Свого часу за допомогою електролізу з розплавів солей вдалося вперше виділити чисті калій, натрій та багато інших металів.

Сьогодні цей процес застосовують і в побуті – для видобутку водню з води. Технологія більш ніж доступна, адже прилад для електролізу води є лише контейнером з розчином соди, в який занурені електроди.

Електродами є невеликі квадратні листи, вирізані з оцинкованої сталі або, краще, з нержавіючої сталі марки 03Х16Н15М3 (AISI 316L). Звичайна сталь буде дуже швидко з'їдена електрохімічною корозією.

Прорізавши ножем отвір у стінці контейнера, потрібно встановити на ньому два фільтри грубого очищення - підійдуть "грязевики" (друга назва - косий фільтр) або фільтри від пральних машин.

Потім встановлюються плата товщиною 2,3 мм і барботажна трубка.

Завершується створення електролізера установкою форсунки із затвором, розташованим із боку плати.

Пристрій з верхнім розташуванням контейнера

Електроди виготовляються з нержавіючого листа розміром 50х50 см, який потрібно розрізати болгаркою на 16 рівних квадратів. Один кут кожної пластини підрізається, а протилежному виконується отвір під болт М6.

Один за одним електроди одягаються на болт, а ізолятори для них нарізаються із гумової чи силіконової трубки. Як варіант можна скористатися трубкою від водяного рівня.

Контейнер фіксується за допомогою штуцерів і лише після цього встановлюються барботажна трубка та електроди з клемами.

Модель із нижнім розташуванням контейнера

У цьому варіанті складання приладу починають з нержавіючої основи, розміри якої повинні відповідати розмірам контейнера. Далі встановлюють плату та трубку. Монтаж фільтрів у цій модифікації не потрібний.

Потім до нижньої плати потрібно прикріпити 6-міліметровими гвинтами затвор.

Установка форсунки здійснюється за допомогою штуцера. Якщо все ж таки прийнято рішення встановити фільтри, то для їх кріплення слід використовувати пластикові затискачі на гумових прокладках.

Готовий пристрій

Товщина ізоляторів між пластинами-електродами має становити 1 мм.При такому зазорі сила струму буде достатньою для якісного електролізу, водночас бульбашки газу зможуть легко відірватися від електродів.

До полюсів джерела живлення пластини підключаються по черзі, наприклад, перша пластина – до «плюса», друга – до «мінуса» і т.д.

Пристрій із двома клапанами

Процес виготовлення 2-клапанної моделі електролізера не відрізняється особливою складністю. Як і в попередньому варіанті, складання слід починати з підготовки основи. Виконується воно із сталевої листової заготовки, яку потрібно підрізати відповідно до розмірів контейнера.

До основи міцно кріпиться плата (застосовуємо гвинти М6), після чого можна встановлювати трубку для барботажу діаметром не менше 33 мм. Підібравши затвор до пристрою, можна приступати до монтажу клапанів.

Пластиковий контейнер

Перший встановлюється на підставі труби, для чого тут необхідно закріпити штуцер. З'єднання ущільнюється кільцем затискача, після чого встановлюється ще одна пластина - вона знадобиться для фіксації затвора.

Другий клапан слід монтувати на трубі з відступом від краю 20 мм.

З появою водяної системи опалення, повітряна системанезаслужено втратила свою популярність, але зараз знову набирає обертів. – рекомендації щодо проектування та монтажу.

Все про виготовлення та використання чудо-печі про солярку ви дізнаєтесь.

А у цій темі розберемо різновиди лічильників тепла для квартири. Класифікація, конструктивні особливості, ціни на прилади.

Моделі на три клапани

Ця модифікація відрізняється не тільки кількістю клапанів, але також і тим, що підстава для неї має бути особливо міцною. Застосовується все та ж нержавіюча сталь, але більшої товщини.

Місце для встановлення клапана №1 потрібно вибирати на вхідній трубі (вона приєднується до контейнера). Після цього слід закріпити верхню пластину та другу трубку барботажного типу. Клапан №2 встановлюють на кінці цієї трубки.

Штуцер під час встановлення другого клапана потрібно кріпити з достатньою жорсткістю.Також буде потрібно затискне кільце.

Готовий варіант водневого пальника

Наступний етап – виготовлення та встановлення затвора, після чого до труби прикручують клапан №3. За допомогою шпильок він повинен з'єднуватися з форсункою, при цьому за допомогою прокладок гуми повинна бути забезпечена ізоляція.

Вода в чистому вигляді (дистильована) є діелектриком і щоб електролізер працював із достатньою продуктивністю, її слід перетворити на розчин.

Найкращі показники демонструють не сольові, а лужні розчини. Для їхнього приготування у воду можна додати харчову або каустичну соду. Також підійдуть деякі засоби побутової хімії, наприклад «Містер Мускул» або «Крот».

Пристрій з оцинкованою платою

Дуже поширена версія електролізера, що застосовується, головним чином, в системах опалення.

Підібравши основу та контейнер, з'єднують гвинтами (їх знадобиться 4 шт.) плати. Потім зверху на приладі встановлюють ізолюючу прокладку.

Стінки контейнера не повинні мати електропровідність, тобто бути виготовленими з металу.Якщо є необхідність зробити ємність високоміцною, потрібно взяти пластиковий контейнер, і помістити його в той же розмір металеву оболонку.

Залишається прикрутити контейнер шпильками до основи і встановити затвор з клемами.

Модель з оргсклом

Складання електролізера із застосуванням заготовок з органічного скланазвати простим завданням не можна – даний матеріалдосить складний у обробці.

Труднощі можуть підстерігати і на етапі пошуку контейнера відповідного розміру.

У кутах плати висвердлюють по одному отвору, після чого приступають до монтажу пластин. Крок між ними має становити 15 мм.

На наступному етапі переходять до встановлення затвора. Як і в інших модифікаціях слід застосовувати прокладки з гуми. Тільки потрібно врахувати, що в цій конструкції їх товщина повинна становити не більше 2 мм.

Модель на електродах

Незважаючи на злегка насторожуючу назву, ця модифікація електролізера також цілком доступна для самостійного виготовлення. На цей раз складання приладу починають знизу, зміцнюючи на міцній сталевій основі затвор. Контейнер з електролітом, як і в одному з описаних вище варіантів, розташуємо зверху.

Після затвора приступають до монтажу трубки. Якщо розмір контейнера дозволяє, його можна оснастити двома фільтрами.

• лист не стосується контейнера;
• відстань між ним (листом) та затискними гвинтами повинна становити 20 мм.

При такому виконанні генератора водню електроди слід кріпити до затвора, розміщуючи з іншого боку від нього клеми.

Застосування пластикових прокладок

Варіант виготовлення електролізера з прокладками полімерів дозволяє застосувати алюмінієвий контейнер замість пластикового. Завдяки прокладкам він буде надійно ізольований.

Вирізаючи прокладки із пластику (потрібно 4 шт.), необхідно надати їм форму прямокутників. Вони укладаються по кутах основи, забезпечуючи зазор 2 мм.

Тепер можна приступати до встановлення контейнера. Для цього знадобиться ще один лист, в якому просвердлюють 4 отвори. Їхній діаметр повинен відповідати зовнішньому діаметру різьби М6 – саме такими гвинтами буде прикручуватися контейнер.

Стінки у алюмінієвого контейнера жорсткіші, ніж у пластикового, тому для надійнішого кріплення під головки гвинтів слід підкласти шайби з гуми.

Залишається заключний етап– встановлення затвора та клем.

Модель на дві контактні клеми

До основи, виготовленої із сталевого або алюмінієвого листа, прикріпіть за допомогою циліндрів або гвинтів пластиковий контейнер. Після цього необхідно встановити затвор.

У цій модифікації застосовується голчаста форсунка діаметром 3 мм або трохи більше. Її потрібно встановити на своє місце, приєднавши до контейнера.

Тепер за допомогою провідників потрібно приєднати клеми до нижньої плати.

Останнім елементом монтується трубка, причому місце, в якому вона приєднується до контейнера, має бути ущільнене затискним кільцем.

Фільтри можна запозичити у поламаних пральних машинахабо встановити стандартні «грязевики».

Ще на шпинделі потрібно буде закріпити два клапани.

Електрифікація будинку – важливий етап у облаштуванні нової будівлі. - Рекомендації професійних електриків.

Як виготовити простий теплоакумулятор своїми руками, ви дізнаєтесь. А також обв'язування та налаштування системи.

Схематичне уявлення

Схематичний опис реакції електролізу займе трохи більше двох рядків: позитивно заряджені іони водню прямують до негативно зарядженому електроду, а негативно заряджені іони кисню – до позитивного. Для чого замість чистої водидоводиться використовувати електролітичний розчин? Справа в тому, що для розриву молекули води потрібне досить сильне електричне поле.

Сіль або луг виконує значну частину цієї роботи хімічним шляхом: атом металу, що має позитивний заряд, притягує до себе негативно заряджені гідроксогрупи ВІН, а лужний або кислотний залишок, що має негативний заряд - позитивні іони водню Н. Таким чином, електричному полюзалишається лише розтягнути іони до електродів.

Схема електролізера

Найкращим чином електроліз проходить у розчині соди, одна частина якої розбавляється в сорока частинах води.

Найкращим матеріалом для електродів, як говорилося, є нержавіюча сталь, а ось для виготовлення пластин найкраще підходить золото. Чим більшою буде їхня площа і чим вища сила струму – тим у більшому обсязі виділятиметься газ.

Прокладки можна робити з різних струмопровідних матеріалів, але найкраще для цієї ролі підходить полівінілхлорид (ПВХ).

Висновок

Електролізер може ефективно застосовуватися не тільки в промисловості, а й у побуті.

Водень, що виробляється ним, можна перетворити на паливо для приготування їжі, або збагачувати їм бензо-повітряну суміш, підвищуючи потужність автомобільних двигунів.

Незважаючи на простоту принципового пристрою, умільці навчилися виготовляти цілий ряд його різновидів: будь-яку з них читач зможе виготовити власноруч.

Відео на тему

Електроліз- це розщеплення чи очищення речовин під впливом електричного струму. Це окислювально-відновний процес, на одному з електродів – аноді – відбувається процес окислення – він руйнується, а на катоді – процес відновлення – до нього притягуються позитивні іони – катіони. При електролізі проходить електролітична дисоціація - розпад електроліту (токопровідної речовини) на позитивно і негативно заряджені іони (виділяють кілька ступенів дисоціації). його потрібно постійно поповнювати. Анод, що окислюється, може також розчинятися в розчині електроліту - тоді його частинки набувають позитивного заряду і притягуються до катода.

Анод – позитивно заряджений електрод – на ньому йде окислення
Катод – негативно заряджений електрод – на ньому йде відновлення
Виходячи з принципу, що різні заряди притягуються, разом з цим йдеподіл чи очищення речовини.

Матеріал електродів може бути різним, залежно від процесу, що відбувається. Маса речовини, що виходить при електрохімічній взаємодії, визначається законами Фарадея і залежить від заряду (твор сили струму на час протікання струму), також залежить від концентрації електроліту від активності матеріалів, з яких виготовлені електроди.Аноди бувають інертні – нерозчинні, не вступають у реакції та активні – самі беруть участь у взаємодії (застосовуються набагато рідше).

Для виготовлення анодів застосовують графіт, вуглеграфітові матеріали, платину та її сплави, свинець та його сплави, окисли деяких металів; використовуються титанові аноди з активним покриттям із суміші оксидів рутенію та титану, а також платини та її сплавів.

Нерозчинні аноди – це композиції на основі танталу та титану спеціальні сорти графіту, двоокис свинцю, магнетит. Для катодів зазвичай використовується сталь.

Для процесу можуть бути використані такі типи електролітів: водні розчини солей, кислот, основ; неводні розчини в органічних та неорганічних розчинниках; розплавлені солі; тверді електроліти. Електроліти бувають різного ступеня концентрації.

Залежно від цілей електролітичних реакцій використовують різні поєднаннятипів анодів і катодів: горизонтальні з ртутним рідким катодом, з вертикальними катодами і фільтруюшою діафрагмою, з горизонтальною діафрагмою, з проточним електролітом, з електродами, що рухаються, з насипними електродами і т.д. У більшості процесів прагнуть використовувати речовини, що утворюються і на аноді, і на катоді, проте зазвичай один з продуктів менш цінний.

Електроліз знаходить величезне застосування у промисловості, також він використовується в медицині та народному господарстві.

Основні застосування електролізу:

• Чищення води для використання в народному господарстві,
• Очищення стічних водвикористаних вод із хімічних виробництв.

Для отримання речовин та металів без домішок:

• Металургія, гідрометалургія - для виробництва алюмінію та багатьох інших металів - алюмінію з розплаву оксиду алюмінію в кріоліті, електролізом отримують магній (з доломіту та морської води), натрій (з кам'яної солі), літій, берилій, кальцій (з хлориду кальцію), лужні та рідкісноземельні метали.
• У хімічній промисловості електролізом одержують такі важливі продукти як хлорати та перхлорати, надсерну кислоту та персульфати, перманганат калію,
• Електролітичне виділення металу – електроекстракція. Руда або концентрат певними реагентами перетворюється на розчин, який після очищення направляють на електроліз. Так одержують цинк, мідь, кадмій.
• Електролітичне рафінування. З металу виготовляють розчинні аноди, домішки, які у чорновому металі анода випадають як анодного шламу (мідь, нікель, олово, свинець, срібло, золото), при електролізі, а чистий метал виділяється на катоді.
• У гальванотехніки - гальваностегія - отримання покриттів на металах, що покращують їх експлуатаційні або декоративні властивостіта гальванопластика – отримання точних металевих копій будь-яких предметів;
• Для отримання оксидних захисних плівокна металах (анодування); також електрохімічна обробка використовується для полірування поверхні виробів та фарбування металів,
• Існує електрохімічне заточення різальних інструментів, електрополірування, електрофрезування,
• також електроліз широко застосовується у радіотехніці.

Виділяють електроліз водних розчинів і розплавлених середовищ, а також виробництво самих електрохімічних джерел струму - батарей, гальванічних елементів, акумуляторів, працездатність яких відновлюється пропусканням струму в напрямку, протилежному тому, в якому струм протікав при розрядці.

Основні типи електролізних установок:

• Установки для отримання та рафінування алюмінію;
• Електролізні установки феросправного виробництва;
• електролізери нікель-кобальтового виробництва;
• Установки для електролізу магнію;

• Установки електролізу (рафінування) міді;
• Установки для нанесення гальванічних покриттів;
• Електролізні установки для одержання хлору;

• Електролізери для знезараження води.
• Електролізери, що виробляють водень для атомних станцій.. і т.п.

Побічним продуктом багатьох окисно-відновних реакцій є кисень.

При електролізі регулюють силу струму, його частоту та напругу, навіть полярність, ці параметри керують швидкістю та спрямованістю процесів. Реакція електролізу завжди проводиться при постійному струмі, так як тут дуже важлива постійність полюсів. У поодиноких випадках, коли полярність не значуща використовується змінний струм (наприклад, при електролізі газів).

Сучасні алюмінієві електролізери за конструкцією катодного пристрою поділяють на

• Електролізери з днищем і без днища,
• З набивною та блоковою подіною;
• за способом струмопідведення: з односторонньою та двосторонньою схемою ошиновки;
• за способом уловлювання газів: на електролізери відкритого типу, з дзвоновим газовідсмоктувачем та прихованого типу.

До незадовільних властивостей всіх існуючих конструкцій алюмінієвих електролізерів слід віднести недостатньо високий коефіцієнт використання електроенергії, нетривалий термін їхньої служби та недостатню ефективність уловлювання газів, що відходять. Подальше вдосконалення конструкції електролізерів має йти шляхом збільшення його одиничної потужності, механізації та автоматизації всіх операцій обслуговування, повного уловлювання всіх газів, що відходять, з подальшою регенерацією їх цінних компонентів.

Промислові електролізні установки мають безліч типів конструкції, основні це мембранні та діафрагмові. Також виділяють сухі, мокрі та проточні електролізні установки. У загальному виглядіустановка - це закрита системамістить електроди, поміщені до складу електроліту, до якої підводиться електричний струм з певними характеристиками. Електролізні осередки можуть бути об'єднані в батарею. Існують також біполярні електролізери - де кожен електрод, крім крайніх працює з одного боку як анод, з іншого боку як катод.

Дане обладнання працює за різного тиску, залежно від типу реакції. Для отримання деяких речовин - наприклад, при отриманні газів потрібне регулювання тиску або особливі умови. Також слід стежити за тиском газів, які є побічним продуктом електролітичних реакцій. Електролізні установки, які використовуються для отримання водню та кисню на електростанціях працюють під надлишковим тиском до 10 кгс/см2 (1 МПа).
Установки також відрізняються своєю продуктивністю.

У деяких із них використовуються прямохідні електричні механізми. Наприклад, вони застосовуються для переміщення електродів, регулювання рівня електроліту, переміщення резервуарів, ванн з електролітом і т.п. Один із прикладів такої конструкції наведено на кресленні.

Усі електролізні установки мають бути заземлені. Для роботи великого промислового електролізера потрібен випрямний агрегат або перетворювальна підстанція для перетворення змінного струмуу постійний. Стаціонарне місцеве освітлення в цехах (корпусах, залах) електролізу зазвичай не потрібне. Виняток – основні виробничі приміщенняелектролізних установок одержання хлору.

Технології промислового електролізу поділяються на кілька типів:

• PFPB - технологія електролізу з використанням обпалених анодів та точкових живильників
• CWPB - електроліз з використанням обпалених анодів та балки продавлювання по центру
• SWPB - периферійна обробка електролізерів з обпаленими анодами
• VSS - технологія Содерберга з верхнім струмопідведенням
• HSS - технологія Содерберга з бічним струмопідведенням

Найбільший обсяг питомих викидів з електролізерів посідає процеси електролізу, основу яких лежить технологія Содерберга. Ця технологія набула найбільшого поширення на алюмінієвих заводах Росії та Китаю. Обсяг питомих викидів з таких електролізерів значно вищий щодо інших технологій. Кількість викидів фторвуглеців скорочують навіть вивчаючи технологічні параметри анодного ефекту, зниження якого також впливає кількість викидів.

Моделі промислових електролізерів

У вуглецевих анодів (а графіт - це алотоп вуглецю) - є суттєвий недолік - при проведенні реакції вони викидають в атмосферу вуглекислий газ, тим самим забруднюючи її. В даний час особливо актуальною є технологія інертного анода, зараз цю технологіютестує відомий виробникалюмінію. Суть її в тому, що для використовується безвуглецевий анод, що не вступає в реакції, і як побічний продукт в атмосферу виділяється не вуглекислий газ, а чистий кисень.

Дана технологія істотно підвищує екологічність виробництва, але поки що вона перебуває на етапі тестування.

Незважаючи на велику різноманітність електролітів, електродів, електролізерів, загальні проблеми технічного електролізу. До них слід зарахувати перенесення зарядів, тепла, маси, розподіл електричних полів. Для прискорення процесу перенесення доцільно збільшувати швидкість всіх потоків і застосовувати примусову конвекцію. Електродні процеси можуть контролюватись шляхом вимірювання граничних струмів.

ЕЛЕКТРОСПЕЦ

ЕЛЕКТРОСПЕЦ

Електрохімічні та електрофізичні установки, електролізні установки

Електроліз- це явище виділення речовини на електродах при проходженні через електроліт струму, процеси окислення та відновлення на електродах, що супроводжуються придбанням або втратою частинками речовини електронів.
Електролізер- Це ванна, в якій процес йде з поглинанням електричної енергії.
Принцип дії можна розглянути на схемі електролізера з анодним розчиненням та катодним осадженням (Рис. 1.3-1).

Основними елементами установки є: електроліт (1), електроди (2) та джерело живлення (3).
Напруга на електролізній ванні (U) складається з трьох складових:

Біля поверхні електродів утворюється подвійний електричний шар, який протидіє підходу та виходу іонів. Для ослаблення протидії використовуються:
- циркуляція електроліту для вирівнювання температури;
- вібрація електродів;
- Імпульсне джерело живлення.
У промисловості електроліз металів і вихідне середовище визначаються електричним потенціалом металу, що виділяється.
Метали з позитивним потенціалом виділяють із твердої чорнової основи шляхом її розчинення (наприклад, мідь з потенціалом +0,34 В).
Метали з негативним потенціалом більше виділяють із розчинів їх солей (наприклад, цинк з потенціалом «-0,76»).
Метали з негативним потенціалом менше виділяють із розплавів їх солей (наприклад, алюміній із потенціалом «-1,43»).
Потенціали металів визначені стосовно «водню», у якого електричний потенціал дорівнює «нулю».
Електроліз мідізастосовується для отримання чистої електролітичної міді з чорнової (отриманої після плавки в печах) та довжини вилучення цінних металів, що знаходяться в ній.
Процес ведеться у електролізних ваннах.
Анодом є лита чорнова мідь у вигляді плит завтовшки 35...45 мм і масою близько 300 кг.
Катодом є електролітична (чиста) мідь у вигляді пластин завтовшки 0,6...0,7 мм, підвішених на вушках між анодами. Відстань міжсусідними анодами та катодами 35...40 мм.
Електролітом, яким заповнюється ванна, є водний розчин мідного купоросу (CuSO 4), підкислений сірчаною кислотою (H 2 S0 4) зменшення опору.

З метою вирівнювання концентрації іонів міді у електродів та забезпечення необхідної температури застосовується пряма циркуляція електроліту, який подається знизу та зливається зверху ванни.
Електроліз цинкузастосовується для отримання високоякісного цинку (Zn) із водних розчинів його солей.
Катодом є алюмінієві пластини завтовшки 4 мм. Анодом є свинцеві пластини товщиною 5...8 мм, з добавкою 1% срібла зниження корозії.
Електролітом є 5...6% водний розчин сірчанокислого цинку (ZnS0 4) та сірчаної кислоти (H 2 S0 4). Під час електролізу на катоді осідає металевий цинк (Zn), який періодично знімають.
На аноді виділяється газоподібний водень (Н), а розчині утворюється сірчана кислота (H 2 S0 4).

Зняття цинку з катодів проводиться до 2 разів на добу, потім промивають, формують в пакети і переплавляють в печах.
У процесі електролізу зношування катодів становить близько 1,5 кг/т цинку, а анодів - 0,8... 1,5 кг/т цинку.
Різке підвищення падіння напруги на ванні (до 3,3...3,6) вказує на необхідність очищення анодів від шламу.
Така необхідність очищення анодів - один раз на 20...25 днів, а катодів - один раз на 10 днів.
Шлам видаляється через отвір у дні ванни.
В електролізному цеху ванни встановлюють поруч довгими бортами по 20...30 шт. і з'єднують в один блок.
Для підтримки заданої температури ванни охолоджуються водою, що подається по алюмінієвих або вуглецевих змійовиків.
Для зниження виділення водню на катоді розчин додають поверхнево-активні речовини.
Електроліз алюмініюзастосовується для отримання якісного алюмінію (Аl) із розплавлених солей шляхом електролізу.
Анодом є вугільний електрод, який витрачається в процесі електролізу, оскільки знаходиться в сильно агресивному середовищі.
Анод підвішується на рухомій рамі, яка автоматично переміщається металоконструкціями печі. Керуючим сигналом є втрата напруги в електроліті.
Електролітом є розчин оксиду алюмінію (AI 2 O 3) у розплавленому кріоліті (Na 3 AlF 6). Присутність фтору (F6) надає середовищу високу агресивність.
Катодом є подові блоки печі.
Струм до ванни підводиться з двох сторін.
До анода - за пакетами алюмінієвих шин, гнучкими мідними струмопроводами, сталевими штирами.
До катода - спеціальним струмопроводам (блюмсам).
Розміри анода визначаються заданою потужністю ванни та допустимою щільністю струму.

Електролізери об'єднують у серію зі 160... 170 шт., причому 4...5 є резервними.
Виливають метал із ванни вакуум-ковшами.
Вилитий з ванн алюміній надходить у міксери ливарного корпусу, де він після усереднення та відстоювання розливається у зливки.

В даний час в Росії все більша кількість об'єктів водопостачання та водовідведення, а також виробництв, відмовляються від застосування товарного рідкого хлору та гіпохлоритів, роблячи вибір на користь організації власного синтезу необхідних реагентів безпосередньо на об'єктах застосування.

Для виробництва потрібен хлорид натрію (сіль), вода, електроенергія.

Причини такої відмови:

1. Рідкий хлор дуже небезпечний.

Незважаючи на невисоку вартість хлору, заходи та витрати, пов'язані з його використанням, значною мірою ускладнюють та здорожчують весь виробничий процес.

2. Товарний гіпохлорит натрію (ДПГН 19%) дуже дорогий.

Вартість 1 т. ДПГН марки А вбирається у 20-30 тис. крб. Проте, кількість гіпохлориту натрію, еквівалентне 1 т. хлору, становить 100-150 тис. крб. (оскільки гіпохлорит містить всього 15-19% активного хлору і має тенденцію до подальшого розкладання).

Переваги електролізного обладнання:

• відмова від витрат на забезпечення безпеки при транспортуванні та зберіганні;
• при роботі електролізного обладнання неможливі аварії, пов'язані з витоком великої кількостіреагенту. Об'єкти експлуатації електролізних установок для синтезу хлорреагентів не належать до ОПЗ та не включаються до відповідного реєстру;
• незалежність від постачальника – реагент виробляється в необхідної кількості, продуктивність регулюється, що підвищує енергоефективність об'єкта;
• дешева сировина – для синтезу можна використовувати найдешевшу технічну сіль. Це вимагатиме встановлення додаткового обладнаннядля очищення сольового розчину, що надходить в електролізери, однак ці витрати окупаються менш ніж за 1 рік за рахунок значної економії на сировину;
• отримуваний реагент дешевший за товарний;
• для об'єктів водопостачання, які використовують як основний метод знезараження УФ установки – при впровадженні УФ обладнання неможливо повністю відмовитися від використання хлорреагенту, оскільки необхідно забезпечити санітарний стан споруд та мереж, а також безпеку транспортування води споживачеві. Електролізні установки спільно з УФ обладнанням повністю задовольняють потребу в хлорі, об'єкт у своїй виключається з реєстру ОПО.

Електролізні установки виробляють різні реагенти:

• хлор або хлорну воду (Аквахлор, Аквахлор-Бекхофф, Аквахлор-Мембрана/Діафрагма);
• комбінований дезінфектант із підвищеною ефективністю – розчин оксидантів, що містить хлор, діоксид хлору, озон (Аквахлор, Аквахлор-Бекхофф);
• низькоконцентрований ГПХН 0,8% (ЛЕТ-ЕПМ, Аквахлор, Аквахлор-Бекхофф);
• висококонцентрований ДПГН 15-19% (Аквахлор-Мембрана/Діафрагма).

Для цілей знезараження води підходять усі ці реагенти. Обмеженням є тільки pH, що піддається знезараженню води в точці введення реагенту – для води з pH вище 7,5 рекомендується використовувати хлорну воду замість гіпохлориту, який малоефективний у лужному середовищі.

Зупинимося докладніше на кожному типі обладнання ТОВ «ЛЕТ»:

Аквахлор та Аквахлор-Бекхофф:

• отримуваний реагент має підвищену ефективність;
• окремі модулі мають невелику продуктивність. Що дозволяє гнучко реагувати на
• потреба у реагенті. Оптимальна продуктивність комплексу – до 250-500 кг активного хлору на добу;
• періодичність заміни реакторів – 1 раз на 3-5 років;
• простота обслуговування.

ЛЕТ-ЕПМ:

• необмежена продуктивність комплексів;
• простота експлуатації та невисокі вимоги до якості сировини;
• періодичність заміни (перекриття) електродного блоку – 1 раз на рік;
• Реагент підходить для більшості об'єктів.

Аквахлор-Діафрагма:

• можливість отримання хлорної води та концентрованого ГПХН 19%, а також одночасного одержання цих реагентів;
• періодичність заміни електродного покриття та діафрагми – не більше 1 разу на 10 років;
• високі вимоги до якості сольового розчину;
• можливість промивання діафрагми та повернення в роботу у разі забруднення сольовим розчином невідповідної якості;

Аквахлор-Мембрана:

• необмежена продуктивність комплексу (але не менше 50-100 кг/добу);
• можливість отримання хлору та концентрованого ГПХН 19% високої чистоти, придатної для синтезу;
• періодичність заміни електродного покриття та мембрани – не більше 1 разу на 10 років;
• дуже високі вимоги до якості сольового розчину;
• у разі забруднення мембрани потрібна її заміна на нову;
• обслуговування обладнання потребує кваліфікованого персоналу.

Собівартість кінцевого продукту (за зростанням, від меншої до більшої):

• Аквахлор-Діафрагма
• Аквахдлор-Мембрана
• Аквахлор/Аквахлор-Бекхофф
• ЛЕТ-ЕПМ

Електроліз - це явище виділення речовини на електродах при проходженні через електроліт струму, процеси окислення та відновлення на електродах, що супроводжуються придбанням або втратою частинками речовини електронів.

Електролізер - це ванна, в якій процес йде з поглинанням електричної енергії.

Принцип дії:

Мал. 1.1.

Основними елементами установки є: електроліт 1, електроди 2 та джерело живлення 3.

Напруга на електролізній ванні (U) складається з трьох складових:

U = U1 + Uак + Uе, (1.1)

Uак - пріелектродна напруга;

Uе - напруга в електроліті.

Потужність, що виділяється в електролізній ванні (Рев), визначається виразом:

Рев = I(U1 + Uа + Uк + Il/σ), (1.2)

де I - Струм у ванні, А;

Uа,Uк - падіння напруги на аноді та катоді, В;

l – відстань між електродами, м;

σ – питома провідність електроліту, 1/(Ом·м).

Лише частина цієї потужності витрачається розкладання речовини. Решта потужності йде на нагрівання електроліту та транспортування іонів через розчин. Ефективність електролізного процесу оцінюється виходом енергії (Аэ, %).

Ае=α·(Ат/U)·10 2 , (1.3)

де - електрохімічний еквівалент речовини;

Ат - Вихід металу по струму, г / Дж;

U - напруга на електролізер, В.

Вихід металу по струму - це кількість металу (г), що виділяється на одиницю витраченої енергії (Дж).

Інтенсивність процесу визначається електродною щільністю струму

jе = I/S, (1.4)

де I - Струм, А;

S - площа зануреної в електроліт частини електрода, м2.

Біля поверхні електродів утворюється подвійний електричний шар, який протидіє підходу та виходу іонів. Для ослаблення протидії використовуються:

Циркуляція електроліту для вирівнювання температури;

Вібрація електродів;

Імпульсне джерело живлення.

Електроліз є одним із видів технологічних процесів. Сутність його полягає у виділенні з електроліту при протіканні по ньому постійного струмучастинок речовини та в осадженні їх на занурених в електроліт електродах (електроекстракція) або перенесення речовини з одного електрода через електроліт на інший (електролітичне рафінування).

Електроліз застосовується:

У кольоровій металургії для отримання легких металів (алюмінію, магнію, кадмію та ін.) та рафінування важких металів (міді, срібла, золота, нікелю, свинцю та ін.);

В електрохімії для одержання хлору, водню, важкої води,

кисню, фтору, калію, натрію та ін;

У машинобудуванні для нанесення захисних та декоративних покриттівметалевих та неметалічних виробів (цинкування, нікелювання, кадмування, свинцювання, міднення, хромування, сріблення, оксидування та ін.);

У чорній металургії для лудіння жерсті та електролітичного очищення.

У металургії використовується два різновиди електролізу: електроліз водних розчинів та електроліз розплавлених солей. Перший застосовується для отримання та електролітичного рафінування металів з низьким нормальним потенціалом(цинк, хром, олово, нікель, свинець, срібло) і здійснюється за температури не вище 100 С, другий – для отримання металів з високим нормальним потенціалом (магній, алюміній, лужноземельні метали) при температурі близько 1000 С.

Електроліз проводиться у спеціально обладнаних ваннах – електролізерах. Напруга на ванні становить кілька вольт, а струми сягають десятків і сотень тисяч ампер. З метою економічної каналізації великих струмів однакові ванни з'єднуються в серії послідовно, відповідно до напруги перетворювальної установки.

Зміна електричного опору ванн через нагрівання електроліту, зміни його хімічного складу, витоків струму, порушень нормального режиму експлуатації, виведення з роботи окремих ванн серії, а також змін напруги мережі живлення викликає необхідність регулювання електричних параметрів. Для забезпечення заданої продуктивності електролізної установки застосовують автоматичне регулюваннянапруги, потужності та сили струму серії. Найбільш поширеним способом регулювання є підтримка сталості сили струму серії.

У кольоровій металургії до найбільш потужних установок електролізу відносяться серії ванн для отримання алюмінію та магнію. Для отримання алюмінію використовують електролізери напругою 4-5 В та струмами 100-150 кА, напруги серій становить 450-850 В. Режими роботи електролізних установок тривалі та безперервні. При виведенні окремих ванн у ремонт вони шунтуються особливими шинами. За категорією надійності установки відносяться до першої категорії. Деякі з них, наприклад установки електролізу алюмінію, завдяки великій теплоємності ванн, допускають короткочасні (на кілька хвилин) перерви, але тривала зупинка може призвести до застигання електроліту та значного розладу технологічного процесуна відновлення якого може знадобитися до 10 діб.

В електрохімії використовуються електролізери з напругою від 2 до 10-12 В, а в деяких випадках до 10-220 В (установки для розкладання води, виконані за принципом фільтр-преса, в яких всі електроди з'єднують послідовно). Напруги серій ванн приймаються 150-850 В. При електролізі хлору струм ванн становить 100-190 кА. Режим роботи установок електрохімії безперервний. Установки електрохімії належать до першої категорії надійності. Для установок хлору особливо небезпечні перерви в електропостачанні під час пуску.

В установках металопокриттів напруга ванн коливається від 3,5 до 9-10 В і максимально 25 В. Струми ванн змінюються в межах 0,1-5 кА і вище. Найчастіше потрібно регулювання величини струму у межах. Різниця в режимах роботи окремих ванн не допускає їх послідовного включення. Ванни найчастіше живляться від загальних магістралей напругою 6-12 В через індивідуальні регулювальні реостати. Установки металопокриттів, що використовуються в потокових автоматичних лініях, Належать до приймачів першої категорії, окремі ванни - до другої категорії. Сумарна потужність перетворювальних установок у цехах металопокриттів становить 50–200 кВт. Джерелом живлення їх є цехові мережі напругою 380 В. Режими роботи установок циклічні, пов'язані із завантаженням виробів у ванни та їх розвантаженням.

Для промислового електролізу застосовують постійний струм. Поряд з традиційними методамиведення електролізу на постійному струмі застосовують режими, пов'язані з використанням струмів складної форми, періодичними змінами постійного струму. Живлення установок електролізу постійним струмом проводиться від генераторів постійного струму, у тому числі і уніполярних, і від напівпровідникових статичних перетворювальних агрегатів.

Перетворювальний агрегат складається з силового трансформатора, одного, двох або чотирьох випрямляючих блоків, а також комутаційної, керуючої та допоміжної апаратури (захист, сигналізація). Агрегати з випрямленим струмом до 6,25 кА мають вентильний трансформатор з однією вторинною обмоткою, при струмі 12,5 кА – з двома, при струмі 25 кА – з чотирма обмотками та відповідно з одним, двома та чотирма випрямляючими блоками (рис. 1.1) .

Мал. 1.1.

Для перетворювальних агрегатів застосовуються шестифазна нульова схема зі з'єднанням вторинних обмоток трансформатора за схемою «дві зворотні зірки з зрівняльним реактором» (рис. 1.2 а) та трифазна мостова схема (рис. 1.2 б). Перетворювальні агрегати малої потужностізбираються за трифазною нульовою схемою (рис. 1.2).

Мал. 1.2.

Більшість електролізних установок вимагає регулювання напруги випрямленого струму. Необхідність зміни напруги на затисках електролізної серії у нормальному режимі її роботи визначається такими причинами:

а) зміною напруги в мережі живлення змінного струму;

б) зміною кількості ванн в електролізної серії внаслідок виведення певної кількості ванн на ремонт чи шунтування з технологічних причин;

в) зміною режиму роботи ванн, зокрема, при зміні сили струму чи міжелектродного простору.

У пускових режимах електролізних установок зазвичай потрібне регулювання напруги в межах. Причинами цього є, по-перше, та обставина, що серія електролізу, як правило, пускається не повністю, а частинами або навіть окремими ваннами. По-друге, пусковий режим роботи ванни може суттєво відрізнятися від нормального робітника. Так наприклад, алюмінієві ванниперед пуском обпалюються (без електроліту) і на них буває знижена напруга, зате в перший період після пуску напруга на ваннах тримається вищою, ніж у нормальному режимі.

Тому регулювання напруги здійснюється двома способами:

1. ступінчасто перетворювальним трансформатором (ТДНПВ - трифазний, Д - дутьевое охолодження, Н - з РПН, ПВ - перетворювач вентильний; ТМНПУ-У - з зрівняльним реактором);

2. плавне регулювання здійснюється дроселем насичення (ДН-6300, межа регулювання 49 В).

У перетворювальних підстанціях кожен вентиль захищається запобіжником швидкодіючим.

Швидкодіючий запобіжник має струмообмежувальну здатність, т. е. час плавлення FU значно менше, ніж час наростання струму к. з. до максимального значення.

У складі перетворювальної підстанції є: РУ змінного струму, перетворювальні агрегати та РУ випрямленого струму. Від РУ змінного струму, крім агрегатів і трансформаторів потреб перетворювальних підстанцій, часом живляться й інші споживачі електроенергії підприємства.

Для компенсації реактивної потужності, що генерується перетворювальними установками, використовуються поздовжня ємнісна компенсація, резонансні фільтри, багатофазні схеми випрямлення та компенсаційні випрямні агрегати.

Перетворювальні підстанції, що живлять електролізні установки з виробництва алюмінію, магнію і хлору, характеризуються значною кількістю паралельно працюючих випрямних агрегатів і великою потужністю.

Випрямний агрегат є джерелом вищих гармонік струму та напруги, що викликають погіршення коефіцієнтів потужності та додаткові втрати електроенергії, а також перешкоди у каналах зв'язку та телебачення. Ступінь впливу вищих гармонік обернено пропорційна числу фаз випрямлення. Зі зростанням потужності агрегату вплив зростає.

Збільшення числа фаз випрямлення призводить до зникнення гармонійних складових системи нижче – 1.

Збільшення числа фаз випрямлення досягається спеціальним виконанням обмоток чи створенням еквівалентного багатофазного режиму для груп агрегатів, кожен із яких працює у шестифазному режимі випрямлення. Як оптимальна прийнята дванадцятифазна схема випрямлення.

Для інших виробництв, які мають електролізери на менший струм, характерна робота одиночних агрегатів на кожну електролізну серію.

При невеликій кількості (2–4) агрегатів РУ змінного струму підстанції зазвичай має одиночну секційовану систему шин (рис. 1.3).

Мал. 1.3.

При великому числіперетворювальних агрегатів перевага надається РУ з подвійною системою шин (рис. 1.4).

Мал. 1.4.

Подвійна система шин переважна також за умов забезпечення пускових режимів. Для більшості електролізних установок у пусковому режимі потрібне регулювання випрямленої напруги у значних межах. Якщо випрямні агрегати не можуть забезпечити необхідного діапазону, то для додаткового зниження напруги тимчасово на пусковий період встановлюють понижувальний трансформатор. При двох системах збірних шин на одну з них через автотрансформатор подається знижена напруга, необхідна для перетворювальних агрегатів, а на іншій системі шин підтримується нормальна напруга, необхідна іншим споживачам електроенергії.

Перетворювальні підстанції великої потужності зазвичай отримують живлення від понижуючих трансформаторів 220/10 кВ потужністю 180-200 МВА, що мають на боці нижчої напруги розщеплені обмотки. Для зменшення струмів к. з. на шинах 10 кВ застосовують роздільну роботу розщеплених обмоток.

Високі вимоги до безперебійності живлення електролізних установок змушують застосовувати у системах їх живлення підвищене резервування, яке досягається за рахунок секціонування всіх ланок системи електропостачання, застосування подвійної системи збірних шин, встановлення секційних вимикачів із пристроєм АВР.

Перетворювальні агрегати потужних електролізних установок приєднують до серії безпосередньо без комутаційної апаратури. Установки порівняно невеликої потужності підключають з використанням автоматичних вимикачів, що є одночасно захисною апаратурою агрегату. Сильноточна комутаційна апаратура застосовується також при підживленні струмом серій або окремих електролізерів, шунтуванні ванн при гасінні анодних спалахів, виведенні в ремонт і т.п.

Швидкодіючі автоматичні вимикачісерії ВАБ та ВАТ використовуються для оперативних відключень без навантажень та рідкісних відключень під навантаженням. Вони складаються з уніфікованих вузлів-блоків, укомплектовані однотипними реле та блоками керування. Вимикачі серії ВАТ відрізняються від серії ВАВ наявністю індукційно-динамічного приводу. Швидкодія приводу забезпечується тим, що утримуючий магнітний потік витісняється в паралельну ділянку магнітного ланцюга.

До електролізних ванн струм від джерел живлення підводиться спеціальними шинопроводами, що складаються із зібраних в пакети окремих прямокутних шин. Зазвичай шинопроводи виконуються з алюмінієвих шин, мідь застосовується тільки там, де алюміній непридатний через його малу антикорозійну стійкість.

Переріз шинопроводів визначають, виходячи з економічної щільності струму. Розрахований переріз шинопроводу потім перевіряють на допустиме значеннявтрат напруги (не більше 3 %), допустиме нагрівання в режимі (не вище 343 К) і на механічну міцність.

Оскільки робочі струми електролізних ванн досягають десятків і сотень кілоампер, переріз шинопроводу також виходить більшим – до 15 дм2.

Шинопроводи, що підводять електроенергію від випрямних підстанцій до електролізного цеху, монтуються на спеціальних естакадах. Між окремими електролізними ваннами усередині цеху шинопроводи прокладають у спеціальних шинних каналах, закритих залізобетонними плитами.

Особливості перетворювальних підстанцій:

1. Усі перетворювальні агрегати на підстанції працюють паралельно одну систему випрямлених шин;

2. Кількість трансформаторів на потужних перетворювальних підстанціях може досягати 10-11 штук;

3. Перетворювальні підстанції розташовуються в безпосередній близькості від корпусу електролізу і виконуються у вигляді прибудованих або окремостоящих.

Прибудовані підстанції:

«+» - мінімальна довжина струмопроводу з боку випрямленого струму (зниження втрат);

"-" - Погіршення умов охолодження.

Окремі підстанції: все навпаки.

Висновки: електроліз - фізико-хімічний процес, що виникає під час проходження електричного струму через розчин чи розплав електроліту. Електроліз застосовується в кольоровій та чорній металургії, в електрохімії та машинобудуванні