Elektrolýza je chemicko-fyzikálny jav pri rozklade látok na zložky pomocou elektrického prúdu, ktorý má široké využitie na priemyselné účely. Na základe tejto reakcie sa vyrábajú agregáty na výrobu napríklad chlóru alebo farebných kovov.
Neustále zvyšovanie cien energetických zdrojov spôsobilo, že domáce elektrolýzy sú obľúbené. Aké sú také návrhy a ako ich vyrobiť doma?
Všeobecné informácie o elektrolyzéri
Elektrolýza je zariadenie na elektrolýzu, ktoré vyžaduje externý zdroj energie, konštrukčne pozostáva z niekoľkých elektród, ktoré sú umiestnené v nádobe naplnenej elektrolytom. Takúto inštaláciu možno nazvať aj zariadením na štiepenie vody.
V takýchto jednotkách je hlavným technickým parametrom produktivita, čo znamená objem vyrobeného vodíka za hodinu a meria sa v m³/h. Stacionárne jednotky nesú tento parameter v názve modelu, napríklad membránová jednotka SEU-40 produkuje 40 metrov kubických za hodinu. m vodíka.
Ďalšie charakteristiky takýchto zariadení sú úplne závislé od zamýšľaného účelu a typu inštalácií. Napríklad pri vykonávaní elektrolýzy vody závisí účinnosť jednotky od nasledujúcich parametrov:
- Úroveň najmenšieho elektródového potenciálu (napätia). Pre normálnu prevádzku jednotky by táto charakteristika mala byť v rozsahu 1,8-2 V na dosku. Ak má zdroj napätie 14 V, potom má zmysel rozdeliť kapacitu elektrolytického článku s roztokom elektrolytu na 7 článkov listami. Takáto inštalácia sa nazýva suchá bunka. Menšia hodnota nespustí elektrolýzu a väčšia výrazne zvýši spotrebu energie;
- Čím menšia je vzdialenosť medzi komponentmi dosky, tým menší odpor bude, čo pri prechode veľkého prúdu povedie k zvýšeniu produkcie plynnej látky;
- Povrchová plocha vložiek má priamy vplyv na produktivitu;
- Tepelná rovnováha a stupeň koncentrácie elektrolytu;
- Materiál elektródových prvkov. Zlato je drahý, ale ideálny materiál na použitie v elektrolyzéroch. Kvôli vysokým nákladom sa často používa nehrdzavejúca oceľ.
Dôležité! V konštrukciách iného typu budú mať hodnoty iné parametre.
Zariadenia na elektrolýzu vody možno použiť aj na účely, ako je dezinfekcia, čistenie a hodnotenie kvality vody.
Princíp činnosti a typy elektrolyzéra
Najjednoduchšie zariadenie má elektrolyzéry, ktoré rozdeľujú vodu na kyslík a vodík. Pozostávajú z nádoby s elektrolytom, v ktorej sú umiestnené elektródy napojené na zdroj energie.
Princíp činnosti zariadenia na elektrolýzu spočíva v tom, že elektrický prúd, ktorý prechádza elektrolytom, má napätie dostatočné na rozklad vody na molekuly. Výsledkom procesu je, že anóda uvoľňuje jednu časť kyslíka a katóda produkuje dve časti vodíka.
Typy elektrolyzérov
Zariadenia na štiepenie vody sú nasledujúcich typov:
- suché;
- Prietok;
- Membrána;
- bránica;
- Alkalický.
suchý typ
Takéto elektrolyzéry majú najjednoduchší dizajn (obrázok vyššie). Majú zvláštnosť, ktorá spočíva v tom, že manipulácia s počtom článkov umožňuje napájanie jednotky zo zdroja s ľubovoľným napätím.
typ toku
Tieto inštalácie majú vo svojom dizajne vaňu úplne naplnenú elektrolytom s elektródovými prvkami a nádrž.
Princíp činnosti zariadenia prietokovej elektrolýzy je nasledujúci (na obrázku vyššie):
- počas elektrolýzy sa elektrolyt spolu s plynom vytláča cez potrubie "B" do nádrže "D";
- v nádrži "D" prebieha proces oddeľovania plynu od elektrolytu;
- plyn vystupuje cez ventil "C";
- roztok elektrolytu sa vracia trubicou "E" do kúpeľa "A".
Zaujímavé vedieť. Tento princíp činnosti je nakonfigurovaný v niektorých zváracích strojoch - spaľovanie emitovaného plynu vám umožňuje zvárať prvky.
Typ membrány
Zariadenie na elektrolýzu membránového typu má podobný dizajn ako iné elektrolyzéry, avšak elektrolytom je tuhá látka na báze polyméru, ktorá sa nazýva membrána.
Membrána v takýchto agregátoch má dvojaký účel - prenos iónov a protónov, separácia elektród a produktov elektrolýzy.
typ membrány
Keď jedna látka nemôže preniknúť a ovplyvniť druhú, používa sa porézna membrána, ktorá môže byť vyrobená zo skla, polymérových vlákien, keramiky alebo azbestového materiálu.
Alkalický typ
Elektrolýza nemôže prebiehať v destilovanej vode. V takýchto prípadoch je potrebné použiť katalyzátory, ktorými sú alkalické roztoky s vysokou koncentráciou. V súlade s tým môže byť hlavná časť elektrolýznych zariadení nazývaná alkalická.
Dôležité! Je potrebné poznamenať, že použitie soli ako katalyzátora je škodlivé, pretože počas reakcie sa uvoľňuje plynný chlór. Ideálnym katalyzátorom môže byť hydroxid sodný, ktorý nekoroduje železné elektródy a neprispieva k uvoľňovaniu škodlivých látok.
Vlastná výroba elektrolyzéra
Každý môže vyrobiť elektrolyzér vlastnými rukami. Pre montážny proces najjednoduchšieho dizajnu budú potrebné nasledujúce materiály:
- plech z nehrdzavejúcej ocele (ideálne možnosti sú zahraničné AISI 316L alebo domáce 03X16H15M3);
- skrutky M6x150;
- podložky a matice;
- priehľadná trubica - môžete použiť vodnú hladinu, ktorá sa používa na stavebné účely;
- niekoľko tvaroviek rybej kosti s vonkajším priemerom 8 mm;
- plastová nádoba s objemom 1,5 l;
- malý filter na tečúcu vodu, napríklad filter pre práčky;
- skontrolujte vodný ventil.
Proces montáže
Elektrolyzér zostavte vlastnými rukami podľa nasledujúcich pokynov:
- Prvým krokom je označenie a ďalšie rezanie nerezového plechu na rovnaké štvorce. Pílenie je možné vykonávať pomocou uhlovej brúsky (brúsky). Jeden z rohov v takýchto štvorcoch musí byť zrezaný pod uhlom pre správne upevnenie dosiek;
- Ďalej musíte vyvŕtať otvor pre skrutku na opačnej strane dosky ako je rohový rez;
- Spojenie dosiek sa musí vykonávať striedavo: jedna doska na "+", ďalšia na "-" atď.
- Medzi rôzne nabitými platňami by mal byť izolant, ktorý od vodnej hladiny funguje ako trubica. Musí sa narezať na krúžky, ktoré by sa mali rozrezať pozdĺžne, aby sa získali pásy s hrúbkou 1 mm. Takáto vzdialenosť medzi doskami je dostatočná na účinné uvoľňovanie plynu počas elektrolýzy;
- Dosky sú k sebe pripevnené pomocou podložiek nasledovne: na skrutku je namontovaná podložka, potom doska, potom tri podložky, potom doska atď. Platne, ktoré sú kladne nabité, sa zrkadlia na záporne nabité plechy. To vám umožní zabrániť dotyku elektród s rezanými hranami;
- Pri montáži dosiek by ste ich mali okamžite izolovať a utiahnuť matice;
- Každá platňa musí byť tiež zakrúžkovaná, aby sa zabezpečilo, že nedôjde ku skratu;
- Ďalej musí byť celá zostava umiestnená v plastovej krabici;
- Potom je potrebné označiť miesta, kde sa skrutky dotýkajú stien nádoby, kde vyvŕtať dva otvory. Ak sa skrutky nezmestia do nádoby, musia sa odrezať pílkou;
- Ďalej sú skrutky utiahnuté maticami a podložkami na tesnosť konštrukcie;
- Po vykonaní manipulácií budete musieť urobiť otvory vo veku nádoby a vložiť do nich armatúry. Tesnosť v tomto prípade môže byť zaistená mazaním spojov tmelmi na báze silikónu;
- Poistný ventil a filter v dizajne sú umiestnené na výstupe plynu a slúžia ako prostriedok na kontrolu jeho nadmernej akumulácie, čo môže viesť k katastrofálnym následkom;
- Zariadenie na elektrolýzu je zmontované.
Poslednou fázou je testovanie, ktoré sa vykonáva takto:
- naplnenie nádrže vodou po úroveň upevňovacích skrutiek;
- pripojenie napájania k zariadeniu;
- spojenie s armatúrou rúrky, ktorej opačný koniec je spustený do vody.
Ak sa na zariadenie aplikuje slabý prúd, potom bude uvoľňovanie plynu cez trubicu takmer nepostrehnuteľné, ale možno ho pozorovať vo vnútri elektrolyzéra. Zvýšením elektrického prúdu, pridaním alkalického katalyzátora do vody, možno výrazne zvýšiť výťažok plynnej látky.
Vyrobený elektrolyzér môže byť neoddeliteľnou súčasťou mnohých zariadení, napríklad vodíkového horáka.
Po znalosti typov, hlavných charakteristík, konštrukcie a princípu prevádzky elektrolýznych zariadení je možné správne zostaviť domácu konštrukciu, ktorá bude nepostrádateľným pomocníkom v rôznych každodenných situáciách: od zvárania a šetrenia spotreby paliva vozidiel až po prevádzku. vykurovacích systémov.
Video
Podstatou procesu elektrolýzy (obr.) je, že keď elektrolytickým kúpeľom preteká jednosmerný elektrický prúd, môže nastať jeden z nasledujúcich javov:
Alebo dochádza k usadzovaniu častíc látky z elektrolytu na elektródach kúpeľa (elektroextrakcia)
Alebo dochádza k prenosu látky z jednej elektródy na druhú cez elektrolyt (elektrolytická rafinácia)
ZÁLOŽKA
Ako elektrolyt sa používajú roztoky solí, kyselín a zásad, zvyčajne vo vode.
Iónové vedenie prebieha v elektrolyte. Keď sa na elektródy privedie napätie, ióny sa presunú k elektródam, neutralizujú sa a usadia sa na nich. V tomto prípade prebieha buď elektroextrakcia alebo elektrolytická rafinácia.
Pojem normálneho potenciálu má pri výbere primárny význam.
Ak je elektróda vyrobená z rovnakého kovu ako elektrolyt, potom pri určitom potenciáli nie je medzi elektródou a elektrolytom ani prvý, ani druhý proces. Takýto potenciál sa nazýva normálny.
Ak sa na elektródy aplikuje zápornejší potenciál, začne sa elektroextrakcia.
Ak je pozitívnejšia, potom elektrolytická rafinácia.
Elektrolýza sa používa na získanie alebo čistenie kovov.
Kvantitatívne je proces elektrolýzy opísaný rovnakým Faradayovým zákonom.
U email \u003d E p + E p + U e + U s
E p - rozkladné napätie
E p - súčet anódy a katódy PN
U e - pokles napätia na elektrolyte
U s - pokles napätia na elektródových kontaktoch zberníc
U e \u003d I ∙ R ext
U e \u003d I ∙ (R w + R až + R e)
P el \u003d I ∙ (Ep + Ep + U e + U s)
τ – čas technologického procesu
E p - užitočná práca
Účinnosť procesu elektrolýzy je opísaná hmotnosťou látky.
Surovinou na získanie Zn je zinková zmes ZnS. Tento minerál sa najskôr podrobí oxidácii, praženiu a potom vylúhovaniu.
ZnSO 4 +H 2 O(5÷6%) Vodivosť takéhoto roztoku je nízka, preto sa do tohto roztoku pridáva 10÷12% H 2SO 4
Elektrolytická vaňa je vyrobená z dreva alebo betónu a je izolovaná od zeme.
Proces elektrolýzy prebieha pri t= 35÷40 0 C
j= 400÷600 A/m 2
Na katóde sa objaví PN - 1,1 V (normálny potenciál -0,76 V)
Dochádza k elektroextrakcii – usadzovaniu Zn na katóde.
1/g e = 3500 kWh/t
τ = 40÷50 hodín
Potom sa Zn z katódy odstráni a pretaví.
PotvrdenieAl
Elektrolyt nie je roztok, ale tavenina. Ako surovina sa používa oxid hlinitý Al 2 O 3
t pl \u003d 2050 0 С
Tavenina tohto materiálu má nízku vodivosť. Preto sa ako elektrolyt používa oxid hlinitý a kryolit Na3AlF6
t pl \u003d 950 0 С
Vane a elektródy sú vyrobené z uhlíka alebo grafitu.
I= 200÷250 kA
j= 7÷10 kA/m2
1/g e = 14000÷16000 kW∙h/t
Galvanické pokovovanie
Ide o elektrotechnologický proces nanášania kovov na povrch kovových aj nekovových výrobkov pomocou elektrolýzy.
Hrúbka povlaku nepresahuje desiatky mikrónov.
Existujú 2 odrody:
galvanické pokovovanie
elektrotyp
Galvanické pokovovanie - medené pokovovanie, zlátenie, zlátenie, chrómovanie, niklovanie ...
Pred spracovaním sa povrch dôkladne očistí, potom sa uskutoční kyslé leptanie H 2 SO 4, HCl. Ako elektrolyt sa používa soľný roztok naneseného kovu. Niekedy sa na zvýšenie vodivosti pridávajú kyseliny a zásady. Anóda je vyrobená z naneseného kovu, produktom je katóda.
Dochádza k prenosu kovu z anódy na katódu, spracovanie prebieha pri nízkych prúdových hustotách, nie väčších ako desiatky A/m 2 .
Galvanoplastika - získavanie presných kópií z produktov.
Elektrodynamický efekt a elektrický vietor
Pri pôsobení EF na plynné a kvapalné médiá sa pozoruje ich pohyb. Je to spôsobené prenosom kinetickej energie pri zrážke iónov média s neutrálnymi molekulami.
Tento jav sa pre plynné médiá nazýva elektrický vietor.
Elektrický vietor je vždy nasmerovaný preč od elektródy s menším polomerom zakrivenia.
Sila vplyvu na elektrický výboj sa odhaduje jednoducho:
F=E∙ρρ– hustota náboja
Boli stanovené niektoré zákonitosti elektrického vetra:
Impulzné inštalácie
1. Zariadenia elektroerozívneho spracovania.
2. Zariadenia elektrohydraulického spracovania.
3. Elektrické impulzné zváracie zariadenia.
4. Zariadenia na spracovanie kovov pomocou magnetických impulzov.
5. Zariadenia pulzného elektrochemického spracovania.
1. Zariadenie na elektroerozívne spracovanie.
Činnosť týchto zariadení je založená na fenoméne elektroerózie, teda deštrukcii spracovávaného materiálu (Me) pôsobením prúdových impulzov prúdiacich medzi elektródou upravovaného povrchu, zvyčajne v dielektrickom prostredí.
Keď prúdové impulzy prúdia v iskriskom kanáli, elektrina sa premieňa na teplo v iskriskom kanáli medzi elektródami a povrchom. Je tu kúrenie a jeho odstránenie.
Hlavné parametre spracovania:
frekvencia opakovania pulzu od stoviek do stoviek tisíc Hz,
Aktuálna amplitúda od zlomkov po tisíce A,
Trvanie impulzov je od zlomkov po niekoľko tisíc sekúnd.
Zmenou týchto parametrov sa nastaví požadovaný režim spracovania. Schéma 1
1-vertikálny stojan na stroj
2-pracovná vaňa
3-stôl na inštaláciu pracovnej vane, ktorý zabezpečuje pohyb pracovnej vane v dvoch súradniciach v horizontálnej rovine.
4-reverzibilná elektróda-výrobok, ktorý sa nachádza vo vnútri pracovného kúpeľa a pohybuje sa s ním.
5-zariadenie pre vertikálny pohyb.
6-zdroj vysokého impulzného napätia (periodický, nie nižší ako 1kV).
7-systém na napájanie pracovnej dielektrickej kvapaliny (zvyčajne transformátorového oleja). Systém zahŕňa čerpadlá, filtre, systémy spätného toku kvapaliny, chladiče.
8-elektródový nástroj, vyrobený zo žiaruvzdornejšieho materiálu ako elektródový výrobok (volfrám, grafit).
Inštalačná operácia
Elektródový nástroj (8) sa privedie na povrch výrobku (4) a zapne sa zdroj napätia (6).
Tie. do medzery medzi elektródou-nástroj (8), produktom (4) sú aplikované vysokonapäťové impulzy a v tejto medzere vznikajú elektrické iskrové výboje. Tieto kanály sú veľmi koncentrované meniče elektrickej energie na tepelnú energiu s objemovou hmotnosťou 10^12 J/m3.
V tomto prípade je hustota výkonu 1-10^7 W/cm2. Uvoľnená tepelná energia vedie k zahrievaniu, taveniu, odparovaniu kovu produktu a jeho odstráneniu pomocou pracovnej tekutiny. V tomto prípade viacnásobné elektrické výboje prechádzajú vrstvou po vrstve cez celý povrch, ktorý sa má ošetriť. Tým sa vo výrobku vytvoria priehlbiny, ktoré kopírujú tvar elektródy.
Ako zdroje energie sa používajú spínané zdroje na báze kapacitných zásobníkov energie.
Schéma 2.
Napájanie pochádza zo siete 220V pomocou prúdového transformátora. Zvýšené napätie sa usmerňuje pomocou usmerňovača VD, usmernené napätie sa používa na periodické zaťaženie kondenzátorovej banky Cb. Po nabití tejto kapacity sa vytvorí vybíjací obvod obsahujúci indukčnosť Lp a pracovné iskrisko. Kapacita sa vybije, vo vybíjacom obvode preteká prúd Lp. Potom sa tyristor VD uzavrie a proces nabíjania kapacity Sat sa zopakuje. Režim spracovania (drsnosť, produktivita) sa riadi zmenou výkonu a frekvencie prúdových impulzov ip.
Takéto rastliny majú vysokú produktivitu a vysokú kvalitu spracovania. Pre niektoré typy spracovania sú takéto inštalácie nevyhnutné.
Nevýhoda: dochádza k opotrebovaniu nástrojovej elektródy.
Elektrohydraulické čistiarne
Takéto inštalácie sú založené na použití elektrohydraulického efektu.
Elektrohydraulický efekt spočíva v premene elektriny uloženej v kapacitnom zásobníku na mechanickú energiu rázovej vlny pomocou silného iskrového výboja, ktorý vzniká v kvapalnom médiu (najčastejšie vo vode).
Elektrický obvod je takmer rovnaký ako v predchádzajúcom prípade. Rozdiel je v dĺžke výtlačnej medzery (je dlhšia).
Parametre technologického procesu:
1)
- strmosť stúpavého prúdu;
2)
do 250 kA;
3)
do 100 MW;
4)
predtým 
J.
Pri takýchto parametroch má iskrový kanál charakter výbuchu.
Teplota kanála 
TO; Tlak 
MPa.
Tlak sa prenáša na kvapalinu.
Oblasti použitia:
a) vyrazenie formovacích jadier v odliatkoch zložitého tvaru;
b) čistenie odliatkov a rôznych povrchov od okovín;
c) drvenie, mletie rôznych materiálov;
d) recyklácia železobetónových výrobkov.
Pulzné zváracie závody
Navrhnuté na získanie trvalých zváraných kovových spojov stlačením spoja a jeho zahriatím na teplotu topenia prechodom pulzného prúdu.
Schéma procesu je rovnaká ako v predchádzajúcom prípade. Rozdiel je len v zaťažení. Časti sa vôbec nezahrievajú.
Výhodou je lokalizácia tepelných účinkov, je vylúčené zničenie malých zváraných dielov.
Zariadenia na spracovanie magnetických impulzov
Tieto inštalácie sú založené na premene EE na energiu pulzného MF, potom dochádza k interakcii pulzných polí vytvorených nástrojom - induktorom s ním indukovaným El. prúd v obrobku.
V dôsledku toho sa energia MF premení na mechanickú energiu, ktorá potrebným spôsobom deformuje obrobok.
ZU - nabíjačka;
- batéria indukčností (vytvára impulz požadovaného tvaru);
IN - nástrojový induktor;
Z - prázdne.
Viacokruhové a jednookruhové inštalácie
Viacokruhová inštalácia obsahuje jeden alebo viac nástrojov - induktorov, vyrobených vo forme solenoidov.
MP solenoidu vytvoreného prúdom 
indukuje prúd v obrobku 
. Prúdy interagujú a vytvárajú mechanické sily a deformáciu obrobku.
- vlastná indukčnosť AI;
- aktívny odpor AI;
- aktívny odpor 
;
- koeficient vzájomnej indukcie;
- indukčnosť a aktívny odpor obrobku.
V schéme z PP, určuje sa metódou TOE. Prevádzková technológia podľa tejto schémy sa používa v 3 verziách:
2) distribúcia (indukcia vo vnútri obrobku);
3) tvárnenie plechu (deformuje sa plochý predvalok).
Schéma jedného obvodu:
V tomto prípade výbojový prúd preteká priamo cez obrobok. Obrobok je súčasťou AI.
vetví do 
a 
. Interakcia prúdov vedie k deformácii obrobku a získava tvar znázornený bodkovanou čiarou.
výhody:
Nevýhody:
Materiál musí mať vysokú elektrickú vodivosť;
Potreba inštalovať vodivé tesnenia pri formovaní materiálov, ktoré nevedú dobre elektrinu. prúd;
Ťažkosti pri spracovaní povrchov, ktoré majú medzeru pre el. prúd;
Ťažkosti so spracovaním masívnych obrobkov.
Zariadenia pulzného elektrochemického spracovania. Ide o elektrochemické technologické procesy diskutované vyššie, pri ktorých sa namiesto konštantného napätia používa impulzné napätie.
V súčasnosti v Rusku stále väčší počet zariadení na zásobovanie vodou a sanitárnych zariadení, ako aj priemyselných odvetví, odmieta používať komerčný kvapalný chlór a chlórnany, pričom sa rozhoduje v prospech organizácie vlastnej syntézy potrebných činidiel priamo na predmetoch použitia.
Na výrobu je potrebný chlorid sodný (soľ), voda, elektrina.
Dôvody tohto odmietnutia:
1. Kvapalný chlór je veľmi nebezpečný.
Napriek nízkej cene chlóru opatrenia a náklady spojené s jeho používaním značne komplikujú a predražujú celý výrobný proces.
2. Komerčný chlórnan sodný (GPCHN 19 %) je veľmi drahý.
Náklady na 1 tonu GPKhN značky A nepresahujú 20 - 30 tisíc rubľov. Množstvo chlórnanu sodného ekvivalentné 1 tone chlóru je však už 100-150 tisíc rubľov. (keďže chlórnan obsahuje len 15-19% aktívneho chlóru a má tendenciu sa ďalej rozkladať).
Výhody elektrolýznych zariadení:
- odpustenie nákladov na bezpečnosť počas prepravy a skladovania;
- počas prevádzky elektrolýznych zariadení nie sú možné nehody spojené s únikom veľkého množstva činidla. Predmety prevádzky elektrolýznych zariadení na syntézu chlórových činidiel nepatria do HIF a nie sú zahrnuté v príslušnom registri;
- nezávislosť od dodávateľa - činidlo sa vyrába v požadovanom množstve, výkon je regulovaný, čo zvyšuje energetickú účinnosť zariadenia;
- lacné suroviny – na syntézu možno použiť najlacnejšiu technickú soľ. To si bude vyžadovať inštaláciu dodatočného zariadenia na čistenie soľného roztoku vstupujúceho do elektrolyzérov, avšak tieto náklady sa vrátia za menej ako 1 rok v dôsledku výraznej úspory surovín;
- výsledné činidlo je lacnejšie ako komerčné;
- pre zariadenia na zásobovanie vodou, ktoré používajú UV inštalácie ako hlavný spôsob dezinfekcie - pri zavádzaní UV zariadenia nie je možné úplne opustiť používanie chlórových činidiel, pretože je potrebné zabezpečiť hygienický stav štruktúr a sietí, ako aj bezpečnosť prepravy vody k spotrebiteľovi. Elektrolýzne zariadenia spolu s UV zariadením plne uspokojujú potrebu chlóru, pričom objekt je vyradený z registra HIF.
Elektrolýzne zariadenia vyrábajú rôzne činidlá:
- chlór alebo chlórová voda (Aquachlor, Aquachlor-Beckhoff, Aquachlor-Membrane/Diaphragm);
- kombinovaný dezinfekčný prostriedok so zvýšenou účinnosťou - oxidačný roztok s obsahom chlóru, oxidu chloričitého, ozónu (Aquachlor, Aquachlor-Beckhoff);
- HPCHN s nízkou koncentráciou 0,8 % (LET-EPM, Aquachlor, Aquachlor-Beckhoff);
- vysoko koncentrovaný HPCHN 15-19% (Aquachlór-Membrána/Membrána).
Všetky tieto činidlá sú vhodné na účely dezinfekcie vody. Jediným obmedzením je pH vody, ktorá sa má dezinfikovať v mieste vstupu činidla - pre vodu s pH nad 7,5 sa odporúča namiesto chlórnanu použiť chlórovú vodu, ktorá je v alkalickom prostredí neúčinná.
Pozrime sa podrobnejšie na každý typ zariadenia spoločnosti LET LLC:
Aquachlór a Aquachlor-Beckhoff:
- výsledné činidlo má zvýšenú účinnosť;
- jednotlivé moduly majú nízky výkon. To umožňuje flexibilitu pri reagovaní na
- potreba činidla. Optimálny výkon komplexu je až 250-500 kg aktívneho chlóru za deň;
- frekvencia výmeny reaktorov - 1 krát za 3-5 rokov;
- jednoduchosť údržby.
LET-EPM:
- neobmedzená produktivita komplexov;
- jednoduchosť prevádzky a nízke požiadavky na kvalitu surovín;
- frekvencia výmeny (prekrytie) bloku elektród - raz ročne;
- činidlo je vhodné pre väčšinu predmetov.
Aquachlórová membrána:
- možnosť získania chlórovej vody a koncentrovaného HPCHN 19 %, ako aj súčasná výroba týchto činidiel;
- frekvencia výmeny elektródového povlaku a membrány - nie viac ako 1 krát za 10 rokov;
- vysoké požiadavky na kvalitu soľného roztoku;
- možnosť prepláchnutia membrány a návratu do práce v prípade kontaminácie soľným roztokom nedostatočnej kvality;
Membrána Aquachlor:
- neobmedzená produktivita komplexu (ale nie menej ako 50-100 kg / deň);
- možnosť získania chlóru a koncentrovaného HPCHN 19% vysokej čistoty, vhodného na syntézu;
- frekvencia výmeny elektródového povlaku a membrány - nie viac ako 1 krát za 10 rokov;
- veľmi vysoké požiadavky na kvalitu soľného roztoku;
- v prípade kontaminácie membrány je potrebné ju vymeniť za novú;
- údržba zariadenia si vyžaduje kvalifikovaný personál.
Cena konečného produktu (vo vzostupnom poradí, od nižšej po vyššiu):
- Aquachlór-Membrána
- Membrána Aquahdlor
- Aquachlor/Aquachlor-Beckhoff
- LET-EPM
Na princípe získavania vodíka elektrolýzou vodného roztoku alkálie som sa rozhodol vyrobiť jednoduchý a kompaktný prístroj vhodný na prácu s malými dielmi pri spájkovaní tvrdými spájkami. Vďaka malým vonkajším rozmerom si elektrolyzér nájde miesto aj na malom pracovnom stole a použitie štandardného usmerňovača na dobíjanie batérií ako elektrolytickej jednotky uľahčuje výrobu jednotky a robí s ňou bezpečnú prácu.
Relatívne malý, ale celkom dostatočný výkon prístroja umožnil maximálne zjednodušiť konštrukciu vodného uzáveru a zaručiť požiarnu a výbušnú bezpečnosť.
Elektrolyzérové zariadenie
Medzi dvoma doskami, spojenými štyrmi kolíkmi, je batéria oceľových platní-elektród oddelených gumenými krúžkami. Vnútorná dutina batérie je do polovice naplnená vodným roztokom KOH alebo NaOH. Konštantné napätie aplikované na platne spôsobuje elektrolýzu vody a uvoľňovanie plynného vodíka a kyslíka.
Táto zmes je vypúšťaná cez PVC trubicu nasadenú na armatúru do medzinádoby a z nej do vodného uzáveru, ktorý je vyrobený z dvoch prázdnych nábojníc na tankovanie plynových zapaľovačov (možno použiť plechovky závodu Severny Press v Leningrade). Plyn, ktorý prešiel zmesou vody a acetónu umiestnenou v pomere 1: 1, má zloženie potrebné na spaľovanie a odvádzaný ďalšou trubicou do dýzy - ihlou z lekárskej striekačky, vyhorí na výstupe s teplota cca 1800°C.
Ryža. 1. Vodný horák.
Na dosky elektrolyzéra som použil hrubé plexisklo hrúbky 25 mm. Tento materiál je ľahko spracovateľný, chemicky odolný voči pôsobeniu elektrolytu a umožňuje vizuálne kontrolovať jeho hladinu, aby ste v prípade potreby doplnili destilovanú vodu cez plniaci otvor.
Dosky môžu byť vyrobené z plechu (nehrdzavejúca oceľ, nikel, morené alebo transformátorové železo) s hrúbkou 0,6-0,8 mm. Pre uľahčenie montáže sú v doskách pre gumové tesniace krúžky vytlačené okrúhle vybrania, ich hĺbka pri hrúbke krúžku 5-6 mm by mala byť 2-3 mm.
Krúžky určené na utesnenie vnútornej dutiny a elektrickú izoláciu dosiek sú vyrezané z gumy odolnej voči oleju a benzínu alebo kyselinám. Ručne to nie je ťažké, no ideálne bude aj tak urobiť to okrúhlym vykrajovačom.
Štyri oceľové kolíky M8 spájajúce diely sú izolované 10 mm cambric a zaskrutkované do zodpovedajúcich 11 mm otvorov.
Počet dosiek v batérii je 9. Je určený parametrami napájacieho zdroja: jeho výkonom a maximálnym napätím - pri rýchlosti 2 V na tanier. Spotrebovaný prúd závisí od počtu použitých platní (čím menej, tým väčší prúd) a od koncentrácie alkalického roztoku. V koncentrovanejšom roztoku je prúd menší, ale je lepšie použiť 4-8% roztok - pri elektrolýze toľko nepení.
Kontaktné svorky sú prispájkované na prvé a posledné tri dosky. Bežná nabíjačka autobatérií VA-2, pripojená k 8 platniam, pri napätí 17 V a prúde cca 5 A, poskytuje potrebný výkon horľavej zmesi pre hubicu - ihlu s vnútorným 0,6 mm. Optimálny pomer priemeru ihly dýzy a výkonu elektrolyzéra je stanovený empiricky - tak, že zóna vznietenia zmesi je umiestnená mimo ihly. Ak je produktivita nízka alebo je priemer otvoru príliš veľký, spaľovanie začne v samotnej ihle, ktorá sa rýchlo zahreje a roztaví.
Spoľahlivú bariéru proti šíreniu plameňa cez prívodnú trubicu vo vnútri elektrolyzéra predstavuje najjednoduchší vodný uzáver, ktorý je vyrobený z dvoch prázdnych kartuší na dopĺňanie plynových zapaľovačov. Ich výhody sú rovnaké ako u materiálu dosky: jednoduchosť opracovania, chemická odolnosť a priesvitnosť, čo umožňuje kontrolovať hladinu kvapaliny vo vodnom uzávere. Stredná nádrž eliminuje možnosť zmiešania elektrolytu a zloženia vodného uzáveru v intenzívnych prevádzkových režimoch alebo pri pôsobení vákua, ku ktorému dochádza pri vypnutí napájania. A aby ste sa tomu určite vyhli, na konci práce by ste mali trubicu okamžite odpojiť od elektrolyzéra. Kovania nádob sú vyrobené z medených rúrok 4 a 6 mm, inštalujú sa do hornej steny plechoviek na závit. Prostredníctvom nich sa plní zloženie vodného uzáveru a kondenzát sa odvádza zo separačnej nádrže. Vynikajúci lievik na to bude pochádzať z ďalšej prázdnej sprejovej nádoby, odrezanej. na polovicu as tenkou rúrkou inštalovanou na mieste ventilu.
Elektrolytický článok prepojte s medzinádobou s krátkou 5 mm polyvinylchloridovou trubicou, druhá s vodným uzáverom a jej výstupná armatúra s dlhšou trubicou s ihlovou dýzou (ako dýzu môžete použiť lekársku striekačku s ihlou) . Vo vnútri rukoväte (striekačky) je umiestnená hasiaca upchávka - mosadzná sieťka stočená do špirály.
Ryža. 2. Elektrolyzér:
1 - izolačná PVC rúrka 10 mm, 2 - čap M8 (4 ks), 3 - matica M8 s podložkou (4 ks), 4 - ľavá doska, 5 - záslepka M10 s podložkou, 6 - doska, 7 - gumený krúžok, 8 - fiting, 9 - podložka, 10 - PVC trubica 5 mm, 11 - pravá doska, 12 - krátka armatúra (3 ks), 13 - medzinádrž, 14 - základňa, 15 - koncovky, 16 - bublinková trubica , 17 - tryska-ihla, 18 - telo vodného zámku.
Zapnite usmerňovač, upravte napätie alebo počet pripojených dosiek na menovitý prúd a zapáľte plyn vychádzajúci z trysky.
Ak potrebujete väčší výkon - zvýšte počet platní a použite výkonnejší zdroj - s LATR a jednoduchým usmerňovačom. Teplota plameňa je tiež prístupná určitej úprave zložením vodného uzáveru. Keď obsahuje iba vodu, zmes obsahuje veľa kyslíka, čo je v niektorých prípadoch nežiaduce. Naliatím metylalkoholu do vodného uzáveru je možné zmes obohatiť a zvýšiť teplotu na 2600 °C. Pre zníženie teploty plameňa sa vodný uzáver naplní zmesou acetónu a vody v pomere 1:1. , v tých posledných prípadoch netreba zabúdať na doplnenie obsahu vodného zámku.
Yu ORLOV, Troitsk, Moskovská oblasť
Pridal: Modelár Konštruktér
Elektrolyzér je špeciálne zariadenie, ktoré je určené na oddelenie zložiek zlúčeniny alebo roztoku pomocou elektrického prúdu. Tieto zariadenia sú široko používané v priemysle, napríklad na získavanie aktívnych kovových komponentov z rudy, čistenie kovov, nanášanie kovových povlakov na výrobky. Pre každodenný život sú zriedka používané, ale aj nájdené. Najmä pre domáce použitie sa ponúkajú zariadenia, ktoré umožňujú určiť znečistenie vody alebo získať takzvanú „živú“ vodu.
Základom fungovania prístroja je princíp elektrolýzy, za objaviteľa ktorého sa považuje známy zahraničný vedec Faraday. Prvý vodný elektrolyzér však 30 rokov pred Faradayom vytvoril ruský vedec Petrov. V praxi dokázal, že voda môže byť obohatená v katódovom alebo anódovom stave. Napriek tejto nespravodlivosti jeho práca nebola márna a slúžila rozvoju techniky. V súčasnosti bolo vynájdených a úspešne používaných množstvo typov zariadení, ktoré pracujú na princípe elektrolýzy.
Čo je to
Elektrolyzér funguje vďaka externému zdroju energie, ktorý dodáva elektrický prúd. Zjednodušene je jednotka vyrobená vo forme krytu, v ktorom sú namontované dve alebo viac elektród. Vo vnútri puzdra je elektrolyt. Pri použití elektrického prúdu sa roztok rozkladá na požadované zložky. Kladne nabité ióny jednej látky smerujú na záporne nabitú elektródu a naopak.
Hlavnou charakteristikou takýchto jednotiek je výkon. To znamená, že ide o množstvo roztoku alebo látky, ktoré môže zariadenie spracovať za určité časové obdobie. Tento parameter je uvedený v názve modelu. Môže to však byť ovplyvnené aj inými ukazovateľmi: sila prúdu, napätie, typ elektrolytu atď.
Druhy a typy
Podľa konštrukcie anódy a umiestnenia prúdového vodiča môže byť elektrolyzér troch typov, ide o jednotky s:
- Lisované pečené anódy.
- Priebežná samovypaľovacia anóda, ako aj bočný vodič.
- Priebežná samovypaľovacia anóda, ako aj horný vodič.
Elektrolyzér používaný na riešenia podľa konštrukčných prvkov možno rozdeliť na:
- Suché.
- Tečúce.
- Membrána.
- Membrána.
Zariadenie
Konštrukcie jednotiek môžu byť rôzne, ale všetky fungujú na princípe elektrolýzy.
Zariadenie sa vo väčšine prípadov skladá z nasledujúcich prvkov:
- Elektricky vodivé telo.
- Katóda.
- anóda.
- Odbočné potrubia určené pre vstup elektrolytu, ako aj pre výstup látok získaných pri reakcii.
Elektródy sú utesnené. Zvyčajne sú prezentované vo forme valcov, ktoré komunikujú s vonkajším prostredím pomocou trysiek. Elektródy sú vyrobené zo špeciálnych vodivých materiálov. Na katóde sa ukladá kov alebo sú na ňu smerované ióny separovaného plynu (pri štiepení vody).
V neželeznom priemysle sa často používajú špecializované jednotky na elektrolýzu. Ide o zložitejšie inštalácie, ktoré majú svoje vlastné charakteristiky. Elektrolyzér na extrakciu horčíka a chlóru teda vyžaduje vaňu z koncových a pozdĺžnych stien. Je obložená žiaruvzdornými tehlami a inými materiálmi a je tiež rozdelená priečkou na elektrolýzu a bunku, v ktorej sa zhromažďujú konečné produkty.
Konštrukčné vlastnosti každého typu takéhoto zariadenia umožňujú riešiť len špecifické problémy, ktoré sú spojené so zabezpečením kvality uvoľňovaných látok, rýchlosti reakcie, energetickej náročnosti inštalácie a pod.
Princíp fungovania
V elektrolýznych zariadeniach vedú elektrický prúd iba iónové zlúčeniny. Preto, keď sa elektródy spustia do elektrolytu a zapne sa elektrický prúd, začne v ňom prúdiť iónový prúd. Na katódu sa posielajú pozitívne častice vo forme katiónov, napríklad vodík a rôzne kovy. Anióny, teda záporne nabité ióny prúdia k anóde (kyslík, chlór).
Keď sa anióny priblížia k anóde, stratia svoj náboj a stanú sa neutrálnymi časticami. V dôsledku toho sa usadia na elektróde. Podobné reakcie prebiehajú na katóde: katióny odoberajú elektróny z elektródy, čo vedie k ich neutralizácii. V dôsledku toho sa na elektróde usadzujú katióny. Napríklad pri štiepení vody vzniká vodík, ktorý stúpa nahor vo forme bublín. Na zber tohto plynu sú nad katódou skonštruované špeciálne potrubia. Prostredníctvom nich vstupuje vodík do potrebnej nádoby, po ktorej sa môže použiť na určený účel.
Princíp fungovania v dizajnoch rôznych zariadení je vo všeobecnosti podobný, ale v niektorých prípadoch môžu existovať určité zvláštnosti. Takže v membránových jednotkách sa pevný elektrolyt používa vo forme membrány, ktorá má polymérny základ. Hlavnou črtou takýchto zariadení je dvojitý účel membrány. Táto medzivrstva môže transportovať protóny a ióny, vrátane separačných elektród a konečných produktov elektrolýzy.
Membránové zariadenia sa používajú v prípadoch, keď nie je možné povoliť difúziu konečných produktov procesu elektrolýzy. Na tento účel sa používa porézna membrána, ktorá je vyrobená zo skla, azbestu alebo keramiky. V niektorých prípadoch môžu byť ako taká membrána použité polymérové vlákna alebo sklená vata.
Aplikácia
Elektrolyzér je široko používaný v rôznych priemyselných odvetviach. Ale napriek jednoduchému dizajnu má rôzne verzie a funkcie. Toto zariadenie sa používa na:
- Ťažba neželezných kovov (horčík, hliník).
- Získavanie chemických prvkov (rozklad vody na kyslík a vodík, získavanie chlóru).
- Čistenie odpadových vôd (odsoľovanie, dezinfekcia, dezinfekcia od kovových iónov).
- Spracovanie rôznych produktov (demineralizácia mlieka, solenie mäsa, elektroaktivácia potravinárskych tekutín, extrakcia dusičnanov a dusitanov z rastlinných produktov, extrakcia bielkovín z rias, húb a rybieho odpadu).
V medicíne sa jednotky používajú v intenzívnej starostlivosti na detoxikáciu ľudského tela, to znamená na vytváranie vysoko čistých roztokov chlórnanu sodného. Na to sa používa prietokové zariadenie s titánovými elektródami.
Zariadenia na elektrolýzu a elektrodialýzu sa široko používajú na riešenie environmentálnych problémov a odsoľovania vody. Tieto jednotky sa však vzhľadom na svoje nedostatky zriedka používajú: ide o zložitosť konštrukcie a ich prevádzky, potrebu trojfázového prúdu a požiadavku na pravidelnú výmenu elektród v dôsledku ich rozpustenia.
Takéto zariadenia sa používajú aj v každodennom živote, napríklad na získanie „živej“ vody, ako aj na jej čistenie. V budúcnosti je možné vytvárať miniatúrne závody, ktoré sa budú využívať v automobiloch na bezpečnú výrobu vodíka z vody. Vodík sa stane zdrojom energie a auto môže byť naplnené obyčajnou vodou.
