ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Теоретические основы процесса электролиза воды из "Курс технологии связанного азота" При пропускании через электролит постоянного электрического тока происходит перемещение ионов к полюсам тока. Отрицательно заряженные анионы ОН движутся к полол ительному полюсу (аноду), положительно заряженные ионы Н+ — к отрицательному полюсу (катоду). [c.189] Схема движения ионов в электролитической ванне представлена на рис. УП-1. В результате разряда ионов в начальной стадии электролиза воды на полюсах тока образуются атомарные водород и кислород. На катоде выделяется водород, на аноде — кислород. [c.189] Степень диссоциации чистой воды очень мала. Константа диссоциации чистой воды К. [c.189] Производительность электролитической ванны определяется произведением тока (в а) и времени пропускания тока (в ч) через электролит. [c.191] Для осуществления процесса электролиза необходимо создать определенное напряжение (теоретический потенциал разложения электролита). [c.191] Теоретическое напряжение для электролиза воды будет равно электродвижущей силе обратимо работающего с образованием воды гальванического элемента, в анодном пространстве которого находится кислород, а в катодном — водород. Взаимодействие Нг и Оп с образованием воды сопровождается соответствующим выделением электрической энергии. Последняя передается губчатой платине (катоду) и активированному углю (аноду). Возникающая при этом электродвижущая сила равна 1,23 в. [c.191] На 1 моль при 0° С необходимо затратить 286 225 дж, или 286 225 79,1. [c.192] Величина Уэ зависит от свойств материалов электрода и его поверхности. Данные о перенапряжении, возникающем в процессе электролиза в зависимости от свойств электродных металлов, приведены в табл. 36. [c.192] В заводских условиях электролиза воды при использовании КОН в качестве электролита аноды изготовляют из никеля, катоды — из железа. Согласно табл. 36, общее иеренаиряжение на электродах при этом составляет 0,124-0,08 = 0,2 в. [c.192] Применение никеля в качестве анода целесообразно еще и потому, что он в меньшей степени подвергается коррозии под действием атомарного кислорода, чем другие металлы. Никель часто применяют и в качестве катода. Покрытое им железо обладает перенапряжением чистого никеля. [c.192] Уменьшение расстояния между электродами позволяет снизить перенапряжение на ванне. Выбор этого расстояния диктуется главным образом типом электролизера и конструктивными соображениями в существующих электролизерах оно составляет 20— 50 мм. [c.193] По данным табл. 37 и 38 можно рассчитать сумму Уэ+Уц для катода и анода. [c.193] Большое значение имеет нахождение оптимального коэффициента полезного действия ванны. Его можно определить как отношение теоретически необходимого расхода электроэнергии к его фактическому расходу. Выбор оптимального к. п. д. ванны определяется стоимостью установки и электроэнергии. Для достижения высокого к. п. д. необходима малая плотность тока, следовательно, для цеха большой мощности требуется значительное количество электролитических ванн. При этом будут увеличиваться амортизационные отчисления, но в то же время уменьшатся расходы на электроэнергию. Таким образом, изменение к. п. д. ванны связано с амортизационными расходами и стоимостью потребляемой электроэнергии. В качестве примера выбора оптимального к. п. д. могут служить данные, приведенные на рис. УН-4. [c.194] Увеличение плотности тока с 400 до 1000 а/лг приводит к повышению напряжения на 0,2—0,3 е с дальнейшим повышением плотности тока напряжение увеличивается в еще большей степени. [c.195] Соотношения между расходом и силой электрического тока, напряжением и производительностью двух типов электролизеров фирмы Бамаг представлены на рис. УП-5. [c.195] Необходимый температурный режим (70—80° С) поддерживается за счет перехода части электрической энергии в тепло. Вся энергия, затрачиваемая на преодоление перенапряжения, выделяется в виде джоулева тепла и расходуется на нагревание электролита и ванны. В электролизерах большой мощности часть выделяющегося тепла отводится водой, циркулирующей в холодильниках ванны. [c.195] Вследствие повышенной температуры электролита вместе с удаляющимися из ванны газами испаряется большое количество воды. Расход воды на 1 водорода и 0,5 кислорода достигает 0,85— 0,9 л вместо 0,8 л по расчету. [c.195] В 1888 г. Л. Л. Лачинов предложил проводить электролиз воды под давлением. В последующем было установлено, что это позволяет повышать температуру электролиза, благодаря чему увеличивается электропроводность электролита и снижается перенапряжение. Если при 80° С напряжение составляет 2,07 в и расход электроэнергии равен 4,97 квт-ч1м Нг, то в случае электролиза под давлением при 120° С напряжение снижается до 1,8 в, а расход электроэнергии до 4,44 квт-ч1м водорода (15,98 Мдж). Полученные при этом газы выходят из. ванны под высоким давлением. Были испытаны различные конструкции электролизеров, работающих под давлением 30—160 ат, но все они пока еще сложны и дороги. [c.196] Вернуться к основной статье