Справочник химика 21

Химия и химическая технология

Статьи Рисунки Таблицы О сайте English
Для раздельного получения газов на практике используют электролизеры с диафрагмами или мембранами, разделяющими катодное и анодное пространство. Из-за крайне низкой электропроводности чистой воды (4,41-10 Ом -м при температуре 18°С) электролитическое разложение воды проводят в присутствии фонового электролита. При этом с точки зрения удешевления электролизных установок и упрощения их обслуживания наиболее подходящими соединениями для промышленной эксплуатации являются растворы гидроксидов натрия или калия.

ПОИСК





Теоретические основы процесса

из "Электрохимическая технология неорганических веществ"

Для раздельного получения газов на практике используют электролизеры с диафрагмами или мембранами, разделяющими катодное и анодное пространство. Из-за крайне низкой электропроводности чистой воды (4,41-10 Ом -м при температуре 18°С) электролитическое разложение воды проводят в присутствии фонового электролита. При этом с точки зрения удешевления электролизных установок и упрощения их обслуживания наиболее подходящими соединениями для промышленной эксплуатации являются растворы гидроксидов натрия или калия. [c.20]
В растворах щелочей, применяемых для электролитического разложения воды, не должны содержаться примеси, вступающие в электродные реакции и приводящие к коррозии отдельных элементов электролизера. Дистиллированная или обессоленная (деминерализованная) вода, используемая для приготовления раствора электролита, должна содержать не более ЫО-з кг/мз железа, 2-10 кг/м хлоридов и 3-10 кг/м сухого остатка. Несмотря на такие жесткие требования, в процессе электролиза все же имеет место накопление примесей, оказывающих вредное влияние. Ионы хлора вызывают разрушение анодных материалов. Накопление большого количества карбонат-ионов , образующихся при растворении в электролите диоксида углерода из атмосферного воздуха, приводит к увеличению электрического сопротивления электролита и, следовательно, повышает напряжение на электролизере. На катоде электролизера могут восстанавливаться ионы железа, образуя так называемую железную губку . Катодный осадок может достичь диафрагмы, отделяющей катодное пространство электролизера от анодного, и за счет восстановления присутствующего в ней гидроксида железа привести к металлизации диафрагмы. В результате в анодном пространстве электролизера возможно выделение водорода и образование взрывоопасной смеси газов. [c.21]
Для того, чтобы исключить попадание в раствор электролита хлоридов, железа и других примесей, раствор готовят на основе гидроксидов натрия или калия высокой степени чистоты. Раствор электролита, используемый в установках для электролиза воды, содержит 16—20% NaOH либо 25—30% КОН. Данные концентрации несколько ниже, чем это необходимо для обеспечения максимальной электропроводности, однако с практической точки зрения это обстоятельство позволяет уменьшить коррозионную активность раствора и несколько снизить стоимость электролита. [c.21]
Н+Ч-е--1-(Н-Ме) — Ha-fMe, где (Н—Ме) — адсорбированный на катоде атом водорода. [c.22]
В щелочной среде концентрация Н+ очень мала и процесс осуществляется путем прямого разряда молекул воды с образованием атомного водорода и гидроксид-ионов с последующей рекомбинацией атомного водорода по каталитическому или электрохимическому механизму. [c.22]
В кислых растворах подвод ионов 0Н к анодной поверхности является лимитирующей стадией, и на аноде происходит прямой разряд молекул воды. В щелочных растворах поступление гидроксид-ионов к поверхности анода не затруднено и наблюдается прямое окисление ионов ОН с образованием кислорода и воды. [c.22]
Разность (фа—фк) определяет величину теоретического напряжения разложения воды, которое в стандартных условиях (температура 25°С, давление 1,01-10 Па) составляет 1,23 В. [c.22]
Величина Пр не зависит от pH, но меняется при изменении температуры и давления. Например, при повышении температуры от 25 до 80 °С /р снижается от 1,23 до 1,18 В. [c.23]
Перенапряжение выделения водорода и кислорода оказывают существенное влияние на затраты электроэнергии в процессе электролиза воды. Несмотря на большое число работ, посвященных влиянию различных факторов на Афк и Дфа, для практических целей используют экспериментальные значения перенапряжения выделения водорода и кислорода, полученные при определенных условиях электролиза. [c.23]
В табл. 2.1 представлены значения перенапряжения выделения Нг и Ог при электролизе щелочных растворов в условиях, близких к условиям промышленной эксплуатации. [c.23]
В современных промышленных электролизерах электроды выполняются из углеродистой стали, при этом аноды дополнительно покрывают слоем никеля. Катоды могут быть активированы путем осаждения на них никеля, содержащего серу или металлы платиновой группы. [c.23]
Диффузионная поляризация, возникающая на границе раздела электролитов в анодном и в катодном пространстве (ано-лита и католита) из-за различия в числах переноса аниона и катиона, обычно невелика и составляет при температуре 80°С и С С2 = , примерно 1 мВ. [c.24]
Современные промышленные электролизеры характеризуются близкими значениями коэффициентов Кг и Кд, которые составляют примерно 2,0—2,5. [c.25]
Удельное сопротивление раствора электролита можно определить по данным, представленным в табл. 2.2. [c.25]
Потери напряжения в токоподводах электролизера и его металлических частях и контактах составляют около 100 мВ. [c.25]
Примерный баланс напряжения на ячейке электролизера ФВ-500 приведен в табл. 2.3 (плотность тока — 4,25 кА/м , электролит — 27,2% раствор КОН). [c.25]
В соответствии с законом Фарадея при прохождении через электролизер 1Г электричества (96500 А-с/экв, или 26,8 А- ч/экв)) на электродах должно образоваться по 1 экв водорода и кислорода. В действительности водорода и кислорода выделяется меньше из-за потерь, обусловленных растворением газов в растворе электролита с последующим восстановлением кислорода на аноде и окислением водорода на катоде, разрядом примесей на электродах, коррозией анодов, утечками тока и другими причинами. [c.25]
В зависимости от конструкции и срока эксплуатации электролизера и диафрагмы, а также условий работы выход по току составляет 95—99%. [c.25]


Вернуться к основной статье


© 2025 chem21.info Реклама на сайте