Переваги й недоліки експлуатації мембранних

Електролізерів

1. Габарити (1200´2400 мм) і форма мембран, що випускаються, визначають конструкцію електродів, які мають плоску поверхню. Умови експлуатації мембран обмежують густину струму 4000 А/м². Тому, струмові навантаження на електролізер (одна комірка) не перевищують 15000 А.

2. У біполярному електроді з багаторазовим повторенням лінійного струмового навантаження на комірках можуть створюватися високі сумарні струмові навантаження (1000000-1200000 А).

3. Луг у мембранних електролізерах утворюється більш чистим за вмістом NaCl, ніж у електролізерів діафрагмового типу.

4. Мембранні електролізери менш чутливі до відключення струму; при їхній експлуатації менша небезпека вибуху газових середовищ.

5. Електролізери більш складні в експлуатації, ніж, наприклад, діафрагмові.

6. Розсіл, що надходить на електроліз, повинен бути дуже чистим, щоб запобігти отруєнню мембран.

7. Робота електролізера прямо пов'язана зі станом мембран.

8. Електролізери відрізняються великим периметром відповідальних ущільнень, що обумовлює підвищені вимоги до якості виготовлення електролізерів.

9. Електролізери мають велику кількість штуцерів, відрізняються складністю зовнішньої і внутрішньої обв'язки.

10. У порівнянні з ртутними електролізерами, луг менш концентрований і менш чистий. Густина струму нижча (4 кА/м² проти 10-12 кА/м²). Після електролізу потрібне випарювання лугу.

 

ДОПОМІЖНЕ УСТАТКУВАННЯ

ХЛОРНОГО ВИРОБНИЦТВА

Вихідний з електролізера хлор-газ містить велику кількість пари води (до 500-550 г/м³ хлору або 3.35 кг/кг Cl при 98^оС). Відповідно до техпроцесу багатьох виробництв, вміст пари води не повинен перевищувати 5-500 мг/м³. Крім того, корозійна активність сухого хлору значно менша, ніж вологого. Тобто, хлор необхідно осушувати, прохолоджувати і компримувати. Охолодження хлору-газу до 20^оС дозволяє зменшити вологовміст відразу до 6 г/м³ хлору. Для охолодження хлору-газу застосовуються холодильники змішування, що охолоджуються свіжою або оборотною водою, і поверхневі холодильники.

Холодильники змішування виготовляють у вигляді титанових колон з насадками з кілець Рашига, зрошуваних водою. Хлор і вода рухаються протитечією, температура води від 2-5 ^оС до 12-18 ^оС, води, що йде- 65-70 ^оС. На охолодження 1 т хлору витрачається 1,65-2,5 м³ води. Розчинений хлор з охолодної води перед її скиданням у каналізацію відганяють гострою парою.

Хлор після охолодження і відокремлення від конденсату надходить на осушування сірчаною кислотою. Витрата кислоти для осушування хлору, залежно від вмісту в ньому пари води, становить 25-40 кг/т. Процес ведуть у баштах зрошення, хлор і кислота рухаються протитечією. Кількість послідовно підключених башт з власною циркуляційною системою становить 2-4. Крім баштового осушування хлор іноді осушують у пінних та ежекційних апаратах.

Вихідний з сушильних башт хлор містить до 30-50 мг/м³ аерозолей, що відокремлюються на фільтрах. У виробництві використовуються фільтри зі скловолокна і титанові електрофільтри.

Раніш перекачування хлору здійснювалося ротаційними компресорами з рідким поршнем, що відрізняються підвищеною енергоємністю. В цей час застосовуються турбокомпресори або гвинтові компресори.

Робочий орган турбокомпресора складається з диска з лопатками (робочого колеса), що обертається на валі, дифузора і зворотного напрямного апарата. У багатоступінчастому турбокомпресорі розміщено декілька робочих колес, укріплених на одному валі та поміщених у загальний кожух, що утворює систему каналів. Робоче колесо має велику кількість лопатей різної ширини. Чим менша ширина колеса і чим більший його діаметр, тим більший тиск газу можна одержати на виході з компресора. Колесо звичайно обертається всередині зворотного апарата в якому лопаті встановлено в напрямку, протилежному напрямку лопатей робочого колеса. При обертанні робочого колеса відцентрова сила, що надається газу колесом, у зворотному апараті переходить у потенційну енергію тиску. Газ, проходячи одне робоче колесо, системою каналів надходить до другого. Діаметри колес однакові, але ширина їх зменшується зі зменшенням об'єму прокачуваного газу від першого колеса до наступних. У такий спосіб досягається можливість стискування газу в кожній наступній ступені без зміни швидкості обертання спільного вала.

 

ЕЛЕКТРОЛІЗ ВОДИ

Інтерес до електролізу води визначається властивостями його продуктів - кисню і водню та особливостями їх одержування. Електроліз води в промисловості застосовується для одержання особо чистого водню. Одержуваний хімічними методами водень містить велику кількість домішок, вимагає багатоступінчастого очищення і, тому маломасштабне виробництво його стає менш вигідним, ніж електролізне. Електролізний водень зараз використовується для охолодження енергоблоків електростанцій, у деяких синтезах і каталітичних процесах.

Основним недоліком електролізу є велика напруга на електролізній комірці і енерговитрати на процес у цілому. Другий пік розвитку електролізу води було обумовлено розвитком космонавтики. Третій пік використання електролізу води очікується в найближчому майбутньому, його буде пов'язано з одержанням водню як поновлюваного екологічно чистого енергоносія, при згорянні якого не виділяється вуглекислий газ.

Розглянемо основні технологічні вимоги до електролізу води і відповідні їм конструктивні рішення електролізерів.

Одержувані при електролізі води кисень і водень здатні при змішуванні утворювати пожежо-вибухонебезпечні суміші в діапазоні концентрацій від 4 до 98 %, тому електролізери повинні мати розділені електродні простори. Розділення електродних просторів і виконання у такий спосіб вимог безпеки, приводить до збільшення міжелектродної відстані, збільшення напруги на електролізері й енерговитрат на процес електролізу.

Великі енерговитрати на виробництво водню - головний критерій, що визначає конструкцію електролізера і режим електролізу. Зниження напруги на електролізері можливе за рахунок:

-збільшення електропровідності електроліту;

-зменшення міжелектродної відстані;

-зменшення напруги розкладання електроліту;

-зменшення поляризаційних опорів.

Максимальну електропровідність з усіх водяних розчинів мають розчини сірчаної кислоти. Однак сірчана кислота є надзвичайно корозійноактивною речовиною, і промислово застосовуваних матеріалів, здатних довгостроково працювати в її середовищі, немає. Тому як електроліт застосовують розчини лугу, найчастіше застосовують NaOH (більш дешевий) або 6 М КОН (більш електропровідний). Пасивація сталей у лужному середовищі дозволяє використовувати ці дешеві сплави як конструкційний матеріал для виготовлення електролізерів.

Для одержання кисню і водню електролізом води розроблено велику кількість різних конструкцій електролізерів. Їх умовно поділяють на електролізери з монополярним і біполярним підключенням електродів

ящикові і фільтр-пресові, діафрагмові та бездіафрагмові, електролізери, що працюють при нормальному і підвищеному тискові (рис.4.31, А,Б,В).

Рис.4.31. Схеми електролізерів, застосовуваних для електролізу води.

а,б-відкритий і закритий ящикові електролізери з монополярним підключенням електродів (1-корпус, 2- дзвін для збору газу, 3- діафрагма, 4-катоди, 5-аноди, 6- кришка), в, г- ящиковий і фільтр-пресовий біполярні електролізери (1-діафрагмова рама, 2,4-монополярні електроди, 3-біполярний електрод, 5-діафрагма, 6-корпус.

Зараз усі електролізери для електролізу води проектуються як фільтр-пресові з біполярними електродами. У їхній конструкції передбачаються канали для збору кисню і водню з усіх комірок, а також канали для живлення електролітом. У деяких конструкціях ці канали розміщуються всередині апарата (підвищується його компактність - електролізери Зданського-Лонца, СЕУ та ін.), але в більшості канали розташовані поза корпусом (збільшення сумарної довжини каналів приводить до зменшення струмів витоку – ФВ-500, ЕФ, “Бамаг” та ін.).