ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Общее напряжение на ячейке из "Производство водорода кислорода хлора и щелочей" В зависимости от конструкции электролизера могут меняться материал электродов, расстояние между ними, условия отвода газовых пузырьков и газонаполнение электролита, потери напряжения в металлических частях электролизера и другие показатели работы электролизера. Для одной и той же конструкции ячейки электролизера напряжение зависит от плотности тока, температуры процесса, применяемого электролита и продолжительности электролиза. [c.65] С увеличением плотности тока возрастают перенапряжение на аноде и катоде, потери напряжения в электролите, диафрагме и металлических проводниках. Так как с ростом плотности тока увеличивается и газонаполнение электролита, то потери напряжения в электролите возрастают в большей степени, чем плотность тока. Потери напряжения в металлических частях и диафрагме пропорциональны плотности тока. Перенапряжение на электродах растет пропорционально логарифму плотности тока. Абсолютная величина повышения перенапряжения невелика. [c.65] С ростом плотности тока возрастает разница в концентрации электролита у катода и анода и электродвижущая сила концентрационной и диффузионной поляризации, однако абсолютное значение этих величин невелико. В табл. 2-5 в качестве примера приведена зависимость напряжения на ячейке от плотности тока для электролизера ФВ-500, если в качестве электролита используют 30%-ный раствор КОН. [c.65] Эта зависимость близка к линейной в интервале плотностей тока, применяемых в промышленности. На рис. 2-7 графически показано влияние плотности тока на отдельные составляющие напряжения на ячейке. [c.65] Зависимость сопротивления газонаполненного электролита от температуры процесса более сложна (этот вопрос был рассмотрен в 1 гл., см. с. 30). В электролизерах, работающих при атмосферном давлении при повышении температуры до 100 °С и более потери напряжения в электролите за счет усиленного газонаполнения принимают настолько большое значение, что при температуре -105°С наблюдается повышение напряжения на электролизере, несмотря на снижение остальных рассмотренных ранее составляющих общего напряжения на ячейке. [c.66] При увеличении температуры ускоряются процессы диффузии, приводящие к сокращению разницы в концентрации анолита и католика, и уменьшается э.д.с. концентрационной поляризации. Поскольку с ростом температуры значения чисел переноса анионов и катионов приближаются друг к другу э. д. с. диффузионной поляризации также снижается. Однако эти величины невелики и мало влияют на общее напряжение на ячейке. [c.66] Сопротивление металлических проводников и их контактов и потеря напряжения в них с повышением температуры возрастает. Причем из-за дополнительного нагрева их за счет джоулева тепла они могут иметь более высокую температуру чем электролит. Перегрев металлических проводников и контактов может быть особенно значителен, если в конструкции электролизера не предусмотрены хорошие условия их охлаждения электролитом (для внутренних проводников и контактов) или воздухом (для наружных проводников и контактов). [c.66] В электролизерах, работающих при атмосферном давлении и плотности тока 2,5—3,0 кА/м , общее напряжение на ячейке снижается примерно на 0,25% при повышении температуры на 1 °С. [c.66] Это уравнение справедливо для температур не выше 100°С. [c.67] При увеличении температуры температурный коэффициент общего напряжения на ячейке снижается и при 106 °С становится равным нулю. При более высокой температуре напряжение на ячейке повышается с ростом температуры из-за быстрого увеличения газонаполнения и потерь напряжения в электролите. Температурный коэффициент зависит от применяемой плотности тока. Это явление связано с тем, что различные составляющие баланса напряжения по-разному изменяются с ростом температуры. Термодинамически обратимое значение потенциала разложения мало меняется с температурой. Перенапряжение выделения водорода на катоде и кислорода на аноде и потери напряжения на преодоление сопротивления электролита и диафрагмы, наоборот, изменяются в значительной степени. [c.67] С ростом плотности тока напряжение на ячейке увеличивается в основном за счет возрастания тех составляющих баланса напряжения, которые в большей степени зависят от температуры. Поэтому при высоких плотностях тока, когда на долю перенапряжения на электродах и на потери напряжения в электролите и диафрагме приходится большая часть общего баланса напряжения на ячейке, чем при низких плотностях тока, температурный коэффициент напряжения на ячейке выше. При очень малых плотностях тока значение этих составляющих общего напряжения на ячейке невелико, поэтому изменение напряжения на ячейке в зависимости от температуры меньше. [c.67] При повышении температуры электролиза ускоряются процессы, коррозии материалов, применяемых для изготовления деталей электролизеров. Если питание электролизеров производится дистиллированной или обессоленной водой, напряжение на электролизере в течение всего цикла работы электролизера изменяется незначительно. Некоторое изменение напряжения на ячейках может происходить из-за забивки пор диафрагмы осадками, образующимися при разрушении асбестовых волокон диафрагмы и деталей электролизера или вносимыми с питательной водой. При сохранении всех прочих условий электролиза (температура, плотность тока, состав и концентрация электролита) одинаковыми в течение 4—5 сут с момента включения электролизера напряжение на ячейке возрастает на 90—120 мВ, т. е. примерно на 4—5% от его начального значения. [c.68] Наиболее быстро напряжение увеличивается в течение 12— 24 ч с момента включения электролизера и затем постепенно поднимается до некоторого значения, которое сохраняется постоянным на многие месяцы непрерывной работы. Это объясняется изменением состояния поверхности электродов в процессе электролиза и, как следствие этого, изменением перенапряжения. Кратковременное отключение электролизера на несколько секунд не влияет на напряжение на ячейке. При новом включении электролизера после длительного его отключения и деполяризации напряжение возвращается вновь к исходному низкому значению и затем медленно возрастает в течение такого же срока —4—5 сут. [c.68] Характер примерного снижения напряжения на ячейке после выключения электролизера при разомкнутых полюсах электролизера показан нарис. 2-10. Напряжение на выключенной ячейке в первые мгновения снижается до величины, близкой к 1,23 В. Напряжение, равное нескольким десятым вольта, сохраняется в течение многих часов. Деполяризация ячеек происходит вследствие постепенного выделения адсорбированных на электродах газов — водорода и кислорода и разрядки водородно-кислородного элемента токами утечки. [c.69] При соединении проводником полюсов электролизера сразу после отключения его наблюдается ток короткого замыкания. Величина его зависит от внутреннего сопротивления электролитической ячейки. Токи короткого замыкания измерены на электролизере типа ФВ из 56 ячеек, сразу же после его отключения значение силы тока превысило 30 кА, т. е. более чем в 4 раза выше номинальной нагрузки электролизера. Ячейки электролизера в режиме короткого замыкания работали с плотностью тока более 10 кА/м . [c.69] В некоторых конструкциях электролизеров для защиты деталей электролизеров от коррозии применяли цементную или асбоцементную футеровку. Напряжение на ячейке таких электролизеров выше, чем у электролизеров без защитного покрытия деталей. Повышение напряжения на ячейке составляет 90—140 мВ, т, е. 4—6% от величины, наблюдаемой в электролизерах без футеровки. [c.70] Было сделано много попыток снизить, напряжение на ячейке за счет введения различных добавок [54, 55]. Практическое применение нашли только добавки солей хрома. [c.70] Вернуться к основной статье