ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Подвод тока и распределение его по поверхности электрода из "Электродные материалы в прикладной электрохимии" В процессах электролиза, протекающих с выделением газа, пузырьки газа уменьшают свободное сечение электролита, что приводит к увеличению омического сопротивления и потерь напряжения на преодоление сопротивления газонаполненного электролита. Влияние газонаполнения на сопротивление электролита и зависимость величины газонаполнения от условий проведения электролиза, конструкции электродов, а также способы уменьшения газонаполнения освещены в ряде работ [И, 12, 44, 82—88]. Изменение удельного сопротивления электролита в зависимости от газонаполнения показано на рис. П-18. Эффективным способом уменьшения газонаполнения электролита в случае вертикально расположенных электродов является применение проницаемых электродов, когда газовые пузырьки отводятся в заэлектродную область и осуществляется естественная пли принудительная циркуляция электролита. Возможные типы проницаемых электродов были рассмотрены выше. [c.54] Используют разные формы электродов, способствующих хорошему отводу газов из зоны прохождения тока перфорированные пластинчатые, жалюзийные, с выносными листами. Облегчается отвод газов также и в том случае, если лобовую поверхность электродов выполняют с вертикальными пазами или выступами, как это показано на рис. 11-19. Помимо увеличения рабочей поверхности электрода при Этом облегчаются отвод газа и циркуляция электролита через вертикальные каналы для газожидкостной смеси. [c.54] С увеличением плотности тока влияние газонаполнения электролита и экранирования. газовыми Скоплениями поверхности горизонтально расположенных электродов сильно возрастает, так как при Этом объем газа, выделяющегося на единице поверхности анода, растет пропорционально увеличению плотности тока. [c.55] Чтобы снизить потери напряя ения, вызванные газонаполнением Электролита, необходимо создать условия для быстрого отвода пузырьков газа из зоны прохонгдения тока. Для этого разрабатывают геометрические формы электродов, облегчающие вывод газа из меж-- электродного пространства. Это прежде всего электроды с различной формой и степенью перфорации, пластинчатые и стержневые электроды. [c.55] а следовательно, и сопротивление электролита. Применение пульсаций или ультразвуковых колебаний также способствует улучшению отвода газов [961. [c.56] Чтобы облегчить отвод выделяющегося хлора при использовании графитовых анодов, их снабжают перфорацией — отверстиями [97, 98] или прорезями различной конфигурации. При определении оптимальной перфорации графитовых плит необходимо учитывать разрушение материала анода во время работы. Чтобы создать наиболее благоприятные условия для отвода газовых пузырьков, графитовая плита должна иметь частую перфорацию, т. е. размеры горизонтальных площадок на работающей поверхности анода должны быть минимальными, а путь газового пузырька от места его образования на нижней поверхности анода до ближайшего отверстия перфорации или ближайшей прорези был как можно мал. [c.56] На рис. 11-20 показаны дополнительные потери напряжения, обусловленные газонаполнением в прианоднод слое для различной ширины работающей поверхности анода при различной плотности тока [100] в электролизере с ртутным катодом. Для отвода газов достаточна глубина газоотводных канавок в 6 мм [91]. [c.56] Предпочтительнее конструкции плит гид. Конструкция плиты а неудобна, так как в этом случае сильнее снижается механическая прочность, чем в плитах в, гид. [c.57] Учитывая механические свойства графитовых анодов, их выполняют обычно с желобами шириной в 2—3 мм и отверстиями для отвода газа из желобков [95—99]. Если тело анода без перфорации, то при плотности тока 0,5 А/см сопротивление газонаполненного электролита под графитовым анодом мон т в 3—4 раза превышать сопротивление чистого электролита щ [100]. [c.57] Известны конструкции графито-вых анодов с внутренними кана- лами для подачи рассола в меж-электродпое пространство [1041, сбора и отвода газа из-под анода 1105] в электролизерах для получения хлора с ртутным катодом пли для отвода продуктов электролиза в электролизерах для получения хлора и водорода из соляной кислоты 1106]. Аналогичные конструкции предложены также и для металлических МИА 1107]. [c.57] На рис. II-22 приведена зависимость напряжения от плотности тока на горизонтальном электролизере с ртутным катодом и с. металлическими листовыми анодами толщиной 3 мм, перфорированными отверстиями диаметром 6 мм, при электролизе 2,5 н. раствора щелочи при 50 °С. С увеличением степени перфорации от 2 до 32% наблюдаются уменьшения напряжения на электролизере и угла наклона кривой. Высокое напряжение на электролизере объясняется сравнительно большими МЭР (15 мм) и соответственно высокими потерями напряжения в слое электролита. [c.57] Электролиз проводили при температуре 60 °С, концентрации электролита 2,25 г-экв/л, расстоянии между анодом и днищем электролизера 15 мм и плотностях тока 2, 4, 6 и 8 кА/м . [c.58] В опытах с анодом толщиной 3 мм, перфорированным отверстиями диаметром 2 мм, при всех плотностях тока наблюдались большие колебания напряжения и нагрузки на электролизере. Такие же явления наблюдались в опытах с анодом толщиной 3 мм, перфорира-ванным отверстиями диаметром 4 мм, при плотности тока 8 кА/м . В этих условиях перфорация анода не обеспечивала равномерного отвода газа из зоны прохождения тока. Под анодом образовывались подушки газа, экранирующие большую часть поверхности анода, на электролизере устанавливалось высокое напряжение и снижалась токовая нагрузка. Время от времени часть газа толчком выходила из-под анода, при этом напряжение на электролизере несколько падало, а проходящий через него ток резко возрастал. Затем по мере накопления газа под анодом напряжение вновь поднималось до наибольшего значения, а ток падал до минимального значения, после чего процесс вновь повторялся. Результаты испытания приведены в табл. И-1. [c.58] Изучалось влияние степени перфорации анода на напряжение электролизера. Исследовались аноды толщиной 10 мм, перфорированные отверстиями диаметром 8 мм, и аноды толщиной 3 мм, перфорированные отверстиями диаметром 6 мм. Результаты опытов приведены в табл. П-2. [c.58] При одной и той Яче степени перфорации анода с улхеньшением диаметра отверстий перфорации увеличивается общая поверхность анода и сокращается путь прохождения газовых пузырьков от места выделения до края отверстия, В табл. П-З приведены данные по увеличению общей поверхности анода по отношению к неперфориро-ванному листу, средние расстояния от точек лобовой поверхности анода до края ближайшего отверстия, а также расстояние от максимально удаленной от отверстия точки до его края. [c.59] Как видно из данных табл. П-2, диз1метр отверстий перфорации в исследованном интервале оказывает сравнительно небольшое влияние на напряжение. С уменьшением диаметра отверстий до некоторого предела напряжение на электролизере уменьшается в зависимости от плотности тока на 100—150 мВ. Снижение напряжения при уменьшении диаметра отверстий нельзя объяснить снижением анодного перенапряжения. [c.60] Уменьшение напряжения на электролизерах с уменьшением диаметра отверстий при одинаковой степени перфорации, по-видимому, объясняется тем, что путь, который должны пройти газовые пузырьки, выделяюш,иеся на плоской, обраш енной к катоду поверхности анода, до края ближайшего отверстия в среднем короче, если анод перфорирован отверстиями меньшего диаметра. Это обеспечивает лучший отвод газа и меньшее его содержание в зоне прохождения тока. Кроме того, при меньшем диаметре отверстий электрическое поле между электродами имеет более равномерный характер, и эффективное сопротивление электролита в этом случае меньше, чем при большем диаметре отверстий. Однако снижение напряжения происходит при уменьшении диаметра отверстий лишь до некоторого предела. [c.60] Величина а/у для растворов едкого натра 5—10%-ных, так же как и для растворов хлористого натрия 250—300 г/л, при температуре 60—100 °С изменяется в пределах 6,0—6,7 мм . Предельные значения диаметра отверстий перфорации для листового анода толщиной 3 мм в этих условиях будут составлять 5,1—5,5 мм, а для анода толщиной 10 мм — 2,2—2,5 мм. [c.61] Однако для того, чтобы происходило задерживание пузырьков в отверстиях перфорации, недостаточно одного условия й р-Необходимо также, чтобы размеры пузырьков газа были больше диаметра отверстий перфорации. Газ на аноде выделяется в виде мелких пузырьков, часть которых коалесцирует в более крупные. Размеры наиболее крупных пузырьков, образующихся в результате коалесценции газа, определяются, очевидно, условиями выделения газа, объемом и временем пребывания газа под анодом, т. е. плотностью тока и формой перфорации анодов. Во время опыта с анодом толщиной 3 мм, перфорированным отверстиями диаметром 4 мм, образование газовых подушек наблюдалось лишь изредка при плотности тока 8 кА/м , несмотря на то, что диаметр отверстий в этом случае меньше предельного. Диаметр наиболее крупных пузырьков газа достигает 4 мм при данной форме перфорации анода лишь в случае высоких плотностей тока. [c.61] Таким образом, удерживание газа в отверстиях и под анодом силами поверхностного натяжения происходит лишь при малых диаметрах отверстий перфорации (менее 4 мм) можно было бы ожидать уменьшения напряжения при уменьшении диаметра отверстий с 6 до 4 мм в силу описанных выше обстоятельств. Однако, как видно из данных табл. П-2, уменьшения напряжения не происходит. На анодах толщиной 10 мм уменьшение диаметра отверстий с 6 до 4 мм также не снижает напряжения, а, наоборот, несколько увеличивает его. Это, по-видимому, обусловлено тем, что с уменьшением диаметра отверстий (при одинаковой степени перфорации) увеличивается гидродинамическое сопротивление движению газовых пузырьков (вместе с увлекаемой ими жидкостью) из-под анода через отверстия перфорации. [c.61] Вернуться к основной статье