ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Свойства водорода и кислорода и требование к сырью из "Электрохимическая технология неорганических веществ и химические источники тока" Водород и кислород растворяются в воде и водных растворах в небольших количествах. Водород при повышенных температурах диффундирует в металлы, образуя адсорбционные комплексы или твердые растворы. При этом металл в слое у поверхности становится хрупким, его электрическое сопротивление увеличивается. Некоторые физические свойства водорода и кислорода приведены в табл. 1. [c.9] Смеси водорода с кислородом или воздухом взрывоопасны в широких пределах концентрации (табл. 2). [c.9] Самовоспламенение газовой смеси может произойти не только в результате нагрева, но и при облучении ее светом (инициирует взрыв ультрафиолетовая часть спектра) под действием электрической искры, тихого разряда, радиоактивного излучения, в присутствии катализаторов (металлов). [c.10] Получаемые при электролизе воды водород и кислород имеют достаточно высокую чистоту. Их состав нормируется ГОСТами. На водород действует ГОСТ 3022—70. Марка А предусматривает следующий состав электролитического водорода (%) водорода не менее 99,8 кислорода не более 0,2 влажность газа не более (для несжатого газа) 25 г/м , для сжатого — 0,5 г/м . На кислород действует ГОСТ 5580—58, предусматривающий следующий состав электролитического кислорода, не менее (,%) для высшего сорта 99,5, для первого сорта 99,2, для второго сорта 98,5 содержание влаги для всех сортов не более 0,07 г/м . [c.10] Основным сырьем для процесса электролиза воды является сама вода. Чистая вода имеет большое электрическое сопротивление— порядка 108 Ом-м. Чтобы электролиз шел при достаточно низком напряжении, нужно в составе электролита иметь сильно диссоциированные соединения. Их ионный состав должен быть таким, чтобы на катоде выделялся только водород, а на аноде — кислород. Эти соединения не должны вызывать в водном растворе коррозию стали и других металлов, из которых изготавливаются электролизеры и аппаратура. Всем этим требованиям удовлетворяют едкие щелочи, которые, кроме того, дешевы. Из них и приготавливают электролит. [c.10] Электрическое сопротивление растворов едких щелочей зависит от их концентрации и температуры. С ростом температуры оно падает. Растворы щелочей, служащие электролитом, готовят такой концентрации, которая обеспечивает минимум электрического сопротивления. Электролит на основе гидроксида натрия содержит около 22,5% ЫаОН и имеет электрическое сопротивление, при 80° С равное 9,3-110- Ом-м. Электролит на основе КОН содержит щелочи около 32,5—35% и имеет сопротивление при 80° С 7,3-10- Ом-м. [c.10] В едких щелочах и воде, идущих на приготовление электролита, не должно быть соединений, вступающих в электродные реакции. Из числа обычных примесей особенно нежелательны соединения железа и хлориды. Поэтому воду, которую берут для приготовления электролита, очищают от примесей так, чтобы ее электропроводность была бы не выше 10 См/м, а содержание сухого остатка не превышало 10 мг/л. Очистить воду до этого уровня можно на ионообменных смолах. Можно использовать и паровой конденсат, который в среднем имеет электропроводность 10- См/м. [c.10] Для приготовления электролита применяются едкие щелочи с минимальным количеством примесей. Этому требованию удовлетворяют щелочи, полученные в электролизерах с жидким катодом. [c.10] Следующей стадией катодного процесса является переход водорода из атомарной в молекулярную форму. [c.11] При электролизе потенциал электрода смещается от равновесного значения на величину поляризации. Эту величину называют также перенапряжением. Таким образом, потенциал катода более отрицателен, чем равновесный, на величину перенапряжения водорода, а потенциал анода — более положителен на величину перенапряжения кислорода. [c.12] Постоянная а зависит главным образом от материала катода постоянная Ь — от механизма реакции восстановления водорода. [c.12] Зависимость перенапряжения кислорода от плотности тока тоже может быть выражена уравнением Тафеля. Однако постоянные а и Ь в этом уравнении нужно определять экспериментально. Из-за наличия перенапряжения водорода на катоде и кислорода на аноде напряжение, при котором начинается электролиз (напряжение разложения), больше теоретического и составляет 1,65—1,69 В. [c.12] Однако, поскольку растворимость газов в электролитах низка, потери выхода по току вследствие этих реакций невелики — не более 0,02%. [c.13] Все современные электролизеры для электролиза воды строятся с биполярными электродами и состоят из многих электролиз-.ных ячеек, соединенных между собой последовательно (рис. 1). [c.13] В электролитической ячейке (рис. 2) пространство между анодом и катодом разделено диафрагмой. Она препятствует смешению газов, а также проникновению газонаполненного электролита к противоположному электроду. Диафрагма должна иметь малое электрическое сопротивление, хорошо смачиваться электролитом (иначе в ее порах будут. накапливаться пузырьки газов и электрическое сопротивление ее увеличится), быть. прочной Е щелочном электролите при температуре около 100° С. В. настоящее время во всех из вестных электролизерах применяют диафрагмы из асбестовой ткани (хризотиловый асбест). Используют также комбинированные диафрагмы, в которых нити утка усилены металлической проволокой. [c.14] Токи утечки проходят в электролизере по каналам для отвода газов и подачи электролита в обход биполярных электродов и не совершают полезной работы. При плохой изоляции токи утечки могут уходить в землю. [c.15] Перенапряжение кислорода и водорода для практических целей определяют экспериментально. В табл/ 4 приведены опытные данные о перенапряжении т]а и Т1к в эдбктролите, содержащем 16,% КаОН при 80° С, для различной плотности тока. [c.16] Величина К практически колеблется в пределах 0,55—0,63. [c.17] Эта теплота частичйЬ рассеивается в окружающую среду, расходуется на нагрев электролизных газов и затрачивается на испарение воды, уходящей в виде паров вместе с газами. Однако основная доля выделяющейся теплоты отводится при циркуляции электролита охлаждающей водой, подаваемой в таком количестве, чтобы температура электролизера была не выше заданной предельной температуры. Этот предел выбирается исходя из температурной стойкости паранитовых прокладок, разделяющих рамы и биполярные электроды, и для отечественных электролизеров составляет 95° С. [c.18] Потери теплоты в окружающую среду для отечественных электролизеров ФВ-500 равны около 0,168-10 Дж/ч. [c.18] Вернуться к основной статье