Электролизер что это такое

Электролизер своими руками: принцип работы, порядок создания

электролизер что это такое

Наверное, вам знаком процесс электролиза ещё из школьной программы. Это когда в воду ставят 2 полярных электрода под током, чтобы получить металлы или неметаллы в чистом виде. Электролизер нужен для того, чтобы разложить молекулы воды на кислород и водород. Электролизер, являясь частью научных механизмов, разделяет молекулы на ионы.

Существуют два типа этого прибора:

  • Сухой электролизер (это полностью закрытая ячейка);
  • Мокрый электролизер (это две пластины из металла, помещенные в контейнер с водой).

Этот аппарат простой в плане устройства, что позволяет его использовать даже в домашних условиях. Электролизеры разделяют ионные заряды атомов молекул на заряженные атомы.

В нашем случае он разделяет воду на положительный водород и отрицательный кислород. Для этого требуется огромное количество энергии, и чтобы уменьшить количество требуемой энергии, используют катализатор.

Создаем прибор своими руками

Прибор для этого процесса можно сделать самостоятельно.

Для этого понадобятся:

  • Лист нержавеющей стали;
  • Болты М6 х 150;
  • Шайбы;
  • Гайки;
  • Прозрачная трубка;
  • Штуцеры;
  • Пластиковый контейнер на полтора литра;
  • Фильтр для очистки воды;
  • Обратный клапан для воды.

Отличный вариант нержавейки — AISI 316L иностранного производителя или 03Х16Н15М3 отечественного производителя. Совсем не обязательно покупать нержавейку, можно взять старую. Вам будет достаточно 50 на 50 сантиметров .

«Зачем брать именно нержавейку?» — спросите вы. Потому что на обычном металле появится ржавчина. Нержавейка лучше переносит воздействие щелочей. Следует разметить лист так, чтобы разделить его на 16 одинаковых квадратов. Распилить его можно болгаркой. В каждом квадрате спилите один из углов.

На противоположной стороне и противоположном углу, от спиленного угла, просверлите дырку для болта, который поможет скрепить пластины. Электролизер работает так: от пластины к пластине идёт электричество – и вода распадается на кислород и водород. Поэтому нам понадобится положительная и отрицательная пластина.

Пластины следует подключать по очереди: плюс-минус-плюс-минус, при таком методе будет сильный ток. Для изолирования пластин друг от друга, используется трубка. От уровня отрезают кольцо. Разрезая его, мы получаем полоску толщиной в миллиметр. Такое расстояние является наиболее оптимальным для производства газа.

Пластины соединяются между собой с помощью шайб: на болт насаживаем шайбу, потом пластину и три шайбы, потом снова пластина и так далее. На плюс и минус нужно насадить по восемь пластинок. Если всё выполнить правильно, то спилы пластин не заденут электроды.

После потребуется затянуть гайки и изолировать пластины. Затем помещаем конструкцию в пластиковый контейнер.

Доводка и тестирование прибора

После этого следует определить, где болты касаются стен бокса и, в тех местах, просверлить две дырочки. Если вдруг так выйдет, что болты не помещаются в ёмкость, то их следует обрезать и затянуть для герметичности гайками. Теперь следует просверлить крышку и вставить туда штуцеры. Чтобы обеспечить герметичность, следует промазать шов с помощью силиконового герметика.

После сборки своими руками своего электролизера, следует его протестировать. Для этого подключаете прибор к источнику питания, наполняете его водой до болтов, надеваете крышку, подключив к штуцеру трубку и опустив противоположный конец трубки в воду. Если слабый ток, то внутри электролизера будет виден ток.

Постепенно увеличивайте мощность тока в сделанном своими руками приборе. Дистиллированная вода плохо проводит электричество, так как в ней нет солей и примесей. Чтобы приготовить электролит, нужно добавить щёлочь в воду. Для этого следует взять гидроксид натрия (содержится в средствах для очистки труб типа «Крота»). Защитный клапан нужен, чтобы препятствовать накоплению большого количества газа.

Советы

  • В качестве катализатора лучше использовать дистиллированную воду и соду.
  • Следует смешать часть соды к сорока частям воды. Боковые стенки лучше сделать из оргстекла.
  • Электроды лучше сделать из нержавейки. Для пластин лучше всего использовать золото.
  • В качестве прокладок используйте прозрачный поливинилхлорид. Они бывают размером 200 на 160 миллиметров.
  • Свой электролизер, изготовленный своими руками, можно использовать для приготовления пищи, для полного сгорания бензина в автомобилях и во многих других случаях.

Для автомобилей используют, как правило, сухие электролизеры. Генератор увеличивает мощность двигателя внутреннего сгорания. Водород зажигается гораздо быстрее, чем жидкое топливо, увеличивая силу поршня.

Кроме «Крота» можно взять «Мистер Мускул», каустическую соду, пищевую соду.

На чистой воде генератор не работает. Подключать электричество лучше так: первую и последнюю пластину – минус, а на пластину посередине – плюс. Чем больше площадь пластин и сильнее ток, тем больше газа выделяется.

Источник: https://elektro.guru/elektrooborudovanie/dlya-avtomobilya/sdelat-elektrolizer-svoimi-rukami.html

Применение прямоходных механизмов, электроприводов в электролизных установках, электролизерах различных типов. Механизмы для электролизеров

электролизер что это такое

Электролиз — это расщипление или очищение веществ под воздействием электрического тока. Это окислительно-восстановительный процесс, на одном из электродов — аноде — происходит процесс окисления — он разрушается, а на катоде — процесс восстановления — к нему притягиваются положительные ионы — катионы.

При электролизе проходит электролитическая диссоциация — распад электролита (токопроводящего вещества) на положительно и отрицательно заряженные ионы (выделяют несколько степеней диссоциации).При включении тока происходит движение электронов от анода к катоду, при этом раствор электролита может обедняться (если он учавствует в процессе), его нужно постоянно пополнять.

 Окисляющийся анод может также растворяться в растворе электролита — тогда его частицы приобретают положительный заряд и притягиваются к катоду.

Анод — положительно заряженный электрод — на нем идет окисление
Катод — отрицательно заряженный электрод — на нем идет восстановление
Исходя из принципа, что разноименые заряды притягиваются, вместе с этим идет разделение или очищение вещества.

Материал электродов может быть различным, в зависимости от проиходящего процесса. Масса вещества которое получается при электрохимическом взаимодействии, определяется законами Фарадея и зависит от заряда (произведение силы тока на время протекания тока), также зависит от концентрации электролита от активности материалов, из которых сделаны электроды.  Аноды бывают инертные — нерастворимые, не вступают в реакции и активные — сами участвуют во взаимодействии (применяются гораздо реже).

Для изготовления анодов применяют графит, углеграфитовые материалы, платину и ее сплавы, свинец и его сплавы, окислы некоторых металлов; используются титановые аноды с активным покрытием из смеси окислов рутения и титана, а также платины и её сплавов.

Нерастворимые аноды — это композиции на основе тантала и титана специальные сорта графита, двуокись свинца, магнетит. Для катодов обычно используется сталь.

Для процесса могут быть использованы следующие типы электролитов: водные растворы солей, кислот, оснований; неводные растворы в органических и неорганических растворителях; расплавленные соли; твердые электролиты. Электролиты бывают различной степени концентрации.

В зависимости от целей электролитических реакций, используют различные сочетания типов анодов и катодов: горизонтальные с жидким ртутным катодом, с вертикальными катодами и фильтруюшей диафрагмой, с горизонтальной диафрагмой, с проточным электролитом, с движущимися электродами, с насыпными электродами и т.д. В большинстве процессов стремятся использовать вещества образующиеся и на аноде, и на катоде, однако обычно один из продуктов менее ценен.

Электролиз находит огромное применение в промышленности, также он используется в медицине и народном хозяйстве.

Основные применения электролиза:

  • Чистка воды для использования в народном хозяйстве,
  • Очистка сточных вод использованных вод с химических производств.

Для получения веществ и металлов без примесей:

  • Металлургия, гидрометаллургия — для производства алюминия и многих других металлов — алюминия из расплава оксида алюминия в криолите, электролизом получают магний (из доломита и морской воды), натрий (из каменной соли), литий, бериллий, кальций (из хлорида кальция), щелочные и редкоземельных металлы.
  • В химической промышленности электролизом получают такие важные продукты как хлораты и перхлораты, надсерную кислоту и персульфаты, перманганат калия,
  • Электролитическое выделение металла — электроэкстракция. Руда или концентрат определенными реагентами переводится в раствор, который после очистки направляют на электролиз. Так получают цинк, медь, кадмий.
  • Электролитическое рафинирование. Из металла изготавливают растворимые аноды, примеси, содержащиеся в черновом металле анода выпадают в виде анодного шлама (медь, никель, олово, свинец, серебро, золото), при электролизе, а чистый металл выделяется на катоде.
  • В гальванотехники — гальваностегия — получение покрытий но металлах, улучшающие их эксплуатационные или декоративные свойства и гальванопластика — получение точных металлических копий любых предметов;
  • Для получения оксидных защитных пленок на металлах (анодирование); также электрохимическая обработка используется для полировки поверхности изделий и окрашивания металлов,
  • Существует электрохимическая заточка режущих инструментов, электрополирование, электрофрезирование,
  • также электролиз широко применяется в радиотехнике.

Выделяют электролиз водных растворов и расплавленных сред, а также производство самих электрохимических источников тока — батарей, гальванических элементов, аккумуляторов работоспособность которых восстанавливается пропусканием тока в направлении, противоположном тому, в котором ток протекал при разрядке.

Основные типы электролизных установок:

  • Установки для получения и рафинирования алюминия;
  • Электролизные установки ферросправного производства;
  • Электролизеры никель-кобальтового производства;
  • Установки для электролиза магния;
  • Установки электролиза (рафинирования) меди;
  • Установки для нанесения гальванических покрытий;
  • Электролизные установки получения хлора;
  • Электролизеры для обеззараживания воды.
  • Электролизеры, производящие водород для атомных станций .. и т.п.

Побочным продуктов многих окислительно-восстановительных реакций является кислород.

При электролизе регулируют силу тока, его частоту и напряжение, даже полярность, эти параметры управляют скоростью и направленностью процессов. Реакция электролиза всегда проводится при постоянном токе, так как здесь очень важно постояноство полюсов. В очень редких случаях, когда полярность не значима используется переменный ток (например, при электролизе газов).

Современные алюминиевые электролизеры по конструкции катодного устройства подразделяют на

  • Электролизеры с днищем и без днища,
  • С набивной и блочной подиной;
  • по способу токоподвода: с односторонней и двусторонней схемой ошиновки;
  • по способу улавливания газов: на электролизеры открытого типа, с колокольным газоотсосом и укрытого типа.

К неудовлетворительным свойствам всех существующих конструкций алюминиевых электролизеров следует отнести недостаточно высокий коэффициент использования электроэнергии, непродолжительный срок их службы и недостаточную эффективность улавливания отходящих газов.

Дальнейшее совершенствование конструкции электролизеров должно идти по пути увеличения его единичной мощности, механизации и автоматизации всех операций обслуживания, полного улавливания всех отходящих газов с последующей регенерацией их ценных компонентов.

Промышленные электролизные установки имеют множество типов конструкции, основные это мембранные и диафрагменные. Также выделяют сухие, мокрые и проточные электролизные установки.

В общем виде установка — это закрытая система, содержащая электроды, помещенные в состав электролита, к которой подводится электрический ток с определенными характеристиками. Электролизные ячейки могут быть объединены в батарею.

Существуют также биполярные электролизеры — где каждый электрод, за исключением крайних работает с одной стороны как анод, с другой стороны как катод.

Данное оборудование работает при различном давлении, в зависимости от типа реакции. Для получения некоторых веществ — например, при получении газов требуется регулировка давления или особые условия.

Также нужно следить за давлением газов, которые являются побочным продуктом электролитических реакций. Электролизные установки, которые используются для получения водородв и кислорода на электростанциях работают под избыточным давлением до 10 кгс/см2 (1 МПа).

Установки также отличаются своей производительностью.

В некоторых их них используются прямоходные электрические механизмы. Например, они применяются для перемещения электродов, регулирования уровня электролита, перемещения резервуаров, ванн с электролитом и т.п. Один из примеров такой конструкции приведен на чертеже.

Все электролизные установки должны быть заземлены. Для работы большого промышленного электролизера нужен выпрямительный агрегат или преобразовательная подстанция для преобразования переменного тока в постоянный. Стационарное местное освещение в цехах (корпусах, залах) электролиза обычно не требуется. Исключение — основные производственные помещения электролизных установок получения хлора.

 Технологии промышленного электролиза подразделяются на несколько типов:

  • PFPB — технология электролиза с использованием обожженных анодов и точечных питателей
  • CWPB — электролиз с использованием обожженных анодов и балки продавливания по центру
  • SWPB — периферийная обработка электролизеров с обожженными анодами
  • VSS — технология Содерберга с верхним токоподводом
  • HSS — технология Содерберга с боковым токоподводом

Наибольший объем удельных выбросов из электролизеров приходится на процессы электролиза, в основе которых лежит технология Содерберга. Данная технология получила наибольшее распространение на алюминиевых заводах России и Китая. Объем удельных выбросов из таких электролизерах значительно выше относительно других технологий. Количество выбросов фторуглеродов сокращают в том числе и изучая технологические параметры анодного эффекта, снижение которого также влияет на количество выбросов.

Модели промышленных электролизеров

У углеродных анодов (а графит — это аллотоп углерода) — есть существенный недостаток — при проведении реакции они выбрасывают в атмосферу углекислый газ, тем самым загрязняя ее. В настоящее время особенно актуальна технология инертного анода, сейчас данную технологию тестирует известный производитель алюминия. Суть ее в том, что для используется не вступающий в реакции безуглеродный анод, и как побочный продукт в атмосферу выделяется не углекислый газ, а чистый кислород.

Данная технология существенно повышает экологичность производства, но пока она находится на этапе тестирования.

Несмотря на большое разнообразие электролитов, электродов, электролизеров, имеются общие проблемы технического электролиза. К ним следует отнести перенос зарядов, тепла, массы, распределение электрических полей. Для ускорения процесса переноса целесообразно увеличивать скорости всех потоков и применять принудительную конвекцию. Электродные процессы могут контролироваться путем измерения предельных токов.

Источник: http://www.servomh.ru/stati/primenenie-pryamohodnyh-mehanizmov-v-elektroliznyh-ustanovkah-elektrolizerah

Раздел 7. Электрооборудование специальных установок

электролизер что это такое

7.10.1. Настоящая глава Правил распространяется на расположенные внутри зданий (исключения приведены в 7.10.4) производственные и опытно-промышленные установки электролиза водных растворов кислот, щелочей и солей с получением и без получения металлов, установки электролиза расплавленных солей, окислов и щелочей и установки гальванических покрытий изделий (деталей) черными и цветными металлами, в том числе редкими и драгоценными.

7.10.2. Электролизные установки и установки гальванических покрытий и используемое в них электротехническое и др. оборудование или устройства, кроме требований настоящей главы, должны удовлетворять также требованиям разделов 1-6 и гл. 7.3-7.5 Правил в той мере, в какой они не изменены настоящей главой.

Определения. Состав установок

7.10.3. Установки электролизные и гальванических покрытий — комплексы, состоящие из одной или нескольких ванн (соответственно электролизных — электролизеров или гальванических) и из требующихся для осуществления в них рабочего процесса выпрямительных агрегатов (см. 7.10.

4), другого электротехнического оборудования общего назначения и специального, комплектных устройств и вспомогательных механизмов, магистральных, межванных и других токопроводов, кабельных линий и электропроводок (включая проводки вспомогательных цепей: систем управления, сигнализации, измерения, защиты), а также кранового и вентиляционного оборудования и газоочистных сооружений.

ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Что такое обмотка возбуждения

7.10.4. Выпрямительный агрегат- агрегат, работающий по принципу источника напряжения (АЙН), состоит из преобразовательного трансформатора и полупроводниковых выпрямителей.

Параметрический выпрямительный агрегат — агрегат, работающий по принципу источника тока (ПИТ), основан на использовании резонансных схем и состоит из преобразовательного трансформатора с раздельными обмотками ВН, трех реакторов, трех конденсаторных батарей и полупроводниковых выпрямителей.

Полупроводниковый выпрямитель — комплект полупроводниковых вентилей, смонтированных на раме или в шкафу (на рамах или в шкафах) с системой воздушного или водяного охлаждения.

Преобразовательная подстанция электролизных установок — комплекс, состоящий из размещенных внутри помещения (или нескольких помещений, или внутри отдельного здания) выпрямительных агрегатов (АИН или ПИТ) и требующихся для их работы оборудования, устройств, систем и др. (см.

7.10.3), при этом вне здания могут быть расположены (когда это позволяют условия окружающей среды) на открытом пространстве или под навесом в исполнении для наружной установки преобразовательные трансформаторы, а при агрегатах ПИТ также и реакторы, и конденсаторные батареи.

Допускается исполнение преобразовательных подстанций, в которых шкафы (рамы) полупроводниковых выпрямителей монтируются на стенках бака преобразовательного трансформатора.

7.10.5. Электролизная ванна или электролизер — специальное электротехнологическое оборудование, состоящее из системы положительных и отрицательных электродов, погруженных в наполненный электролитом сосуд (или помещенных в ячейки мембранного или диафрагменного типа, собранные в единый блок-аппарат), предназначенное для выполнения совокупности процессов электрохимического окисления-восстановления при прохождении через электролит электрического тока.

Гальваническая ванна конструктивно подобна электролизной ванне с электролитом в виде водных растворов и отличается в основном лишь составами электролитов и режимами работы, определяемыми ее назначением — видом выполняемых гальванических покрытий.

Серия электролизных ванн (электролизеров)- группа электрически последовательно соединенных электролизных ванн (электролизеров), присоединяемая к преобразовательной подстанции (выпрямительному агрегату).

7.10.6. Зал электролиза1 — производственное помещение, в котором размещены одиночные электролизные ванны (электролизеры), их серия, несколько серий или часть серии.

Корпус, станция или цех электролиза — производственное здание, в котором размещены зал или залы электролиза и помещения с оборудованием, необходимым для осуществления технологического процесса и выполнения требований техники безопасности и охраны труда.____________

1 Термины «зал электролиза», «станция» в установках электролиза алюминия не используются, в этих установках применяется термин «корпус электролиза» — производственное здание, в котором установлены серия (часть серии) или серии электролизеров.

7.10.7. Гальванический цех (участок, отделение) — помещение или часть помещения с установками гальванических покрытий и электротехническим и другим оборудованием, необходимым для выполнения электротехнологического процесса с учетом требований техники безопасности и охраны труда.

Общие требования

7.10.8. Схема питания (групповая или индивидуальная) электролизных установок и установок гальванических покрытий, а также виды, типы, параметры и количество выпрямительных агрегатов и их исполнение, материал и сечение соединительных токопроводов и ошиновки самих ванн должны выбираться, как правило, на основании технико-экономического анализа с учетом обеспечения необходимой надежности электроснабжения.

7.10.9.

Для предприятий, имеющих электролизные установки с преобразовательными подстанциями большой установленной мощности выпрямительных агрегатов, рекомендуется принимать схемы раздельного электроснабжения технологической нагрузки электролизного производства с электрическими нагрузками силового оборудования и электрического освещения всех основных и вспомогательных сооружений предприятия через отдельные понижающие трансформаторы, присоединяемые линиями передачи к распределительным устройствам расположенных вблизи генерирующих источников или к электрическим сетям питающей энергосистемы на напряжение 110-500 кВ по схеме «глубокого ввода», с минимальным числом ступеней трансформации и коммутации (класс напряжения определяется на основании технико-экономических расчетов в зависимости от мощности потребления предприятием электроэнергии).

Выпрямительные агрегаты электролизных установок для получения водорода, предназначенного для охлаждения турбогенераторов, присоединяются к РУ 0,4 кВ собственных нужд электростанции.

7.10.10. Система внутриплощадочного электроснабжения технологических и других электрических нагрузок электролизных установок и установок гальванических покрытий должна выполняться с учетом условий обеспечения в распределительной сети предприятия и на границе раздела балансовой принадлежности электрических сетей, допустимых по ГОСТ 13109 показателей качества электроэнергии (ПКЭ).

В целях ограничения содержания в питающей сети общего назначения высших гармонических составляющих напряжения на преобразовательных подстанциях электролизных установок и установок гальванических покрытий рекомендуется применять выпрямительные агрегаты с большим числом фаз выпрямления, с эквивалентным многофазным режимом выпрямления на каждом из агрегатов (группы агрегатов) и другие технические решения по компенсации гармонических составляющих. Конкретные решения по компенсации гармонических составляющих в распределительной сети предприятия принимаются на основании соответствующих технико-экономических расчетов.

7.10.11. В электролизных установках к электроприемникам I категории по степени надежности электроснабжения следует относить серии электролизных ванн-электролизеров.

Категории остальных электроприемников электролизных установок и электроприемников установок гальванических покрытий следует определять согласно отраслевым нормам технологического проектирования.

Источник: https://www.ruscable.ru/info/pue/7-10.html

Электролизер. Виды и типы. Устройство и работа. Применение

Электролизер– это специальное устройство, которое предназначено для разделения компонентов соединения или раствора с помощью электрического тока.

Данные приборы широко используются в промышленности, к примеру, для получения активных металлических компонентов из руды, очищения металлов, нанесения на изделия металлических покрытий. Для быта они используются редко, но также встречаются.

В частности для домашнего использования предлагаются устройства, которые позволяют определить загрязненность воды или получить так называемую «живую» воду.

Основа работы устройства принцип электролиза, первооткрывателем которого считается известный зарубежный ученый Фарадей. Однако первый электролизер воды за 30 лет до Фарадея создал русский ученый по фамилии Петров.

Он на практике доказал, что вода может обогащаться в катодном или анодном состоянии. Несмотря на эту несправедливость, его труды не пропали даром и послужили развитию технологий.

На данный момент изобретены и с успехом используются многочисленные виды устройств, которые работают по принципу электролиза.

Что это

Электролизерработает благодаря внешнему источнику питания, который подает электрический ток. Упрощенно агрегат выполнен в виде корпуса, в который вмонтировано два или несколько электродов. Внутри корпуса находится электролит. При подаче электрического тока происходит разложение раствора на требуемые составляющие. Положительно заряженные ионы одного вещества направляются к отрицательно заряженному электроду и наоборот.

Основной характеристикой подобных агрегатов является производительность. То есть это количество раствора или вещества, которое установка может перерабатывать за определенный период времени. Данный параметр указывается в наименовании модели. Однако на него также могут влиять и иные показатели: сила тока, напряжение, вид электролита и так далее.

По конструкции анода и расположению токопровода электролизер может быть трех видов, это агрегаты с:

  1. Прессованными обожженными анодами.
  2. Непрерывным самообжигающимся анодом, а также боковым токопроводом.
  3. Непрерывным самообжигающимся анодом, а также верхним токопроводом.

Электролизер, используемый для растворов, по конструктивным особенностям можно условно разделить на:

  • Сухие.
  • Проточные.
  • Мембранные.
  • Диафрагменные.

Устройство

Конструкции агрегатов могут быть различными, но все они работают на принципе электролиза.

Устройство в большинстве случаев состоит из следующих элементов:

  • Электропроводящий корпус.
  • Катод.
  • Анод.
  • Патрубки, предназначенные для ввода электролита, а также вывода веществ, полученных в ходе реакции.

Электроды выполняются герметичными. Обычно они представлены в виде цилиндров, которые сообщаются с внешней средой с помощью патрубков. Электроды изготавливаются из специальных токопроводящих материалов. На катоде осаждается металл или к нему направляют ионы отделенного газа (при расщеплении воды).

В цветной промышленности часто применяют специализированные агрегаты для электролиза. Это более сложные установки, которые имеют свои особенности. Так электролизер для выделения магния и хлора требует ванну, выполненную из стенок торцевого и продольного вида. Она обкладывается с помощью огнеупорных кирпичей и иных материалов, а также делится с помощью перегородки на отделение для электролиза и ячейку, в которой собираются конечные продукты.

Конструктивные особенности каждого вида подобного оборудования позволяют решать лишь конкретные задачи, которые связаны с обеспечением качества выделяющихся веществ, скоростью происходящей реакции, энергоемкостью установки и так далее.

Принцип действия

В электролизных устройствах электрический ток проводят лишь ионные соединения. Поэтому при опускании электродов в электролит и включении электрического тока, в нем начинает течь ионный ток. Положительные частицы в виде катионов направляются к катоду, к примеру, это водород и различные металлы. Анионы, то есть отрицательно заряженные ионы текут к аноду (кислород, хлор).

При подходе к аноду анионы лишаются своего заряда и становятся нейтральными частицами. В результате они оседают на электроде. У катода происходят похожие реакции: катионы забирают у электрода электроны, что приводит к их нейтрализации.

В результате катионы оседают на электроде. К примеру, при расщеплении воды образуется водород, которые поднимается наверх в виде пузырьков. Чтобы собрать этот газ над катодом сооружаются специальные патрубки.

Через них водород поступает в необходимую емкость, после чего его можно будет использовать по назначению.

Принцип действия в конструкциях разных устройств в целом схож, но в ряде случаев могут быть и свои особенности. Так в мембранных агрегатах используется твердый электролит в виде мембраны, которая имеет полимерную основу. особенность подобных приборов кроется в двойном назначении мембраны. Эта прослойка может переносить протоны и ионы, в том числе разделять электроды и конечные продукты электролиза.

Диафрагменные устройства применяются в случаях, когда нельзя допустить диффузию конечных продуктов электролизного процесса. С этой целью применяют пористую диафрагму, которая выполнена из стекла, асбеста или керамики. В ряде случаев в качестве подобной диафрагмы могут применяться полимерные волокна либо стеклянная вата.

Применение

Электролизершироко применяется в различных отраслях промышленности. Но, несмотря на простую конструкцию, оно имеет различные варианты исполнения и функции. Данное оборудование применяется для:

  • Добычи цветных металлов (магний, алюминий).
  • Получения химических элементов (разложение воды на кислород и водород, получение хлора).
  • Очистки сточных вод (обессоливание, обеззараживание, дезинфекция от ионов металлов).
  • Обработки различных продуктов (деминерализация молока, посол мяса, электроактивация пищевых жидкостей, извлечение нитратов и нитритов из овощных продуктов, извлечения белка из водорослей, грибов и рыбных отходов).

В медицине установки используются в интенсивной терапии для детоксикации организма человека, то есть для создания растворов гипохлорита натрия высокой чистоты. Для этого используется устройство проточного вида с электродами из титана.

Электролизные и электродиализные установки нашли широкое применение для решения экологических проблем и опреснения воды. Но эти агрегаты в виду их недостатков используются редко: это сложность конструкции и их эксплуатации, необходимость трехфазного тока и требования периодической замены электродов из-за их растворения.

Подобные установки находят применение и в быту, к примеру, для получения «живой» воды, а также ее очистки. В будущем возможно создание миниатюрных установок, которые будут использоваться в автомобилях для безопасного получения водорода из воды. Водород станет источником энергии, а машину можно будет заправлять обычной водой.

Похожие темы:

Источник: https://electrosam.ru/glavnaja/jelektrooborudovanie/ustrojstva/elektrolizer/

Электролиз воды

  • Перед началом опыта наденьте защитные перчатки и очки.
  • Снимите перчатки перед тем, как зажечь свечу (шаг 4).
  • Проводите эксперимент на подносе.
  • Держите поблизости емкость с водой во время работы с огнем.
  • Не допускайте контакта легковоспламеняющихся предметов и волос с пламенем.

Общие правила безопасности

  • Не допускайте попадания химических реагентов в глаза или рот.
  • Не допускайте к месту проведения экспериментов людей без защитных очков, а также маленьких детей и животных.
  • Храните экспериментальный набор в месте, недоступном для детей младше 12 лет.
  • Помойте или очистите всё оборудование и оснастку после использования.
  • Убедитесь, что все контейнеры с реагентами плотно закрыты и хранятся по правилам после использования.
  • Убедитесь, что все одноразовые контейнеры правильно утилизированы.
  • Используйте только оборудование и реактивы, поставляемые в наборе или рекомендуемые текущими инструкциями.
  • Если вы использовали контейнер для еды или посуду для проведения экспериментов, немедленно выбросьте их. Они больше не пригодны для хранения пищи.

Информация о первой помощи

  • В случае попадания реагентов в глаза тщательно промойте глаза водой, при необходимости держа глаз открытым. Немедленно обратитесь к врачу.
  • В случае проглатывания промойте рот водой, выпейте немного чистой воды. Не вызывайте рвоту. Немедленно обратитесь к врачу.
  • В случае вдыхания реагентов выведите пострадавшего на свежий воздух.
  • В случае контакта с кожей или ожогов промывайте поврежденную зону большим количеством воды в течение 10 минут или дольше.
  • В случае сомнений немедленно обратитесь к врачу. Возьмите с собой химический реагент и контейнер от него.
  • В случае травм всегда обращайтесь к врачу.

Рекомендации для родителей

  • Неправильное использование химических реагентов может вызвать травму и нанести вред здоровью. Проводите только указанные в инструкции эксперименты.
  • Данный набор опытов предназначен только для детей 12 лет и старше.
  • Способности детей существенно различаются даже внутри возрастной группы. Поэтому родители, проводящие эксперименты вместе с детьми, должны по своему усмотрению решить, какие опыты подходят для их детей и будут безопасны для них.
  • Родители должны обсудить правила безопасности с ребенком или детьми перед началом проведения экспериментов. Особое внимание следует уделить безопасному обращению с кислотами, щелочами и горючими жидкостями.
  • Перед началом экспериментов очистите место проведения опытов от предметов, которые могут вам помешать. Следует избегать хранения пищевых продуктов рядом с местом проведения опытов. Место проведения опытов должно хорошо вентилироваться и находиться близко к водопроводному крану или другому источнику воды. Для проведения экспериментов потребуется устойчивый стол.
  • Вещества в одноразовой упаковке должны быть использованы полностью или утилизированы после проведения одного эксперимента, т.е. после открытия упаковки.

Раствор вытекает из пипетки! Что делать?

Вначале отключите держатель для батареек от электролизёра.

Осторожно вылейте оставшийся NaOH в стакан. Затем выньте штекер из пипетки и оботрите его бумажной салфеткой. Вам нужно разобраться с протечкой. Для этой задачи вам понадобятся либо скотч, либо кусочек защитных перчаток. Оберните выбранный материал вокруг штекера и вставьте его обратно в пипетку. Когда вы убедитесь, что раствор больше не протекает, продолжайте опыт дальше. Также вы можете воспользоваться запасным кабелем для электролизера.

Батарейки подключены, но ничего не происходит

Убедитесь, что крокодилы и провода подключены правильно: красный крокодил должен быть прикреплен к внутреннему проводку, а черный крокодил — к наружному, красный проводок держателя присоединен к красному крокодилу, а черный — к черному. Если все было сделано правильно, но все равно не работает, поменяйте батарейки.

Почему позеленел носик штекера?

Носик штекера частично сделан из меди. Процесс электролиза подразумевает восстановительные реакции, и медь зеленеет, когда окисляется. Изучите научное описание, чтобы разобраться получше.

Это нормально, что раствор в пипетке кипит?

Да. Это не должно повлиять на ход опыта. Просто подождите столько времени, сколько требуется, и переходите к следующему шагу.

Все было сделано по инструкции, но никакого звука в конце не было

ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Как сделать прозвонку своими руками

Не волнуйтесь! Для начала повторите шаги 7–11 (шаги 3–4 в карточке). Проводите электролиз немного дольше, чтобы в баночке собралось побольше газа. Поднесите баночку очень быстро к свече, не переворачивая ее, и ближе. Если никакого звука вы так и не услышали, то поднесите баночку еще ближе (да, горлышко баночки начнет немного плавиться) или подержите баночку под другим углом.

Сколько у меня есть попыток наполнить баночку газом и затушить им свечу?

Довольно много. Пробуйте!

Штекер свободно сидит в пипетке.

Наденьте на кабель резиновую прокладку, чтобы она послужила в качестве уплотнителя. Вставьте кабель в пипетку.

Соберите установку для электрóлиза воды — электролизёр.

Наполните электролизер раствором гидроксида натрия NaOH.

Установите емкость для сбора гремучего газа и начните процесс электролиза воды.

Теперь попробуйте затушить свечу посредством реакции между водородом и кислородом.

Чтобы повторить опыт, подключите электролизер к батарейкам вновь и повторите шаги 3 и 4.

В ходе электролиза вода разлагается на два газа: кислород O2 и водород H2. Водорода образуется в два раза больше, чем воды:H2O → O2 + 2H2Такую смесь газов называют гремучей. Если баночку со смесью поднести к пламени свечи, смесь мгновенно разгорится и при этом потушит свечу.

Твердые отходы эксперимента утилизируйте вместе с бытовым мусором. Растворы слейте в раковину и затем тщательно промойте ее водой.

Молекулы воды H2O  очень устойчивы. Чтобы разрушить их, потребуется много энергии. Под действием электричества из батареек  крепкие связи молекул воды разрываются. Так выделяется кислород O2  и водород H2 , которые затем улетают из раствора.

Смесь газов H2  и O2  (в соотношении 2 к 1) называется гремучей неспроста: ее можно легко зажечь, например, пламенем свечи. При этом происходит реакция с характерным хлопком и выбросом энергии . Удивительно, но это та самая энергия, которая в начале потребовалась для разрушения молекул воды. Просто теперь она выделяется в иной форме. Так снова образуется вода H2O .

Эту реакцию обычно проводят ради получения не воды, а энергии. Ее используют в качестве движущей силы ракетных двигателей. Только такую реакцию очень важно тщательно контролировать: она может быть очень опасной. В 1937 году потерпел крушение дирижабль «Гинденбург» из-за этой реакции. Он был наполнен водородом в объеме 200 000 м3, который прореагировал с кислородом воздуха, и дирижабль сгорел дотла. При этом образовалось более 150 тонн воды!

Почему содержимое баночки загорается?

Химическая формула молекулы воды выглядит как H2O. Это означает, что она состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Баночка как раз наполнена смесью из газообразного водорода и кислорода в отношении 2 к 1, полученной электролизом воды.

Когда эта смесь воспламеняется, тут же запускается реакция образования воды, которая сопровождается характерным хлопком.

Реакция образования воды выглядит довольно просто:

2H2 + O2 → H2O

Однако все немного сложнее. Это окислительно-восстановительная реакция, в которой кислород является окислителем (забирает электроны водорода), а водород — восстановителем (отдает свои электроны кислороду):

O2o + 4e− → 2O2−

H2o — 2e− → 2H+

Реакция протекает весьма интенсивно, особенно когда кислород смешивается с водородом в соотношении 1:2, как это было в нашем эксперименте. Это связано с тем, что водяной пар, который мы получили, содержит один атом кислорода и два атома водорода, то есть соотношение как раз равно 1:2.

Как кислород и водород оказались в баночке?

Эти газы появились там благодаря электролизу — процессу, в котором вода под действием электричества разлагается на кислород и водород. В ходе электролиза кислород и водород переходят в газообразную форму в соотношении 1:2. Образуется гремучая смесь, которая и гасит свечу.

Как протекает электролиз?

Для этого процесса нужна щелочная среда, поэтому мы добавляем гидроксид натрия NaOH. Теперь вода  может расщепляться на ионы в жидком состоянии:

H2O → H+ + OH−

Щелочная среда повышает концентрацию гидроксид-ионов OH− . Электролизёр (устройство для электролиза воды) имеет положительно заряженный анод , который притягивает анионы, и отрицательно заряженный катод , который привлекает катионы. Таким образом, катионы H+  мигрируют к катоду, а анионы OH− — к аноду.

Тогда ионы H+ берут электроны с катода и превращаются в водород H2 , а гидроксидные ионы OH− отдают свои электроны аноду и превращаются в кислород O2 .

В нашем эксперименте электролизёром выступает штекер RCA, в котором металлическое кольцо служит катодом, а штифт — анодом. Однако полюса можно менять, соединяя провода вилки и держателя батареи наоборот — это не повлияет на эксперимент.

Штекер RCA когда-то широко использовался для аудио- и видеосистем. Он может подключить, например, видеопроигрыватель к телевизору. Он по-прежнему используется для некоторого визуального оборудования, но уже не так массово. Он состоит из двух металлических частей, внешнего кольца, штифта и пластмассового изолирующего кольца между ними. Отдельные провода подключаются к каждой металлической части: короткие провода — к металлическому кольцу, а длинные — к штифту.

Источник: https://melscience.com/RU-ru/experiments/pure-water_oxyhydrogen/

Электролит

Аппарат для электролиза воды XIX века

Нажмите для увеличения

Вышеописанный электролиз чистой воды без чрезмерных затрат энергии проходит очень медленно или не проходит совсем. Для того, чтобы эффективно проводить элетролиз воды, в нее добавляют электролит — или растворимый в воде, или твердый — увеличивающий электрическую проводимость воды.

При выборе электролита необходимо, чтобы между катионами (положительно заряженными ионами) электролита и катионами, которые может отдать вода, то есть H+, не было конкуренции — иначе, не будет произведен водород.

Для этого, катион электролита должен иметь меньший электродный потенциал, чем катион H+ (стандартный электродный потенциал E°В=0); на роль катиона подходят Li+, Rb+, K+, Cs+, Ba2+, Sr2+, Ca2+, Na+, and Mg2+.

Чаще всего, используются электролиты с катионами
Li+: -3,0401
K+: -2,931 и
Na+: -2,71

Также, в роли электролита можно рассматривать и кислоты, т.к. при их диссоциации образуется ион H+, как и при диссоциации воды — и конкуренции между ними нет.

Так же, для исключения конкуренции аниона (отрицательно заряженного иона) электролита и гидроксильного иона OH- анион электролита должен иметь больший электродный потенциал, чем анион OH-, E°(В) = . Обычно, в качестве электролита используется щелочь, то есть, анионом является тот же самый гидроксильный ион OH-, но если используется кислота с катионом H+, то в качестве аниона обычно используется сульфатный ион SO42-, имеющий при окислении до S2O8 стандартный электродный потенциал -2,01 В.

Обычно, в качестве электролита для электролиза воды используются сильные щелочи: гидроксид калия KOH и едкий натр NaOH. Иногда, используется сильная кислота, как правило, серная кислота H2SO4.

Протоннообменные мембраны

Кроме растворов электролитов, для элетролизного производства воды могут использоваться и твердые электролиты, например Nafion — фторполимерный материал, обладающий способностью проводить катионы, то есть, в данном случае ионы H+, иначе назваемые протонами. Электролитические мембраны на основе нафиона получили название протоннообменных мембран.

Еще одни способо электролиза воды является электролиз при помощи твердого оксида.

Источник: http://www.ndva.ru/gazi/elektroliz_vodi.html

Что такое электролизер, его принцип работы, конструкция и виды

Электролиз широко используется в производственной сфере, например, для получения алюминия (аппараты с обожженными анодами РА-300, РА-400, РА-550 и т.д.) или хлора (промышленные установки Asahi Kasei).

В быту этот электрохимический процесс применялся значительно реже, в качестве примера можно привести электролизер для бассейна Intellichlor или плазменный сварочный аппарат Star 7000. Увеличение стоимости топлива, тарифов на газ и отопление в корне поменяли ситуацию, сделав популярной идею электролиза воды в домашних условиях.

Рассмотрим, что представляют собой устройства для расщепления воды (электролизеры), и какова их конструкция, а также, как сделать простой аппарат своими руками.

Что такое электролизер, его характеристики и применение

Так называют устройство для одноименного электрохимического процесса, которому требуется внешний источник питания. Конструктивно это аппарат представляет собой заполненную электролитом ванну, в которую помещены два или более электродов.

Основная характеристика подобных устройств – производительность, часто это параметр указывается в наименовании модели, например, в стационарных электролизных установках СЭУ-10, СЭУ-20, СЭУ-40, МБЭ-125 (мембранные блочные электролизеры) и т.д. В данных случаях цифры указывают на выработку водорода (м3/ч).

Промышленная стационарная электролизная установка, вырабатывающая 40 м3 водорода в час (СЭУ-40)

Что касается остальных характеристик, то они зависят от конкретного типа устройства и сферы применения, например, когда осуществляется электролиз воды, на КПД установки влияют следующие параметры:

  1. Уровень напряжения (минимального электродного потенциала), оно должно быть от 1,8 до 2 вольт, меньшее значение «не запустит» процесс, а большее приводит к чрезмерному расходу энергии, идущей на нагрев электролита. Если в качестве источника используется блок питания, например, на 14 вольт имеет смысл разделить емкость ванны пластинами на 7 ячеек, в соответствии с рисунком 2.Рис 2. Расположение пластин в ванне электролизера

Таким образом, подавая на выходы 14 вольт, мы получим 2 вольта на каждой ячейке, при этом на пластинах с каждой стороны будут разные потенциалы. Электролизеры, где используется подобная система подключения пластин, называются сухими.

  1. Расстояние между пластинами (между катодным и анодным пространством), чем оно меньше, тем меньше будет сопротивление и, следовательно, больший ток пройдет через раствор электролита, что приведет к увеличению выработки газа.
  2. Размеры пластины (имеется в виду площадь электродов), прямо пропорциональны току, идущему через электролит, а значит, также оказывают влияние на производительность.
  3. Концентрация электролита и его тепловой баланс.
  4. Характеристики материала, используемого для изготовления электродов (золото – идеальный материал, но слишком дорогой, поэтому в самодельных схемах используется нержавейка).
  5. Применение катализаторов процесса и т.д.

Как уже упоминалось выше, установки данного типа могут использоваться как генератор водорода, для получения хлора, алюминия или других веществ. Они также применяются в качестве устройств, при помощи которых осуществляется очистка и обеззараживание воды (УПЭВ, VGE), а также проводится сравнительный анализ ее качества (Tesp 001).

А) Установка прямого электролиза воды (УПЭВ); Б) анализатор качества воды Tesp 001

Нас, прежде всего, интересуют устройства, производящие газ Брауна (водород с кислородом), поскольку именно эта смесь имеет все перспективы для использования в качестве альтернативного энергоносителя или добавок к топливу. Их мы рассмотрим чуть позже, а пока перейдем к конструкции и принципу работы простейшего электролизера, расщепляющего воду на водород и кислород.

Устройство и подробный принцип работы

Аппараты для производства гремучего газа, в целях безопасности, не предполагают его накопление, то есть газовая смесь сжигается сразу после получения. Это несколько упрощает конструкцию. В предыдущем разделе мы рассмотрели основные критерии, влияющие на производительность аппарата и накладывающие определенные требования к исполнению.

Принцип работы устройства демонстрирует рисунок 4, источник постоянного напряжения подключен к погруженным в раствор электролита электродам. В результате через него начинает проходить ток, напряжение которого выше точки разложения молекул воды.

Рисунок 4. Конструкция простого электролизера

В результате этого электрохимического процесса катод выделяет водород, а анод – кислород, в соотношении 2 к 1.

Виды электролизеров

Кратко ознакомимся с конструктивными особенностями основных видов устройств для расщепления воды.

Сухие

Конструкция прибора данного типа была показана на рисунке 2, ее особенность заключается в том, что манипулируя количеством ячеек, можно запитать устройство от источника с напряжением, существенно превышающим минимальный электродный потенциал.

Проточные

С упрощенным устройством приборов этого вида можно ознакомиться на рисунке 5. Как видим, конструкция включает в себя ванну с электродами «A», полностью залитую раствором и бак «D».

Рис 5. Конструкция проточного электролизера

Принцип работы устройства следующий:

  • входе электрохимического процесса газ вместе с электролитом выдавливается в емкость «D» через трубу «В»;
  • в баке «D» происходит отделение от электролитного раствора газа, который выводится через выходной клапан «С»;
  • электролит возвращается в гидролизную ванну через трубу «Е».

Мембранные

Основная особенность устройств этого типа – использование твердого электролита (мембраны) на полимерной основе. С конструкцией приборов этого вида можно ознакомиться на рисунке 6.

Рис 6. Электролизер мембранного типа

Основная особенность таких устройств заключается в двойном назначении мембраны, она не только переносит протоны и ионы, а и на физическом уровне разделяет как электроды, так и продукты электрохимического процесса.

Диафрагменные

В тех случаях, когда не допустима диффузия продуктов электролиза между электродными камерами, используют пористую диафрагму (что и дало название таким приборам). Материалом для нее может служить керамика, асбест или стекло. В некоторых случаях для создания такой диафрагмы можно использовать полимерные волокна или стеклянную вату. На рисунке 7 показан простейший вариант диафрагменного прибора для электрохимических процессов.

Конструкция диафрагменного электролизера

Пояснение:

  1. Выход для кислорода.
  2. U-образная колба.
  3. Выход для водорода.
  4. Анод.
  5. Катод.
  6. Диафрагма.

Щелочные

Электрохимический процесс невозможен в дистиллированной воде, в качестве катализатора применяется концентрированный раствор щелочи (использование соли нежелательно, так как при этом выделяется хлор). Исходя из этого, щелочными можно назвать большую часть электрохимических устройств для расщепления воды.

На тематических форумах советуют использовать гидроксид натрия (NaOH), который, в отличие от пищевой соды (NaHCO3), не разъедает электрод. Заметим, что у последней имеются два весомых преимущества:

  1. Можно использовать железные электроды.
  2. Не выделяются вредные вещества.

Но, один существенный недостаток сводит на нет все преимущества пищевой соды, как катализатора. Ее концентрация в воде не более 80 грамм на литр. Это снижает морозостойкость электролита и его проводимость тока. Если с первым еще можно смириться в теплое время года, то второе требует увеличения площади пластин электродов, что в свою очередь, увеличивает размер конструкции.

Электролизер для получения водорода: чертежи, схема

Рассмотрим, как можно сделать мощную газовую горелку, работающую от смеси водорода с кислородом. Схему такого устройства можно посмотреть на рисунке 8.

Рис. 8. Устройство водородной горелки

Пояснение:

  1. Сопло горелки.
  2. Резиновые трубки.
  3. Второй водяной затвор.
  4. Первый водяной затвор.
  5. Анод.
  6. Катод.
  7. Электроды.
  8. Ванна электролизера.

На рисунке 9 представлена принципиальная схема блока питания для электролизера нашей горелки.

Рис. 9. Блок питания электролизной горелки

На мощный выпрямитель нам понадобятся следующие детали:

  • Транзисторы: VT1 – МП26Б; VT2 – П308.
  • Тиристоры: VS1 – КУ202Н.
  • Диоды: VD1-VD4 – Д232; VD5 – Д226Б; VD6, VD7 – Д814Б.
  • Конденсаторы: 0,5 мкФ.
  • Переменные резисторы: R3 -22 кОм.
  • Резисторы: R1 – 30 кОм; R2 – 15 кОм; R4 – 800 Ом; R5 – 2,7 кОм; R6 – 3 кОм; R7 – 10 кОм.
  • PA1 – амперметр со шкалой измерения не менее 20 А.
ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Что такое тэц расшифровка

Краткая инструкция по деталям к электролизеру.

Ванну можно сделать из старого аккумулятора. Пластины следует нарезать 150х150 мм из кровельного железа (толщина листа 0,5 мм). Для работы с вышеописанным блоком питания потребуется собрать электролизер на 81 ячейку. Чертеж, по которому выполняется монтаж, приведен на рисунке 10.

Рис. 10. Чертеж электролизера для водородной горелки

Заметим, что обслуживание такого устройства и управление им не вызывает трудностей.

Электролизер для автомобиля своими руками

В интернете можно найти много схем HHO систем, которые, если верить авторам, позволяют экономить от 30% до 50% топлива. Такие заявления слишком оптимистичны и, как правило, не подтверждаются никакими доказательствами. Упрощенная схема такой системы продемонстрирована на 11 рисунке.

Упрощенная схема электролизера для автомобиля

По идее, такое устройство должно снизить расход топлива за счет его полного выгорания. Для этого в воздушный фильтр топливной системы подается смесь Брауна. Это водород с кислородом, полученные из электролизера, запитанного от внутренней сети автомобиля, что повышает расход топлива. Замкнутый круг.

Безусловно, может быть задействована схема шим регулятора силы тока, использован более эффективный импульсный блок питания или другие хитрости, позволяющие снизить расход энергии. Иногда в интернете попадаются предложения приобрести низкоамперный БП для электролизера, что вообще является нонсенсом, поскольку производительность процесса напрямую зависит от силы тока.

Это как система Кузнецова, активатор воды которой утерян, а патент отсутствует и т.д. В приведенных видео, где рассказывают о неоспоримых преимуществах таких систем, практически нет аргументированных доводов. Это не значит, что идея не имеет прав на существование, но заявленная экономия «слегка» преувеличена.

Электролизер своими руками для отопления дома

Делать самодельный электролизер для отопления дома на данный момент не имеет смысла, поскольку стоимость водорода, полученного путем электролиза значительно дороже природного газа или других теплоносителей.

Также следует учитывать, что температуру горения водорода не выдержит никакой металл. Правда имеется решение, которое запатентовал Стен Мартин, позволяющее обойти эту проблему. Необходимо обратить внимание на ключевой момент, позволяющий отличить достойную идею от очевидного бреда. Разница между ними заключается в том, что на первый выдают патент, а второй находит своих сторонников в интернете.

На этом можно было бы и закончить статью о бытовых и промышленных электролизерах, но имеет смысл сделать небольшой обзор компаний, производящих эти устройства.

Обзор производителей электролизеров

Перечислим производителей, выпускающих топливные элементы на базе электролизеров, некоторые компании также выпускают и бытовые устройства: NEL Hydrogen (Норвегия, на рынке с 1927 года), Hydrogenics (Бельгия),  Teledyne Inc (США), Уралхиммаш (Россия), РусАл (Россия, существенно усовершенствовали технологию Содерберга), РутТех (Россия).

Источник: https://www.asutpp.ru/chto-takoe-elektrolizer-i-kak-ego-sdelat-svoimi-rukami.html

Первый алюминий — до конца года

На БоАЗе готовятся к запуску первого пускового комплекса. Сейчас в основных производственных цехах — электролизном и литейном — проходят финальные пуско-наладочные работы. Инвесторы предприятия планируют, что первый алюминий завод выдаст уже до конца года.

Третий по мощности в России

Напомним, Богучанский алюминиевый завод наряду с Богучанской гидроэлектростанцией (БоГЭС) строится в рамках проекта БЭМО — Богучанского энергометаллургического объединения.

Это совместный проект компаний РУСАЛ и РусГидро, реализуемый с 2006 года в Нижнем Приангарье и выступающий основным драйвером промышленного и социального развития данной территории. Общая стоимость проекта на момент его запуска составляла 5 млрд долларов, при этом инвестиции только в БоАЗ — 2,6 млрд. В настоящее время оба объекта БЭМО на финишной прямой — уже работают восемь из девяти гидроагрегатов БоГЭС, первый алюминий готовится выдать и БоАЗ.

Богучанский алюминиевый завод станет третьим в России по объему производства алюминия — с выходом на полную мощность он будет выпускать около 600 тысяч тонн металла в год. Мощнее БоАЗа будут только Красноярский и Братский заводы, производящие по одному миллиону тонн алюминия ежегодно.

Сейчас на БоАЗе идет подготовка к запуску первого пускового комплекса.

— В него входят два корпуса электролиза, включающие 168 электролизеров. Это четверть всей проектной мощности завода. Их производительность будет составлять 147 тысяч тонн алюминия в год, — уточнил начальник серии электролиза БоАЗа Николай Усынин.

Уникальные технологии и оборудование

На БоАЗе внедрены самые передовые из существующих на сегодня в мире технологий производства алюминия. Так, по словам генерального директор завода Алексея Картавцева, для производства металла будут использоваться электролизеры марки РА-300Б.

— Это собственная разработка Инженерно-технологического центра РУСАЛа, уже успешно опробованная на Хакасском алюминиевом заводе. Данные электролизеры обеспечивают высокую энергоэффективность, а также отличаются более высокими экологическими характеристиками в сравнении с электролизерами других типов.

Всего в производственных цехах БоАЗа после завершения строительства будет установлено 672 таких электролизера. Производительность каждого составляет 2,4 тонны алюминия в сутки, — отметил Картавцев.

Кроме того, на БоАЗ закуплена спецтехника и оборудование, аналогов которой нет не только на отечественных предприятиях, но и на большинстве зарубежных алюминиевых заводов. Это, в частности, автоспецтехника голландской компании Hencon для выливки расплавленного алюминия в корпусах электролиза.

— По традиционной технологии забор металла из электролизера осуществляется с помощью крана. Машины для выливки металла Hencon позволяют обходиться без него, значительно упрощают и ускоряют процесс. При этом управляет им всего один человек — водитель машины.

Подобной спецтехники в мире очень мало, это относительно новая разработка.

Однако она уже положительно зарекомендовала себя на некоторых зарубежных предприятиях, поэтому и мы возлагаем на нее большие надежды, — рассказал начальник литейного отделения БоАЗа Михаил Гребенщиков.

Также на БоАЗе установлена автоматизированная линия литья мелкогабаритной чушки производства австралийской компании O.D.T. По словам руководителя литейного отделения, это также уникальное оборудование, которого в России больше нигде нет.

— Подобные линии установлены на Хакасском и Иркутском алюминиевых заводах, однако наша линия более современная и совершенная — в ней учтены недостатки и погрешности предыдущих аналогов. В частности, наша линия сама автоматически маркирует продукцию, в то время как на других заводах это делает специальный работник.

Кроме того, она обладает гораздо более высокой производительностью, чем аналогичные линии на других предприятиях. Они пропускают 20 тонн металла за шесть часов, при этом обслуживают их шесть человек.

В то же время линия на БоАЗе выпускает 60 тонн металла за два часа, и работают на ней всего два человека, — пояснил Гребенщиков.

Самый экологичный

Как уже было отмечено, электролизеры, установленные на БоАЗе, отличаются повышенными экологическими показателями. Однако кроме этого на заводе внедрены специальные технологии и оборудование, призванные по максимуму снизить влияние производства на окружающую среду.

В частности, технология сухой газоочистки, которая исключает появление шламовых полей, соответственно, и загрязнение подземных вод. К завершению строительства на заводе будут установлены четыре «сухие» газоочистные установки SOLIOS с эффективностью очистки 99,7%.

Принцип их работы основан на том, что все отходящие газы улавливаются свежим глиноземом — он абсорбирует все вещества (пыль, газы, фториды) и повторно возвращает их в производство.

— При существующей на БоАЗе системе газоочистки выбросы пыли и газообразных фторидов будут практически равны нулю. Скажем, если сейчас по международным стандартам лучшим признан коэффициент выбросов равный 0,6 граммам на тонну алюминия, то у нас он будет составлять 0,4 грамма. То есть на треть ниже, — заявил технический директор БоАЗа Евгений Рапацевич.

Помимо этого, на заводе смонтирована современная линия по переработке электролита, а также замкнутая система водооборота и современные очистные сооружения, которые позволяют полностью исключить сбросы сточных вод в окружающую среду и многократно снизить потребление свежей воды из природных водоемов.

— Таким образом, что на Богучанском алюминиевом заводе реализованы самые современные на сегодня технологические решения в области металлургии — как в плане производства алюминия, так и в плане влияния на окружающую среду, — отметил Алексей Картавцев.

фото Алины Ковригиной

Источник: http://newslab.ru/article/615691

Что такое

Часто электролизеры еще называют ионизаторами или же активаторами воды. Но правильнее все-таки их называть электролизерами, так как это название отражает суть происходящих в приборах процессов. В ионизаторах вода разделяется на две — щелочную воду с pH больше 8 и кислотную воду с pH меньше 6. Щелочную воду в России называют “живой”, а кислотную — “мертвой” водой.

Принцип работы ионизаторов воды

Ионизатор представляет собой прибор, в котором 2 или более электродов, погружены в раствор солей в воде.

Если есть 2 электрода: Анод — положительно заряженный электрод А(+) и Катод — отрицательно заряженный электрод К(-), схема электролизера выглядит так :

Чтобы сделать процессы более интенсивными, в более дорогих электролизерах используют несколько пластин электродов. Тогда схема электролизера выглядит так:

Какие процессы происходят в электролизере?

Как подсказывает название, в электролизере происходит процесс электролиза. Электролиз — это разложение вещества на составляющие при помощи электрического тока. Ток через химически чистую (дистиллированную или еще более чистую, деионизированную воду идет очень слабо, поэтому электролиз чистой воды затруднителен. Попробуйте залить в бытовой ионизатор дистиллированную воду, он работать не будет.

Электролиз обычной питьевой воды, например, взятой из-под крана, возможен именно благодаря присутствию воде разных солей, например, кальция, натрия, магния и др. Для работы электролизеров важно, чтобы солей было достаточно, для чего воду дополнительно минерализуют.

Фактически речь идет об электролизе водного раствора солей.

Самые распространенные соли в питьевой воде: гидрокарбонаты, сульфаты кальция, магния, хлорид натрия (он же — поваренная соль).
Растворяясь в воде, соли распадаются (диссоциируют) на ионы — частицы, имеющие электрический заряд.

Кроме того, сами молекулы воды тоже, частично, диссоциируют на H+ и OH-
В питьевой воде “плавают”:
— положительно заряженные Ca2+, Mg2+, Na+, K+ , H+
— отрицательно заряженные HCO3-, SO42-, Cl-, OH-.
На этикетках бутылированной воды в России всегда указывается список ионов.

Под действием электрического поля ионы начинают двигаться к электроду с противоположным зарядом, где с ними происходят химические реакции.

Сразу оговоримся, что электроды должны быть инертными, то есть при электролизе они служат лишь передатчиками электронов. Материал таких электродов не участвует в электродных процессах (это может быть, например, Pt (платина), Ir (иридий), то есть сами электроды в реакции не участвуют.

Иначе сначала будет реагировать и разрушаться (растворяться) сам электрод: Ме (металл) —> Me+ + е-, прежде чем начнутся другие реакции. Понятно, что электроды из платины или иридия очень дороги, поэтому их делают с покрытием из платины и качество этого покрытия принципиально важно.

Т.к. все металлы, ионы которых имеются в нашей питьевой воде — Ca, Mg, Na, K — стоят в ряду напряжений металлов левее алюминия включительно, то на катоде металл не восстанавливается, а восстанавливается водород из воды. Это происходит так:
На катоде (-) 2 молекулы воды соединяются с электронами и образуется газ водород и ионы OH- — т.е щелочная среда.

K(-) 2H2O + 2e‾ → H2 + 2OH-

На аноде (+) происходит несколько реакций:
1) Так как к нас присутствует анион кислородсодержащей кислоты, (SO42-), то происходит окисление атомов кислорода из воды до молекул кислорода и еще образуются ионы водорода H+:
2H2O — 4e → O2 + 4H+, выделяется газ кислород и образуется кислотная среда — ионы водорода H+
2) В нашем случае есть также анион бескислородной кислоты ( Cl-). Происходит его окисление до простого вещества:
образуется газообразный хлор
2Cl- — 2e → Cl2

Итак, на отрицательном электроде выделяется газ водород и щелочная среда, на положительном — газы кислород, хлор и кислотная среда. Нужно учитывать, что хлор — ядовитый газ.

Но важно, что продукты реакций будут смешиваться и реагировать между собой.

При этом смешении образуется гипохлорит по реакции:
Cl2+2OH- → Cl-+ClO-H2O
А затем, при комнатной температуре в кислом растворе образуется хлорат (соединение хлорноватистой кислоты) по реакции:
2HClO+ClO- → ClO3-+2H+2Cl-

Что такое гипохлорит и хлорат?

Чтобы уменьшить степень смешения воды между электродами с образованием гипохлорита и хлората, делаются специальные перегородки из бумаги/пергамента которые уменьшают, но, к сожалению, не предотвращают образование хлората и гипохлорита.
Гипохлорит OCl- — обладает антисептическим и дезинфицирующим действием.

Используется в качестве бытового и промышленного отбеливателя и дезинфектанта, средства очистки и обеззараживания воды, окислителя для некоторых процессов промышленного химического производства. Как бактерицидное и стерилизующее средство применяется в медицине, пищевой промышленности и сельском хозяйстве. Имеет характерный резкий запах хлора.

Хлораты ClO3являются токсичными веществами: они взаимодействуют с гемоглобином и переводят его в метгемоглобин, что приводит к распаду эритроцитов. Токсичная доза для человека составляет менее 1 г на 1 кг массы, а 10 г могут стать причиной смерти.

Щелочной раствор на катоде также активно контактирует с воздухом, точнее — с диоксидом углерода CO2, в результате чего в нем появляются карбонаты K2CO3 и бикарбонаты калия KHCO3 и натрия Na2CO3, NaHCO3 (пищевая сода) — растворимые, и карбонаты магния MgCO3 и кальция CaCO3 (нерастворимые). То есть, на выходе мы получаем сложную смесь различных веществ.

Генераторы водородной воды без протонообменной мембраны — это по сути простейшие электролизеры (ионизаторы) с 2 электродами без перегородки из бумаги или пергамента.

Какие вещества, выделяемые в электролизерах, имеют терапевтический эффект

Мы видим, что среди веществ, выделяющихся на катоде, есть молекулярный водород H2.

То, что водород действует как терапевтический антиоксидант, селективно восстанавливая цитотоксичные радикалы кислорода, открыл профессор Охта только в 2007 году. Подтвердили и широко изучают эти эффекты только с 2010-х годов.

На сегодняшний день однозначно научно доказано, что из всех веществ, производимых в ионизаторах полезен только водород, а не щелочность или что-то еще.

Ионизаторы (электролизеры) существуют на рынке уже десятки лет. Они появились в Японии в начале 20 века, а широко рекламируются с 1950-70х годов.Они появились в Японии в начале 20 века, а широко рекламируются с 1950-70х годов.

Тогда не знали, что полезен именно водород, думали, что важна щелочность, или, что пользу ионизированной воде дает лактат кальция, который добавляли в воду для большей минерализации, или что пользу приносит понижение ОВП само по себе — впоследствии оказалось, что понижение ОВП полезно, если вызвано растворением водорода.

Было еще много разных теорий, например о структурированной воде, но они не подтвердились.

Ионизаторы не проектировались для производства воды с высоким содержанием растворенного водорода. Ионизаторы делались как приборы для производства щелочной, а не водородной воды. Их электроды конструировались, так, чтобы наиболее эффективно вырабатывалась щелочная вода, а не насыщенная водородом.

Поэтому электролизеры могут давать и очень маленькое, нетерапевтическое, количество растворенного водорода в воде, ведь важно, чтобы водород не только выделился, но и растворился.

Но зато мы обязательно получим кислотный раствор, щелочной раствор, а если в воде изначально были ионы хлора, например, из растворенной соли, то и газ хлор и хлораты, растворенные в воде.

Приборы, которые специально создавались для насыщения воды водородом, без примесей посторонних веществ, но зато с максимальной концентрацией водорода в воде, и которые могут работать с дистиллированной водой — это генераторы водородной воды с протонообменной мембраной.

Такие генераторы могут работать также и с дистиллированной водой, и водой очищенной способом обратного осмоса, наличие в воде солей необязательно.

Принцип работы генератора водородной воды с протонообменной мембраной можно посмотреть здесь: «Для чего нужна SPE/PEM мембрана».

Отличие генератора водородной воды от ионизаторов

Зарегистрируйтесь, пожалуйста, чтобы оставить свой .

Источник: https://h2h2o.ru/ionizators

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
220 вольт
Как подключить двигатель через магнитный пускатель

Закрыть