instalacje elektrolizy. Przemysłowe generatory wodoru

Elektroliza to zjawisko chemiczno-fizyczne rozkładu substancji na składniki za pomocą prądu elektrycznego, które ma szerokie zastosowanie w przemyśle. W oparciu o tę reakcję powstają kruszywa do produkcji np. chloru czy metali nieżelaznych.

Stały wzrost cen surowców energetycznych spopularyzował krajowe elektrolizy. Czym są takie projekty i jak je wykonać w domu?

Ogólne informacje o elektrolizerze

Instalacja do elektrolizy to urządzenie do elektrolizy, które wymaga zewnętrznego źródła energii, konstrukcyjnie składającego się z kilku elektrod umieszczonych w pojemniku wypełnionym elektrolitem. Również taką instalację można nazwać urządzeniem do rozdzielania wody.

W takich jednostkach głównym parametrem technicznym jest wydajność, czyli ilość wytwarzanego wodoru na godzinę i mierzona jest w m³/h. Jednostki stacjonarne noszą ten parametr w nazwie modelu, na przykład jednostka membranowa SEU-40 produkuje 40 metrów sześciennych na godzinę. m wodoru.

Inne cechy takich urządzeń są całkowicie zależne od przeznaczenia i rodzaju instalacji. Na przykład podczas wykonywania elektrolizy wody wydajność urządzenia zależy od następujących parametrów:

1. Poziom najmniejszego potencjału elektrody (napięcie). Dla normalnej pracy urządzenia ta charakterystyka powinna mieścić się w zakresie 1,8-2 V na płytkę. Jeśli zasilacz ma napięcie 14 V, sensowne jest podzielenie pojemności elektrolizera z roztworem elektrolitu na 7 ogniw za pomocą arkuszy. Taka instalacja nazywana jest suchą komórką. Mniejsza wartość nie rozpocznie elektrolizy, a większa znacznie zwiększy zużycie energii;

1. Im mniejsza odległość między elementami płyty, tym mniejszy będzie opór, co przy przepływie dużego prądu doprowadzi do zwiększenia produkcji substancji gazowej;
2. Powierzchnia wkładek ma bezpośredni wpływ na produktywność;
3. Bilans cieplny i stopień koncentracji elektrolitu;
4. Materiał elementów elektrodowych. Złoto jest drogim, ale idealnym materiałem do stosowania w elektrolizerach. Ze względu na wysoki koszt często stosuje się stal nierdzewną.

Ważny! W konstrukcjach innego typu wartości będą miały inne parametry.

Instalacje do elektrolizy wody mogą być również wykorzystywane do celów takich jak dezynfekcja, oczyszczanie i ocena jakości wody.

Zasada działania i rodzaje elektrolizera

Najprostsze urządzenie ma elektrolizery, które dzielą wodę na tlen i wodór. Składają się z pojemnika z elektrolitem, w którym umieszczone są elektrody podłączone do źródła energii.

Zasada działania elektrolizy polega na tym, że prąd elektryczny, który przepływa przez elektrolit, ma napięcie wystarczające do rozłożenia wody na cząsteczki. W wyniku procesu anoda uwalnia jedną część tlenu, a katoda wytwarza dwie części wodoru.

Rodzaje elektrolizerów

Urządzenia do rozdzielania wody są następujących typów:

1. suchy;
2. Przepływ przez;
3. Membrana;
4. Membrana;
5. Alkaliczny.

suchy typ

Takie elektrolizery mają najprostszą konstrukcję (zdjęcie powyżej). Mają one osobliwość, która polega na tym, że manipulacja liczbą ogniw umożliwia zasilanie urządzenia ze źródła o dowolnym napięciu.

typ przepływu

Instalacje te mają w swojej konstrukcji wannę całkowicie wypełnioną elektrolitem z elementami elektrodowymi i zbiornikiem.

Zasada działania instalacji elektrolizy przepływowej jest następująca (na zdjęciu powyżej):

• podczas elektrolizy elektrolit wraz z gazem jest wyciskany rurą „B” do zbiornika „D”;
• w zbiorniku „D” zachodzi proces oddzielania gazu od elektrolitu;
• gaz wychodzi przez zawór „C”;
• roztwór elektrolitu powraca przez rurkę „E” do kąpieli „A”.

Interesujące wiedzieć. Ta zasada działania jest skonfigurowana w niektórych spawarkach - spalanie emitowanego gazu pozwala na spawanie elementów.

Rodzaj membrany

Instalacja elektrolizy typu membranowego ma podobną konstrukcję do innych elektrolizerów, jednak elektrolit jest stałą substancją na bazie polimeru, zwaną membraną.

Membrana w takich agregatach ma dwojaki cel - przenoszenie jonów i protonów, rozdzielanie elektrod i produktów elektrolizy.

typ membrany

Gdy jedna substancja nie może przenikać i wpływać na inną, stosuje się porowatą membranę, która może być wykonana ze szkła, włókien polimerowych, ceramiki lub materiału azbestowego.

Typ alkaliczny

Elektroliza nie może zachodzić w wodzie destylowanej. W takich przypadkach konieczne jest zastosowanie katalizatorów, które są roztworami alkalicznymi o wysokim stężeniu. W związku z tym główną część urządzeń do elektrolizy można nazwać alkaliczną.

Ważny! Należy zauważyć, że użycie soli jako katalizatora jest szkodliwe, ponieważ podczas reakcji uwalniany jest gazowy chlor. Idealnym katalizatorem może być wodorotlenek sodu, który nie powoduje korozji żelaznych elektrod i nie przyczynia się do uwalniania szkodliwych substancji.

Własna produkcja elektrolizera

Każdy może zrobić elektrolizer własnymi rękami. Do procesu montażu najprostszej konstrukcji wymagane będą następujące materiały:

• blacha ze stali nierdzewnej (idealne opcje to zagraniczny AISI 316L lub krajowy 03X16H15M3);
• śruby M6x150;
• podkładki i nakrętki;
• przezroczysta rurka - można wykorzystać poziom wody, który służy do celów budowlanych;
• kilka okuć w jodełkę o średnicy zewnętrznej 8 mm;
• plastikowy pojemnik o pojemności 1,5 l;
• mały filtr do bieżącej wody, np. filtr do pralek;
• sprawdź zawór wody.

proces składania

Złóż elektrolizer własnymi rękami zgodnie z następującymi instrukcjami:

1. Pierwszym krokiem jest zaznaczenie i dalsze pocięcie blachy ze stali nierdzewnej na równe kwadraty. Piłowanie można wykonać szlifierką kątową (szlifierką). Jeden z rogów w takich kwadratach musi być ścięty pod kątem w celu prawidłowego zamocowania płyt;
2. Następnie musisz wywiercić otwór na śrubę po przeciwnej stronie płyty od cięcia narożnego;
3. Połączenie płyt należy wykonać naprzemiennie: jedna płytka na „+”, następna na „-” i tak dalej;
4. Pomiędzy różnie naładowanymi płytami powinien znajdować się izolator, który działa jak rurka od poziomu wody. Należy go pociąć na pierścienie, które należy ciąć wzdłuż, aby uzyskać paski o grubości 1 mm. Taka odległość między płytami jest wystarczająca do wydajnego uwalniania gazu podczas elektrolizy;
5. Płyty są połączone ze sobą za pomocą podkładek w następujący sposób: podkładka jest zamontowana na śrubie, następnie płytka, następnie trzy podkładki, następnie płytka i tak dalej. Płyty naładowane dodatnio są odzwierciedlane w arkuszach naładowanych ujemnie. Pozwala to zapobiec dotykaniu elektrod o przyciętych krawędziach;

1. Podczas montażu płyt należy je natychmiast zaizolować i dokręcić nakrętki;
2. Ponadto każda płytka musi być obrączkowana, aby upewnić się, że nie ma zwarcia;
3. Następnie cały zestaw należy umieścić w plastikowym pudełku;
4. Następnie należy zaznaczyć miejsca, w których śruby dotykają ścian pojemnika, w których należy wywiercić dwa otwory. Jeśli śruby nie mieszczą się w pojemniku, należy je przeciąć piłą do metalu;
5. Następnie śruby są dokręcane nakrętkami i podkładkami w celu zapewnienia szczelności konstrukcji;

1. Po wykonaniu manipulacji będziesz musiał zrobić otwory w pokrywie pojemnika i włożyć do nich okucia. Szczelność w tym przypadku można zapewnić smarując złącza uszczelniaczami na bazie silikonu;
2. Zawór bezpieczeństwa i filtr w projekcie znajdują się na wylocie gazu i służą do kontrolowania jego nadmiernego nagromadzenia, co może prowadzić do katastrofalnych konsekwencji;
3. Instalacja elektrolizy jest zmontowana.

Ostatnim etapem jest testowanie, które odbywa się w ten sposób:

• napełnienie zbiornika wodą do poziomu śrub mocujących;
• podłączenie zasilania do urządzenia;
• podłączenie do złączki rurki, której przeciwny koniec jest zanurzony w wodzie.

Jeśli do instalacji zostanie przyłożony słaby prąd, uwolnienie gazu przez rurkę będzie prawie niezauważalne, ale można to zaobserwować wewnątrz elektrolizera. Zwiększając prąd elektryczny, dodając do wody katalizator alkaliczny, można znacznie zwiększyć wydajność substancji gazowej.

Wyprodukowany elektrolizer może stanowić integralną część wielu urządzeń, np. palnika wodorowego.

Znając rodzaje, główne cechy, konstrukcję i zasadę działania instalacji elektrolizy, możliwe jest prawidłowe złożenie domowej konstrukcji, która będzie nieodzownym pomocnikiem w różnych codziennych sytuacjach: od spawania i oszczędzania paliwa pojazdów po eksploatację systemów grzewczych.

Wideo

Obecnie w Rosji coraz większa liczba obiektów wodociągowych i sanitarnych, a także przemysłów odmawia stosowania komercyjnego ciekłego chloru i podchlorynów, dokonując wyboru na rzecz zorganizowania własnej syntezy niezbędnych odczynników bezpośrednio na obiektach użytkowania.

Do produkcji potrzebny jest chlorek sodu (sól), woda, prąd.

Przyczyny odmowy:

1. Ciekły chlor jest bardzo niebezpieczny.

Pomimo niskich kosztów chloru środki i koszty związane z jego stosowaniem znacznie komplikują i zwiększają koszt całego procesu produkcyjnego.

2. Komercyjny podchloryn sodu (GPCHN 19%) jest bardzo drogi.

Koszt 1 tony marki GPKhN A nie przekracza 20-30 tysięcy rubli. Jednak ilość podchlorynu sodu odpowiadająca 1 tonie chloru wynosi już 100-150 tysięcy rubli. (ponieważ podchloryn zawiera tylko 15-19% aktywnego chloru i ma tendencję do dalszego rozkładu).

Zalety urządzeń do elektrolizy:

• zwolnienie z kosztów ochrony podczas transportu i przechowywania;
• podczas pracy urządzeń do elektrolizy wypadki związane z wyciekiem dużej ilości odczynnika są niemożliwe. Obiekty działania instalacji elektrolizy do syntezy odczynników chlorowych nie należą do HIF i nie są objęte odpowiednim rejestrem;
• niezależność od dostawcy – odczynnik produkowany jest w wymaganej ilości, wydajność jest regulowana, co zwiększa efektywność energetyczną obiektu;
• tanie surowce – do syntezy można wykorzystać najtańszą sól techniczną. Będzie to wymagało zainstalowania dodatkowego sprzętu do czyszczenia roztworu soli wchodzącego do elektrolizerów, jednak koszty te zwracają się w mniej niż 1 rok ze względu na znaczne oszczędności surowców;
• otrzymany odczynnik jest tańszy niż komercyjny;
• dla obiektów wodociągowych wykorzystujących instalacje UV jako główną metodę dezynfekcji - przy wprowadzaniu urządzeń UV nie można całkowicie zrezygnować ze stosowania odczynników chlorowych, ponieważ konieczne jest zapewnienie stanu sanitarnego konstrukcji i sieci, a także bezpieczeństwo transportu wody do konsumenta. Instalacje do elektrolizy wraz z urządzeniami UV w pełni zaspokajają zapotrzebowanie na chlor, a obiekt jest wyłączony z rejestru HIF.

Instalacje do elektrolizy produkują różne odczynniki:

• chlor lub woda chlorowana (Aquachlor, Aquachlor-Beckhoff, Aquachlor-Membrane/Diaphragm);
• kombinowany środek dezynfekcyjny o podwyższonej skuteczności - roztwór utleniacza zawierający chlor, dwutlenek chloru, ozon (Aquachlor, Aquachlor-Beckhoff);
• niskie stężenie HPCHN 0,8% (LET-EPM, Aquachlor, Aquachlor-Beckhoff);
• wysoce stężony HPCHN 15-19% (Aquachlor-Membrana/Membrana).

Wszystkie te odczynniki nadają się do dezynfekcji wody. Jedynym ograniczeniem jest pH dezynfekowanej wody w miejscu wejścia odczynnika – dla wody o pH powyżej 7,5 zaleca się stosowanie wody chlorowej zamiast podchlorynu, który jest nieskuteczny w środowisku alkalicznym.

Przyjrzyjmy się bardziej szczegółowo każdemu rodzajowi sprzętu LET LLC:

Aquachlor i Aquachlor-Beckhoff:

• powstały odczynnik ma zwiększoną wydajność;
• poszczególne moduły mają małą wydajność. Pozwala to na elastyczność w reagowaniu na
• potrzeba odczynnika. Optymalna wydajność kompleksu to do 250-500 kg aktywnego chloru dziennie;
• częstotliwość wymiany reaktorów - 1 raz na 3-5 lat;
• łatwość konserwacji.

LET-EPM:

• nieograniczona produktywność kompleksów;
• łatwość obsługi i niskie wymagania dotyczące jakości surowców;
• częstotliwość wymiany (przemalowania) bloku elektrod - raz w roku;
• odczynnik nadaje się do większości obiektów.

Membrana z akwachlorem:

• możliwość uzyskania wody chlorowanej i stężonego HPCHN 19%, a także jednoczesnej produkcji tych odczynników;
• częstotliwość wymiany powłoki elektrody i membrany - nie więcej niż 1 raz na 10 lat;
• wysokie wymagania dotyczące jakości roztworu soli;
• możliwość przepłukania membrany i powrotu do pracy w przypadku zanieczyszczenia solą fizjologiczną o nieodpowiedniej jakości;

Membrana Aquachlor:

• nieograniczona wydajność kompleksu (ale nie mniej niż 50-100 kg/dzień);
• możliwość otrzymywania chloru i stężonego HPCHN 19% o wysokiej czystości, nadającego się do syntezy;
• częstotliwość wymiany powłoki elektrody i membrany - nie więcej niż 1 raz na 10 lat;
• bardzo wysokie wymagania dotyczące jakości roztworu soli;
• w przypadku zanieczyszczenia membrany należy ją wymienić na nową;
• konserwacja sprzętu wymaga wykwalifikowanego personelu.

Koszt produktu finalnego (w kolejności rosnącej od niższego do wyższego):

• Membrana z akwachlorem
• Membrana Aquahdlor
• Aquachlor/Aquachlor-Beckhoff
• LET-EPM

Kiedyś za pomocą elektrolizy ze stopionych soli po raz pierwszy udało się wyizolować czysty potas, sód i wiele innych metali.

Dziś proces ten wykorzystywany jest również w życiu codziennym – do „wydobycia” wodoru z wody. Technologia jest bardziej niż przystępna cenowo, ponieważ urządzenie do elektrolizy wody to po prostu pojemnik z roztworem sody, w którym zanurzone są elektrody.

Elektrody są małymi kwadratowymi arkuszami wyciętymi ze stali ocynkowanej lub, lepiej, ze stali nierdzewnej gatunku 03X16H15M3 (AISI 316L). Zwykła stal bardzo szybko zostanie „zjeżdżona” przez korozję elektrochemiczną.

Po wycięciu nożem otworu w ścianie pojemnika należy zainstalować na nim dwa filtry zgrubne - odpowiednie są „kolektory błota” (druga nazwa to filtr ukośny) lub filtry z pralek.

Następnie montuje się płytę o grubości 2,3 mm i rurkę bąbelkową.

Tworzenie elektrolizera kończy się zainstalowaniem dyszy z przesłoną umieszczoną z boku deski.

Górne urządzenie kontenerowe

Elektrody wykonane są z blachy nierdzewnej o wymiarach 50x50 cm, którą należy pociąć szlifierką na 16 równych kwadratów. Wycina się jeden róg każdej płytki, a przeciwnie wykonuje się otwór na śrubę M6.

Elektrody nakładane są jedna po drugiej na śrubę, a izolatory do nich wycinane są z gumowej lub silikonowej rurki. Alternatywnie możesz użyć rurki z poziomu wody.

Pojemnik mocuje się za pomocą złączek, a dopiero potem montuje się rurkę pęcherzykową i elektrody z końcówkami.

Model dolnego pojemnika

W tej wersji montaż urządzenia rozpoczyna się od podstawy ze stali nierdzewnej, której wymiary muszą odpowiadać wymiarom pojemnika. Następnie zainstaluj deskę i rurkę. Instalacja filtrów w tej modyfikacji nie jest wymagana.

Następnie należy przymocować żaluzję do dolnej płyty za pomocą wkrętów 6 mm.

Montaż dyszy odbywa się za pomocą złączki. Jeśli jednak zdecyduje się na zainstalowanie filtrów, do ich zamocowania należy użyć plastikowych klipsów na gumowych uszczelkach.

Gotowe urządzenie

Grubość izolatorów między płytami elektrod powinna wynosić 1 mm. Przy takiej przerwie natężenie prądu będzie wystarczające do wysokiej jakości elektrolizy, jednocześnie pęcherzyki gazu mogą łatwo zejść z elektrod.

Płyty są kolejno połączone z biegunami źródła zasilania, na przykład pierwsza płyta - do „plusa”, druga - do „minusu” itp.

Urządzenie z dwoma zaworami

Proces wytwarzania modelu elektrolizera 2-zaworowego nie jest szczególnie trudny. Podobnie jak w poprzedniej wersji montaż należy rozpocząć od przygotowania podłoża. Wykonany jest z wykroju z blachy stalowej, który należy wyciąć zgodnie z wymiarami pojemnika.

Płytka jest mocno przytwierdzona do podstawy (używamy śrub M6), po czym można zamontować rurkę bąbelkową o średnicy co najmniej 33 mm. Po podniesieniu migawki do urządzenia można przystąpić do montażu zaworów.

Plastikowy pojemnik

Pierwszy jest instalowany na podstawie rury, dla której konieczne jest zamocowanie złączki w tym miejscu. Połączenie jest uszczelnione pierścieniem zaciskowym, po czym montowana jest kolejna płyta - będzie potrzebna do zamocowania żaluzji.

Drugi zawór należy montować na rurze w odległości 20 mm od krawędzi.

Wraz z pojawieniem się systemu podgrzewania wody, system powietrzny niezasłużenie stracił na popularności, ale teraz ponownie nabiera rozpędu. - zalecenia dotyczące projektowania i montażu.

Dowiesz się wszystkiego o produkcji i użytkowaniu cudownego pieca na olej napędowy.

W tym temacie przeanalizujemy rodzaje liczników ciepła do mieszkania. Klasyfikacja, cechy konstrukcyjne, ceny urządzeń.

Trzy modele zaworów

Ta modyfikacja różni się nie tylko liczbą zaworów, ale także tym, że podstawa musi być szczególnie mocna. Użyto tej samej stali nierdzewnej, ale o większej grubości.

Miejsce montażu zaworu nr 1 należy wybrać na rurze wlotowej (jest on podłączony bezpośrednio do zbiornika). Następnie należy zamocować górną płytę i drugą rurkę typu bąbelkowego. Zawór numer 2 jest zainstalowany na końcu tej rury.

Podczas montażu drugiego zaworu złączkę należy zamocować z wystarczającą sztywnością. Potrzebny będzie również pierścień zaciskowy.

Gotowa wersja palnika wodorowego

Kolejnym etapem jest wykonanie i montaż żaluzji, po czym zawór nr 3 przykręca się do rury. Za pomocą kołków musi być połączony z dyszą, a izolację należy zapewnić za pomocą gumowych uszczelek.

Czysta woda (destylowana) jest dielektrykiem i aby elektrolizer działał z wystarczającą wydajnością, musi zostać przekształcony w roztwór.

Najlepszą wydajność wykazuje nie sól fizjologiczna, ale roztwory alkaliczne. Aby je przygotować, możesz dodać do wody sodę oczyszczoną lub kaustyczną. Odpowiednie są również niektóre chemikalia domowe, na przykład „Mr. Muscle” lub „Mole”.

Urządzenie z płytą ocynkowaną

Bardzo popularna wersja elektrolizera, stosowana głównie w systemach grzewczych.

Po podniesieniu podstawy i pojemnika łączą deski za pomocą śrub (potrzebne są 4). Następnie na urządzeniu montowana jest uszczelka izolacyjna.

Ścianki pojemnika nie powinny przewodzić prądu, czyli być wykonane z metalu. Jeśli istnieje potrzeba, aby pojemnik był bardzo wytrzymały, należy wziąć plastikowy pojemnik i umieścić go w metalowej obudowie tej samej wielkości.

Pozostaje przykręcić pojemnik z kołkami do podstawy i zainstalować żaluzję z zaciskami.

Model z pleksi

Montaż ogniwa elektrolitycznego z wykorzystaniem półfabrykatów ze szkła organicznego nie może być nazwany prostym zadaniem - materiał ten jest dość trudny w obróbce.

Trudności mogą też czekać na etapie znalezienia odpowiedniego pojemnika.

W rogach deski wierci się jeden otwór, po czym montuje się płyty. Odległość między nimi powinna wynosić 15 mm.

Następnym krokiem jest montaż rolety. Podobnie jak w innych modyfikacjach należy zastosować gumowe uszczelki. Pamiętaj tylko, że w tym projekcie ich grubość nie powinna przekraczać 2 mm.

Model na elektrodach

Pomimo nieco niepokojącej nazwy ta modyfikacja elektrolizera jest również dość przystępna do samodzielnej produkcji. Tym razem montaż urządzenia rozpoczynamy od dołu, wzmacniając roletę na solidnej stalowej podstawie. Pojemnik z elektrolitem, tak jak w jednej z opisanych powyżej opcji, umieszczany jest na górze.

Po migawce przejdź do instalacji rury. Jeśli pozwalają na to wymiary pojemnika, można go wyposażyć w dwa filtry.

• arkusz nie dotyka pojemnika;
• odległość między nim (arkusz) a śrubami dociskowymi musi wynosić 20 mm.

W tej wersji generatora wodoru elektrody należy przymocować do bramki, umieszczając zaciski po jej drugiej stronie.

Zastosowanie uszczelek plastikowych

Możliwość wykonania elektrolizera z uszczelkami polimerowymi pozwala na zastosowanie pojemnika aluminiowego zamiast plastikowego. Dzięki uszczelkom będzie bezpiecznie zaizolowany.

Wycinając uszczelki z plastiku (potrzebne będą 4 sztuki), trzeba nadać im kształt prostokątów. Układa się je w rogach podstawy, zapewniając szczelinę 2 mm.

Teraz możesz rozpocząć instalację kontenera. Aby to zrobić, potrzebujesz innego arkusza, w którym wywiercone są 4 otwory. Ich średnica musi odpowiadać zewnętrznej średnicy gwintu M6 - to właśnie tymi śrubami będzie przykręcany pojemnik.

Ścianki aluminiowego pojemnika są sztywniejsze niż plastikowego pojemnika, dlatego dla bezpieczniejszego mocowania pod łby śrub należy umieścić gumowe podkładki.

Pozostaje ostatni etap - montaż rolety i zacisków.

Model dla dwóch zacisków stykowych

Przymocuj plastikowy pojemnik do podstawy wykonanej z blachy stalowej lub aluminiowej za pomocą cylindrów lub śrub. Następnie musisz zainstalować migawkę.

W tej modyfikacji zastosowano dyszę igłową o średnicy 3 mm lub nieco większej. Musi być zainstalowany na swoim miejscu poprzez podłączenie do kontenera.

Teraz za pomocą przewodów musisz podłączyć zaciski bezpośrednio do dolnej płytki.

Rura montowana jest jako ostatni element, a miejsce połączenia z pojemnikiem należy uszczelnić obejmą.

Filtry można wypożyczyć z uszkodzonych pralek lub zamontować zwykłe „kolektory błota”.

Będziesz także musiał przymocować dwa zawory na wrzecionie.

Elektryfikacja domu to ważny etap w aranżacji nowego budynku. – porady profesjonalnych elektryków.

Dowiesz się, jak zrobić prosty akumulator ciepła własnymi rękami. A także wiązanie i konfigurowanie systemu.

Przedstawienie schematyczne

Schematyczny opis reakcji elektrolizy zajmie nie więcej niż dwie linie: dodatnio naładowane jony wodoru pędzą do ujemnie naładowanej elektrody, a ujemnie naładowane jony tlenu do dodatniej. Dlaczego konieczne jest użycie roztworu elektrolitu zamiast czystej wody? Faktem jest, że do rozbicia cząsteczki wody potrzebne jest wystarczająco silne pole elektryczne.

Sól lub zasada wykonują znaczną część tej pracy chemicznie: atom metalu z ładunkiem dodatnim przyciąga ujemnie naładowane grupy hydroksylowe OH, a reszta zasadowa lub kwasowa o ładunku ujemnym przyciąga dodatnie jony wodorowe H. W ten sposób pole elektryczne może tylko przyciągać oddzielić jony do elektrod.

Schemat elektrolizera

Elektroliza działa najlepiej w roztworze sody, której jedna część jest rozcieńczana w czterdziestu częściach wody.

Najlepszym materiałem na elektrody, jak już wspomniano, jest stal nierdzewna, ale złoto najlepiej nadaje się do wytwarzania płyt. Im większa ich powierzchnia i im wyższa siła prądu, tym więcej gazu zostanie uwolnione.

Uszczelki mogą być wykonane z różnych materiałów nieprzewodzących, ale do tej roli najlepiej nadaje się polichlorek winylu (PVC).

Wniosek

Wytwarzany przez nią wodór można zamienić na paliwo do gotowania lub wzbogacić mieszanką benzyny z powietrzem, zwiększając moc silników samochodowych.

Pomimo prostoty podstawowego urządzenia urządzenia, rzemieślnicy nauczyli się, jak wykonać wiele jego odmian: czytelnik może wykonać każdą z nich własnymi rękami.

Powiązane wideo

Elektroliza Jest to rozkład lub oczyszczanie substancji pod wpływem prądu elektrycznego. Jest to proces redoks, na jednej z elektrod - anodzie - zachodzi proces utleniania - ulega ona zniszczeniu, a na katodzie - proces redukcji - jony dodatnie - przyciągane są do niej kationy. Podczas elektrolizy zachodzi dysocjacja elektrolityczna - rozkład elektrolitu (substancji przewodzącej) na jony naładowane dodatnio i ujemnie (wyróżnia się kilka stopni dysocjacji).Przy włączonym prądzie elektrony przemieszczają się z anody do katody, natomiast roztwór elektrolitu może ulec wyczerpaniu (jeśli bierze udział w procesie), należy go stale uzupełniać. Anoda utleniająca może również rozpuścić się w roztworze elektrolitu – wtedy jej cząstki nabierają ładunku dodatniego i są przyciągane do katody.

Anoda - elektroda naładowana dodatnio - zachodzi na niej utlenianie
Katoda - elektroda naładowana ujemnie - jest regenerowana
Opierając się na zasadzie, że w przeciwieństwie do ładunków przyciągają, wraz z tym przychodzioddzielenie lub oczyszczenie materii.

Materiał elektrod może się różnić w zależności od trwającego procesu. Masa substancji, która powstaje w wyniku oddziaływania elektrochemicznego jest określona prawami Faradaya i zależy od ładunku (iloczyn natężenia prądu i czasu przepływu prądu), zależy również od stężenia elektrolitu od aktywności materiałów z z których wykonane są elektrody. Anody są obojętne - nierozpuszczalne, nie reagują i są aktywne - same biorą udział w interakcji (są używane znacznie rzadziej).

Do produkcji anod używa się grafitu, materiałów węglowo-grafitowych, platyny i jej stopów, ołowiu i jego stopów oraz tlenków niektórych metali; anody tytanowe stosowane są z aktywną powłoką z mieszaniny tlenków rutenu i tytanu oraz platyny i jej stopów.

Anody nierozpuszczalne to kompozycje na bazie tantalu i tytanu, specjalne gatunki grafitu, dwutlenku ołowiu, magnetytu. Na katody zwykle używa się stali.

W procesie można stosować następujące rodzaje elektrolitów: wodne roztwory soli, kwasów, zasad; roztwory bezwodne w rozpuszczalnikach organicznych i nieorganicznych; stopione sole; elektrolity stałe. Elektrolity występują w różnym stopniu stężenia.

W zależności od celów reakcji elektrolitycznych stosuje się różne kombinacje typów anod i katod: poziome z katodą ciekłą rtęciową, z katodami pionowymi i przesłoną filtrującą, z przesłoną poziomą, z przepływającym elektrolitem, z elektrodami ruchomymi, z elektrodami masowymi itp. W większości procesów wykorzystuje się materiały utworzone zarówno na anodzie, jak i na katodzie, ale zazwyczaj jeden z produktów jest mniej wartościowy.

Elektroliza znajduje szerokie zastosowanie w przemyśle, znajduje również zastosowanie w medycynie i gospodarce narodowej.

Główne zastosowania elektrolizy:

• Oczyszczanie wody do wykorzystania w gospodarce narodowej,
• Oczyszczanie ścieków zużytej wody z przemysłu chemicznego.

Aby uzyskać substancje i metale bez zanieczyszczeń:

• Metalurgia, hydrometalurgia - do produkcji aluminium i wielu innych metali - aluminium ze stopionego tlenku glinu w kriolicie, magnez (z dolomitu i wody morskiej), sód (z soli kamiennej), lit, beryl, wapń (z chlorku wapnia) , metale alkaliczne i ziem rzadkich.
• W przemyśle chemicznym elektroliza wytwarza tak ważne produkty jak chlorany i nadchlorany, kwas nadsiarkowy i nadsiarczany, nadmanganian potasu,
• Elektrolityczna ekstrakcja metalu - elektroekstrakcja. Ruda lub koncentrat jest przenoszony przez określone odczynniki do roztworu, który po oczyszczeniu jest przesyłany do elektrolizy. W ten sposób uzyskuje się cynk, miedź, kadm.
• rafinacja elektrolityczna. Rozpuszczalne anody są wykonane z metalu, zanieczyszczenia zawarte w surowym metalu anodowym wytrącają się w postaci szlamu anodowego (miedź, nikiel, cyna, ołów, srebro, złoto) podczas elektrolizy, a czysty metal jest uwalniany na katodzie.
• W galwanotechnice - galwanotechnice - uzyskiwanie powłok na metalach poprawiających ich właściwości użytkowe lub dekoracyjne oraz galwanotechnice - uzyskiwanie dokładnych metalowych kopii dowolnych przedmiotów;
• Aby uzyskać tlenkowe folie ochronne na metalach (anodowanie); również obróbka elektrochemiczna służy do polerowania powierzchni wyrobów i barwienia metali,
• Istnieją elektrochemiczne ostrzenie narzędzi skrawających, elektropolerowanie, elektrofrezowanie,
• elektroliza jest również szeroko stosowana w inżynierii radiowej.

Przydziel elektrolizę roztworów wodnych i stopionych mediów, a także produkcję samych elektrochemicznych źródeł prądu - akumulatorów, ogniw galwanicznych, akumulatorów, których sprawność przywracana jest poprzez przepływ prądu w kierunku przeciwnym do tego, w którym płynął prąd podczas rozładowania .

Główne typy instalacji elektrolizy:

• Instalacje do produkcji i rafinacji aluminium;
• Instalacje do elektrolizy produkcji praw żelaza;
• Elektrolizery produkcji niklowo-kobaltowej;
• Instalacje do elektrolizy magnezu;

• Instalacje elektrolizy (rafinacji) miedzi;
• Instalacje do nakładania powłok galwanicznych;
• Instalacje do elektrolizy do produkcji chloru;

• Elektrolizery do dezynfekcji wody.
• Elektrolizery produkujące wodór dla elektrowni jądrowych...itp.

Produktem ubocznym wielu reakcji redoks jest tlen.

Podczas elektrolizy regulowana jest siła prądu, jego częstotliwość i napięcie, a nawet biegunowość, te parametry sterują szybkością i kierunkiem zachodzących procesów. Reakcja elektrolizy jest zawsze przeprowadzana przy prądzie stałym, ponieważ stałość biegunów jest tutaj bardzo ważna. W bardzo rzadkich przypadkach, gdy polaryzacja nie jest znacząca, stosuje się prąd przemienny (na przykład w elektrolizie gazów).

Zgodnie z konstrukcją urządzenia katodowego, nowoczesne elektrolizery aluminiowe dzielą się na

• Elektrolizery z dnem i bez dna,
• Z nadziewanym i blokowym paleniskiem;
• w zależności od sposobu zasilania prądem: z jednostronnym i dwustronnym schematem szyn zbiorczych;
• zgodnie z metodą wychwytywania gazów: dla elektrolizerów typu otwartego, z dzwonowym ssaniem gazu i typu osłoniętego.

Niezadowalające właściwości wszystkich istniejących konstrukcji elektrolizerów aluminiowych to niewystarczająco wysoki współczynnik zużycia energii elektrycznej, krótki okres użytkowania i niewystarczająca skuteczność wychwytywania spalin. Dalsze doskonalenie konstrukcji elektrolizerów powinno podążać ścieżką zwiększania wydajności jednostki, mechanizacji i automatyzacji wszystkich czynności obsługowych, całkowitego wychwytywania wszystkich spalin z późniejszą regeneracją ich cennych komponentów.

Instalacje elektrolizy przemysłowej mają wiele rodzajów konstrukcji, główne z nich to membranowe i membranowe. Istnieją również instalacje elektrolizy suchej, mokrej i przepływowej. Ogólnie rzecz biorąc, instalacja jest układem zamkniętym zawierającym elektrody umieszczone w składzie elektrolitu, do którego doprowadzany jest prąd elektryczny o określonych właściwościach. Ogniwa elektrolityczne można połączyć w baterię. Są też elektrolizery bipolarne – gdzie każda elektroda, z wyjątkiem skrajnych, pracuje z jednej strony jako anoda, z drugiej jako katoda.

To urządzenie działa pod różnymi ciśnieniami, w zależności od rodzaju reakcji. Niektóre substancje, takie jak gazy, wymagają regulacji ciśnienia lub specjalnych warunków. Musisz także monitorować ciśnienie gazów, które są produktem ubocznym reakcji elektrolitycznych. Instalacje elektrolizy, które są wykorzystywane do produkcji wodoru i tlenu w elektrowniach, pracują pod nadciśnieniem do 10 kgf/cm2 (1 MPa).
Instalacje różnią się również wydajnością.

Niektóre z nich wykorzystują liniowe mechanizmy elektryczne. Na przykład służą do przesuwania elektrod, regulacji poziomu elektrolitu, przenoszenia zbiorników, kąpieli elektrolitycznych itp. Jeden przykład takiego projektu pokazano na rysunku.

Wszystkie instalacje elektrolizy muszą być uziemione. Do obsługi dużego elektrolizera przemysłowego potrzebna jest jednostka prostownikowa lub podstacja przekształtnikowa do konwersji prądu przemiennego na prąd stały. Stacjonarne oświetlenie miejscowe w elektrolizerach (budynki, hale) z reguły nie jest wymagane. Wyjątkiem są główne zakłady produkcyjne zakładów elektrolizy do produkcji chloru.

Technologie elektrolizy przemysłowej dzielą się na kilka typów:

• PFPB - technologia elektrolizy z wykorzystaniem wypalanych anod i podajników punktowych
• CWPB - elektroliza za pomocą wypalanych anod i belki wybijającej w środku
• SWPB - obróbka obwodowa spiekanych ogniw anodowych
• VSS - Technologia Soderberga z najlepszym prądem ołowiu
• HSS - technologia Soderberg z bocznym zasilaniem

Największą wielkość emisji jednostkowej z elektrolizerów mają procesy elektrolizy oparte na technologii Soderberga. Ta technologia jest najczęściej stosowana w hutach aluminium w Rosji i Chinach. Wielkość emisji jednostkowych z takich elektrolizerów jest znacznie wyższa w porównaniu z innymi technologiami. Liczbę emisji fluorowęglowodorów zmniejsza się również poprzez badanie parametrów technologicznych efektu anodowego, którego redukcja również wpływa na wielkość emisji.

Modele elektrolizerów przemysłowych

Anody węglowe (a grafit jest alotopem węgla) mają istotną wadę – podczas reakcji emitują do atmosfery dwutlenek węgla, tym samym ją zanieczyszczając. Obecnie szczególnie istotna jest technologia anod obojętnych, obecnie technologia ta jest testowana przez znanego producenta aluminium. Jego istotą jest zastosowanie anody bezwęglowej, która nie wchodzi w reakcje, a jako produkt uboczny do atmosfery uwalniany jest nie dwutlenek węgla, ale czysty tlen.

Technologia ta znacząco zwiększa przyjazność dla środowiska produkcji, ale jak na razie znajduje się na etapie testów.

Pomimo dużej różnorodności elektrolitów, elektrod, elektrolizerów, często występują problemy elektrolizy technicznej. Należą do nich przenoszenie ładunków, ciepła, masy, rozkład pól elektrycznych. Aby przyspieszyć proces przenoszenia, wskazane jest zwiększenie prędkości wszystkich przepływów i zastosowanie konwekcji wymuszonej. Procesy elektrodowe można kontrolować poprzez pomiar prądów granicznych.

Elektroliza jest szeroko stosowana w sektorze przemysłowym, na przykład do produkcji aluminium (maszyny z wypalanymi anodami RA-300, RA-400, RA-550 itp.) lub chloru (zakłady przemysłowe Asahi Kasei). W życiu codziennym ten proces elektrochemiczny był znacznie rzadziej stosowany, jak np. elektrolizer basenowy Intellichlor czy spawarka plazmowa Star 7000. Wzrost kosztów taryf paliwowych, gazowych i grzewczych zasadniczo zmienił sytuację, czyniąc ideę popularna elektroliza wody w domu. Zastanów się, jakie są urządzenia do rozdzielania wody (elektrolizatory) i jaka jest ich konstrukcja, a także jak zrobić proste urządzenie własnymi rękami.

Co to jest elektrolizer, jego charakterystyka i zastosowanie

Tak nazywa się urządzenie do procesu elektrochemicznego o tej samej nazwie, które wymaga zewnętrznego źródła zasilania. Strukturalnie to urządzenie jest kąpielą wypełnioną elektrolitem, w której umieszczone są dwie lub więcej elektrod.

Główną cechą takich urządzeń jest wydajność, często ten parametr jest wskazany w nazwie modelu, na przykład w stacjonarnych elektrolizerach SEU-10, SEU-20, SEU-40, MBE-125 (elektryzatory blokowe membranowe) itp. . W tych przypadkach liczby wskazują produkcję wodoru (m3/h).

Pozostałe charakterystyki zależą od konkretnego typu urządzenia i zakresu zastosowania, np. przy elektrolizie wody na sprawność instalacji mają wpływ następujące parametry:

Tak więc, przykładając 14 woltów do wyjść, otrzymamy 2 wolty na każde ogniwo, podczas gdy płytki po każdej stronie będą miały różne potencjały. Elektrolizery wykorzystujące podobny system łączenia płyt nazywane są suchymi elektrolizerami.

1. Odległość między płytami (między katodą a przestrzenią anodową), im mniejsza, tym mniejszy będzie opór, a zatem przez roztwór elektrolitu przepłynie większy prąd, co doprowadzi do zwiększenia produkcji gazu.
2. Wymiary płytki (czyli powierzchnia elektrod) są wprost proporcjonalne do prądu płynącego przez elektrolit, co oznacza, że ​​wpływają również na wydajność.
3. Stężenie elektrolitu i jego bilans cieplny.
4. Charakterystyka materiału, z którego wykonane są elektrody (złoto jest materiałem idealnym, ale zbyt drogim, dlatego w obwodach domowych używa się stali nierdzewnej).
5. Zastosowanie katalizatorów procesowych itp.

Jak wspomniano powyżej, rośliny tego typu mogą służyć jako generatory wodoru, do produkcji chloru, glinu lub innych substancji. Wykorzystywane są również jako urządzenia do oczyszczania i dezynfekcji wody (UPEV, VGE) oraz przeprowadzania analizy porównawczej jej jakości (Tesp 001).

Interesują nas przede wszystkim urządzenia wytwarzające gaz Browna (wodór z tlenem), ponieważ to właśnie ta mieszanka ma wszelkie perspektywy zastosowania jako alternatywny nośnik energii lub dodatek do paliwa. Rozważymy je nieco później, ale na razie przejdźmy do konstrukcji i zasady działania najprostszego elektrolizera, który dzieli wodę na wodór i tlen.

Urządzenie i szczegółowa zasada działania

Aparatura do produkcji gazu detonującego, ze względów bezpieczeństwa, nie pociąga za sobą jego akumulacji, czyli spalanie mieszanki gazowej następuje natychmiast po otrzymaniu. To nieco upraszcza projekt. W poprzedniej sekcji rozważyliśmy główne kryteria, które wpływają na wydajność urządzenia i nakładają pewne wymagania dotyczące wydajności.

Zasadę działania urządzenia pokazano na rysunku 4, źródło napięcia stałego jest podłączone do elektrod zanurzonych w roztworze elektrolitu. W rezultacie zaczyna przez nią przepływać prąd, którego napięcie jest wyższe niż temperatura rozkładu cząsteczek wody.

W wyniku tego procesu elektrochemicznego katoda uwalnia wodór, a anoda tlen w stosunku 2 do 1.

Rodzaje elektrolizerów

Rzućmy okiem na cechy konstrukcyjne głównych typów urządzeń do rozdzielania wody.

Suchy

Konstrukcję tego typu urządzenia pokazano na rysunku 2, jego cechą jest to, że manipulując liczbą ogniw można zasilać urządzenie ze źródła o napięciu znacznie przekraczającym minimalny potencjał elektrody.

Płynący

Uproszczone rozmieszczenie urządzeń tego typu można znaleźć na rysunku 5. Jak widać, konstrukcja obejmuje wannę z elektrodami „A”, całkowicie wypełnioną roztworem oraz zbiornik „D”.

Zasada działania urządzenia jest następująca:

• na wejściu do procesu elektrochemicznego gaz wraz z elektrolitem jest wyciskany do pojemnika „D” rurą „B”;
• w zbiorniku „D” następuje separacja od roztworu elektrolitu gazu, który jest odprowadzany przez zawór wylotowy „C”;
• elektrolit powraca do kąpieli hydrolitycznej rurą „E”.

Membrana

Główną cechą urządzeń tego typu jest zastosowanie stałego elektrolitu (membrany) na bazie polimeru. Konstrukcję urządzeń tego typu można znaleźć na rysunku 6.

Główną cechą takich urządzeń jest podwójne przeznaczenie membrany: nie tylko transportuje protony i jony, ale także oddziela zarówno elektrody, jak i produkty procesu elektrochemicznego na poziomie fizycznym.

Membrana

W przypadkach, w których dyfuzja produktów elektrolizy między komorami elektrod jest niedozwolona, ​​stosuje się porowatą membranę (od której takie urządzenia nazwano). Materiałem na to może być ceramika, azbest lub szkło. W niektórych przypadkach do stworzenia takiej przepony można użyć włókien polimerowych lub waty szklanej. Rysunek 7 przedstawia najprostszą wersję urządzenia przeponowego do procesów elektrochemicznych.

Wyjaśnienie:

1. wylot tlenu.
2. Kolba w kształcie litery U.
3. Wyjście na wodór.
4. Anoda.
5. Katoda.
6. Membrana.

alkaliczny

Proces elektrochemiczny nie jest możliwy w wodzie destylowanej, jako katalizator stosuje się stężony roztwór alkaliczny (niepożądane jest użycie soli, ponieważ w tym przypadku uwalniany jest chlor). Na tej podstawie większość urządzeń elektrochemicznych do rozdzielania wody można nazwać alkalicznymi.

Na forach tematycznych zaleca się stosowanie wodorotlenku sodu (NaOH), który w przeciwieństwie do sody oczyszczonej (NaHCO 3) nie powoduje korozji elektrody. Zauważ, że ta ostatnia ma dwie istotne zalety:

1. Możesz użyć żelaznych elektrod.
2. Żadne szkodliwe substancje nie są emitowane.

Ale jedna istotna wada neguje wszystkie zalety sody oczyszczonej jako katalizatora. Jego stężenie w wodzie nie przekracza 80 gramów na litr. Zmniejsza to mrozoodporność elektrolitu i jego przewodność prądową. Jeśli to pierwsze może być nadal tolerowane w ciepłym sezonie, drugie wymaga zwiększenia powierzchni płytek elektrod, co z kolei zwiększa rozmiar konstrukcji.

Elektrolizer do produkcji wodoru: rysunki, schemat

Zastanów się, jak stworzyć potężny palnik gazowy zasilany mieszaniną wodoru i tlenu. Schemat takiego urządzenia można zobaczyć na rysunku 8.

Wyjaśnienie:

1. Dysza palnika.
2. gumowe rurki.
3. Druga śluza wodna.
4. Pierwsza śluza wodna.
5. Anoda.
6. Katoda.
7. Elektrody.
8. Kąpiel elektrolizera.

Rysunek 9 przedstawia schemat ideowy zasilania elektrolizera naszego palnika.

Do potężnego prostownika potrzebujemy następujących części:

• Tranzystory: VT1 - MP26B; VT2 - P308.
• Tyrystory: VS1 - KU202N.
• Diody: VD1-VD4 - D232; VD5 - D226B; VD6, VD7 - D814B.
• Kondensatory: 0.5uF.
• Rezystory zmienne: R3 -22 kOhm.
• Rezystory: R1 - 30 kOhm; R2 - 15 kOhm; R4 - 800 omów; R5 - 2,7 kOhm; R6 - 3 kOhm; R7 - 10 kΩ.
• PA1 - amperomierz o skali pomiarowej co najmniej 20 A.

Krótka instrukcja dotycząca szczegółów elektrolizera.

Kąpiel można zrobić ze starej baterii. Płyty należy przyciąć z blachy dachowej o wymiarach 150x150 mm (grubość blachy 0,5 mm). Aby pracować z powyższym zasilaczem, będziesz musiał zmontować elektrolizer na 81 ogniw. Rysunek, według którego przeprowadzana jest instalacja, pokazano na rysunku 10.

Należy pamiętać, że konserwacja i zarządzanie takim urządzeniem nie powoduje trudności.

Elektrolizer zrób to sam do samochodu

W Internecie można znaleźć wiele schematów systemów HHO, które według autorów pozwalają zaoszczędzić od 30% do 50% paliwa. Takie twierdzenia są zbyt optymistyczne i generalnie nie są poparte żadnymi dowodami. Uproszczony schemat takiego systemu pokazano na rysunku 11.

Teoretycznie takie urządzenie powinno zmniejszyć zużycie paliwa ze względu na jego całkowite wypalenie. W tym celu mieszanka Browna jest podawana do filtra powietrza układu paliwowego. Jest to wodór i tlen pozyskiwany z elektrolizera zasilanego z wewnętrznej sieci samochodu, co zwiększa zużycie paliwa. Błędne koło.

Oczywiście można zastosować obwód regulatora prądu PWM, wydajniejszy zasilacz impulsowy lub inne sztuczki w celu zmniejszenia zużycia energii. Czasami w Internecie pojawiają się oferty zakupu zasilacza o niskim natężeniu prądu do elektrolizera, co jest generalnie nonsensem, ponieważ wydajność procesu zależy bezpośrednio od aktualnej siły.

To jak system Kuzniecowa, którego aktywator wody ginie, a patentu nie ma itp. W powyższych filmach, w których mówią o niezaprzeczalnych zaletach takich systemów, praktycznie nie ma uzasadnionych argumentów. Nie oznacza to, że pomysł nie ma prawa istnieć, ale deklarowane oszczędności są „nieco” przesadzone.

Elektrolizer „zrób to sam” do ogrzewania domu

W tej chwili nie ma sensu robić domowego elektrolizera do ogrzewania domu, ponieważ koszt wodoru uzyskiwanego przez elektrolizę jest znacznie droższy niż gaz ziemny lub inne nośniki ciepła.

Należy również pamiętać, że żaden metal nie jest w stanie wytrzymać temperatury spalania wodoru. To prawda, że ​​istnieje rozwiązanie opatentowane przez Stana Martina, które pozwala obejść ten problem. Należy zwrócić uwagę na kluczowy punkt, który pozwala odróżnić godny pomysł od oczywistych bzdur. Różnica między nimi polega na tym, że pierwszy otrzymuje patent, a drugi znajduje swoich zwolenników w Internecie.

To może być koniec artykułu o elektrolizerach domowych i przemysłowych, ale warto zrobić mały przegląd firm, które produkują te urządzenia.

Przegląd producentów elektrolizerów

Wymieniamy producentów produkujących ogniwa paliwowe na bazie elektrolizerów, niektóre firmy produkują również sprzęt AGD: NEL Hydrogen (Norwegia, na rynku od 1927 r.), Hydrogenics (Belgia), Teledyne Inc (USA), Uralkhimmash (Rosja), RusAl (Rosja, znacząco poprawiła technologię Soderberga), RutTech (Rosja).