La electrólisis es un fenómeno químico-físico en la descomposición de sustancias en componentes por medio de una corriente eléctrica, que es ampliamente utilizada con fines industriales. En base a esta reacción se fabrican agregados para la producción de, por ejemplo, cloro o metales no ferrosos.
El constante aumento de los precios de los recursos energéticos ha popularizado las plantas de electrólisis doméstica. ¿Qué son esos diseños y cómo hacerlos en casa?
Información general sobre el electrolizador
Una planta de electrólisis es un dispositivo para la electrólisis que requiere una fuente de energía externa, estructuralmente consta de varios electrodos que se colocan en un recipiente lleno de electrolito. Además, dicha instalación puede denominarse dispositivo para dividir el agua.
En tales unidades, el principal parámetro técnico es la productividad, que significa el volumen de hidrógeno producido por hora y se mide en m³/h. Las unidades estacionarias llevan este parámetro en el nombre del modelo, por ejemplo, la unidad de membrana SEU-40 produce 40 metros cúbicos por hora. m de hidrógeno.
Otras características de tales dispositivos dependen completamente del propósito previsto y el tipo de instalaciones. Por ejemplo, al realizar la electrólisis del agua, la eficiencia de la unidad depende de los siguientes parámetros:
- El nivel del potencial de electrodo más pequeño (voltaje). Para el funcionamiento normal de la unidad, esta característica debe estar en el rango de 1,8-2 V por placa. Si la fuente de alimentación tiene un voltaje de 14 V, tiene sentido dividir la capacidad de la celda electrolítica con una solución de electrolito en 7 celdas por láminas. Tal instalación se llama celda seca. Un valor menor no iniciará la electrólisis, y uno mayor aumentará considerablemente el consumo de energía;
- Cuanto menor sea la distancia entre los componentes de la placa, menor será la resistencia que, al pasar una gran corriente, conducirá a un aumento en la producción de una sustancia gaseosa;
- El área de superficie de los insertos tiene un impacto directo en la productividad;
- Balance térmico y grado de concentración de electrolitos;
- Material de los elementos de los electrodos. El oro es un material costoso pero ideal para su uso en electrolizadores. Debido a su alto costo, a menudo se usa acero inoxidable.
¡Importante! En construcciones de otro tipo, los valores tendrán diferentes parámetros.
Las plantas de electrólisis de agua también se pueden utilizar para fines como la desinfección, la purificación y la evaluación de la calidad del agua.
El principio de funcionamiento y tipos de electrolizador.
El dispositivo más simple tiene electrolizadores que dividen el agua en oxígeno e hidrógeno. Consisten en un recipiente con un electrolito en el que se colocan unos electrodos conectados a una fuente de energía.
El principio de funcionamiento de la planta de electrólisis es que la corriente eléctrica que atraviesa el electrolito tiene un voltaje suficiente para descomponer el agua en moléculas. El resultado del proceso es que el ánodo libera una parte de oxígeno y el cátodo produce dos partes de hidrógeno.
Tipos de electrolizadores
Los dispositivos para dividir el agua son de los siguientes tipos:
- seco;
- flujo continuo;
- Membrana;
- Diafragma;
- Alcalino.
tipo seco
Dichos electrolizadores tienen el diseño más simple (imagen de arriba). Tienen una peculiaridad, que radica en el hecho de que la manipulación con el número de celdas permite alimentar la unidad desde una fuente con cualquier voltaje.
tipo de flujo
Estas instalaciones tienen en su diseño un baño completamente lleno de electrolito con elementos de electrodos y un tanque.
El principio de funcionamiento de la planta de electrólisis de flujo es el siguiente (en la imagen de arriba):
- durante la electrólisis, el electrolito junto con el gas se exprime a través de la tubería "B" hacia el tanque "D";
- en el tanque "D" se lleva a cabo el proceso de separación del gas del electrolito;
- el gas sale por la válvula "C";
- la solución electrolítica regresa por el tubo "E" al baño "A".
Interesante saber Este principio de funcionamiento está configurado en algunas máquinas de soldar: la combustión del gas emitido le permite soldar los elementos.
tipo de membrana
La planta de electrólisis tipo membrana tiene un diseño similar a otros electrolizadores, sin embargo, el electrolito es una sustancia sólida a base de polímero, que se denomina membrana.
La membrana en tales agregados tiene un doble propósito: la transferencia de iones y protones, la separación de electrodos y productos de electrólisis.
tipo de diafragma
Cuando una sustancia no puede penetrar y afectar a otra, se utiliza un diafragma poroso, que puede estar hecho de vidrio, fibras poliméricas, cerámica o material de asbesto.
tipo alcalino
La electrólisis no puede tener lugar en agua destilada. En tales casos, es necesario utilizar catalizadores, que son soluciones alcalinas de alta concentración. En consecuencia, la parte principal de los dispositivos de electrólisis se puede llamar alcalina.
¡Importante! Cabe señalar que el uso de sal como catalizador es perjudicial, ya que se libera cloro gaseoso durante la reacción. El catalizador ideal puede ser el hidróxido de sodio, que no corroe los electrodos de hierro y no contribuye a la liberación de sustancias nocivas.
Autofabricación del electrolizador
Cualquiera puede hacer un electrolizador con sus propias manos. Para el proceso de montaje del diseño más simple, se requerirán los siguientes materiales:
- chapa de acero inoxidable (las opciones ideales son las extranjeras AISI 316L o las nacionales 03X16H15M3);
- tornillos M6x150;
- arandelas y tuercas;
- tubo transparente: puede usar el nivel del agua, que se usa para fines de construcción;
- varios accesorios en espiga con un diámetro exterior de 8 mm;
- un recipiente de plástico con un volumen de 1,5 l;
- un pequeño filtro para agua corriente, como un filtro para lavadoras;
- verifique la válvula de agua.
proceso de ensamblaje
Ensamble el electrolizador con sus propias manos de acuerdo con las siguientes instrucciones:
- El primer paso es marcar y cortar la lámina de acero inoxidable en cuadrados iguales. El aserrado se puede realizar con una amoladora angular (amoladora). Una de las esquinas de tales cuadrados debe cortarse en ángulo para la correcta sujeción de las placas;
- A continuación, debe perforar un orificio para el perno en el lado opuesto de la placa desde el corte de la esquina;
- La conexión de las placas debe hacerse alternativamente: una placa en el "+", la siguiente en el "-" y así sucesivamente;
- Entre placas con cargas diferentes debe haber un aislante, que actúa como un tubo desde el nivel del agua. Se debe cortar en anillos, que se deben cortar longitudinalmente para obtener tiras de 1 mm de espesor. Tal distancia entre las placas es suficiente para una liberación de gas eficiente durante la electrólisis;
- Las placas se unen entre sí por medio de arandelas de la siguiente manera: se monta una arandela en el perno, luego una placa, luego tres arandelas, luego una placa, y así sucesivamente. Las placas que están cargadas positivamente se reflejan en hojas cargadas negativamente. Esto le permite evitar tocar los electrodos con bordes aserrados;
- Al ensamblar las placas, debe aislarlas inmediatamente y apretar las tuercas;
- Además, cada placa debe estar anillada para asegurarse de que no haya un cortocircuito;
- A continuación, todo el conjunto debe colocarse en una caja de plástico;
- Después de eso, es necesario marcar los lugares donde los pernos tocan las paredes del contenedor, donde perforar dos agujeros. Si los pernos no encajan en el contenedor, deben cortarse con una sierra para metales;
- A continuación, los pernos se aprietan con tuercas y arandelas para la estanqueidad de la estructura;
- Una vez que se hayan realizado las manipulaciones, deberá hacer agujeros en la tapa del recipiente e insertar accesorios en ellos. La estanqueidad en este caso se puede garantizar lubricando las juntas con selladores a base de silicona;
- La válvula de seguridad y el filtro en el diseño están ubicados en la salida del gas y sirven como un medio para controlar su acumulación excesiva, que puede tener consecuencias desastrosas;
- La planta de electrólisis está montada.
La etapa final es la prueba, que se lleva a cabo de esta manera:
- llenar el tanque con agua hasta el nivel de los pernos de fijación;
- conectar la alimentación al dispositivo;
- Conexión a la conexión de un tubo, cuyo extremo opuesto se sumerge en el agua.
Si se aplica una corriente débil a la planta, la liberación de gas a través del tubo será casi imperceptible, pero se puede observar dentro del electrolizador. Al aumentar la corriente eléctrica, agregando un catalizador alcalino al agua, se puede aumentar significativamente el rendimiento de una sustancia gaseosa.
El electrolizador fabricado puede ser una parte integral de muchos dispositivos, por ejemplo, un quemador de hidrógeno.
Conociendo los tipos, características principales, diseño y principio de funcionamiento de las plantas de electrólisis, es posible ensamblar correctamente una estructura casera, que será un asistente indispensable en diversas situaciones cotidianas: desde la soldadura y el ahorro de combustible de los vehículos hasta la operación. de sistemas de calefacción.
Video
La esencia del proceso de electrólisis (Fig.) es que cuando una corriente eléctrica continua fluye a través del baño electrolítico, puede ocurrir uno de los siguientes fenómenos:
O hay una deposición de partículas de una sustancia del electrolito en los electrodos del baño (electroextracción)
O hay una transferencia de una sustancia de un electrodo a otro a través de un electrolito (refinación electrolítica)
MARCADOR
Como electrolito se utilizan soluciones de sales, ácidos y bases, generalmente en agua.
La conducción iónica tiene lugar en el electrolito. Cuando se aplica voltaje a los electrodos, los iones se mueven hacia los electrodos, se neutralizan y se asientan sobre ellos. En este caso, tiene lugar una electroextracción o un refinado electrolítico.
La noción de un potencial normal es de primordial importancia en la elección.
Si el electrodo está hecho del mismo metal que el electrolito, entonces a un cierto potencial no hay ni el primer ni el segundo proceso entre el electrodo y el electrolito. Tal potencial se llama normal.
Si se aplica un potencial más negativo a los electrodos, comienza la electroextracción.
Si es más positivo, entonces refinado electrolítico.
La electrólisis se utiliza para obtener o purificar metales.
Cuantitativamente, el proceso de electrólisis está descrito por la misma ley de Faraday.
U correo electrónico \u003d E p + E p + U e + U s
E p - voltaje de descomposición
E p - la suma del ánodo y el cátodo PN
U e - caída de voltaje en el electrolito
U s - caída de voltaje en los buses de contactos de electrodos
U e \u003d I ∙ R ext
U e \u003d I ∙ (R w + R a + R e)
P el \u003d I ∙ (E p + E p + U e + U s)
τ – tiempo de proceso tecnológico
E p - trabajo útil
La eficiencia del proceso de electrólisis se describe por la masa de la sustancia.
La materia prima para la obtención de Zn es la blenda de zinc ZnS. Este mineral primero se somete a oxidación, tostado y luego se somete a lixiviación.
ZnSO 4 +H 2 O(5÷6%) La conductividad de tal solución es baja, por lo tanto, se agrega 10÷12% H 2 SO 4 a esta solución
El baño electrolítico es de madera u hormigón y está aislado del suelo.
El proceso de electrólisis se realiza a t= 35÷40 0 C
j= 400÷600 A/m 2
Aparece PN en el cátodo - 1,1 V (potencial normal -0,76 V)
Ocurre electroextracción - deposición de Zn en el cátodo.
1/g e = 3500 kWh/t
τ = 40÷50 horas
Después de eso, el Zn se separa del cátodo y se vuelve a fundir.
ReciboAlabama
El electrolito no es una solución, sino un fundido. La alúmina Al 2 O 3 se utiliza como materia prima
t pl \u003d 2050 0 С
La masa fundida de este material tiene baja conductividad. Por lo tanto, la alúmina y la criolita Na 3 AlF 6 se utilizan como electrolito.
t pl \u003d 950 0 С
Las bañeras y los electrodos están hechos de carbono o grafito.
I= 200÷250kA
j= 7÷10 kA/m2
1/g e = 14000÷16000 kW∙h/t
galvanoplastia
Este es un proceso electrotecnológico de deposición de metal en la superficie de productos metálicos y no metálicos mediante electrólisis.
El espesor del recubrimiento no supera las decenas de micras.
Hay 2 variedades:
galvanoplastia
electrotipia
Galvanoplastia: cobreado, dorado, dorado, cromado, niquelado ...
Antes del procesamiento, la superficie se limpia a fondo, luego se realiza un grabado ácido con H 2 SO 4 , HCl. La solución salina del metal depositado se utiliza como electrolito. A veces se agregan ácidos y bases para aumentar la conductividad. El ánodo está hecho de metal depositado, el producto es el cátodo.
Hay una transferencia de metal del ánodo al cátodo, el procesamiento ocurre a bajas densidades de corriente, no más de decenas de A/m 2 .
Galvanoplastia: obtención de copias exactas de los productos.
Efecto electrodinámico y viento eléctrico.
Bajo la acción de un EF en medios gaseosos y líquidos, se observa su movimiento. Se debe a la transferencia de energía cinética durante la colisión de iones del medio con moléculas neutras.
Este fenómeno se denomina viento eléctrico para medios gaseosos.
El viento eléctrico siempre se aleja del electrodo con un radio de curvatura más pequeño.
La fuerza del impacto en la descarga eléctrica se estima simplemente:
F=E∙ρρ– densidad de carga
Se han establecido algunas regularidades del viento eléctrico:
Instalaciones de impulso
1. Instalaciones de tratamiento electroerosivo.
2. Instalaciones de tratamiento electrohidráulico.
3. Instalaciones de soldadura por pulsos eléctricos.
4. Instalaciones para el procesamiento de metales por pulsos magnéticos.
5. Instalaciones de tratamiento electroquímico pulsado.
1. Instalación para procesamiento electroerosivo.
El funcionamiento de estos dispositivos se basa en el fenómeno de la electroerosión, es decir, la destrucción del material que se está procesando (Me) bajo la acción de pulsos de corriente que fluyen entre el electrodo de la superficie a tratar, generalmente en un medio dieléctrico.
Cuando los pulsos de corriente fluyen en el canal de chispa, la electricidad se convierte en calor en el canal de chispa entre los electrodos y la superficie. Hay calefacción, y su eliminación.
Principales parámetros de procesamiento:
Tasa de repetición de pulso de cientos a cientos de miles de Hz,
Amplitud de corriente de fracciones a miles de A,
La duración de los impulsos es de fracciones a varios miles de segundos.
Al cambiar estos parámetros, se establece el modo de procesamiento requerido. Esquema 1.
1 soporte de máquina vertical
2 baños de trabajo
Mesa de 3 para la instalación del baño de trabajo, que asegura el movimiento del baño de trabajo en dos coordenadas en el plano horizontal.
4-Electrodo-producto reversible, situado en el interior del baño de trabajo y moviéndose con él.
5-dispositivo para movimiento vertical.
6-fuente de alta tensión de impulso (periódica, no inferior a 1kV).
7-sistema de alimentación del líquido dieléctrico de trabajo (normalmente aceite de transformador). El sistema incluye bombas, filtros, sistemas de retorno de líquidos, enfriadores.
Herramienta de 8 electrodos, fabricada con un material más refractario que el electrodo-producto (tungsteno, grafito).
Operación de instalación
El electrodo-herramienta (8) se lleva a la superficie del producto (4) y se enciende la fuente de voltaje (6).
Aquellos. se aplican pulsos de alto voltaje al espacio entre el electrodo-herramienta (8), el producto (4), y se producen descargas de chispas eléctricas en este espacio. Estos canales son convertidores muy concentrados de energía eléctrica en energía térmica con una densidad aparente de 10^12 J/m3.
En este caso, la densidad de potencia es 1-10^7 W/cm2. La energía térmica liberada conduce al calentamiento, la fusión, la evaporación del metal del producto y su eliminación con la ayuda de un fluido de trabajo. En este caso, múltiples descargas eléctricas recorren capa a capa toda la superficie a tratar. Como resultado, se forman huecos en el producto, que copian la forma del electrodo.
Las fuentes de alimentación conmutadas basadas en dispositivos de almacenamiento de energía capacitivos se utilizan como fuentes de alimentación.
Esquema 2.
La energía proviene de una red de 220V usando un transformador de corriente. El aumento de voltaje se rectifica usando el rectificador VD, el voltaje rectificado se usa para cargar periódicamente el banco de condensadores Cb. Después de cargar esta capacitancia, se forma un circuito de descarga que contiene la inductancia Lp y el espacio de chispa de trabajo. La capacitancia se descarga, fluye una corriente Lp en el circuito de descarga. Después de eso, el tiristor VD se cierra y se repite el proceso de carga de la capacitancia Sat. El modo de procesamiento (rugosidad, productividad) se controla cambiando la potencia y la frecuencia de los pulsos de corriente ip.
Tales plantas tienen una alta productividad y un procesamiento de alta calidad. Para algunos tipos de procesamiento, tales instalaciones son indispensables.
Desventaja: hay desgaste del electrodo de la herramienta.
Plantas de tratamiento electrohidráulica
Tales instalaciones se basan en el uso de un efecto electrohidráulico.
El efecto electrohidráulico consiste en convertir la electricidad almacenada en un acumulador capacitivo en energía mecánica de una onda de choque mediante una potente descarga de chispa, que se crea en un medio líquido (normalmente agua).
El circuito eléctrico es casi el mismo que en el caso anterior. La diferencia está en la longitud del espacio de descarga (es más largo).
Parámetros del proceso tecnológico:
1)
- inclinación de la corriente ascendente;
2)
hasta 250 kA;
3)
hasta 100 MW;
4)
antes de 
j
Con tales parámetros, el canal de chispa tiene el carácter de una explosión.
Temperatura del canal 
A; Presión 
MPa.
La presión se transfiere al fluido.
Áreas de uso:
a) extracción de núcleos de moldeo en fundiciones de forma compleja;
b) limpieza de piezas fundidas y varias superficies de incrustaciones;
c) trituración, trituración de diversos materiales;
d) reciclaje de productos de hormigón armado.
Plantas de soldadura por pulsos
Diseñado para obtener uniones metálicas soldadas permanentes comprimiendo la unión y calentándola hasta la temperatura de fusión mediante el paso de una corriente pulsada.
El esquema del proceso es el mismo que en el caso anterior. La diferencia está solo en la carga. Las piezas no se calientan en absoluto.
La ventaja es la localización de los efectos térmicos, se excluye la destrucción de pequeñas piezas soldadas.
Dispositivos de procesamiento de pulsos magnéticos
Estas instalaciones se basan en la conversión de EE en la energía de un MF pulsado, luego hay una interacción de los campos pulsados creados por la herramienta, el inductor, con el El inducido por él. corriente en la pieza de trabajo.
Como resultado, la energía MF se convierte en energía mecánica, que deforma la pieza de trabajo de la manera necesaria.
ZU - cargador;
- una batería de inductancias (crea un pulso de la forma deseada);
IN - inductor de herramienta;
Z - en blanco.
Instalaciones multicircuito y monocircuito
Instalación multicircuito contiene uno o más instrumentos: inductores, hechos en forma de solenoides.
MP del solenoide creado por la corriente 
induce corriente en la pieza de trabajo 
. Las corrientes interactúan y proporcionan fuerzas mecánicas y deformación de la pieza de trabajo.
- inductancia intrínseca de AI;
- Resistencia activa AI;
- resistencia activa 
;
- coeficiente de inducción mutua;
- inductancia y resistencia activa de la pieza de trabajo.
en el esquema de PP, se determina por el método TOE. La tecnología de operación según este esquema se utiliza en 3 versiones:
2) distribución (inducción dentro de la pieza de trabajo);
3) formación de láminas (se deforma una palanquilla plana).
Diagrama de circuito único:
En este caso, la corriente de descarga fluye directamente a través de la pieza de trabajo. La pieza de trabajo es parte de la IA.
se ramifica en 
y 
. La interacción de las corrientes conduce a la deformación de la pieza de trabajo y adquiere la forma que se muestra con la línea de puntos.
ventajas:
Defectos:
El material debe tener alta conductividad eléctrica;
La necesidad de instalar juntas conductoras al formar materiales que no conducen bien la electricidad. Actual;
Dificultades en el procesamiento de superficies que tienen un espacio para el. Actual;
Dificultades con el procesamiento de piezas de trabajo masivas.
Instalaciones de tratamiento electroquímico pulsado. Estos son los procesos tecnológicos electroquímicos discutidos anteriormente, en los que se usa voltaje de pulso en lugar de voltaje constante.
Actualmente, en Rusia, un número cada vez mayor de instalaciones de abastecimiento de agua y saneamiento, así como industrias, se niegan a utilizar cloro e hipocloritos líquidos comerciales y optan por organizar su propia síntesis de los reactivos necesarios directamente en los objetos de uso.
La producción requiere cloruro de sodio (sal), agua, electricidad.
Razones de esta negativa:
1. El cloro líquido es muy peligroso..
A pesar del bajo coste del cloro, las medidas y costes asociados a su uso complican enormemente y aumentan el coste de todo el proceso de producción.
2. El hipoclorito de sodio comercial (GPCHN 19%) es muy caro.
El costo de 1 tonelada de GPKhN marca A no supera los 20-30 mil rublos. Sin embargo, la cantidad de hipoclorito de sodio equivalente a 1 tonelada de cloro ya es de 100 a 150 mil rublos. (dado que el hipoclorito contiene solo 15-19% de cloro activo y tiende a descomponerse más).
Ventajas de los equipos de electrólisis:
- exención de los costos de seguridad durante el transporte y almacenamiento;
- durante el funcionamiento del equipo de electrólisis, los accidentes asociados con la fuga de una gran cantidad de reactivo son imposibles. Los objetos de explotación de las plantas de electrólisis para la síntesis de reactivos de cloro no pertenecen a los HIF y no están incluidos en el registro correspondiente;
- independencia del proveedor: el reactivo se produce en la cantidad requerida, el rendimiento está regulado, lo que aumenta la eficiencia energética de la instalación;
- Materias primas baratas: la sal técnica más barata se puede utilizar para la síntesis. Esto requerirá la instalación de equipos adicionales para limpiar la salmuera que ingresa a los electrolizadores, sin embargo, estos costos se amortizan en menos de 1 año debido a ahorros significativos en materias primas;
- el reactivo resultante es más económico que el comercial;
- para instalaciones de suministro de agua que utilizan instalaciones UV como método principal de desinfección: al introducir equipos UV, es imposible abandonar por completo el uso de reactivos de cloro, ya que es necesario garantizar el estado sanitario de las estructuras y redes, así como el seguridad del transporte del agua hasta el consumidor. Las plantas de electrólisis, junto con los equipos UV, satisfacen plenamente la necesidad de cloro, mientras que el objeto está excluido del registro HIF.
Las plantas de electrólisis producen diferentes reactivos:
- cloro o agua clorada (Aquachlor, Aquachlor-Beckhoff, Aquachlor-Membrane/Diaphragm);
- desinfectante combinado con mayor eficiencia: una solución oxidante que contiene cloro, dióxido de cloro, ozono (Aquachlor, Aquachlor-Beckhoff);
- HPCHN de baja concentración al 0,8% (LET-EPM, Aquachlor, Aquachlor-Beckhoff);
- HPCHN altamente concentrado 15-19% (Aquachlor-Membrane/Diaphragm).
Todos estos reactivos son adecuados para la desinfección del agua. La única limitación es el pH del agua a desinfectar en el punto de entrada del reactivo; para aguas con un pH superior a 7,5, se recomienda utilizar agua clorada en lugar de hipoclorito, que es ineficaz en un ambiente alcalino.
Detengámonos con más detalle en cada tipo de equipo de LET LLC:
Aquacloro y Aquacloro-Beckhoff:
- el reactivo resultante tiene mayor eficiencia;
- los módulos individuales tienen poco rendimiento. Esto permite flexibilidad para responder a
- la necesidad de un reactivo. El rendimiento óptimo del complejo es de hasta 250-500 kg de cloro activo por día;
- frecuencia de reemplazo de reactores - 1 vez en 3-5 años;
- facilidad de mantenimiento.
LET-EPM:
- productividad ilimitada de complejos;
- facilidad de operación y bajos requisitos para la calidad de las materias primas;
- la frecuencia de reemplazo (recubrimiento) del bloque de electrodos, una vez al año;
- El reactivo es adecuado para la mayoría de los objetos.
Aquachlor-Diafragma:
- la posibilidad de obtener agua clorada y HPCHN concentrado al 19%, así como la producción simultánea de estos reactivos;
- la frecuencia de reemplazo del revestimiento del electrodo y el diafragma: no más de 1 vez en 10 años;
- altos requisitos para la calidad de la solución salina;
- la posibilidad de enjuagar el diafragma y volver al trabajo en caso de contaminación con solución salina de calidad inadecuada;
Membrana Aquacloro:
- productividad ilimitada del complejo (pero no menos de 50-100 kg/día);
- la posibilidad de obtener cloro y HPCHN concentrado al 19% de alta pureza, apto para síntesis;
- la frecuencia de reemplazo del revestimiento y la membrana del electrodo: no más de 1 vez en 10 años;
- requisitos muy altos para la calidad de la solución salina;
- en caso de contaminación de la membrana, debe ser reemplazada por una nueva;
- el mantenimiento del equipo requiere personal calificado.
El costo del producto final (en orden ascendente, de menor a mayor):
- Aquachlor-Diafragma
- Membrana Aquahdlor
- Aquacloro/Aquacloro-Beckhoff
- LET-EPM
Usando el principio de obtener hidrógeno por electrólisis de una solución acuosa de álcali, decidí hacer un aparato simple y compacto, conveniente para trabajar con piezas pequeñas, cuando se suelda con soldaduras duras. Debido a las pequeñas dimensiones externas del electrolizador, encontrará un lugar incluso en un escritorio pequeño, y el uso de un rectificador estándar para recargar baterías como unidad electrolítica facilita la fabricación de la unidad y la hace segura para trabajar.
El rendimiento relativamente pequeño, pero bastante suficiente, del aparato hizo posible simplificar extremadamente el diseño del sello de agua y garantizar la seguridad contra incendios y explosiones.
dispositivo electrolizador
Entre las dos placas, conectadas por cuatro pines, hay una batería de placas-electrodos de acero separados por anillos de goma. La cavidad interna de la batería se llena hasta la mitad con una solución acuosa de KOH o NaOH. Un voltaje constante aplicado a las placas provoca la electrólisis del agua y la liberación de hidrógeno y oxígeno gaseosos.
Esta mezcla se descarga a través de un tubo de PVC colocado en el accesorio en un contenedor intermedio, y de él a una esclusa de agua, que se fabrican a partir de dos cartuchos vacíos para recargar encendedores de gas (se pueden usar latas de la planta Severny Press en Leningrado). El gas que ha pasado a través de una mezcla de agua y acetona colocada allí en una proporción de 1: 1 tiene la composición necesaria para la combustión y, desviado por otro tubo hacia la boquilla, una aguja de una jeringa médica, se quema en su salida con una temperatura de unos 1800 °C.
Arroz. 1. Quemador de agua.
Para las placas del electrolizador, utilicé plexiglás grueso, de 25 mm de espesor. Este material es fácil de procesar, químicamente resistente a la acción del electrolito y permite controlar visualmente su nivel para agregar agua destilada por el orificio de llenado si es necesario.
Las placas pueden estar hechas de chapa (acero inoxidable, níquel, hierro decapado o transformador) con un espesor de 0,6-0,8 mm. Para facilitar el montaje, se exprimen huecos redondos en las placas para los anillos de sellado de goma, su profundidad con un grosor de anillo de 5-6 mm debe ser de 2-3 mm.
Los anillos diseñados para sellar la cavidad interna y aislar eléctricamente las placas se cortan de una lámina de goma resistente al aceite y a la gasolina o resistente a los ácidos. No es difícil hacerlo manualmente, pero aún así será ideal hacerlo con un cortador redondo.
Los cuatro pernos de acero M8 que conectan las piezas están aislados con batista de 10 mm y se enroscan en orificios de 11 mm correspondientes.
El número de placas en la batería es 9. Está determinado por los parámetros de la fuente de alimentación: su potencia y voltaje máximo, a razón de 2 V por placa. La corriente consumida depende del número de platos involucrados (cuanto menos, mayor es la corriente) y de la concentración de la solución alcalina. En una solución más concentrada, la corriente es menor, pero es mejor usar una solución al 4-8%; no hace tanta espuma durante la electrólisis.
Los terminales de contacto están soldados a las tres primeras y últimas placas. Un cargador estándar para baterías de automóviles VA-2, conectado a 8 placas, a un voltaje de 17 V y una corriente de aproximadamente 5 A, proporciona el rendimiento necesario de la mezcla combustible para la boquilla: una aguja con un interior de 0,6 mm. La relación óptima entre el diámetro de la aguja de la boquilla y el rendimiento del electrolizador se establece empíricamente, de modo que la zona de ignición de la mezcla se encuentre fuera de la aguja. Si la productividad es baja o el diámetro del orificio es demasiado grande, la combustión comenzará en la propia aguja, que se calentará rápidamente y se derretirá.
Una barrera confiable contra la propagación de llamas a través del tubo de suministro dentro del electrolizador es el bloqueo de agua más simple, que está hecho de dos cartuchos vacíos para recargar encendedores de gas. Sus ventajas son las mismas que las del material del tablero: facilidad de mecanizado, resistencia química y translucidez, lo que permite controlar el nivel de líquido en el sello de agua. El tanque intermedio elimina la posibilidad de mezclar el electrolito y la composición del sello de agua en modos de funcionamiento intensivo o bajo la acción de un vacío que se produce cuando se corta la alimentación. Y para evitar esto con seguridad, al final del trabajo, debe desconectar inmediatamente el tubo del electrolizador. Los accesorios de los contenedores están hechos de tubos de cobre de 4 y 6 mm, se instalan en la pared superior de las latas en la rosca. A través de ellos, se llena la composición del sello de agua y se drena el condensado del tanque de separación. Un excelente embudo para esto vendrá de otra lata de aerosol vacía, cortada. por la mitad y con un tubo delgado instalado en lugar de la válvula.
Conectar la celda electrolítica con un recipiente intermedio con un tubo corto de cloruro de polivinilo de 5 mm, este último con sello de agua, y su conexión de salida con un tubo más largo con una boquilla de aguja (Puede usar una jeringa médica con una aguja como boquilla) . Dentro del mango (jeringa) se coloca un empaque de extinción de incendios: una malla de latón enrollada en espiral.
Arroz. 2. Dispositivo electrolizador:
1 - tubo aislante de PVC de 10 mm, 2 - espárrago M8 (4 uds.), 3 - tuerca M8 con arandela (4 uds.), 4 - tablero izquierdo, 5 - perno-tapón M10 con arandela, 6 - placa, 7 - anillo de goma, 8 - racor, 9 - arandela, 10 - tubo de PVC de 5 mm, 11 - placa derecha, 12 - racor corto (3 uds.), 13 - depósito intermedio, 14 - base, 15 - terminales, 16 - tubo de burbuja , 17 - boquilla-aguja, 18 - cuerpo de bloqueo de agua.
Encienda el rectificador, ajuste el voltaje o el número de placas conectadas a la corriente nominal y encienda el gas que sale de la boquilla.
Si necesita más rendimiento, aumente la cantidad de placas y use una fuente de alimentación más potente, con un LATR y un rectificador simple. La temperatura de la llama también es susceptible de algún ajuste por la composición del sello de agua. Cuando contiene solo agua, la mezcla contiene mucho oxígeno, lo que en algunos casos es indeseable. Al verter alcohol metílico en la esclusa de agua, se puede enriquecer la mezcla y elevar la temperatura a 2600 °C. Para reducir la temperatura de la llama, la esclusa de agua se llena con una mezcla de acetona y agua en una proporción de 1:1. Sin embargo , en estos últimos casos, no se debe olvidar reponer el contenido de la esclusa de agua.
Yu. ORLOV, Troitsk, región de Moscú
Publicado por: Modelador Constructor
Un electrolizador es un dispositivo especial que está diseñado para separar los componentes de un compuesto o solución utilizando una corriente eléctrica. Estos dispositivos se utilizan ampliamente en la industria, por ejemplo, para obtener componentes metálicos activos a partir de minerales, para purificar metales, para aplicar recubrimientos metálicos a productos. Para la vida cotidiana, rara vez se usan, pero también se encuentran. En particular, para uso doméstico, se ofrecen dispositivos que le permiten determinar la contaminación del agua u obtener la llamada agua "viva".
La base del funcionamiento del dispositivo es el principio de la electrólisis, cuyo descubridor se considera el famoso científico extranjero Faraday. Sin embargo, el primer electrolizador de agua 30 años antes de Faraday fue creado por un científico ruso llamado Petrov. Demostró en la práctica que el agua puede enriquecerse en estado de cátodo o de ánodo. A pesar de esta injusticia, su trabajo no fue en vano y sirvió al desarrollo de la tecnología. Por el momento, se han inventado y utilizado con éxito numerosos tipos de dispositivos que funcionan según el principio de la electrólisis.
Qué es
El electrolizador funciona gracias a una fuente de alimentación externa que suministra corriente eléctrica. Simplificado, la unidad se realiza en forma de carcasa en la que se montan dos o más electrodos. Dentro de la caja hay un electrolito. Cuando se aplica una corriente eléctrica, la solución se descompone en los componentes requeridos. Los iones cargados positivamente de una sustancia se dirigen a un electrodo cargado negativamente y viceversa.
La característica principal de tales unidades es el rendimiento. Es decir, es la cantidad de solución o sustancia que la instalación puede procesar en un determinado periodo de tiempo. Este parámetro se indica en el nombre del modelo. Sin embargo, también puede verse influenciado por otros indicadores: intensidad de corriente, voltaje, tipo de electrolito, etc.
especies y tipos
Según el diseño del ánodo y la ubicación del conductor de corriente, el electrolizador puede ser de tres tipos, estos son unidades con:
- Ánodos horneados prensados.
- Un ánodo de autococción continuo, así como un conductor lateral.
- Ánodo continuo de autococción, así como el conductor superior.
El electrolizador utilizado para las soluciones, según las características de diseño, se puede dividir en:
- Seco.
- Fluido.
- Membrana.
- Diafragma.
Dispositivo
Los diseños de las unidades pueden ser diferentes, pero todos funcionan según el principio de la electrólisis.
El dispositivo en la mayoría de los casos consta de los siguientes elementos:
- Cuerpo eléctricamente conductor.
- Cátodo.
- Ánodo.
- Ramificaciones diseñadas para la entrada de electrolitos, así como para la salida de las sustancias obtenidas durante la reacción.
Los electrodos están sellados. Suelen presentarse en forma de cilindros que se comunican con el medio exterior mediante boquillas. Los electrodos están hechos de materiales conductores especiales. Un metal se deposita en el cátodo o los iones del gas separado se dirigen hacia él (durante la división del agua).
En la industria no ferrosa, a menudo se utilizan unidades especializadas para electrólisis. Son instalaciones más complejas que tienen sus propias características. Entonces, un electrolizador para extraer magnesio y cloro requiere un baño hecho de paredes finales y longitudinales. Está revestido con ladrillos refractarios y otros materiales, y también está dividido por un tabique en un compartimento de electrólisis y una celda en la que se recogen los productos finales.
Las características de diseño de cada tipo de equipo de este tipo permiten resolver solo problemas específicos asociados con garantizar la calidad de las sustancias liberadas, la velocidad de reacción, la intensidad energética de la instalación, etc.
Principio de operación
En los dispositivos de electrólisis, solo los compuestos iónicos conducen la electricidad. Por lo tanto, cuando los electrodos se sumergen en el electrolito y se enciende la corriente eléctrica, comienza a fluir una corriente iónica. Las partículas positivas en forma de cationes se envían al cátodo, por ejemplo, estos son hidrógeno y varios metales. Los aniones, es decir, los iones cargados negativamente fluyen hacia el ánodo (oxígeno, cloro).
Al acercarse al ánodo, los aniones pierden su carga y se convierten en partículas neutras. Como resultado, se asientan en el electrodo. Reacciones similares ocurren en el cátodo: los cationes toman electrones del electrodo, lo que conduce a su neutralización. Como resultado, los cationes se depositan en el electrodo. Por ejemplo, cuando el agua se divide, se forma hidrógeno, que asciende en forma de burbujas. Para recolectar este gas, se construyen tuberías especiales sobre el cátodo. A través de ellos, el hidrógeno ingresa al contenedor necesario, después de lo cual puede usarse para el propósito previsto.
El principio de funcionamiento en los diseños de diferentes dispositivos es generalmente similar, pero en algunos casos puede haber algunas peculiaridades. Entonces, en las unidades de membrana, se usa un electrolito sólido en forma de membrana, que tiene una base polimérica. La característica principal de tales dispositivos radica en el doble propósito de la membrana. Esta capa intermedia puede transportar protones e iones, incluidos los electrodos de separación y los productos finales de la electrólisis.
Los dispositivos de diafragma se utilizan en los casos en que no se puede permitir la difusión de los productos finales del proceso de electrólisis. Para ello, se utiliza un diafragma poroso, que está hecho de vidrio, amianto o cerámica. En algunos casos, se pueden usar fibras de polímero o lana de vidrio como tal diafragma.
Solicitud
El electrolizador es ampliamente utilizado en diversas industrias. Pero, a pesar del diseño simple, tiene varias versiones y funciones. Este equipo se utiliza para:
- Minería de metales no ferrosos (magnesio, aluminio).
- Obtención de elementos químicos (descomposición del agua en oxígeno e hidrógeno, obtención de cloro).
- Tratamiento de aguas residuales (desalinización, desinfección, desinfección por iones metálicos).
- Procesamiento de diversos productos (desmineralización de leche, salazón de carne, electroactivación de líquidos alimentarios, extracción de nitratos y nitritos de productos vegetales, extracción de proteínas de algas, hongos y desechos de pescado).
En medicina, las unidades se utilizan en cuidados intensivos para desintoxicar el cuerpo humano, es decir, para crear soluciones de hipoclorito de sodio de alta pureza. Para ello, se utiliza un dispositivo de flujo continuo con electrodos de titanio.
Las plantas de electrólisis y electrodiálisis son muy utilizadas para solucionar problemas medioambientales y de desalinización de agua. Pero estas unidades, en vista de sus deficiencias, rara vez se usan: esta es la complejidad del diseño y su operación, la necesidad de una corriente trifásica y el requisito de reemplazo periódico de electrodos debido a su disolución.
Estas instalaciones también se utilizan en la vida cotidiana, por ejemplo, para obtener agua "viva", así como para purificarla. En el futuro, es posible crear plantas en miniatura que se utilizarán en automóviles para la producción segura de hidrógeno a partir del agua. El hidrógeno se convertirá en una fuente de energía y el automóvil se puede llenar con agua corriente.
