ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Разделение газов электролиза из "Электролиз воды" Практически во всех промышленных электролизерах для получения водорода и кислорода стремятся к возможно более полному и надежному разделению образующихся газов. Только в некоторых случаях электролиз воды ведут без разделения газов. При этом получают гремучий газ ( /з водорода и /з кислорода). Такие установки не получили широкого применения, так как при нарушениях режима процесса иногда происходили взрывы газа в аппарате. [c.98] Все способы разделения газов в электролизерах для получения водорода и кислорода можно разделить на три следующие группы без применения диафрагмы при помощи одной пористой диафрагмы с использованием двух пористых диафрагм. [c.98] В период разработки конструкции первых аппаратов для электролиза воды делались попытки разделять водород и кислород без диафрагмы, при помощи колоколов (колпаков), размещаемых над электродами, и с применением жалюзийных электродов. В колокольных электролизерах электроды размещали под колоколами для сбора газов как показано на рис. П1-2, а. При электролизе кислых электролитов образуются более крупные пузырьки газов при использовании щелочных электролитов преобладают пузырьки малых размеров. [c.98] Поэтому для удовлетворительного разделения газов требуется ограничивать высоту электродов, возможно больше опускать края газосборных колоколов относительно электродов и увеличивать их ширину. Однако уменьшение высоты электродов невыгодно, так как приводит к необходимости расширения производственных площадей. Увеличение ширины колокола, как и опускание краев колокола относительно электрода, вызывает удлинение пути тока между электродами и рост потерь напряжения на преодоление омического сопротивления электролита. Этот недостаток может быть частично устранен, если боковые стенки колокола, находящиеся ниже верхнего края электрода, снабдить отверстиями для прохода тока 2 . Такие колокола можно рассматривать как переходный этап к созданию пористой диафрагмы. [c.100] Колокола для сбора газов можно выполнять из металла или диэлектриков. Металлические стенки колоколов не включаются в биполярную электрохимическую работу до тех пор, пока напряжение на ячейке не станет вдвое больше напряжения разложения, т. е. достигнет 3,2—3,4 в. [c.100] В других вариантах бездиафрагменных электролизеров электроды предлагалось выполнять в виде колоколов 2 , боковые стенки которых ниже уровня электролита перфорированы, а наружные поверхности покрыты слоем диэлектрика (рис. П1-2, в). В этом случае процесс электролиза может происходить только на внутренней поверхности колоколов-электродов, что облегчает сбор газов внутри колоколов и их разделение. Такую конструкцию можно использовать для одноименно заряженных электродов, а электроды другого знака могут иметь обычную конструкцию. Выделяющиеся на них газы собираются под крышкой в пространстве между колоколами 25,26 (рис. П1-2, г). Для разделения газов без диафрагмы было предложено применять жалюзийные электроды или располагать жалюзиобразные решетки между обычными электродами. Однако все эти способы не обеспечивали надежного разделения газов в электролизерах промышленных конструкций и потому имели ограниченное применение. [c.100] В ячейке с одинарной диафрагмой взаимное проникание водорода и кислорода через диафрагму приводит к снижению чистоты продуцируемых газов. При двойной диафрагме проходящие через ее поры или поврежденные участки пузырьки газов отделяются в междиафрагменном пространстве, благодаря чему и исключается взаимное загрязнение газов. Однако в пространстве между диафрагмами может образовываться смесь водорода с кислородом или воздухом, поэтому необходимо принимать меры для предотвращения возможности ее взрывов. [c.101] В процессе электролиза воды диафрагма должна устранять попадание газовых пузырьков нз одного электродного пространства ячейки в другое. Вследствие малой растворимости водорода и кислорода в электролите взаи.мное загрязнение газов из-за диффузии электролита и растворенных в нем газов при электролизе под атмосферным давлением невелико. Поэтому для процесса электролиза воды при атмосферном давлении в качестве диафрагмы могут применяться сравнительно крупнопористые материалы. Известно, что в ряде конструкций электролизеров (Пехкранца) применялась диафрагма в виде металлических листов с большим количеством отверстий, но наиболее широкое применение получили диафрагмы из асбестовой ткани. [c.101] Если электролиз воды проводится под повышенным давлением, растворимость газов в электролите сильно возрастает и пренебрегать этим нельзя, вследствие чего требования к диафрагме для электролиза под давлением возрастают. Такие диафрагмы должны иметь мелкопористую структуру и более высокое сопротивление диффузии жидкости. Подобным требованиям отвечает, например, асбестовый картон. [c.101] Пористая диафрагма может препятствовать прониканию пузырьков газа из одного электродного пространства в дрз гое лишь в том случае, если она полностью покрыта жидкостью, а пузырьки газа в жидкости имеют большие размеры, чем поры диафрагмы. Если же часть диафрагмы будет обнажена (т. е. не покрыта электролитом), происходит смешение газов через поры этой части диафрагмы даже при очень небольшой разности давления газов по обе ее стороны. [c.101] Во Время работы сопротивление диафрагмы может возрастать в связи с забивкой ее пор различными посторонними примесями, не проводящими ток. Такое же действие оказывает заполнение части пор мелкими пузырьками газа. Материал диафрагмы должен хорошо смачиваться электролитом, иначе газовые пузырьки будут накапливаться в ее порах. Набухание диафрагмы во время работы электролизера и выделение на ее поверхности большого количества осадков может приводить к увеличению толщины диафрагмы, что также вызывает увеличение ее сопротивления. [c.102] Большинство диафрагм после погружения в электролит приобретает по отношению к нему определенный заряд. Асбестовые, фарфоровые и керамические диафрагмы обычно заряжаются отрицательно, диафрагмы из шерстяной ткани, алунда, из окислов тяжелых металлов — положительно. Диафрагмы из пергаментьюй бумаги, карборунда, льняной ткани нейтральны. Заряд диафрагмы может изменяться в зависимости от реакции среды — с увеличением щелочности электролита диафрагма приобретает более отрицательный заряд. Заряд диафрагмы может вызвать электроосмоти-ческий перенос жидкости из одного электродного пространства в другое, однако в процессе электролиза воды это явление не имеет существенного значения. [c.102] К химической и механической прочности диафрагмы предъявляются высокие требования. Условия работы диафрагмы при высоких температурах (80—100° С, а в случае электролиза под давлением и выше 100° С) в растворах концентрированных щелочей ограничивают выбор материалов, пригодных для изготовления диафрагмы. [c.102] Для уменьшения механических нагрузок на диафрагму в ряде конструкций (ФВ-500 и Бамаг ) по всей ее площади расположены дистанционные вставки, зажатые между электродами и диафрагмой и фиксирующие ее положение относительно электродов. Если эти вставки плотно зажаты, верхняя часть диафрагмы разгружается от усилий, вызываемых ее массой и колебаниями давления в электродных пространствах. Однако под дистанционными вставками наблюдается ускоренное разрушение асбестовой диафрагмы. [c.102] Металлические пористые диафрагмы могут включаться в биполярную работу только в том случае, когда потеря напряжения на преодоление сопротивления электролита в порах диафрагмы равна напряжению разложения или больше него. Поэтому при нормальных условиях пористая металлическая диафрагма не участвует в электрохимическом процессе в качестве биполярного электрода. Если происходит загрязнение и забивка пор диафрагмы осадками или пузырьками газа, возможно значительное падение напряжения на диафрагме и включение ее в биполярную работу. [c.102] При падении напряжения на диафрагме, близком к напряжению разложения, диафрагма может включаться в биполярную работу при малой плотности тока (с так называемым остаточным током) без выделения пузырьков газа. [c.103] При использовании металлических диафрагм необ.ходимо отсутствие электрического контакта между диафрагмой и электродами, так как в случае контакта с одним нз электродов поверхность диафрагмы включается в работу как электрод такого же знака и происходит загрязнение газов в рабочем пространстве другого электрода. При одновременном контакте металлической диафрагмы с обоими электродами происходит короткое замыкание ячейки через диафрагму, обычно приводящее к ее выгоранию в местах контакта с электродами. Чтобы избежать возможности контакта металлической диафрагмы с каким-либо электродом, приходится создавать относительно большие расстояния между ними и применять дистанционные вставки для фиксации положения диафрагмы между электродами. [c.103] Наиболее известным и практически единственным широко применявшимся в промышленности типом пористых металлических перегородок является диафрагма, длительное время работавшая в электролизерах Пехкранца. Такую диафрагму в виде тонкой ни--келевой фольги, перфорированной большим количеством мелких отверстий, получали гальваническим методом На медную матрицу наносили систему мелких углублений, которые заполняли изоляционным лаком. После специальной подготовки металлической поверхности матрицы на нее наносили слой никеля, образующего фольгу необходимой толщины. Диафрагмы из никелевой фольги имели 800—1400 отверстий на 1 Чтобы уменьшить вероятность забивки газовыми пузырьками отверстий, им придавали неправильную форму. Для лучшего разделения газов верхняя часть диафрагмы выполнялась без отверстий. [c.103] Попытки предотвратить электрический контакт с электродами путем покрытия диафрагмы из металлической сетки или фольги слоем токонепроводящего осадка З не были доведены до широкого промышленного использования. [c.104] Во всех современных электролизерах применяются различные варианты асбестовых диафрагм. Для изготовления диафрагм используются щелочестойкие сорта хризотилового асбеста примерного состава ЗМ0О 25102 2Н2О. Такой асбест обладает высокой стойкостью в щелочных растворах. При длительной работе в концентрированной горячей щелочи асбест набухает и постепенно выщелачивается, однако при нормальном режиме процесса электролиза асбестовая диафрагма может работать без замены до 10 лет. [c.104] Вернуться к основной статье