Procesele electrochimice se bazează pe transformări reciproce ale energiei chimice în energie electrică și electrică în energie chimică. Industria electrochimică, bazată pe procesele electrochimice, este una dintre cele mai mari ramuri ale economiei naționale.
Dezvoltarea rapidă a electrochimiei și introducerea proceselor electrochimice în diferite industrii se datorează marilor avantaje ale metodei electrochimice în comparație cu, de exemplu, cele chimice. În producția electrochimică, echipamentul este mai simplu și în multe cazuri și mai compact, numărul etapelor și operațiunilor de producție scade, materiile prime sunt de-rădăcină, iar gradul de utilizare completă este mai mare; primirea de subproduse de marfă valoroase reduce costul primar al produselor de bază. Unul dintre principalele avantaje ale metodelor electrochimice este puritatea înaltă a produselor obținute. Principalul dezavantaj al producției electrochimice este consumul mare de energie electrică, care reprezintă partea principală a costului produselor.
FUNDATIA TEORETICA A ELECTROLIZEI SOLUTIILOR DE APA SI MEDIA MOLTENATA
În timpul electrolizei, reacțiile chimice apar în soluția apoasă electrolitic sau se topesc sub influența unui curent electric constant. În unele cazuri, un curent alternativ (preparare de dioxid de mangan pe electrozii de platină) sau impunerea unui curent alternativ cu o constantă, în scopul de a spori (metalele electrorefining) Eficiența DC-TION. Natura chimică a electrolizei este reacții de oxidare ing restauratoare-: anioni anod dona electroni, adică lyayutsya-oxizi și cationi pe catod accepta electroni, adică RESET-navlivayutsya ..... Dacă se efectuează electroliza cu un anod metalic solubil, atunci echilibrul este restabilit prin trecerea în soluția de cationi ai metalului anodului (rafinarea metalelor).
În electrolit, există de obicei mai multe tipuri de ioni, dintre care unul este descărcat la electrod, care are un potențial minim de electrod; în consecință, pe electrozii se obțin substanțe pure.
În practică, procedura de alocare a produselor de electroliză la electrozi este determinată nu numai de valorile potențialului lor de electrod standard, dar condițiile de electrod resturi electrolizei :. Mater și starea suprafeței sale, concentrația de electroni trolita, intensitatea neliniștii, temperatura, etc. Prin alegerea condițiilor de prelucrare a electroliză pot fi schimbate ordinea descărcării ionilor și pentru a atinge o selectivitate suficient de mare a procesului. În acest scop, de exemplu, se folosește fenomenul de polarizare (supratensiune) pe unii electrozi. Polarizarea electrozilor - abaterea potențialului electrodului de la valoarea standard (normală) în condiții reale de electroliză. Viteza procesului electrochimic este determinată de viteza celui mai lent stadiu. În stadiul limitator al transferului de masă, polarizarea se numește concentrație. Dacă etapa de ionizare de limitare de descărcare, polarizarea-TION și numită suprapotențial materialului electrodului este determinat, starea suprafeței sale, densitatea de curent, temperatura, compoziția soluție.
Metalele ușoare (litiu, potasiu, sodiu, magneziu, aluminiu), precum și unele metale grele, de exemplu plumb, nu pot fi obținute prin electroliza soluțiilor apoase, deoarece sunt mai electronegative decât hidrogenul; În timpul electrolizei soluțiilor apoase de săruri ale acestor metale, hidrogenul este eliberat pe catod. Metalele, ale căror potențial electrod este electronegativ, se obține prin electroliza mediilor care nu conțin hidrogen, adică săruri topite, oxizi sau hidroxizi metalici. Electroliza mediilor topite se bazează pe aceleași regularități ca electroliza soluțiilor apoase, dar are caracteristici și diferențe caracteristice determinate de alte condiții, în special temperaturi ridicate - până la 1400 ° C.
Electroliza apei este o metodă bine dezvoltată și industrializată de producere a hidrogenului. În timp ce această metodă este utilizată într-o scară relativ mică datorită consumului ridicat de energie și a hidrogenului electrolitic la prețul costului, acesta nu poate concura cu metodele de conversie obținute. În cazul electrolizei apei, în plus față de hidrogenul eliberat la catod, oxigenul este folosit ca un produs secundar valoros pe anod, utilizat în metalurgie, industria chimică și în alte ramuri ale economiei naționale. Descompunerea electrolitică a apei se efectuează în prezența electrolitului de fond - acizi, baze sau săruri, deoarece conductivitatea electrică a apei este foarte mică. Pentru producerea de hidrogen, electroliza se efectuează în soluții apoase de alcalii - NaOH sau KOH, care sunt mai puțin agresive în ceea ce privește materialele structurale ale electrozi și bai de electroliză decât acizii (deși conductivitatea electrică a acizilor este mai mare). Materialul pentru catozi este oțelul; Uneori, pentru a reduce supratensiunea de hidrogen pe catodul din oțel, se aplică o acoperire cu conținut de sulf care conține nichel. Anodul este de asemenea realizat din oțel placat cu nichel pentru protecția împotriva coroziunii.
În condiții standard, tensiunea teoretică a descompunerii apei este de 1,23 V. Tensiunea efectivă aplicată electrolizei în timpul electrolizei apei este mult mai mare datorită polarizării electrozilor și este de 2,3-2,5 V.
Pentru a reduce supratensiunea de hidrogen și oxigen pe electrozii, precum și pentru a reduce rezistența electrolitului, electroliza soluțiilor alcaline se efectuează la temperaturi ridicate. Dependența rezistivității electrolitului alcalin la temperatură este prezentată în Fig. 1.
La temperaturi de peste 100 ° C, rezistivitatea electrolitului și, în consecință, tensiunea din celulă crește datorită creșterii umpluturii cu gaz a electrolitului. La temperaturi ridicate, electroliza se efectuează sub presiune, ceea ce reduce umplerea cu gaz a electrolitului și polarizarea electrozilor. Aplicarea unei presiuni de 1 MPa permite efectuarea electrolizei apei la o temperatură de aproximativ 120 ° C.
Schema celulei bipolare este prezentată în Fig. 2. Celula este format din două oțel bipolare elec-trodes și cadru de oțel placat cu nichel, la care este montat în Risto cu membrană care separă cavitatea interioară a celulei într-un anod și un spațiu catodic pentru izolarea separată ka-todnogo (hidrogen) și produsele anodice (oxigen). Electrozii bipolare la distanță sunt fixați cu electrozi perforați în scopul dezvoltării unei suprafețe de electrod pe care se desfășoară reacțiile electrochimice. Ca o diafragmă poroasă, este utilizată țesătură de azbest armată cu sârmă de nichel. Celulele Unite secventa telno constituie o construcție bipolară în care toți electrozii intermediare funcționează pe de o parte ca anod și pe de altă parte - ca un catod și electrozii monopolare ultraperiferice funcționează; La electrozii extrem de monopolari este furnizat un curent electric constant. Electrolitul circulă între electrolizor și separatoare, în care produsele gazoase de electroliză sunt separate de lichid. Hidrogenul și oxigenul separat în separatoare sunt conectate la fluxurile principale de gaze care părăsesc electrolizorul în canalele de colectare, iar electrolitul este returnat la electrolizor. Filtrele comprimate de electroliză diferă în ceea ce privește compactitatea și distanța minimă dintre elementele electrodice la o productivitate ridicată.
Costul energiei electrice este de 90% din costul hidrogenului electrolitic, iar gradul de utilizare a electricității nu depășește 30%. Aceasta limitează scara producției de hidrogen electrolitic.
Pentru a produce hidrogen, sunt propuse diferite procese termoelectrochimice (cicluri).
Ciclul acidului sulfuric cuprinde două etape:
1) electroliza unei soluții de acid sulfuric cu evoluția hidrogenului pe catod și oxidarea dioxidului de sulf la anod în funcție de reacția totală
2) descompunerea termică a acidului sulfuric obținut în stadiul de electroliză, cu formarea de dioxid de sulf (900 ° C)
În Fig. 3 prezintă schema etapei electrochimice a sistemului combinat. Dioxidul de sulf este alimentat în cavitatea interioară a anodului poros, prin porii căruia SO2 difuzează la suprafață și se oxidează pe acesta. Ionii ioni de ioni formați migrează, trec prin diafragma poroasă în spațiul catodic și sunt reduse pe catod, formând gaz de hidrogen. Acidul sulfuric circulă în sistem. În electrolizi, catodul este fabricat din oțel inoxidabil, rezistent la acidul sulfuric. Anodul este un bloc interior, blocat de grafit poros.
În producția pe scară largă a hidrogenului electrolitic în România
o cascadă de celule conectate în serie, ca produs secundar, apa grea se obține prin concentrarea treptată a apei grele în electrolize și extragerea acesteia prin schimb izotopic.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: