elektrolyseanlegg. Industrielle hydrogengeneratorer

Elektrolyse er et kjemisk-fysisk fenomen ved dekomponering av stoffer til komponenter ved hjelp av en elektrisk strøm, som er mye brukt til industrielle formål. Basert på denne reaksjonen lages tilslag for produksjon av for eksempel klor eller ikke-jernholdige metaller.

Den konstante økningen i prisene på energiressurser har gjort innenlandske elektrolyseanlegg populære. Hva er slike design, og hvordan lage dem hjemme?

Generell informasjon om elektrolysatoren

Et elektrolyseanlegg er et apparat for elektrolyse som krever en ekstern energikilde, strukturelt bestående av flere elektroder som er plassert i en beholder fylt med elektrolytt. En slik installasjon kan også kalles en enhet for å dele vann.

I slike enheter er den viktigste tekniske parameteren produktivitet, som betyr volumet av hydrogen produsert per time og måles i m³/t. Stasjonære enheter bærer denne parameteren i navnet på modellen, for eksempel produserer SEU-40-membrananlegget 40 kubikkmeter i timen. m hydrogen.

Andre egenskaper ved slike enheter er helt avhengig av tiltenkt formål og type installasjoner. For eksempel, når du utfører elektrolyse av vann, avhenger effektiviteten til enheten av følgende parametere:

1. Nivået til det minste elektrodepotensialet (spenning). For normal drift av enheten bør denne karakteristikken være i området 1,8-2 V per plate. Hvis strømforsyningen har en spenning på 14 V, er det fornuftig å dele kapasiteten til elektrolysecellen med en elektrolyttløsning i 7 celler med ark. En slik installasjon kalles en tørrcelle. En mindre verdi vil ikke starte elektrolyse, og en større vil øke energiforbruket kraftig;

1. Jo mindre avstanden er mellom platekomponentene, desto mindre motstand vil det være, som, når en stor strøm passerer, vil føre til en økning i produksjonen av et gassstoff;
2. Innsatsens overflate har en direkte innvirkning på produktiviteten;
3. Termisk balanse og grad av elektrolyttkonsentrasjon;
4. Materiale av elektrodeelementer. Gull er et dyrt, men ideelt materiale for bruk i elektrolysatorer. På grunn av de høye kostnadene brukes ofte rustfritt stål.

Viktig! I konstruksjoner av en annen type vil verdier ha forskjellige parametere.

Vannelektrolyseanlegg kan også brukes til formål som desinfeksjon, rensing og vannkvalitetsvurdering.

Prinsippet for drift og typer elektrolysator

Den enkleste enheten har elektrolysatorer som deler vann til oksygen og hydrogen. De består av en beholder med en elektrolytt der elektroder koblet til en energikilde er plassert.

Prinsippet for driften av elektrolyseanlegget er at den elektriske strømmen som går gjennom elektrolytten har en spenning som er tilstrekkelig til å spalte vann til molekyler. Resultatet av prosessen er at anoden frigjør en del oksygen, og katoden produserer to deler hydrogen.

Typer elektrolysatorer

Enheter for å spalte vann er av følgende typer:

1. tørke;
2. Flyte gjennom;
3. Membran;
4. diafragma;
5. Alkalisk.

tørr type

Slike elektrolysatorer har den enkleste designen (bildet over). De har en særegenhet, som ligger i det faktum at manipulasjon med antall celler gjør det mulig å drive enheten fra en kilde med hvilken som helst spenning.

strømningstype

Disse installasjonene har i sin design et bad fullstendig fylt med elektrolytt med elektrodeelementer og en tank.

Prinsippet for drift av strømningselektrolyseanlegget er som følger (på bildet ovenfor):

• under elektrolyse presses elektrolytten sammen med gassen ut gjennom røret "B" inn i tanken "D";
• i tanken "D" foregår prosessen med å skille gassen fra elektrolytten;
• gass ​​kommer ut gjennom ventil "C";
• elektrolyttløsningen går tilbake gjennom røret "E" til badet "A".

Interessant å vite. Dette operasjonsprinsippet er konfigurert i noen sveisemaskiner - forbrenningen av den avgitte gassen lar deg sveise elementene.

Membran type

Elektrolyseanlegget av membrantypen har en lignende design som andre elektrolysatorer, men elektrolytten er et polymerbasert fast stoff, som kalles en membran.

Membranen i slike aggregater har et dobbelt formål - overføring av ioner og protoner, separering av elektroder og elektrolyseprodukter.

diafragma type

Når ett stoff ikke kan trenge inn og påvirke et annet, brukes en porøs membran, som kan være laget av glass, polymerfibre, keramikk eller asbestmateriale.

Alkalisk type

Elektrolyse kan ikke finne sted i destillert vann. I slike tilfeller er det nødvendig å bruke katalysatorer, som er alkaliske løsninger med høy konsentrasjon. Følgelig kan hoveddelen av elektrolyseanordningene kalles alkaliske.

Viktig! Det skal bemerkes at bruk av salt som katalysator er skadelig, siden klorgass frigjøres under reaksjonen. Den ideelle katalysatoren kan være natriumhydroksid, som ikke korroderer jernelektroder og ikke bidrar til frigjøring av skadelige stoffer.

Egenproduksjon av elektrolysatoren

Alle kan lage en elektrolysator med egne hender. For monteringsprosessen av den enkleste designen, vil følgende materialer være nødvendig:

• rustfritt stålplate (ideelle alternativer er utenlandske AISI 316L eller innenlands 03X16H15M3);
• bolter M6x150;
• skiver og muttere;
• gjennomsiktig rør - du kan bruke vannstanden, som brukes til konstruksjonsformål;
• flere fiskebeinsbeslag med en ytre diameter på 8 mm;
• en plastbeholder med et volum på 1,5 l;
• et lite filter for rennende vann, for eksempel et filter for vaskemaskiner;
• sjekk vannventilen.

Monteringsprosess

Sett sammen elektrolysatoren med egne hender i henhold til følgende instruksjoner:

1. Det første trinnet er å markere og kutte det rustfrie stålplaten i like firkanter. Saging kan utføres med vinkelsliper (sliper). Et av hjørnene i slike firkanter må kuttes i vinkel for riktig festing av platene;
2. Deretter må du bore et hull for bolten på motsatt side av platen fra hjørnekuttet;
3. Tilkoblingen av platene må gjøres vekselvis: en plate på "+", den neste på "-" og så videre;
4. Mellom forskjellig ladede plater skal det være en isolator, som fungerer som et rør fra vannstanden. Den må kuttes i ringer, som skal kuttes på langs for å få 1 mm tykke strimler. En slik avstand mellom platene er tilstrekkelig for effektiv gassfrigjøring under elektrolyse;
5. Platene festes sammen ved hjelp av skiver som følger: en skive er montert på bolten, deretter en plate, så tre skiver, så en plate, og så videre. Plater som er positivt ladet, speiles til negativt ladede ark. Dette lar deg forhindre berøring av elektrodene med sagede kanter;

1. Når du monterer platene, bør du umiddelbart isolere dem og stramme mutterne;
2. Hver plate må også være ringmerket for å sikre at det ikke er kortslutning;
3. Deretter må hele forsamlingen plasseres i en plastboks;
4. Etter det er det nødvendig å merke stedene der boltene berører veggene til beholderen, hvor du skal bore to hull. Hvis boltene ikke passer inn i beholderen, må de kuttes med en baufil;
5. Deretter strammes boltene med muttere og skiver for tetthet av strukturen;

1. Etter at manipulasjonene er utført, må du lage hull i beholderlokket og sette inn beslag i dem. Tetthet i dette tilfellet kan sikres ved å smøre skjøtene med silikonbaserte tetningsmidler;
2. Sikkerhetsventilen og filteret i designet er plassert ved gassutløpet og tjener som et middel for å kontrollere dens overdreven akkumulering, noe som kan føre til katastrofale konsekvenser;
3. Elektrolyseanlegget er montert.

Den siste fasen er testing, som utføres på denne måten:

• fylle tanken med vann til nivået av festeboltene;
• koble strøm til enheten;
• tilkobling til montering av et rør, hvis motsatte ende senkes ned i vannet.

Hvis en svak strøm påføres anlegget, vil frigjøringen av gass gjennom røret være nesten umerkelig, men det kan observeres inne i elektrolysatoren. Ved å øke den elektriske strømmen, tilsette en alkalisk katalysator til vann, kan man øke utbyttet av et gassformig stoff betydelig.

Den produserte elektrolysatoren kan være en integrert del av mange enheter, for eksempel en hydrogenbrenner.

Å kjenne typene, hovedegenskapene, designen og prinsippet for drift av elektrolyseanlegg, er det mulig å montere en hjemmelaget struktur på riktig måte, som vil være en uunnværlig assistent i forskjellige hverdagssituasjoner: fra sveising og sparing av drivstofforbruk til kjøretøy til drift av varmesystemer.

Video

For tiden i Russland nekter et økende antall vannforsynings- og sanitæranlegg, så vel som industrier, å bruke kommersielle flytende klor og hypokloritt, og velger å organisere sin egen syntese av de nødvendige reagensene direkte ved bruksobjektene.

Produksjonen krever natriumklorid (salt), vann, elektrisitet.

Årsaker til dette avslaget:

1. Flytende klor er veldig farlig.

Til tross for de lave kostnadene for klor, kompliserer og øker kostnadene for hele produksjonsprosessen betydelige tiltak og kostnader forbundet med bruken.

2. Kommersiell natriumhypokloritt (GPCHN 19%) er svært kostbart.

Kostnaden for 1 tonn GPKhN merke A overstiger ikke 20-30 tusen rubler. Imidlertid er mengden natriumhypokloritt tilsvarende 1 tonn klor allerede 100-150 tusen rubler. (siden hypokloritt inneholder kun 15-19 % aktivt klor og har en tendens til å spaltes ytterligere).

Fordeler med elektrolyseutstyr:

• frafallelse av sikkerhetskostnader under transport og lagring;
• under drift av elektrolyseutstyr er ulykker forbundet med lekkasje av en stor mengde reagens umulig. Gjenstandene for drift av elektrolyseanlegg for syntese av klorreagenser tilhører ikke HIF-er og er ikke inkludert i det tilsvarende registeret;
• uavhengighet fra leverandøren - reagenset produseres i nødvendig mengde, ytelsen er regulert, noe som øker energieffektiviteten til anlegget;
• billige råvarer - det billigste tekniske saltet kan brukes til syntese. Dette vil kreve installasjon av tilleggsutstyr for rengjøring av saltløsningen som kommer inn i elektrolysatorene, men disse kostnadene betaler seg på mindre enn 1 år på grunn av betydelige besparelser i råvarer;
• det resulterende reagenset er billigere enn det kommersielle;
• for vannforsyningsanlegg som bruker UV-installasjoner som hovedmetode for desinfeksjon - når du introduserer UV-utstyr, er det umulig å fullstendig forlate bruken av klorreagenser, siden det er nødvendig å sikre den sanitære tilstanden til strukturer og nettverk, samt sikkerhet ved transport av vann til forbrukeren. Elektrolyseanlegg tilfredsstiller sammen med UV-utstyr fullt ut behovet for klor, mens objektet er unntatt fra HIF-registeret.

Elektrolyseanlegg produserer forskjellige reagenser:

• klor eller klorvann (Aquachlor, Aquachlor-Beckhoff, Aquachlor-Membran/Diaphragm);
• kombinert desinfeksjonsmiddel med økt effektivitet - en oksidantløsning som inneholder klor, klordioksid, ozon (Aquachlor, Aquachlor-Beckhoff);
• lavkonsentrasjon HPCHN 0,8 % (LET-EPM, Aquachlor, Aquachlor-Beckhoff);
• høykonsentrert HPCHN 15-19% (Aquachlor-Membran/Diaphragm).

Alle disse reagensene er egnet for vanndesinfeksjon. Den eneste begrensningen er pH-verdien til vannet som skal desinfiseres ved reagensens inntrengning - for vann med pH over 7,5 anbefales det å bruke klorvann i stedet for hypokloritt, som er ineffektivt i et alkalisk miljø.

La oss dvele mer detaljert på hver type utstyr til LET LLC:

Aquachlor og Aquachlor-Beckhoff:

• det resulterende reagenset har økt effektivitet;
• individuelle moduler har liten ytelse. Dette gir fleksibilitet til å svare på
• behovet for et reagens. Den optimale ytelsen til komplekset er opptil 250-500 kg aktivt klor per dag;
• hyppighet av utskifting av reaktorer - 1 gang på 3-5 år;
• enkel vedlikehold.

LET-EPM:

• ubegrenset produktivitet av komplekser;
• enkel betjening og lave krav til kvaliteten på råvarer;
• hyppigheten av utskifting (overbelegg) av elektrodeblokken - en gang i året;
• reagens er egnet for de fleste objekter.

Aquachlor-membran:

• muligheten for å oppnå klorvann og konsentrert HPCHN 19%, samt samtidig produksjon av disse reagensene;
• hyppigheten av utskifting av elektrodebelegget og membranen - ikke mer enn 1 gang på 10 år;
• høye krav til kvaliteten på saltløsningen;
• muligheten for å skylle membranen og gå tilbake til arbeid i tilfelle forurensning med saltvann av utilstrekkelig kvalitet;

Aquachlor membran:

• ubegrenset produktivitet av komplekset (men ikke mindre enn 50-100 kg/dag);
• muligheten for å oppnå klor og konsentrert HPCHN 19% av høy renhet, egnet for syntese;
• hyppigheten av utskifting av elektrodebelegget og membranen - ikke mer enn 1 gang på 10 år;
• svært høye krav til kvaliteten på saltløsningen;
• i tilfelle forurensning av membranen, må den erstattes med en ny;
• vedlikehold av utstyr krever kvalifisert personell.

Kostnaden for sluttproduktet (i stigende rekkefølge, fra lavere til høyere):

• Aquachlor-membran
• Aquahdlor-membran
• Aquachlor/Aquachlor-Beckhoff
• LA-EPM

På en gang, ved hjelp av elektrolyse fra smeltede salter, var det for første gang mulig å isolere rent kalium, natrium og mange andre metaller.

I dag brukes denne prosessen også i hverdagen – for «utvinning» av hydrogen fra vann. Teknologien er mer enn rimelig, fordi en vannelektrolyseanordning bare er en beholder med en brusløsning som elektrodene er nedsenket i.

Elektrodene er små firkantede plater kuttet av galvanisert stål eller, bedre, av rustfritt stål klasse 03X16H15M3 (AISI 316L). Vanlig stål vil veldig raskt bli "spist" av elektrokjemisk korrosjon.

Etter å ha kuttet et hull i veggen på beholderen med en kniv, må du installere to grove filtre på den - "slamsamlere" (det andre navnet er et skråfilter) eller filtre fra vaskemaskiner er egnet.

Deretter installeres et 2,3 mm tykt brett og et boblerør.

Opprettelsen av elektrolysatoren fullføres ved å installere en dyse med en lukker plassert på siden av brettet.

Toppbeholderenhet

Elektrodene er laget av en rustfri stålplate som måler 50x50 cm, som skal kuttes med en kvern i 16 like firkanter. Ett hjørne av hver plate er kuttet, og et hull for M6 ​​bolten er laget i motsatt.

En etter en settes elektrodene på en bolt, og isolatorene for dem er kuttet fra et gummi- eller silikonrør. Alternativt kan du bruke et rør fra vannstanden.

Beholderen er festet med beslag og først etter det er boblerøret og elektrodene med terminaler installert.

Bunnbeholdermodell

I denne versjonen begynner monteringen av enheten med en rustfri base, hvis dimensjoner må samsvare med dimensjonene til beholderen. Installer deretter brettet og røret. Installasjon av filtre i denne modifikasjonen er ikke nødvendig.

Deretter må du feste lukkeren til bunnplaten med 6 mm skruer.

Installasjonen av dysen utføres ved hjelp av en beslag. Hvis det likevel er bestemt å installere filtre, bør plastklemmer på gummipakninger brukes til å feste dem.

Ferdig enhet

Tykkelsen på isolatorene mellom elektrodeplatene skal være 1 mm. Med et slikt gap vil strømstyrken være tilstrekkelig for elektrolyse av høy kvalitet, samtidig kan gassbobler lett løsne fra elektrodene.

Platene er koblet til polene til strømkilden i sin tur, for eksempel den første platen - til "pluss", den andre - til "minus", etc.

Apparat med to ventiler

Produksjonsprosessen til en 2-ventils elektrolysermodell er ikke spesielt vanskelig. Som i forrige versjon, bør monteringen begynne med forberedelsen av basen. Den er laget av et stålplateemne, som må kuttes i samsvar med dimensjonene til beholderen.

Brettet er godt festet til basen (vi bruker M6-skruer), hvoretter det er mulig å installere et boblende rør med en diameter på minst 33 mm. Etter å ha plukket opp en lukker til enheten, kan du fortsette med installasjonen av ventiler.

Plastikk boks

Den første er installert på bunnen av røret, for hvilken det er nødvendig å fikse beslaget på dette stedet. Forbindelsen er forseglet med en klemring, hvoretter en annen plate er installert - det vil være nødvendig å fikse lukkeren.

Den andre ventilen skal monteres på røret med en avstand på 20 mm fra kanten.

Med bruken av vannvarmesystemet har luftsystemet ufortjent mistet sin popularitet, men får nå fart igjen. - anbefalinger for design og installasjon.

Du vil lære alt om produksjon og bruk av en mirakelovn om diesel.

Og i dette emnet vil vi analysere typene varmemålere for en leilighet. Klassifisering, designfunksjoner, priser for enheter.

Tre ventilmodeller

Denne modifikasjonen skiller seg ikke bare i antall ventiler, men også ved at basen for den må være spesielt sterk. Det er brukt samme rustfrie stål, men med større tykkelse.

Stedet for installasjon av ventil nr. 1 må velges på innløpsrøret (det kobles direkte til beholderen). Etter det skal toppplaten og det andre boblerøret festes. Ventil nummer 2 er installert i enden av dette røret.

Ved montering av den andre ventilen må beslaget festes med tilstrekkelig stivhet. Du trenger også en klemring.

Ferdig utgave av hydrogenbrenneren

Neste trinn er produksjon og installasjon av lukkeren, hvoretter ventil nr. 3 skrus til røret. Ved hjelp av pigger skal den kobles til munnstykket, mens isolasjon skal gis ved hjelp av gummipakninger.

Rent vann (destillert) er et dielektrikum og for at elektrolysatoren skal fungere med tilstrekkelig produktivitet, må den gjøres om til en løsning.

Den beste ytelsen demonstreres ikke av saltvann, men av alkaliske løsninger. For å forberede dem kan du legge til natron eller kaustisk soda i vannet. Noen husholdningskjemikalier er også egnet, for eksempel "Mr. Muscle" eller "Mole".

Apparat med galvanisert plate

En veldig vanlig versjon av elektrolysatoren, hovedsakelig brukt i varmesystemer.

Etter å ha plukket opp basen og beholderen, kobler de brettene med skruer (4 av dem er nødvendige). Deretter installeres en isolerende pakning på toppen av enheten.

Veggene i beholderen skal ikke være elektrisk ledende, dvs. laget av metall. Hvis det er behov for å gjøre beholderen svært holdbar, må du ta en plastbeholder og plassere den i metallskall av samme størrelse.

Det gjenstår å skru beholderen med pinner til basen, og installere lukkeren med terminaler.

Modell med plexiglass

Montering av en elektrolysecelle ved hjelp av organiske glassemner kan ikke kalles en enkel oppgave - dette materialet er ganske vanskelig å behandle.

Vanskeligheter kan også ligge på lur på stadiet med å finne en beholder av passende størrelse.

I hjørnene på brettet bores ett hull, hvoretter platene monteres. Trinnet mellom dem skal være 15 mm.

Det neste trinnet er å installere lukkeren. Som i andre modifikasjoner bør gummipakninger brukes. Bare husk at tykkelsen deres i denne designen ikke bør være mer enn 2 mm.

Modell på elektroder

Til tross for det litt alarmerende navnet, er denne modifikasjonen av elektrolysatoren også ganske rimelig for egenproduksjon. Denne gangen starter monteringen av enheten fra bunnen, og styrker lukkeren på en solid stålbase. Beholderen med elektrolytten, som i et av alternativene beskrevet ovenfor, plasseres på toppen.

Etter lukkeren, fortsett til installasjonen av røret. Hvis dimensjonene på beholderen tillater det, kan den utstyres med to filtre.

• arket berører ikke beholderen;
• avstanden mellom den (ark) og klemskruene må være 20 mm.

Med denne versjonen av hydrogengeneratoren skal elektrodene festes til porten, og plassere terminalene på den andre siden av den.

Bruk av plastpakninger

Muligheten for å produsere en elektrolysator med polymerpakninger tillater bruk av en aluminiumsbeholder i stedet for en plastikk. Takket være pakningene vil den være godt isolert.

Når du kutter ut pakninger fra plast (du trenger 4 stykker), må du gi dem formen av rektangler. De legges i hjørnene av basen, og gir et gap på 2 mm.

Nå kan du begynne å installere beholderen. For å gjøre dette trenger du et annet ark der 4 hull er boret. Diameteren deres må tilsvare den ytre diameteren til M6-tråden - det er med disse skruene at beholderen skal skrus.

Veggene på en aluminiumsbeholder er stivere enn på en plastbeholder, så for en sikrere feste bør gummiskiver plasseres under skruehodene.

Det er fortsatt det siste stadiet - installasjonen av lukkeren og terminalene.

Modell for to kontaktterminaler

Fest en plastbeholder til en base laget av stål eller aluminiumsplate ved hjelp av sylindre eller skruer. Etter det må du installere lukkeren.

I denne modifikasjonen brukes en nåldyse med en diameter på 3 mm eller litt mer. Den må installeres på sin plass ved å koble til beholderen.

Nå, ved hjelp av ledere, må du koble terminalene direkte til bunnkortet.

Røret monteres som det siste elementet, og stedet hvor det er koblet til beholderen skal forsegles med en klemring.

Filtre kan lånes fra ødelagte vaskemaskiner eller du kan installere vanlige «slamsamlere».

Du må også fikse to ventiler på spindelen.

Elektrifisering av hjemmet er en viktig fase i tilretteleggingen av et nytt bygg. – råd fra profesjonelle elektrikere.

Du vil lære hvordan du lager en enkel varmeakkumulator med egne hender. Samt å knytte og sette opp systemet.

Skjematisk representasjon

En skjematisk beskrivelse av elektrolysereaksjonen vil ikke ta mer enn to linjer: positivt ladede hydrogenioner skynder seg til den negativt ladede elektroden, og negativt ladede oksygenioner til den positive. Hvorfor er det nødvendig å bruke en elektrolytisk løsning i stedet for rent vann? Faktum er at det kreves et tilstrekkelig kraftig elektrisk felt for å bryte vannmolekylet.

Salt eller alkali utfører en betydelig del av dette arbeidet kjemisk: et metallatom med positiv ladning tiltrekker seg negativt ladede hydroksogrupper OH, og en alkalisk eller sur rest med negativ ladning tiltrekker seg positive hydrogenioner H. Dermed kan det elektriske feltet bare trekke til skille ionene til elektrodene.

Opplegg for elektrolysatoren

Elektrolyse fungerer best i en løsning av brus, hvorav en del er fortynnet i førti deler vann.

Det beste materialet for elektroder, som allerede nevnt, er rustfritt stål, men gull er best egnet for å lage plater. Jo større areal de har og jo høyere strømstyrke, jo mer gass vil frigjøres.

Pakninger kan lages av en rekke ikke-ledende materialer, men polyvinylklorid (PVC) er best egnet for denne rollen.

Konklusjon

Hydrogenet den produserer kan gjøres om til drivstoff for matlaging, eller berikes med en bensin-luftblanding, noe som øker kraften til bilmotorer.

Til tross for enkelheten til den grunnleggende enheten til enheten, lærte håndverkerne å lage en rekke av dens varianter: leseren kan lage hvilken som helst av dem med egne hender.

Relatert video

Elektrolyse Det er nedbryting eller rensing av stoffer under påvirkning av en elektrisk strøm. Dette er en redoksprosess, på en av elektrodene - anoden - foregår oksidasjonsprosessen - den blir ødelagt, og på katoden - reduksjonsprosessen - positive ioner - blir kationer tiltrukket av den. Under elektrolyse skjer elektrolytisk dissosiasjon - nedbrytning av elektrolytten (ledende stoff) til positivt og negativt ladede ioner (det skilles flere grader av dissosiasjon) Når strømmen slås på beveger elektronene seg fra anoden til katoden, mens elektrolyttløsningen kan bli oppbrukt (hvis den deltar i prosessen), må den hele tiden etterfylles. En oksiderende anode kan også løses opp i en elektrolyttløsning - da får partiklene en positiv ladning og tiltrekkes av katoden.

Anode - en positivt ladet elektrode - oksidasjon skjer på den
Katode - en negativt ladet elektrode - den blir gjenopprettet
Basert på prinsippet om at i motsetning til ladninger tiltrekker seg, sammen med dette kommerseparasjon eller rensing av materie.

Materialet til elektrodene kan være forskjellig, avhengig av den pågående prosessen. Massen av et stoff som oppnås under elektrokjemisk interaksjon bestemmes av Faradays lover og avhenger av ladningen (produktet av strømstyrken og strømstrømtiden), avhenger også av konsentrasjonen av elektrolytten på aktiviteten til materialene fra som elektrodene er laget. Anoder er inerte - uløselige, reagerer ikke og aktive - de deltar selv i interaksjonen (de brukes mye sjeldnere).

For fremstilling av anoder, grafitt, karbon-grafittmaterialer, platina og dets legeringer, bly og dets legeringer, og oksider av visse metaller brukes; titananoder brukes med et aktivt belegg av en blanding av oksider av rutenium og titan, samt platina og dets legeringer.

Uløselige anoder er sammensetninger basert på tantal og titan, spesielle kvaliteter av grafitt, blydioksid, magnetitt. Stål brukes vanligvis til katoder.

Følgende typer elektrolytter kan brukes til prosessen: vandige løsninger av salter, syrer, baser; ikke-vandige løsninger i organiske og uorganiske løsemidler; smeltede salter; faste elektrolytter. Elektrolytter kommer i ulik grad av konsentrasjon.

Avhengig av målene for elektrolytiske reaksjoner, brukes forskjellige kombinasjoner av typer anoder og katoder: horisontal med en flytende kvikksølvkatode, med vertikale katoder og en filtrerende membran, med en horisontal membran, med flytende elektrolytt, med bevegelige elektroder, med bulkelektroder , etc. De fleste prosesser har en tendens til å bruke materialer dannet ved både anoden og katoden, men vanligvis er ett av produktene mindre verdifullt.

Elektrolyse finner stor anvendelse i industrien, den brukes også i medisin og nasjonal økonomi.

Hovedapplikasjoner for elektrolyse:

• Rensing av vann for bruk i den nasjonale økonomien,
• Avløpsrensing av brukt vann fra kjemisk industri.

For å oppnå stoffer og metaller uten urenheter:

• Metallurgi, hydrometallurgi - for produksjon av aluminium og mange andre metaller - aluminium fra en smelte av aluminiumoksyd i kryolitt, magnesium (fra dolomitt og sjøvann), natrium (fra steinsalt), litium, beryllium, kalsium (fra kalsiumklorid) , alkaliske og sjeldne jordmetaller.
• I den kjemiske industrien produserer elektrolyse så viktige produkter som klorater og perklorater, persulfursyre og persulfater, kaliumpermanganat,
• Elektrolytisk utvinning av metall - elektroekstraksjon. Malmen eller konsentratet overføres av visse reagenser til en løsning, som etter rensing sendes til elektrolyse. Slik oppnås sink, kobber, kadmium.
• elektrolytisk raffinering. Løselige anoder er laget av metall, urenheter inneholdt i råmetallet i anodebunnfallet i form av anodeslam (kobber, nikkel, tinn, bly, sølv, gull) under elektrolyse, og rent metall frigjøres ved katoden.
• Ved galvanisering - galvanisering - oppnå belegg på metaller som forbedrer deres operasjonelle eller dekorative egenskaper, og galvanisering - oppnå nøyaktige metallkopier av gjenstander;
• For å oppnå oksidbeskyttende filmer på metaller (anodisering); også elektrokjemisk prosessering brukes til å polere overflaten på produkter og farge metaller,
• Det er elektrokjemisk sliping av skjæreverktøy, elektropolering, elektrofresing,
• elektrolyse er også mye brukt i radioteknikk.

Tildel elektrolyse av vandige løsninger og smeltede medier, samt produksjon av selve de elektrokjemiske strømkildene - batterier, galvaniske celler, batterier, hvis ytelse gjenopprettes ved å sende strømmen i motsatt retning av den der strømmen fløt under utladning .

De viktigste typene elektrolyseanlegg:

• Installasjoner for produksjon og raffinering av aluminium;
• Elektrolyse installasjoner av jernholdig rett produksjon;
• Elektrolysere av nikkel-kobolt produksjon;
• Installasjoner for elektrolyse av magnesium;

• Installasjoner av elektrolyse (raffinering) av kobber;
• Anlegg for påføring av galvaniske belegg;
• Elektrolyseanlegg for klorproduksjon;

• Elektrolysatorer for vanndesinfeksjon.
• Elektrolysatorer som produserer hydrogen til kjernekraftverk.. osv.

Et biprodukt av mange redoksreaksjoner er oksygen.

Under elektrolyse reguleres styrken til strømmen, dens frekvens og spenning, jevn polaritet, disse parametrene styrer hastigheten og retningen til prosessene. Elektrolysereaksjonen utføres alltid ved likestrøm, siden konstansen til polene er veldig viktig her. I svært sjeldne tilfeller, når polariteten ikke er signifikant, brukes vekselstrøm (for eksempel ved elektrolyse av gasser).

I henhold til utformingen av katodeenheten er moderne aluminiumelektrolysatorer delt inn i

• Elektrolysatorer med bunn og uten bunn,
• Med fylt og blokk ildsted;
• i henhold til gjeldende forsyningsmetode: med ensidig og tosidig samleskinneordning;
• i henhold til metoden for å fange gasser: for elektrolysatorer av åpen type, med klokkegasssuging og tildekket type.

De utilfredsstillende egenskapene til alle eksisterende design av aluminiumelektrolysatorer inkluderer en utilstrekkelig høy koeffisient for elektrisitetsbruk, kort levetid og utilstrekkelig effektivitet for å fange opp eksosgasser. Ytterligere forbedring av utformingen av elektrolysatorer bør følge veien for å øke enhetens kapasitet, mekanisering og automatisering av alle vedlikeholdsoperasjoner, fullstendig fangst av alle eksosgasser med påfølgende regenerering av deres verdifulle komponenter.

Industrielle elektrolyseanlegg har mange typer konstruksjoner, de viktigste er membran og diafragma. Det finnes også tørre, våte og gjennomstrømningselektrolyseanlegg. Generelt sett er installasjonen et lukket system som inneholder elektroder plassert i sammensetningen av elektrolytten, som tilføres en elektrisk strøm med visse egenskaper. Elektrolyseceller kan kombineres til et batteri. Det finnes også bipolare elektrolysatorer – der hver elektrode, med unntak av de ekstreme, fungerer på den ene siden som en anode, på den andre siden som en katode.

Dette utstyret fungerer ved forskjellige trykk, avhengig av typen reaksjon. Enkelte stoffer, som gasser, krever trykkregulering eller spesielle forhold. Du må også overvåke trykket til gasser, som er et biprodukt av elektrolytiske reaksjoner. Elektrolyseanlegg som brukes til å produsere hydrogen og oksygen ved kraftverk opererer under overtrykk opp til 10 kgf/cm2 (1 MPa).
Installasjoner er også forskjellige i ytelse.

Noen av dem bruker lineære elektriske mekanismer. For eksempel brukes de til å flytte elektroder, justere elektrolyttnivået, flytte tanker, elektrolyttbad, etc. Ett eksempel på et slikt design er vist på tegningen.

Alle elektrolyseanlegg skal jordes. For å drive en stor industrielektrolysator trengs en likeretterenhet eller en omformerstasjon for å konvertere vekselstrøm til likestrøm. Stasjonær lokalbelysning i elektrolysebutikker (bygninger, haller) er vanligvis ikke nødvendig. Et unntak er hovedproduksjonsanleggene til elektrolyseanlegg for produksjon av klor.

Industrielle elektrolyseteknologier er delt inn i flere typer:

• PFPB - elektrolyseteknologi ved bruk av bakte anoder og punktmatere
• CWPB - elektrolyse ved bruk av bakte anoder og en stansestråle i midten
• SWPB - perifer behandling av bakte anodeceller
• VSS - Soderberg-teknologi med toppstrømledning
• HSS - Soderberg-teknologi med sidestrømforsyning

Det største volumet av spesifikke utslipp fra elektrolysatorer står for elektrolyseprosesser basert på Soderberg-teknologien. Denne teknologien er mest brukt i aluminiumssmelteverk i Russland og Kina. Volumet av spesifikke utslipp fra slike elektrolysatorer er mye høyere sammenlignet med andre teknologier. Antallet fluorkarbonutslipp reduseres også ved å studere de teknologiske parameterne for anodeeffekten, hvis reduksjon også påvirker mengden utslipp.

Modeller av industrielle elektrolysatorer

Karbonanoder (og grafitt er en allotop av karbon) har en betydelig ulempe - under reaksjonen avgir de karbondioksid til atmosfæren, og forurenser den derved. For tiden er den inerte anodeteknologien spesielt relevant, nå testes denne teknologien av en kjent aluminiumsprodusent. Essensen er at det brukes en karbonfri anode som ikke går inn i reaksjoner, og som et biprodukt slippes ikke karbondioksid, men rent oksygen ut i atmosfæren.

Denne teknologien øker produksjonens miljøvennlighet betydelig, men så langt er den på teststadiet.

Til tross for det store utvalget av elektrolytter, elektroder, elektrolysatorer, er det vanlige problemer med teknisk elektrolyse. Disse inkluderer overføring av ladninger, varme, masse, distribusjon av elektriske felt. For å fremskynde overføringsprosessen, er det tilrådelig å øke hastigheten på alle strømmer og bruke tvungen konveksjon. Elektrodeprosesser kan kontrolleres ved å måle de begrensende strømmene.

Elektrolyse er mye brukt i industrisektoren, for eksempel for produksjon av aluminium (bakte anodemaskiner RA-300, RA-400, RA-550, etc.) eller klor (Asahi Kasei industrianlegg). I hverdagen ble denne elektrokjemiske prosessen brukt mye sjeldnere, for eksempel Intellichlor bassengelektrolysator eller Star 7000 plasmasveiser. vannelektrolyse hjemme populær. Tenk på hva som er enhetene for å dele vann (elektrolysatorer), og hva er deres design, samt hvordan du lager en enkel enhet med egne hender.

Hva er en elektrolysator, dens egenskaper og bruksområde

Dette er navnet på en enhet for den elektrokjemiske prosessen med samme navn, som krever en ekstern strømkilde. Strukturelt sett er dette apparatet et bad fylt med elektrolytt, der to eller flere elektroder er plassert.

Hovedkarakteristikken til slike enheter er ytelse, ofte er denne parameteren angitt i navnet på modellen, for eksempel i stasjonære elektrolyseanlegg SEU-10, SEU-20, SEU-40, MBE-125 (membranblokkelektrolysatorer), etc. . I disse tilfellene indikerer tallene produksjon av hydrogen (m 3 /h).

Når det gjelder de gjenværende egenskapene, avhenger de av den spesifikke typen enhet og anvendelsesområde, for eksempel når elektrolyse av vann utføres, påvirker følgende parametere installasjonens effektivitet:

Ved å legge på 14 volt på utgangene vil vi altså få 2 volt på hver celle, mens platene på hver side vil ha ulike potensialer. Elektrolysatorer som bruker et lignende platekoblingssystem kalles tørre elektrolysører.

1. Avstanden mellom platene (mellom katoden og anoderommet), jo mindre den er, jo mindre motstand vil det være, og derfor vil mer strøm passere gjennom elektrolyttløsningen, noe som vil føre til en økning i gassproduksjonen.
2. Dimensjonene til platen (som betyr arealet til elektrodene) er direkte proporsjonale med strømmen som strømmer gjennom elektrolytten, noe som betyr at de også påvirker ytelsen.
3. Elektrolyttkonsentrasjon og dens termiske balanse.
4. Kjennetegn på materialet som brukes til å lage elektrodene (gull er et ideelt materiale, men for dyrt, så rustfritt stål brukes i hjemmelagde kretser).
5. Påføring av prosesskatalysatorer, etc.

Som nevnt ovenfor kan anlegg av denne typen brukes som en hydrogengenerator, for å produsere klor, aluminium eller andre stoffer. De brukes også som enheter for rensing og desinfisering av vann (UPEV, VGE), samt en sammenlignende analyse av kvaliteten (Tesp 001).

Vi er først og fremst interessert i enheter som produserer Browns gass (hydrogen med oksygen), siden det er denne blandingen som har alle muligheter for bruk som alternativ energibærer eller drivstofftilsetning. Vi vil vurdere dem litt senere, men la oss foreløpig gå videre til utformingen og prinsippet for drift av den enkleste elektrolysatoren som deler vann til hydrogen og oksygen.

Enhet og detaljert operasjonsprinsipp

Apparater for produksjon av detonerende gass, av sikkerhetsgrunner, innebærer ikke akkumulering, det vil si at gassblandingen brennes umiddelbart etter mottak. Dette forenkler designet noe. I forrige avsnitt vurderte vi hovedkriteriene som påvirker ytelsen til enheten og pålegger visse ytelseskrav.

Prinsippet for driften av enheten er vist i figur 4, en konstant spenningskilde er koblet til elektroder nedsenket i en elektrolyttløsning. Som et resultat begynner en strøm å passere gjennom den, hvis spenning er høyere enn nedbrytningspunktet til vannmolekyler.

Som et resultat av denne elektrokjemiske prosessen frigjør katoden hydrogen, og anoden frigjør oksygen, i forholdet 2 til 1.

Typer elektrolysatorer

La oss ta en kort titt på designfunksjonene til hovedtypene vannsplittende enheter.

Tørke

Utformingen av en enhet av denne typen ble vist i figur 2, dens funksjon er at ved å manipulere antall celler, er det mulig å drive enheten fra en kilde med en spenning som betydelig overstiger minimumselektrodepotensialet.

Flytende

Et forenklet arrangement av enheter av denne typen finner du i figur 5. Som du kan se, inkluderer designet et bad med elektroder "A", helt fylt med en løsning og en tank "D".

Prinsippet for drift av enheten er som følger:

• ved inngangen til den elektrokjemiske prosessen blir gassen, sammen med elektrolytten, presset ut i beholderen "D" gjennom røret "B";
• i tanken "D" er det en separasjon fra elektrolyttløsningen av gassen, som slippes ut gjennom utløpsventilen "C";
• elektrolytten går tilbake til hydrolysebadet gjennom røret "E".

Membran

Hovedtrekket til enheter av denne typen er bruken av en fast elektrolytt (membran) basert på en polymer. Utformingen av enheter av denne typen finner du i figur 6.

Hovedtrekket til slike enheter er det doble formålet med membranen; den transporterer ikke bare protoner og ioner, men skiller også både elektrodene og produktene fra den elektrokjemiske prosessen på det fysiske nivået.

Diafragma

I de tilfellene hvor diffusjon av elektrolyseprodukter mellom elektrodekamrene ikke er tillatt, brukes en porøs membran (som ga navn til slike enheter). Materialet for det kan være keramikk, asbest eller glass. I noen tilfeller kan polymerfibre eller glassull brukes til å lage en slik diafragma. Figur 7 viser den enkleste versjonen av en diafragmaanordning for elektrokjemiske prosesser.

Forklaring:

1. uttak for oksygen.
2. U-formet kolbe.
3. Utgang for hydrogen.
4. Anode.
5. Katode.
6. Diafragma.

alkalisk

En elektrokjemisk prosess er ikke mulig i destillert vann; en konsentrert alkaliløsning brukes som katalysator (bruk av salt er uønsket, siden klor frigjøres i dette tilfellet). Basert på dette kan de fleste av de elektrokjemiske enhetene for vanndeling kalles alkaliske.

På tematiske fora anbefales det å bruke natriumhydroksid (NaOH), som, i motsetning til natron (NaHCO 3), ikke korroderer elektroden. Merk at sistnevnte har to betydelige fordeler:

1. Du kan bruke jernelektroder.
2. Ingen skadelige stoffer slippes ut.

Men en betydelig ulempe negerer alle fordelene med natron som katalysator. Konsentrasjonen i vann er ikke mer enn 80 gram per liter. Dette reduserer frostmotstanden til elektrolytten og dens strømledningsevne. Hvis førstnevnte fortsatt kan tolereres i den varme årstiden, krever sistnevnte en økning i arealet til elektrodeplatene, noe som igjen øker størrelsen på strukturen.

Elektrolysator for hydrogenproduksjon: tegninger, diagram

Vurder hvordan du kan lage en kraftig gassbrenner drevet av en blanding av hydrogen og oksygen. Et diagram av en slik enhet kan sees i figur 8.

Forklaring:

1. Brenner munnstykke.
2. gummirør.
3. Andre vannlås.
4. Første vannlås.
5. Anode.
6. Katode.
7. Elektroder.
8. Elektrolysebad.

Figur 9 viser et skjematisk diagram av strømforsyningen til elektrolysatoren til brenneren vår.

For en kraftig likeretter trenger vi følgende deler:

• Transistorer: VT1 - MP26B; VT2 - P308.
• Tyristorer: VS1 - KU202N.
• Dioder: VD1-VD4 - D232; VD5 - D226B; VD6, VD7 - D814B.
• Kondensatorer: 0,5uF.
• Variable motstander: R3 -22 kOhm.
• Motstander: R1 - 30 kOhm; R2 - 15 kOhm; R4 - 800 Ohm; R5 - 2,7 kOhm; R6 - 3 kOhm; R7 - 10 kOhm.
• PA1 - amperemeter med en måleskala på minst 20 A.

En kort instruksjon om detaljene til elektrolysatoren.

Et bad kan lages av et gammelt batteri. Platene skal kuttes 150x150 mm fra takjern (platetykkelse 0,5 mm). For å jobbe med strømforsyningen ovenfor, må du sette sammen en elektrolysator for 81 celler. Tegningen som installasjonen utføres i henhold til er vist i figur 10.

Merk at vedlikehold og administrasjon av en slik enhet ikke forårsaker vanskeligheter.

Gjør-det-selv elektrolysør for bil

På Internett kan du finne mange diagrammer over HHO-systemer, som ifølge forfatterne lar deg spare fra 30% til 50% drivstoff. Slike påstander er altfor optimistiske og støttes generelt ikke av bevis. Et forenklet diagram av et slikt system er vist i figur 11.

I teorien bør en slik enhet redusere drivstofforbruket på grunn av dens fullstendige utbrenthet. For å gjøre dette mates Browns blanding inn i luftfilteret til drivstoffsystemet. Dette er hydrogen og oksygen hentet fra en elektrolysator drevet av bilens interne nettverk, noe som øker drivstofforbruket. Ond sirkel.

Selvfølgelig kan en PWM-strømregulatorkrets brukes, en mer effektiv byttestrømforsyning eller andre triks kan brukes for å redusere energiforbruket. Noen ganger er det på Internett tilbud om å kjøpe en PSU med lavt strømstyrke for en elektrolysator, noe som generelt er tull, siden ytelsen til prosessen direkte avhenger av gjeldende styrke.

Det er som Kuznetsov-systemet, hvis vannaktivator går tapt, og det er ikke noe patent, etc. I videoene ovenfor, der de snakker om de ubestridelige fordelene med slike systemer, er det praktisk talt ingen begrunnede argumenter. Dette betyr ikke at ideen ikke har rett til å eksistere, men de påståtte besparelsene er "litt" overdrevet.

Gjør-det-selv elektrolysator for oppvarming av hjemmet

For øyeblikket er det ikke fornuftig å lage en hjemmelaget elektrolysator for oppvarming av et hus, siden kostnaden for hydrogen oppnådd ved elektrolyse er mye dyrere enn naturgass eller andre varmebærere.

Det bør også huskes på at ingen metall tåler forbrenningstemperaturen til hydrogen. Riktignok er det en løsning som Stan Martin patenterte som lar deg omgå dette problemet. Det er nødvendig å ta hensyn til nøkkelpunktet som lar deg skille en verdig idé fra åpenbart tull. Forskjellen mellom dem er at den første får patent, og den andre finner sine støttespillere på Internett.

Dette kan være slutten på artikkelen om husholdnings- og industrielektrolysatorer, men det er fornuftig å lage en liten oversikt over selskapene som produserer disse enhetene.

Oversikt over elektrolysatorprodusenter

Vi lister opp produsenter som produserer brenselceller basert på elektrolysatorer, noen selskaper produserer også husholdningsapparater: NEL Hydrogen (Norge, på markedet siden 1927), Hydrogenics (Belgia), Teledyne Inc (USA), Uralkhimmash (Russland), RusAl (Russland, betydelig forbedret Soderberg-teknologien), RutTech (Russland).