elektrolýzne zariadenia. Priemyselné generátory vodíka

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 delenie vody.

V takýchto jednotkách je hlavná technický parameter je kapacita, čo znamená množstvo vodíka vyrobeného 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:

1. 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;

1. Čím menšia je vzdialenosť medzi komponentmi dosky, tým menší odpor bude, čo pri prechode veľkého prúdu povedie k zvýšeniu produkcie plynnej látky;
2. Povrchová plocha vložiek má priamy vplyv na výkon;
3. Tepelná rovnováha a stupeň koncentrácie elektrolytu;
4. 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 fungovania elektrolýzy 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:

1. suché;
2. Prietok;
3. Membrána;
4. bránica;
5. Alkalický.

suchý typ

Takéto elektrolyzéry majú najviac jednoduchý 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 zariadenia 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

Elektrolýza membránového typu má podobnú konštrukciu ako ostatné elektrolyzéry, avšak elektrolyt je pevný na polymérová báza 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:

• nerezový plech ideálne možnosti- zahraničný AISI 316L alebo domáci 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:

1. Prvým krokom je označenie a ďalšie rezanie nerezového plechu na rovnaké štvorce. Pílenie je možné vykonávať pod uhlom brúska(bulharčina). Jeden z rohov v takýchto štvorcoch musí byť zrezaný pod uhlom pre správne upevnenie dosiek;
2. Ďalej musíte vyvŕtať otvor pre skrutku na opačnej strane dosky ako je rohový rez;
3. Spojenie dosiek sa musí vykonávať striedavo: jedna doska na "+", ďalšia na "-" atď.;
4. Medzi rôzne nabitými platňami by mal byť izolátor, ktorý od vodnej hladiny funguje ako trubica. Musí sa narezať na krúžky, ktoré by sa mali pozdĺžne rozrezať, aby sa získali pásy s hrúbkou 1 mm. Takáto vzdialenosť medzi doskami je dostatočná na účinné uvoľňovanie plynu počas elektrolýzy;
5. 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;

1. Pri montáži dosiek by ste ich mali okamžite izolovať a utiahnuť matice;
2. Každá platňa musí byť tiež zakrúžkovaná, aby sa zabezpečilo, že nedôjde ku skratu;
3. Ďalej musí byť celá zostava umiestnená v plastovej krabici;
4. 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;
5. Ďalej sú skrutky utiahnuté maticami a podložkami na tesnosť konštrukcie;

1. 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;
2. 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;
3. 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. Zvyšovanie elektriny Pridaním alkalického katalyzátora do vody je možné výrazne zvýšiť výťažok plynnej látky.

Vyrobený elektrolyzér môže pôsobiť neoddeliteľnou súčasťou mnohé zariadenia, ako napríklad vodíkový horák.

So znalosťou typov, hlavných charakteristík, konštrukcie a princípu činnosti elektrolýznych zariadení je možné vykonať správna montáž domáci dizajn, ktorý bude nepostrádateľným pomocníkom v rôznych každodenných situáciách: od zvárania a šetrenia spotreby paliva vozidiel až po prevádzku vykurovacích systémov.

Video

V súčasnosti v Rusku všetky veľká kvantita zariadenia na zásobovanie vodou a sanitárne zariadenia, ako aj priemyselné odvetvia odmietajú používať komerčný kvapalný chlór a chlórnany, pričom sa rozhodujú v prospech organizovania 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 iba 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 Vysoké čísločinidlo. 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 požadované množstvo, 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 soľanky vstupujúcej do elektrolyzérov, avšak tieto náklady sa vrátia za menej ako 1 rok v dôsledku významných úspor surovín;
• výsledné činidlo je lacnejšie ako komerčné;
• pre vodovodné zariadenia používajúce 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 s zvýšená účinnosť– roztok oxidantov 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 obsluhy 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 znečistenia soľný roztok nedostatočná kvalita;

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.

Náklady na konečný produkt (vo vzostupnom poradí, od nižšej po vyššiu):

• Aquachlór-Membrána
• Membrána Aquahdlor
• Aquachlor/Aquachlor-Beckhoff
• LET-EPM

Kedysi sa pomocou elektrolýzy z roztavených solí podarilo po prvý raz izolovať čistý draslík, sodík a mnohé ďalšie kovy.

Dnes sa tento proces využíva aj v bežnom živote – na „extrakciu“ vodíka z vody. Technológia je viac ako cenovo dostupná, pretože zariadenie na elektrolýzu vody je len nádoba s roztokom sódy, v ktorej sú ponorené elektródy.

Elektródy sú malé štvorcové plechy vyrezané z pozinkovanej ocele alebo lepšie z nehrdzavejúcej ocele triedy 03X16H15M3 (AISI 316L). Obyčajnú oceľ veľmi rýchlo „zožerie“ elektrochemická korózia.

Po vyrezaní otvoru v stene nádoby nožom musíte na ňu nainštalovať dva hrubé filtre - vhodné sú „zberače bahna“ (druhý názov je šikmý filter) alebo filtre z práčok.

Ďalej sa nainštaluje doska s hrúbkou 2,3 ​​mm a bublinková trubica.

Vytvorenie elektrolyzéra je dokončené inštaláciou trysky s uzáverom umiestneným na boku dosky.

Horné kontajnerové zariadenie

Elektródy sú vyrobené z nerezového plechu s rozmermi 50x50 cm, ktorý je potrebné rozrezať brúskou na 16 rovnakých štvorcov. Jeden roh každej dosky je vyrezaný a opačne je vytvorený otvor pre skrutku M6.

Elektródy sa jedna po druhej nasadzujú na skrutku a izolátory pre ne sú vyrezané z gumovej alebo silikónovej trubice. Prípadne môžete použiť hadičku z vodnej hladiny.

Nádoba je upevnená armatúrami a až potom sa nainštaluje bublinková trubica a elektródy so svorkami.

Model spodnej nádoby

V tejto verzii začína montáž zariadenia nerezovou základňou, ktorej rozmery musia zodpovedať rozmerom nádoby. Ďalej nainštalujte dosku a rúrku. Inštalácia filtrov v tejto modifikácii nie je potrebná.

Potom je potrebné pripevniť roletu k spodnej doske pomocou skrutiek 6 mm.

Inštalácia dýzy sa vykonáva pomocou armatúry. Ak sa napriek tomu rozhodne namontovať filtre, mali by sa na ich upevnenie použiť plastové spony na gumových tesneniach.

Hotové zariadenie

Hrúbka izolátorov medzi elektródovými doskami by mala byť 1 mm. S takouto medzerou bude sila prúdu dostatočná na kvalitnú elektrolýzu, zároveň sa z elektród môžu ľahko dostať bubliny plynu.

Dosky sú postupne pripojené k pólom zdroja energie, napríklad prvá doska - do "plus", druhá - do "mínusu" atď.

Zariadenie s dvoma ventilmi

Výrobný proces modelu 2-ventilového elektrolyzéra nie je zvlášť náročný. Rovnako ako v predchádzajúcej verzii by mala montáž začať prípravou základne. Je vyrobený z prírezu oceľového plechu, ktorý je potrebné narezať podľa rozmerov nádoby.

Doska je pevne pripevnená k základni (používame skrutky M6), po ktorej je možné osadiť bublaninu s priemerom minimálne 33 mm. Po vybratí uzáveru do zariadenia môžete pokračovať v inštalácii ventilov.

Plastová nádoba

Prvá je inštalovaná na základni potrubia, pre ktorú je potrebné upevniť armatúru na tomto mieste. Spojenie je utesnené upínacím krúžkom, po ktorom je nainštalovaná ďalšia doska - bude potrebné upevniť uzáver.

Druhý ventil by mal byť namontovaný na potrubí vo vzdialenosti 20 mm od okraja.

S príchodom systému ohrevu vody vzduchový systém nezaslúžene stratil svoju popularitu, ale teraz opäť naberá na sile. - odporúčania pre návrh a inštaláciu.

Dozviete sa všetko o výrobe a používaní zázračnej pece o motorovej nafte.

A v tejto téme budeme analyzovať typy meračov tepla pre byt. Klasifikácia, dizajnové vlastnosti, ceny zariadení.

Tri modely ventilov

Táto modifikácia sa líši nielen počtom ventilov, ale aj tým, že základňa pre ňu musí byť obzvlášť pevná. Používa sa rovnaká nehrdzavejúca oceľ, ale s väčšou hrúbkou.

Miesto pre inštaláciu ventilu č. 1 je potrebné zvoliť na prívodnom potrubí (pripája sa priamo na nádobu). Potom by sa mala upevniť horná doska a druhá trubica bublinkového typu. Ventil číslo 2 je inštalovaný na konci tejto trubice.

Pri inštalácii druhého ventilu musí byť armatúra upevnená s dostatočnou tuhosťou. Budete tiež potrebovať upínací krúžok.

Hotová verzia vodíkového horáka

Ďalšou etapou je výroba a inštalácia uzáveru, po ktorej sa ventil č. 3 naskrutkuje na potrubie. Pomocou čapov musí byť pripojený k tryske, zatiaľ čo izolácia musí byť zabezpečená pomocou gumových tesnení.

Voda v čistej forme(destilovaný) je dielektrikum a aby elektrolyzér pracoval s dostatočnou produktivitou, musí sa zmeniť na roztok.

Najlepší výkon nepreukazuje fyziologický roztok, ale alkalické roztoky. Na ich prípravu môžete do vody pridať sódu bikarbónu alebo lúh. Pre niekoho vhodné aj domáce chemikálie, ako napríklad „Mr Muscle“ alebo „Mole“.

Zariadenie s pozinkovanou doskou

Veľmi bežná verzia elektrolyzéra, používaná hlavne vo vykurovacích systémoch.

Po vyzdvihnutí základne a nádoby spoja dosky skrutkami (potrebné sú 4). Potom sa na vrch zariadenia nainštaluje izolačné tesnenie.

Steny nádoby by nemali byť elektricky vodivé, teda vyrobené z kovu. Ak je potrebné vyrobiť nádobu s vysokou pevnosťou, musíte ju vziať Plastová nádoba a vložte ho do kovového puzdra rovnakej veľkosti.

Zostáva priskrutkovať nádobu s kolíkmi k základni a namontovať uzáver so svorkami.

Model s plexisklom

Zostavenie elektrolytického článku pomocou polotovarov z organického skla nemožno nazvať jednoduchou úlohou - daný materiál dosť náročné na spracovanie.

Ťažkosti môžu tiež číhať vo fáze hľadania nádoby vhodnej veľkosti.

V rohoch dosky je vyvŕtaný jeden otvor, po ktorom sú namontované dosky. Krok medzi nimi by mal byť 15 mm.

Zapnuté ďalši krok pokračujte v inštalácii uzáveru. Rovnako ako v iných modifikáciách by sa mali použiť gumové tesnenia. Len majte na pamäti, že v tomto dizajne by ich hrúbka nemala byť väčšia ako 2 mm.

Model na elektródach

Napriek mierne alarmujúcemu názvu je táto úprava elektrolyzéra aj cenovo dostupná vlastná výroba. Tentoraz sa montáž zariadenia začína odspodu, spevňuje uzáver na pevnom oceľovom podstavci. Nádoba s elektrolytom, ako v jednej z možností opísaných vyššie, je umiestnená na vrchu.

Po uzávere pokračujte v inštalácii trubice. Ak to rozmery nádoby dovoľujú, môže byť vybavená dvoma filtrami.

• list sa nedotýka nádoby;
• vzdialenosť medzi ním (listom) a upínacími skrutkami musí byť 20 mm.

Pri tejto verzii generátora vodíka by mali byť elektródy pripevnené k bráne a svorky by mali byť umiestnené na jej druhej strane.

Použitie plastových tesnení

Možnosť výroby elektrolyzéra s polymérovými tesneniami umožňuje použitie hliníkovej nádoby namiesto plastovej. Vďaka tesneniam bude bezpečne izolovaný.

Pri vyrezávaní tesnení z plastu (budete potrebovať 4 kusy) im musíte dať tvar obdĺžnikov. Sú položené v rohoch základne a poskytujú medzeru 2 mm.

Teraz môžete začať inštalovať kontajner. Na to potrebujete ďalší list, v ktorom sú vyvŕtané 4 otvory. Ich priemer musí zodpovedať vonkajšiemu priemeru závitu M6 - pomocou týchto skrutiek sa nádoba priskrutkuje.

Steny hliníkovej nádoby sú tuhšie ako steny plastovej, takže pre bezpečnejšie upevnenie by mali byť pod hlavy skrutiek umiestnené gumené podložky.

Zvyšky Záverečná fáza– montáž uzáveru a svoriek.

Model pre dve kontaktné svorky

Pomocou valcov alebo skrutiek pripevnite plastovú nádobu k základni z oceľového alebo hliníkového plechu. Potom musíte nainštalovať uzáver.

V tejto modifikácii sa používa ihlová tryska s priemerom 3 mm alebo trochu viac. Musí byť inštalovaný na svojom mieste pripojením ku kontajneru.

Teraz pomocou vodičov musíte pripojiť svorky priamo k spodnej doske.

Rúrka sa montuje ako posledný prvok a miesto, kde je spojená s nádobou, musí byť utesnené zvieracím krúžkom.

Filtre si môžete požičať z rozbitých práčok alebo si môžete nainštalovať obyčajné „lapače blata“.

Budete tiež musieť pripevniť dva ventily na vreteno.

Elektrifikácia domu - míľnikom pri výstavbe novej budovy. – rady od profesionálnych elektrikárov.

Naučíte sa, ako si vyrobiť jednoduchý tepelný akumulátor vlastnými rukami. Rovnako ako viazanie a nastavenie systému.

Schematické znázornenie

Schematický popis elektrolýznej reakcie nezaberie viac ako dva riadky: kladne nabité vodíkové ióny sa vrhajú na záporne nabitú elektródu a záporne nabité kyslíkové ióny na kladnú. Prečo namiesto čistá voda musíte použiť elektrolytický roztok? Faktom je, že na rozbitie molekuly vody je potrebné dostatočne silné elektrické pole.

Soľ alebo zásada robí významnú časť tejto práce chemicky: atóm kovu má kladný náboj, priťahuje záporne nabité hydroxoskupiny OH a alkalický alebo kyslý zvyšok so záporným nábojom priťahuje kladné vodíkové ióny H. Elektrické pole teda môže pritiahnuť ióny k elektródam.

Schéma elektrolyzéra

Elektrolýza funguje najlepšie v roztoku sódy, ktorej jeden diel sa zriedi v štyridsiatich dieloch vody.

Najlepším materiálom pre elektródy, ako už bolo spomenuté, je nehrdzavejúca oceľ, ale zlato sa najlepšie hodí na výrobu platní. Čím väčšia je ich plocha a čím vyššia je sila prúdu, tým viac plynu sa uvoľní.

Tesnenia môžu byť vyrobené z rôznych nevodivých materiálov, ale pre túto úlohu je najvhodnejší polyvinylchlorid (PVC).

Záver

Vodík, ktorý produkuje, môže byť premenený na palivo na varenie alebo obohatený o zmes benzínu a vzduchu, čím sa zvyšuje výkon automobilových motorov.

Napriek jednoduchosti principiálne zariadenie zariadenia sa remeselníci naučili vyrábať celý riadok jeho odrody: ktorúkoľvek z nich si môže čitateľ vyrobiť vlastnými rukami.

Súvisiace video

Elektrolýza Ide o rozklad alebo čistenie látok pod vplyvom elektrického prúdu. Ide o redoxný proces, na jednej z elektród - anóde - prebieha oxidačný proces - ničí sa a na katóde - redukčný proces - sú k nej priťahované kladné ióny - katióny. Pri elektrolýze prebieha elektrolytická disociácia - rozklad elektrolytu (vodivej látky) na kladne a záporne nabité ióny (rozlišujú sa viaceré stupne disociácie).Pri zapnutí prúdu sa elektróny presúvajú z anódy na katódu, pričom roztok elektrolytu sa môže vyčerpať (ak sa zúčastňuje procesu), je potrebné ho neustále dopĺňať. Oxidačná anóda sa môže rozpustiť aj v roztoku elektrolytu – vtedy jej častice získajú kladný náboj a sú priťahované ku katóde.

Anóda - kladne nabitá elektróda - dochádza na nej k oxidácii
Katóda - záporne nabitá elektróda - obnovuje sa
Na princípe, že na rozdiel od poplatkov priťahujú, spolu s tým prichádzaseparácia alebo čistenie hmoty.

Materiál elektród môže byť rôzny v závislosti od prebiehajúceho procesu. Hmotnosť látky, ktorá sa získa pri elektrochemickej interakcii, je určená Faradayovými zákonmi a závisí od náboja (súčin sily prúdu a doby toku prúdu), závisí aj od koncentrácie elektrolytu od aktivity materiálov z z ktorých sú vyrobené elektródy. Anódy sú inertné - nerozpustné, nereagujú a aktívne - samy sa zúčastňujú interakcie (používajú sa oveľa menej často).

Na výrobu anód sa používa grafit, uhlíkovo-grafitové materiály, platina a jej zliatiny, olovo a jeho zliatiny a oxidy určitých kovov; titánové anódy sa používajú s aktívnym povlakom zo zmesi oxidov ruténia a titánu, ako aj platiny a jej zliatin.

Nerozpustné anódy sú kompozície na báze tantalu a titánu, špeciálne druhy grafitu, oxid olovnatý, magnetit. Na katódy sa zvyčajne používa oceľ.

Pre proces možno použiť nasledujúce typy elektrolytov: vodné roztoky solí, kyselín, zásad; nevodné roztoky v organických a anorganických rozpúšťadlách; roztavené soli; tuhé elektrolyty. Elektrolyty prichádzajú v rôznych stupňoch koncentrácie.

V závislosti od cieľov elektrolytických reakcií sa používajú rôzne kombinácie typov anód a katód: horizontálne s kvapalnou ortuťovou katódou, s vertikálnymi katódami a filtračnou membránou, s horizontálnou membránou, s prúdiacim elektrolytom, s pohyblivými elektródami, s objemovými elektródami , atď. Väčšina procesov má tendenciu používať materiály vytvorené na anóde aj na katóde, ale zvyčajne je jeden z produktov menej hodnotný.

Elektrolýza nachádza veľké uplatnenie v priemysle, využíva sa aj v medicíne a národnom hospodárstve.

Hlavné aplikácie elektrolýzy:

• čistenie vody pre použitie v národnom hospodárstve,
• Čistenie odpadových vôd použitých vôd z chemického priemyslu.

Na získanie látok a kovov bez nečistôt:

• Hutníctvo, hydrometalurgia - na výrobu hliníka a mnohých ďalších kovov - hliník z taveniny oxidu hlinitého v kryolite, horčík (z dolomitu a morskej vody), sodík (z kamennej soli), lítium, berýlium, vápnik (z chloridu vápenatého) alkalické kovy a kovy vzácnych zemín.
• IN chemický priemysel prijímať elektrolýzou dôležité produkty ako chlorečnany a chloristany, kyselina persírová a persírany, manganistan draselný,
• Elektrolytická extrakcia kovu - elektroextrakcia. Ruda alebo koncentrát sa pomocou určitých činidiel prenesie do roztoku, ktorý sa po vyčistení odošle na elektrolýzu. Takto sa získava zinok, meď, kadmium.
• elektrolytická rafinácia. Rozpustné anódy sú vyrobené z kovu, nečistoty obsiahnuté v surovom kove anódy sa pri elektrolýze vyzrážajú vo forme anódového kalu (meď, nikel, cín, olovo, striebro, zlato) a na katóde sa uvoľňuje čistý kov.
• Pri galvanickom pokovovaní - galvanickom pokovovaní - získavaní povlakov na kovoch, ktoré zlepšujú ich prevádzkové alebo dekoratívne vlastnosti, a galvanickom - získavaní presných kovových kópií akýchkoľvek predmetov;
• Na získanie oxidu ochranné fólie na kovy (eloxovanie); aj elektrochemické spracovanie sa používa na leštenie povrchu výrobkov a farbenie kovov,
• Existuje elektrochemické ostrenie rezné nástroje, elektrolytické leštenie, elektrické frézovanie,
• elektrolýza je tiež široko používaná v rádiotechnike.

Prideľte elektrolýzu vodné roztoky a roztavených médií, ako aj samotná výroba elektrochemických zdrojov prúdu - batérií, galvanických článkov, akumulátorov, ktorých výkon sa obnovuje prechodom prúdu v opačnom smere, ako prúd pri vybíjaní.

Hlavné typy zariadení na elektrolýzu:

• Zariadenia na výrobu a rafináciu hliníka;
• Zariadenia na elektrolýzu výroby pravých železných kovov;
• Elektrolyzéry na výrobu niklu a kobaltu;
• Zariadenia na elektrolýzu horčíka;

• Zariadenia na elektrolýzu (rafináciu) medi;
• Zariadenia na nanášanie galvanických náterov;
• Elektrolýzne zariadenia na výrobu chlóru;

• Elektrolyzéry na dezinfekciu vody.
• Elektrolyzéry vyrábajúce vodík pre jadrové elektrárne.. atď.

Vedľajším produktom mnohých redoxných reakcií je kyslík.

Počas elektrolýzy sa reguluje sila prúdu, jeho frekvencia a napätie, dokonca aj polarita, tieto parametre riadia rýchlosť a smer procesov. Elektrolytická reakcia sa vždy uskutočňuje pri jednosmernom prúde, pretože tu je veľmi dôležitá stálosť pólov. Vo veľmi zriedkavých prípadoch, keď polarita nie je významná, sa používa striedavý prúd (napríklad pri elektrolýze plynov).

Podľa konštrukcie katódového zariadenia sú moderné hliníkové elektrolyzéry rozdelené na

• Elektrolyzéry s dnom a bez dna,
• S plneným a blokovým ohniskom;
• podľa súčasného spôsobu napájania: s jednostrannou a obojstrannou schémou prípojníc;
• podľa spôsobu zachytávania plynov: pre elektrolyzéry otvorený typ, so zvonovým plynovým čerpadlom a krytým typom.

Medzi nevyhovujúce vlastnosti všetkých existujúcich prevedení hliníkových elektrolyzérov patrí nedostatočne vysoký koeficient využitia elektrickej energie, krátka životnosť a nedostatočná účinnosť zachytávania výfukových plynov. Ďalšie zdokonaľovanie konštrukcie elektrolyzéra by sa malo uberať cestou zvyšovania jeho jednotkovej kapacity, mechanizácie a automatizácie všetkých úkonov údržby, kompletného zachytávania všetkých výfukových plynov s následnou regeneráciou ich cenných zložiek.

Priemyselné elektrolýzne zariadenia majú mnoho typov konštrukcie, hlavné sú membránové a membránové. Existujú aj suché, mokré a prietokové elektrolýzne zariadenia. IN všeobecný pohľad inštalácia je uzavretý systém, obsahujúce elektródy umiestnené v zložení elektrolytu, do ktorých je privádzaný elektrický prúd s určitými charakteristikami. Elektrolytické články je možné spojiť do batérie. Existujú aj bipolárne elektrolyzéry - kde každá elektróda, s výnimkou extrémnych, funguje na jednej strane ako anóda, na druhej strane ako katóda.

Toto zariadenie pracuje pri rôznych tlakoch v závislosti od typu reakcie. Niektoré látky, ako sú plyny, vyžadujú reguláciu tlaku alebo špeciálne podmienky. Treba sledovať aj tlak plynov, ktoré sú vedľajším produktom elektrolytických reakcií. Elektrolýzne zariadenia, ktoré sa používajú na výrobu vodíka a kyslíka v elektrárňach, pracujú pod pretlakom do 10 kgf/cm2 (1 MPa).
Inštalácie sa líšia aj výkonom.

Niektoré z nich využívajú lineárne elektrické mechanizmy. Používajú sa napríklad na posúvanie elektród, nastavovanie hladiny elektrolytu, presúvanie nádrží, elektrolytických kúpeľov atď. Jeden príklad takéhoto dizajnu je znázornený na výkrese.

Všetky zariadenia na elektrolýzu musia byť uzemnené. Na prevádzku veľkého priemyselného elektrolyzéra je potrebná usmerňovacia jednotka alebo konvertorová rozvodňa na premenu striedavého prúdu na jednosmerný prúd. Stacionárne miestne osvetlenie v elektrolýzach (budovy, haly) sa zvyčajne nevyžaduje. Výnimka - základná priemyselné priestory elektrolýzne zariadenia na výrobu chlóru.

Technológie priemyselnej elektrolýzy sú rozdelené do niekoľkých typov:

• PFPB - technológia elektrolýzy s použitím vypálených anód a bodových napájačov
• CWPB - elektrolýza pomocou vypálených anód a dierovacieho lúča v strede
• SWPB - periférne spracovanie vypálených anódových článkov
• Technológia VSS - Soderberg so špičkovým prúdovým náskokom
• HSS - technológia Soderberg s bočným napájaním

Najväčší objem špecifických emisií z elektrolyzérov tvoria procesy elektrolýzy založené na Soderbergovej technológii. Táto technológia sa najčastejšie používa v hutách hliníka v Rusku a Číne. Objem špecifických emisií z takýchto elektrolyzérov je oveľa vyšší v porovnaní s inými technológiami. Počet emisií fluórovaných uhľovodíkov sa znižuje aj štúdiom technologických parametrov anódového efektu, ktorého zníženie ovplyvňuje aj množstvo emisií.

Modely priemyselných elektrolyzérov

Uhlíkové anódy (a grafit je alotop uhlíka) majú významnú nevýhodu - počas reakcie uvoľňujú oxid uhličitý do atmosféry, čím ju znečisťujú. V súčasnosti je obzvlášť dôležitá technológia inertnej anódy, teraz je táto technológia testovaná známy výrobca hliník. Jeho podstatou je, že sa používa bezuhlíková anóda, ktorá nevstupuje do reakcií, a ako vedľajší produkt sa do atmosféry uvoľňuje nie oxid uhličitý, ale čistý kyslík.

Táto technológia výrazne zvyšuje ekologickosť výroby, no zatiaľ je v štádiu testovania.

Napriek tomu veľká rozmanitosť elektrolyty, elektródy, elektrolyzéry, existujú bežné problémy technická elektrolýza. Patria sem prenos nábojov, tepla, hmoty, rozloženie elektrických polí. Na urýchlenie procesu prenosu je vhodné zvýšiť rýchlosť všetkých prúdov a použiť nútenú konvekciu. Elektródové procesy možno riadiť meraním obmedzujúcich prúdov.

Elektrolýza je široko používaná vo výrobnom sektore, napríklad na výrobu hliníka (stroje s vypaľovanou anódou RA-300, RA-400, RA-550 atď.) alebo chlóru (priemyselné závody Asahi Kasei). V každodennom živote sa tento elektrochemický proces používal oveľa menej často, napríklad bazénový elektrolyzér Intellichlor alebo plazma zváračka Star 7000. Nárast cien paliva, plynu a kúrenia radikálne zmenil situáciu, vďaka čomu je myšlienka elektrolýzy vody doma populárna. Zvážte, aké sú zariadenia na delenie vody (elektrolyzéry) a aký je ich dizajn, ako aj to, ako si vyrobiť jednoduché zariadenie vlastnými rukami.

Čo je elektrolyzér, jeho vlastnosti a použitie

Toto je názov zariadenia pre elektrochemický proces s rovnakým názvom, ktorý vyžaduje externý zdroj výživa. Štrukturálne je toto zariadenie vaňa naplnená elektrolytom, v ktorej sú umiestnené dve alebo viac elektród.

Hlavná charakteristika podobné zariadenia- výkon, tento parameter je často uvedený v názve modelu, napríklad v stacionárnych elektrolyzéroch SEU-10, SEU-20, SEU-40, MBE-125 (membránové blokové elektrolyzéry) atď. V týchto prípadoch čísla označujú produkciu vodíka (m 3 /h).

Pokiaľ ide o ostatné charakteristiky, závisia od konkrétneho typu zariadenia a rozsahu použitia, napríklad keď sa vykonáva elektrolýza vody, účinnosť inštalácie ovplyvňujú nasledujúce parametre:

Privedením 14 voltov na výstupy teda dostaneme 2 volty na každý článok, pričom dosky na každej strane budú mať rôzne potenciály. Elektrolyzéry využívajúce podobný systém pripojenia dosiek sa nazývajú suché elektrolyzéry.

1. Vzdialenosť medzi doskami (medzi katódovým a anódovým priestorom), čím je menšia, tým menší bude odpor, a preto cez roztok elektrolytu prejde väčší prúd, čo povedie k zvýšeniu produkcie plynu.
2. Rozmery dosky (čo znamená plocha elektród) sú priamo úmerné prúdu pretekajúcemu elektrolytom, čo znamená, že ovplyvňujú aj výkon.
3. Koncentrácia elektrolytu a jeho tepelná rovnováha.
4. Charakteristika materiálu použitého na výrobu elektród (zlato je ideálny materiál, ale príliš drahé, takže v domáce schémy používa sa nehrdzavejúca oceľ).
5. Aplikácia procesných katalyzátorov atď.

Ako je uvedené vyššie, nastavenia tohto typu môže byť použitý ako generátor vodíka na výrobu chlóru, hliníka alebo iných látok. Používajú sa aj ako zariadenia na čistenie a dezinfekciu vody (UPEV, VGE), ako aj komparatívna analýza jeho kvality (Tesp 001).

Nás zaujímajú predovšetkým zariadenia, ktoré vyrábajú Brownov plyn (vodík s kyslíkom), keďže práve táto zmes má všetky predpoklady na využitie ako alternatívny nosič energie alebo prísada do paliva. Budeme ich zvážiť o niečo neskôr, ale teraz prejdime k dizajnu a princípu fungovania najjednoduchšieho elektrolyzéra, ktorý rozdeľuje vodu na vodík a kyslík.

Zariadenie a podrobný princíp činnosti

Zariadenie na výrobu detonačného plynu z bezpečnostných dôvodov neznamená jeho akumuláciu, to znamená, že zmes plynov je spálená ihneď po prijatí. To trochu zjednodušuje dizajn. V predchádzajúcej časti sme zvážili hlavné kritériá, ktoré ovplyvňujú výkon zariadenia a kladú určité požiadavky na výkon.

Princíp činnosti zariadenia je znázornený na obrázku 4, zdroj konštantného napätia je pripojený k elektródam ponoreným do roztoku elektrolytu. V dôsledku toho cez ňu začne prechádzať prúd, ktorého napätie je vyššie ako bod rozkladu molekúl vody.

Výsledkom tohto elektrochemického procesu je, že katóda uvoľňuje vodík a anóda uvoľňuje kyslík v pomere 2:1.

Typy elektrolyzérov

Poďme sa v krátkosti pozrieť dizajnové prvky hlavné typy zariadení na delenie vody.

Suché

Konštrukcia zariadenia tohto typu bola znázornená na obrázku 2, jeho vlastnosťou je, že manipuláciou s počtom článkov je možné zariadenie napájať zo zdroja s napätím výrazne prevyšujúcim minimálny potenciál elektródy.

Tečúce

Zjednodušené usporiadanie zariadení tohto typu možno nájsť na obrázku 5. Ako vidíte, konštrukcia obsahuje kúpeľ s elektródami "A", úplne naplnený roztokom a nádrž "D".

Princíp činnosti zariadenia je nasledujúci:

• na vstupe do elektrochemického procesu je plyn spolu s elektrolytom vytláčaný do nádoby "D" cez potrubie "B";
• v nádrži "D" dochádza k oddeleniu od roztoku elektrolytu plynu, ktorý sa vypúšťa cez výstupný ventil "C";
• elektrolyt sa vracia do hydrolyzačného kúpeľa potrubím „E“.

Membrána

Hlavnou črtou zariadení tohto typu je použitie pevného elektrolytu (membrány) na báze polyméru. Konštrukciu zariadení tohto typu možno nájsť na obrázku 6.

Hlavnou črtou takýchto zariadení je dvojitý účel membrány, ktorá nielen prenáša protóny a ióny, ale oddeľuje aj elektródy a produkty elektrochemického procesu na fyzikálnej úrovni.

Membrána

V prípadoch, keď nie je povolená difúzia produktov elektrolýzy medzi elektródovými komorami, používa sa porézna membrána (ktorá dala názov takýmto zariadeniam). Materiálom môže byť keramika, azbest alebo sklo. V niektorých prípadoch môžu byť na vytvorenie takejto membrány použité polymérové ​​vlákna alebo sklenená vlna. Obrázok 7 ukazuje najjednoduchšia možnosť membránové zariadenie pre elektrochemické procesy.

Vysvetlenie:

1. výstup pre kyslík.
2. Banka v tvare U.
3. Výstup pre vodík.
4. anóda.
5. Katóda.
6. Membrána.

zásadité

Elektrochemický proces nie je možný v destilovanej vode, ako katalyzátor sa používa koncentrovaný alkalický roztok (použitie soli je nežiaduce, pretože sa uvoľňuje chlór). Na základe toho možno väčšinu elektrochemických zariadení na štiepenie vody nazvať alkalickými.

Na tematických fórach sa odporúča používať hydroxid sodný (NaOH), ktorý na rozdiel prášok na pečenie(NaHCO 3), nekoroduje elektródu. Všimnite si, že posledný má dve významné výhody:

1. Môžete použiť železné elektródy.
2. Neuvoľňujú sa žiadne škodlivé látky.

Jedna významná nevýhoda však neguje všetky výhody sódy bikarbóny ako katalyzátora. Jeho koncentrácia vo vode nie je väčšia ako 80 gramov na liter. Tým sa znižuje mrazuvzdornosť elektrolytu a jeho prúdová vodivosť. Ak to prvé možno ešte tolerovať v teplom období, druhé si vyžaduje zväčšenie plochy elektródových dosiek, čo zase zväčšuje veľkosť konštrukcie.

Elektrolyzér na výrobu vodíka: výkresy, schéma

Zvážte, ako môžete urobiť silného plynový horák poháňaná zmesou vodíka a kyslíka. Schéma takéhoto zariadenia je na obrázku 8.

Vysvetlenie:

1. Tryska horáka.
2. gumené rúrky.
3. Druhý vodný zámok.
4. Prvý vodný zámok.
5. anóda.
6. Katóda.
7. Elektródy.
8. Elektrolyzérový kúpeľ.

Obrázok 9 ukazuje schému zapojenia napájací zdroj pre elektrolyzér nášho horáka.

Pre výkonný usmerňovač potrebujeme nasledujúce časti:

• Tranzistory: VT1 - MP26B; VT2 - P308.
• Tyristory: VS1 - KU202N.
• Diódy: VD1-VD4 - D232; VD5 - D226B; VD6, VD7 - D814B.
• Kondenzátory: 0,5uF.
• Variabilné odpory: R3 -22 kOhm.
• Rezistory: R1 - 30 kOhm; R2 - 15 kOhm; R4 - 800 Ohm; R5 - 2,7 kOhm; R6 - 3 kOhm; R7 - 10 kOhm.
• PA1 - ampérmeter s meracou stupnicou najmenej 20 A.

Stručný návod na podrobnosti o elektrolyzéri.

Kúpeľ môže byť vyrobený zo starej batérie. Dosky by sa mali odrezať 150 x 150 mm zo strešnej krytiny (hrúbka plechu 0,5 mm). Ak chcete pracovať s vyššie uvedeným napájaním, budete musieť zostaviť elektrolyzér pre 81 článkov. Nákres, podľa ktorého sa inštalácia vykonáva, je znázornený na obrázku 10.

Upozorňujeme, že údržba a správa takéhoto zariadenia nespôsobuje ťažkosti.

Urob si svojpomocne elektrolyzér do auta

Na internete nájdete množstvo schém HHO systémov, ktoré vám podľa autorov umožňujú ušetriť od 30 % do 50 % paliva. Takéto tvrdenia sú príliš optimistické a vo všeobecnosti nie sú podložené žiadnymi dôkazmi. Zjednodušená schéma takéhoto systému je znázornená na obrázku 11.

Teoreticky by takéto zariadenie malo znížiť spotrebu paliva kvôli jeho úplnému vyhoreniu. Za týmto účelom sa Brownova zmes privádza do vzduchového filtra palivového systému. Je to vodík a kyslík získaný z elektrolyzéra poháňaného o interná sieť vozidla, čo zvyšuje spotrebu paliva. Začarovaný kruh.

Samozrejme sa dá použiť obvod PWM regulátora prúdu, efektívnejší spínaný zdroj alebo iné triky na zníženie spotreby energie. Niekedy na internete existujú ponuky na nákup nízkoampérového PSU pre elektrolyzér, čo je vo všeobecnosti nezmysel, pretože výkon procesu priamo závisí od aktuálnej sily.

Je to ako systém Kuznetsov, ktorého aktivátor vody sa stratil a neexistuje žiadny patent atď. Vo videách nižšie, kde sa o nich hovorí nepopierateľné výhody takéto systémy prakticky neexistujú odôvodnené argumenty. Neznamená to, že myšlienka nemá právo na existenciu, no tvrdené úspory sú „mierne“ prehnané.

Urob si svojpomocne elektrolyzér na vykurovanie domácností

Výroba domáceho elektrolyzéra na vykurovanie domu v súčasnosti nemá zmysel, pretože náklady na vodík získaný elektrolýzou sú oveľa drahšie zemný plyn alebo iné chladiace kvapaliny.

Treba mať tiež na pamäti, že žiadny kov nevydrží teplotu spaľovania vodíka. Je pravda, že existuje riešenie, ktoré si Stan Martin patentoval a ktoré vám umožňuje tento problém obísť. Je potrebné venovať pozornosť kľúčovému bodu, ktorý vám umožňuje rozlíšiť hodnotný nápad od zjavného nezmyslu. Rozdiel medzi nimi je v tom, že prvý má udelený patent a druhý nachádza svojich priaznivcov na internete.

Týmto by sa článok o domácich a priemyselných elektrolyzéroch mohol skončiť, no má zmysel urobiť si malý prehľad firiem, ktoré tieto zariadenia vyrábajú.

Prehľad výrobcov elektrolyzérov

Uvádzame výrobcov, ktorí vyrábajú palivové články na báze elektrolyzérov, niektoré spoločnosti vyrábajú aj domáce spotrebiče: NEL Hydrogen (Nórsko, na trhu od roku 1927), Hydrogenics (Belgicko), Teledyne Inc (USA), Uralkhimmash (Rusko), RusAl (Rusko, výrazne zlepšila technológiu Soderberg), RutTech (Rusko).