ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Пути снижения напряжения и расхода электроэнергии из "Прикладная электрохимия" 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 и могут быть рассчитаны по уравнению Нериста. [c.27] Для католита, содержащего 3 экв/л NaOH и 3,35 экв/л Na l значение н,1=—0,845 В. Таким образом, напряжение разложения будет равно 2,17 В. [c.27] Стандартный потенциал Е при 25 °С равен 1,849 В и напряжение разложения, 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-иони-зация, 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 5, через которое проходит ток, в выражение для расчета падения напряжения в электролит вводят коэфф ициент к. Этот коэффициент характеризует увеличение удельного сопротивления элек-тролита по сравнению с сопротивлением электролита, не запол-ненного 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 наименьшим перенапряжением выделения хлора обладают ОРТА, что является одной из причин интенсивного проникновения анодов данного типа и 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 прн 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] 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, S 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] Д — температурный коэффициент (зависит от природы электролита). [c.31] При выборе температурного режима электролиза также учитывают удельную электропроводимость раствора. Если с повышением температуры выход по току и по веществу не уменьшается, то электролиз проводят при максимально возможных температурах. Для водных растворов 5то 80—100 °С. Для дальнейшего повышения температуры водного раствора требуется увеличение давления в электролизере. [c.32] Увеличение газонаполнения приводит к возрастанию удельного сопротивления раствора (рис. 9). [c.33] Основным методом снижения газонаполнения является создание конструкций электродов, обеспечив.ающих быстрый отвод образующихся газов пз 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 /, 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 межэлектродного 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