ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Пути снижения напряжения и расхода электроэнергии из "Прикладная электрохимия Издание 3" Напряжение на электролизере определяет расход электроэнергии при электролизе. Анализ составляющих баланса напряжения позволяет оценить возможности его снижения путем влияния на отдельные составляющие. [c.27] Потенциалы Ец и к могут быть рассчитаны по уравнению Нернста. [c.27] Для католита, содержащего 3 экв/л NaOH и 3,35 экв/л Na l значение н,=—0,845 В. Таким образом, напряжение разложения будет равно 2,17 В. [c.27] Стандартный потенциал при 25 °С равен 1,849 В и напряжение р аз-ложения, таким образом, при электролизе с ртутным катодом будет равно 3,17 В. [c.28] Напряжение разложения является термодинамической характеристикой электрохимической системы и мало зависит от условий электролиза. [c.28] Поляризация. Электрохимическая реакция является гетерогенным процессом и ее скорость лимитируется одной из стадий подвод реагирующего вещества к границе раздела фаз — разряд-ионизация— отвод продуктов реакции. Поляризация, определяемая медленной стадией массопереноса, называется концентрационной. Если медленной стадией является разряд-ионизация, то поляризация называется перенапряжением. Природа и значение поляризации зависят от многих факторов — природы реагирующего вещества, материала электрода и состояния его поверхности, плотности тока, состава раствора, температуры и т. д. [c.28] Электрохимические реакции, протекающие при электролизе воды или хлоридов с твердым катодом, характеризуются замедленностью стадии разряд-ионизация. Скорость некоторых реакций электрохимического синтеза лимитируется скоростью доставки исходного вещества к поверхности электрода. [c.29] Если В процессе электролиза образуются газообразные продукты, заполняющие электролит и уменьшающие сечение S, через которое проходит ток, в выражение для расчета падения напряжения в электролит вводят коэффициент k. Этот коэффициент характеризует увеличение удельного сопротивления электролита по сравнению с сопротивлением электролита, не заполненного газом, т. е. [c.29] Падение напряжения в электродах рассчитывают по закону Ома. Падение напряжения в контактах обычно принимается-равным 0,05 В. [c.29] Зависимость перенапряжения хлора от материала анода, состояния его поверхности и температуры показана графически на рис. 4. Из этого рисунка следует, что наименьщим перенапряжением выделения хлора обладают ОРТА, что является одной из причин интенсивного проникновения анодов данного типа в промышленность. Пассивация платино-титановых анодов (ПТА), связанная, в частности, с повышением pH прианодного слоя, приводит к резкому возрастанию перенапряжения хлора (аналогично влияет и снижение температуры электролита). [c.30] Перенапряжение кислорода при электролизе воды может быть снижено путем нанесения на катод никелевого покрытия из электролитов, в состав которых входят роданиды, нитриты и некоторые другие добавки. Однако стабильные результаты удается получить лишь в лабораторных условиях. В промышленном процессе подвергаемые электролизу растворы содержат ионы некоторых металлов, например ионы железа, попадающие из аппаратуры и трубопроводов. При осаждении металлического железа в результате разряда этих ионов происходит образование на катоде металлической губки и потеря активности. [c.30] Во всех случаях с целью снижения перенапряжения стремятся проводить электролиз при повышенных температурах. Температурный коэффициент перенапряжения при выделении газов составляет обычно 2—3 мВ/°С. Однако при повышении температуры необходимо учитывать побочный эффект, например, увеличение скорости коррозии деталей электролизера. [c.30] Снижение перенапряжения является важным фактором интенсификации процесса, так как при этом можно повысить плотность тока без увеличения расхода электроэнергии на электролиз. [c.30] Поляризация, обусловленная скоростью массопереноса исходного вещества к поверхности электрода и отвода продуктов электролиза в объем раствора, что особенно часто наблюдается в процессах электрохимического синтеза, может быть снижена путем проведения электролиза в режиме интенсивного перемешивания электролита. В последнее время особенно широкое развитие получили процессы, в которых перемешивание создается за счет интенсивной циркуляции раствора через электролизер. [c.31] Снижение падения напряжения в электролите может быть достигнуто максимальным уменьшением межэлектродного расстояния, выбором концентрации электролита, при которой раствор обладает максимальной удельной электропроводимостью, нахождением оптимальных температурных режимов электролиза, а также применением наиболее электропроводящих фоновых электролитов. Большое значение имеют конструкции электролизеров и электродов, обеспечивающие снижение газонапол-нения электролита. [c.31] Следует отметить, что при электролизе с графитовыми анодами вследствие их износа в процессе электролиза увеличивается межэлектродное расстояние, что приводит к повышению падения напряжения в электролите. Проблема увеличения расстояния между электродами в процессе электролиза не существует в случае применения малоизнашивающихся анодов (например, ОРТА). [c.31] А — температурный коэффициент (зависит от природы электролита). [c.31] Увеличение газонаполнения приводит к возрастанию удельного сопротивления раствора (рис. 9). [c.33] Основным методом снижения газонаполнения является создание конструкций электродов, обеспечивающих быстрый отвод образующихся газов из межэлектродного пространства в пространство, находящееся с обратной стороны электродов. Такой электрод, применяющийся в современных электролизерах для электролиза воды, представлен на рис. 10. Он состоит из основного сплошного листа 1, на котором с помощью анкерных болтов укрепляют выносные перфорированные электроды 2. Газы выделяются при электролизе в основном на выносных электродах и сквозь перфорацию удаляются на его обратную сторону, не заполняя, таким образом, межэлектродное пространство. [c.33] Указанное устройство позволяет создать внутреннюю циркуляцию, осуществляемую за счет разности плотностей менее и более газонаполненного электролита. Внутренняя циркуляция способствует более быстрому подъему пузырьков газа из меж-злектродного пространства. Одним из путей снижения газонаполнения является создание системы интенсивной внешней циркуляции, при которой газы отделяются от раствора в вынесенном из электролизера сепараторе. [c.33] Вернуться к основной статье