenje, oksidacija itd.);

U crnoj metalurgiji za kalajisanje lima i elektrolitičko čišćenje.

U metalurgiji se koriste dvije vrste elektrolize: elektroliza vodenih otopina i elektroliza rastaljenih soli. Prvi se koristi za proizvodnju i elektrolitičko rafiniranje metala s niskim normalan potencijal(cink, krom, kositar, nikal, olovo, srebro) i provodi se na temperaturi ne višoj od 100 °C, drugi - za dobivanje metala s visokim normalnim potencijalom (magnezij, aluminij, zemnoalkalijski metali) na temperaturi od oko 1000 °C.

Elektroliza se provodi u posebno opremljenim kupkama - elektrolizerima. Napon u kadi je nekoliko volti, a struje dosežu desetke i stotine tisuća ampera. U svrhu ekonomične kanalizacije velikih struja, identične kupke se spajaju serijski u seriju, prema naponu instalacije pretvarača.

Promjene u električnom otporu kupelji zbog zagrijavanja elektrolita, mijenjajući ga kemijski sastav, curenje struje, kršenje normalnih radnih uvjeta, gašenje pojedinačnih kupki u seriji, kao i promjene u naponu napajanja zahtijevaju regulaciju električni parametri. Kako bi se osigurala navedena produktivnost instalacije za elektrolizu, koriste se automatska regulacija serije napona, snage i struje. Najčešći način regulacije je održavanje konstantne serijske struje.

U obojenoj metalurgiji najsnažnija postrojenja za elektrolizu uključuju niz kupki za proizvodnju aluminija i magnezija. Za proizvodnju aluminija koriste se elektrolizatori s naponom od 4–5 V i strujom od 100–150 kA, serijski naponi su 450–850 V. Načini rada elektroliznih postrojenja su dugi i kontinuirani. Kada se pojedinačne kupke iznose na popravak, premošćuju se posebnim gumama. U pogledu pouzdanosti, instalacije spadaju u prvu kategoriju. Neki od njih, na primjer, instalacije za elektrolizu aluminija, zbog velikog toplinskog kapaciteta kupelji, dopuštaju kratkotrajne (nekoliko minuta) pauze, ali dugo zaustavljanje može dovesti do skrućivanja elektrolita i značajnog kvara. tehnološki proces, što može trajati do 10 dana da se oporavi.

U elektrokemiji se koriste elektrolizatori s naponom od 2 do 10-12 V, au nekim slučajevima i do 10-220 V (postrojenja za razgradnju vode, napravljena na principu filter preše, u kojoj su sve elektrode spojene u seriju) . Pretpostavlja se da su naponi niza kupki 150–850 V. Tijekom elektrolize klora, struja kupki je 100–190 kA. Način rada elektrokemijskih instalacija je kontinuiran. Elektrokemijske instalacije pripadaju prvoj kategoriji pouzdanosti. Za postrojenja za klor posebno su opasni prekidi u opskrbi električnom energijom tijekom razdoblja pokretanja.

U instalacijama s metalnim premazom, napon kupelji kreće se od 3,5 do 9–10 V i maksimalno 25 V. Struje kupke variraju u rasponu od 0,1–5 kA i više. U većini slučajeva potrebno je regulirati struju unutar širokog raspona. Razlika u načinima rada pojedinih kupki ne dopušta njihovo uzastopno uključivanje. Kupke se najčešće napajaju iz zajedničke mreže s naponom od 6–12 V preko pojedinačnih kontrolnih reostata. Pogoni za oblaganje metala koji se koriste u liniji automatske linije, pripadaju prijemnicima prve kategorije, pojedinačne kupke - drugoj kategoriji. Ukupna snaga pretvaračkih instalacija u radionicama za presvlačenje metala je 50–200 kW. Njihov izvor napajanja su radioničke mreže s naponom od 380 V. Načini rada instalacija su ciklički, povezani s utovarom proizvoda u kupke i njihovim istovarom.

Za industrijsku elektrolizu koristi se istosmjerna struja. Zajedno s tradicionalne metode Pri provođenju elektrolize na istosmjernoj struji koriste se načini povezani s korištenjem struja složenih oblika i periodičnim promjenama istosmjerne struje. Postrojenja za elektrolizu napajaju se istosmjernom strujom iz istosmjernih generatora, uključujući unipolarne, i iz statičkih poluvodičkih pretvarača.

Pretvarač se sastoji od energetskog transformatora, jedne, dvije ili četiri ispravljačke jedinice, te sklopne, upravljačke i pomoćne opreme (zaštita, alarm). Jedinice s ispravljenom strujom do 6,25 kA imaju ventilski transformator s jednim sekundarnim namotom, sa strujom od 12,5 kA - s dva, sa strujom od 25 kA - s četiri namota i, prema tome, s jednim, dva i četiri ispravljača blokovi (slika 1.1) .

Riža. 1.1.

Za pretvaračke jedinice koristi se šestofazni nulti krug sa spojem sekundarnih namota transformatora prema krugu "dvije obrnute zvijezde s izjednačujućim reaktorom" (Sl. 1.2 a) i trofaznim mostnim krugom (Sl. 1.2 b). Pretvaranje jedinica mala snaga sastavljen prema trofaznom nultom krugu (slika 1.2 c).

Riža. 1.2.

Većina postrojenja za elektrolizu zahtijeva regulaciju napona ispravljene struje. Potreba za promjenom napona na stezaljkama serije elektrolize tijekom normalnog rada određena je sljedećim razlozima:

a) promjena napona u mreži napajanja izmjeničnom strujom;

b) promjena broja kupki u nizu elektrolize zbog uklanjanja određenog broja kupki radi popravka ili premošćavanja iz tehnoloških razloga;

c) mijenjanje načina rada kupelji, posebno kada se mijenja jakost struje ili međuelektrodni prostor.

U režimima pokretanja postrojenja za elektrolizu obično je potrebna regulacija napona u širokom rasponu. Razlozi za to su, prije svega, činjenica da se niz elektroliza, u pravilu, ne pokreće kao cjelina, već u dijelovima ili čak u zasebnim kupkama. Drugo, početni način rada kupke može se značajno razlikovati od normalnog rada. Na primjer, aluminijske kupke prije pokretanja se pale (bez elektrolita) i na njima je smanjen napon, ali u prvom razdoblju nakon pokretanja napon na kupkama ostaje veći nego u normalnom načinu rada.

Stoga se regulacija napona provodi na dva načina:

1. transformator stupnjevitog pretvarača (TDNPV - trofazni, D - hlađenje puhanjem, N - s mjenjačem pod opterećenjem, PV - ventilski pretvarač; TMNPU-U - s reaktorom za izjednačenje);

2. Glatka regulacija se vrši pomoću prigušnice zasićenja (DN-6300, granica regulacije 49 V).

U transformatorskim podstanicama svaki je ventil zaštićen brzodjelujućim osiguračem.

Brzodjelujući osigurač ima sposobnost ograničavanja struje, tj. vrijeme taljenja FU je znatno manje od vremena porasta struje kratkog spoja. na maksimalnu vrijednost.

Pretvaračka trafostanica uključuje: postrojenje izmjenične struje, pretvaračke jedinice i postrojenje ispravljene struje. Osim jedinica i pomoćnih transformatora transformatorskih trafostanica, u nekim slučajevima, drugi potrošači električne energije poduzeća također se napajaju izmjeničnim sklopnim uređajima.

Za kompenzaciju reaktivne snage koju stvaraju pretvaračke instalacije koriste se uzdužna kapacitivna kompenzacija, rezonantni filtri, višefazni ispravljački krugovi i kompenzacijske ispravljačke jedinice.

Pretvaračke trafostanice koje napajaju postrojenja za elektrolizu za proizvodnju aluminija, magnezija i klora karakterizira značajan broj paralelno radećih ispravljačkih jedinica i velike snage.

Ispravljačka jedinica je izvor viših harmonika struje i napona koji uzrokuju pogoršanje faktora snage i dodatne gubitke električne energije te smetnje u komunikacijskim i televizijskim kanalima. Stupanj utjecaja viših harmonika obrnuto je proporcionalan broju faza ispravljanja. Kako se snaga jedinice povećava, utjecaj se povećava.

Povećanje broja faza ispravljanja dovodi do nestanka harmonijskih komponenti reda ispod – 1.

Povećanje broja faza ispravljanja postiže se posebnim projektiranjem namota ili stvaranjem ekvivalentnog višefaznog načina rada za skupine jedinica, od kojih svaka radi u šestofaznom načinu ispravljanja. Kao optimalan usvojen je dvanaestofazni ispravljački krug.

Za druge industrije koje imaju elektrolizere s nižom strujom, tipično je raditi s jednom jedinicom za svaku seriju elektrolize.

S malim brojem (2-4) jedinica, trafostanica izmjeničnog postrojenja obično ima jedan sekcijski sustav sabirnica (Sl. 1.3).

Riža. 1.3.

Na veliki broj za pretvaračke jedinice prednost se daje rasklopnim uređajima sa sustavom dvostruke sabirnice (slika 1.4).

Riža. 1.4.

Sustav dvostruke sabirnice također je poželjan u pogledu uvjeta pokretanja. Većina elektroliznih instalacija zahtijeva regulaciju ispravljenog napona unutar značajnih granica tijekom pokretanja. Ako ispravljačke jedinice ne mogu osigurati potreban raspon, tada se za dodatno smanjenje napona privremeno ugrađuje silazni transformator tijekom perioda pokretanja. Kod dva sabirnička sustava, jedan od njih se preko autotransformatora napaja smanjenim naponom potrebnim za pretvaračke jedinice, a drugi sabirnički sustav održava normalni napon potreban za ostale potrošače električne energije.

Pretvaračke transformatorske stanice velike snage obično se napajaju snižavajućim transformatorima 220/10 kV snage 180–200 MVA, koji imaju razdvojene namotaje na niskonaponskoj strani. Za smanjenje struje kratkog spoja Na sabirnicama od 10 kV koristi se odvojeni rad razdvojenih namota.

Visoki zahtjevi za neprekinutim napajanjem elektroliznih instalacija nameću korištenje povećane redundancije u njihovim sustavima napajanja, što se postiže sekcioniranjem svih dijelova sustava napajanja, sustavom dvostrukih sabirnica, te ugradnjom sekcijskih sklopki s ATS uređajem.

Pretvaračke jedinice snažnih elektroliznih postrojenja spojene su na seriju izravno bez sklopne opreme. Instalacije relativno male snage spajaju se pomoću prekidača, koji su ujedno i zaštitna oprema jedinice. Visokostrujna sklopna oprema također se koristi za dovod struje u serijske ili pojedinačne elektrolizere, zaobilaženje kupelji pri gašenju anodnih bljeskova, njihovo odnošenje na popravak itd.

Brzo djelovanje prekidači serije VAB i VAT koriste se za radna isključenja bez opterećenja i rijetka isključenja pod opterećenjem. Sastoje se od jedinstvenih blok jedinica, opremljenih istim tipom releja i upravljačkih jedinica. Prekidači serije VAT razlikuju se od serije VAB prisutnošću indukcijsko-dinamičkog pogona. Brzina pogona je osigurana činjenicom da je zadržavajući magnetski tok prisiljen na paralelni dio magnetskog kruga.

Struja iz izvora napajanja dovodi se u kupke za elektrolizu preko posebnih sabirnica, koje se sastoje od pojedinačnih pravokutnih sabirnica skupljenih u pakete. Tipično, sabirnice su izrađene od aluminijskih sabirnica; bakar se koristi samo tamo gdje aluminij nije prikladan zbog svoje niske otpornosti na koroziju.

Presjeci sabirnica određuju se na temelju ekonomske gustoće struje. Zatim se provjerava izračunati presjek sabirničkog kanala dopuštena vrijednost gubici napona (ne više od 3%), dopušteno zagrijavanje u stacionarnom stanju (ne više od 343 K) i mehanička čvrstoća.

Budući da radne struje kupki za elektrolizu dosežu desetke i stotine kiloampera, presjek sabirnice je također velik - do 15 dm2.

Sabirnice koje dovode električnu energiju od ispravljačkih trafostanica do pogona elektrolize postavljene su na posebnim nadvožnjacima. Između pojedinačnih elektroliznih kupki unutar radionice sabirnički kanali polažu se u posebne sabirničke kanale obložene armiranobetonskim pločama.

Značajke pretvaračkih podstanica:

1. Sve pretvaračke jedinice u trafostanici rade paralelno na jednom sustavu ispravljenih sabirnica;

2. Broj transformatora na snažnim pretvaračkim podstanicama može doseći 10-11 komada;

3. Pretvaračke trafostanice nalaze se u neposrednoj blizini zgrade elektrolize i izvode se kao prigrađene ili samostojeće.

Priložene trafostanice:

“+” – kratka duljina strujnog vodiča na strani ispravljene struje (smanjenje gubitaka);

“–” – pogoršanje uvjeta hlađenja.

Samostojeće trafostanice: vrijedi suprotno.

Zaključak: elektroliza je fizikalno-kemijski proces koji se događa kada električna struja prolazi kroz otopinu ili talinu elektrolita. Elektroliza se koristi u obojenoj i crnoj metalurgiji, elektrokemiji i strojogradnji