| | 電解所用主體設備電解槽的形式,可分為隔膜電解槽和無隔膜電解槽兩類。隔膜電解槽又可分為均嚮膜(石棉絨)、離子膜及固體電解質膜(如β-Al2O3)等形式;無隔膜電解槽又分為水銀電解槽和氧化電解槽等。
工業中使用的電解槽由槽體、電解液、陽極和陰極組成,多數用隔膜將陽極室和陰極室隔開。按電解液的不同分為水溶液電解槽、熔融????電解槽和非水溶液電解槽三類。當直流電通過電解槽時,在陽極與溶液界面處發生氧化反應,在陰極與溶液界面處發生還原反應,以製取所需産品。對電解槽結構進行優化設計,合理選擇電極和隔膜材料,是提高電流效率、降低槽電壓、節省能耗的關鍵。
1水電解製氫電解槽
多采用鐵為陰極面,鎳為陽極面的串聯電解槽(外形似壓濾機)來電解苛性鉀或苛性鈉的水溶液。陽極出氧氣,陰極出氫氣。該方法成本較高,但産品純度大,可直接生産99.7%以上純度的氫氣。 | | dianjiecao
電解槽
electrolytic cell
進行電解反應的裝置(見彩圖瀋陽化工廠鹼液蒸發設備)。電解槽由槽體、陽極和陰極組成,多數用隔膜將陽極室和陰極室隔開。按電解液的不同分為水溶液電解槽、熔融????電解槽和非水溶液電解槽三類。當直流電通過電解槽時,在陽極與溶液界面處發生氧化反應,在陰極與溶液界面處發生還原反應,以製取所需産品。對電解槽結構進行優化設計,合理選擇電極和隔膜材料,是提高電流效率、降低槽電壓、節省能耗的關鍵。
電解槽結構 采用不同的電解液時,電解槽的結構也有所不同。
水溶液電解槽 分有隔膜和無隔膜兩類。一般多用隔膜電解槽。在氯酸????生産和水銀法生産氯氣和燒鹼時,采用無隔膜電解槽。盡量增大單位體積內的電極表面積,可以提高電解槽的生産強度。因此,現代隔膜電解槽中的電極多為直立式。電解槽因內部部件材質、結構、安裝等不同表現出不同的性能與特點。
例如按電極的連接方式,可分為單極式和復極式兩類電解槽(見圖電解槽)。單極式電解槽中同極性的電極與直流電源並聯連接,電極兩面的極性相同,即同時為陽極或同時為陰極。復極式電解槽兩端的電極分別與直流電源的正負極相連,成為陽極或陰極。電流通過串聯的電極流過電解槽時,中間各電極的一面為陽極,另一面為陰極,因此具有雙極性。當電極總面積相同時,復極式電解槽的電流較小,電壓較高,所需直流電源的投資比單極式者省。復極式一般采用壓濾機結構形式,比較緊湊。但易漏電和短路,槽結構和操作管理比單極式復雜。單極式電解槽截面一般為長方形或方形,圓筒形占地大,空間利用率低,采用較少。
陰、陽兩極間距是影響槽電壓的重要因素之一。隨極間距增大,槽內歐姆電壓降增大,槽電壓升高。尤其是在大電流工作時,這種電壓損失更為嚴重。現代電解槽采用各種措施以降低極間距,如采用擴散陽極、改性隔膜製成零極距電解槽結構等。
電解液在電解槽內的停留時間,不僅影響設備的生産能力,而且在某些情況下,會影響電解過程的電流效率,如電解法製氯酸鈉,由於中間産物次氯酸(HClO)和次氯酸根離子(ClO□)間的化學反應速度非常緩慢,如長時間留在電解槽內,不僅降低電解槽利用率,而且次氯酸根離子會在陽極表面氧化,或在陰極表面還原,降低電流效率。因此,現代電解槽設計力求減小容積,使電解液沿着電極快速流過。如還需進一步進行反應,則可在電解槽外安裝獨立的化學反應器。
電解槽內電極以垂直安裝較緊湊,導電板連接容易,並利於降低氣泡效應。因在有氣體析出的電極表面上常附有氣泡,會降低電極的工作表面積。另外,在電極附近的溶液中也會充有氣泡,增大溶液電阻,這種現象稱“氣泡效應”。但在垂直電極表面的附近,則可利用溶液中充氣度高、溶液密度低與上升速度快的特點,以形成電解液的自然循環,使氣泡加速離開電極表面,減輕氣泡效應。當垂直電極用作氣體電極時,電極形狀以網狀為多,它除了能增加工作表面積外,也有利於氣泡逸出。
電解槽材料可以是鋼材、水泥、陶瓷等。鋼材耐鹼,是應用最廣的。對於腐蝕性強的電解液,鋼槽內部用鉛、合成樹脂或橡膠等襯裏。
目前電解槽正朝大容量、低能耗方向發展。復極式電解槽適於大型生産,先後為電解水和氯鹼工業所采用。
熔融????電解槽 多用於製取低熔點金屬,其特點是在高溫下運轉,並應盡量防止水分進入,避免氫離子在陰極上還原。例如製取金屬鈉時,由於鈉離子的陰極還原電位很負,還原很睏難,必須用不含氫離子的無水熔融????或熔融的氫氧化物,以免陰極析出氫。為此電解過程需在高溫 | | - : electrolytic bath, electrolytic cell
- n.: electrolyser, electrolyzer, cell, trough
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