Was werden elektrolytische Zellen verwendet - Teil 2

Nach der unterschiedlichen Klassifizierung des Elektrolyten

Wässrige Lösungelektrolyseure

Die Form einer wässrigen LösungElektrolytzellenkann in zwei Kategorien unterteilt werden: elektrolytische Zwerchfellzellen und nicht-Diaphragmen elektrolytische Zellen. Elektrolytische Zwerchfellzellen können in homogene Membranen (Asbestwolle), ionische Membranen und feste Elektrolytmembranen (wie β-Al2o3) unterteilt werden; Nicht-Diaphragmen elektrolytische Zellen werden weiter in Quecksilberelektrolytzellen und Elektrolytzellen Oxidation unterteilt.

Wenn verschiedene Elektrolyte verwendet werden, ist auch die Struktur der Elektrolytzelle unterschiedlich.

Wässrige Lösungselektrolyseure sind in zwei Kategorien unterteilt: Membran und Nicht-Diaphragmen. Es werden im Allgemeinen ein Zwerchfell -Elektrolytzellen verwendet. Diaphragmlose Elektrolyseure werden in der Chloratproduktion und in der Herstellung von Chlor- und Ätznatronen nach der Quecksilbermethode verwendet. Die Maximierung der Elektrodenoberfläche pro Volumeneinheit kann die Produktionsfestigkeit der Elektrolytzelle verbessern. Daher sind die Elektroden in modernen Zwerchfellelektrolyzern meist vertikal. Die Elektrolyseure zeigen aufgrund unterschiedlicher interner Komponenten wie Material, Struktur und Installation unterschiedliche Leistung und Eigenschaften.

Geschmolzener Salzelektrolyseur

Es wird hauptsächlich für die Herstellung von Metallen mit niedrigem Schmelzpunkt verwendet. Es zeichnet sich durch eine hohe Temperatur aus und sollte versuchen, den Eintritt von Wasser zu verhindern und die Reduzierung von Wasserstoffionen an der Kathode zu verhindern. Wenn Natriummetall beispielsweise erzeugt wird, ist das Reduktionspotential von Natriumionen sehr negativ und die Reduktion sehr schwierig. Wasserzapfes Salz oder geschmolzenes Hydroxid ohne Wasserstoffionen verwendet werden, um die Wasserstoffentwicklung an der Kathode zu vermeiden. Aus diesem Grund muss der Elektrolyseprozess bei hoher Temperatur wie 310 ° C bei Elektrolysierung geschmolzener Natriumhydroxid durchgeführt werden.

Die hohe Temperatur der Elektrolytzelle kann erreicht werden, indem der Elektrodenabstand geändert wird, um die durch den ohmischen Spannungsabfall verbrauchte elektrische Energie in thermische Energie umzuwandeln. Beim elektrolysierenden geschmolzenen Natriumhydroxid können Eisen oder Nickel für den Tankkörper verwendet werden. Elektrolysierender geschmolzener Elektrolyt, der Chlorid enthält, führt häufig dazu, dass die Anode aufgrund der unvermeidlichen Einführung einer kleinen Menge Wasser in den Rohstoff erzeugt, was eine starke korrosive Wirkung auf den Elektrolyttank hat. Elektrolyseure zum Elektrolyse geschmolzenes Chlorid verwenden im Allgemeinen Keramik- oder Phosphatmaterialien, und Eisen können für Teile verwendet werden, die nicht durch Chlor betroffen sind. Die Kathoden- und Anodenprodukte in der Zelle der geschmolzenen Salzelektrolyse müssen ebenfalls ordnungsgemäß getrennt werden und sollten so bald wie möglich aus der Zelle herausgezogen werden, um zu verhindern, dass das Metallnatrium des Kathodenprodukts lange Zeit auf der Oberfläche des Elektrolyts schwimmt. Dies wird weiter mit Anodenprodukten oder Sauerstoff in der Luft interagieren.

Nichtwässrige elektrolytische Zelle

Da der Elektrolyator der nichtwässrigen Lösung häufig von verschiedenen komplexen chemischen Reaktionen bei der Herstellung von organischen Produkten oder bei der Elektrolysierung organischer Substanzen begleitet wird, ist seine Anwendung begrenzt und ihre Industrialisierung ist nicht viel. Der organische Elektrolyt hat im Allgemeinen eine geringe Leitfähigkeit und eine geringe Reaktionsgeschwindigkeit. Daher muss eine niedrigere Stromdichte verwendet werden, und der Elektrodenabstand sollte minimiert werden. Elektrodenstrukturen unter Verwendung fester oder flüssiger Betten haben eine größere Elektrodenoberfläche, die die Zellproduktivität erhöht.

Klassifizierung durch Elektrodenanschluss

Elektrolyseure können gemäß der Verbindungsmethode von Elektroden in unipolare und bipolare Elektrolysezhantel unterteilt werden. Die Elektroden der gleichen Polarität in der unipolaren Elektrolytzelle sind parallel mit der DC -Stromversorgung verbunden, und die Polaritäten der beiden Seiten der Elektroden sind gleichzeitig gleichzeitig Anoden oder Kathoden. Die Elektroden an beiden Enden der bipolaren Elektrolytzelle sind jeweils mit den positiven und negativen Elektroden des Gleichstromnetzes verbunden, um die Anode oder die Kathode zu werden. Wenn der Strom durch die elektrolytische Zelle durch die in Serie elektroden fließt, ist eine Seite jeder Elektrode in der Mitte die Anode und die andere Seite der Kathode, so dass er eine Bipolarität hat. Wenn die gesamte Elektrodenfläche gleich ist, ist der Strom der bipolaren Elektrolytzelle kleiner, die Spannung höher und die Investition des erforderlichen Gleichstromnetzes ist geringer als die des unipolaren Typs. Der bipolare Typ übernimmt im Allgemeinen die Struktur einer Filterpresse, die relativ kompakt ist. Es ist jedoch einfach zu lecken und Kurzschluss, und die Schlitzstruktur und das Betriebsmanagement sind komplizierter als der unipolare Typ. Der Querschnitt der unipolaren Elektrolytzelle ist im Allgemeinen rechteckig oder quadratisch, die zylindrische Form nimmt eine große Fläche ein, die Raumnutzungsrate ist gering und die Verwendung ist geringer.

Der Abstand zwischen Kathode und Anode ist einer der wichtigsten Faktoren, die die Zellspannung beeinflussen. Als ElektrodeDer Abstand nimmt zu, der ohmische Spannungsabfall des Steckplatzes steigt und die Schlitzspannung nimmt zu. Vor allem bei der Arbeit mit hohem Strom ist dieser Spannungsverlust schwerwiegender. Moderne elektrolytische Zellen verwenden verschiedene Maßnahmen, um den Polabstand zu verringern, wie z.

Die Verweilzeit des Elektrolyten in der Elektrolytzelle beeinflusst nicht nur die Produktionskapazität des Geräts, sondern auch die aktuelle Effizienz des Elektrolyseprozesses in einigen Fällen, wie beispielsweise die Produktion von Natriumchlorat durch Elektrolyse, aufgrund der Zwischenprodukte von Hypochlorsäure (HCLO) und sekundärer chemischer Reaktionsgeschwindigkeit zwischen Chlorationen (CLO3) ist sehr langsam. Wenn es lange in der Elektrolytzelle bleibt, verringert es nicht nur die Nutzungsrate der Elektrolytzelle, sondern auch die Hypochloritionen oxidieren auf der Anodenoberfläche oder reduzieren die Kathodenoberfläche, wodurch der Stromwirkungsgrad verringert wird. . Infolgedessen versuchen moderne Zelldesigns, das Volumen zu reduzieren und den Elektrolyten schnell entlang der Elektroden zu fließen. Wenn weitere Reaktionen erforderlich sind, kann außerhalb der Elektrolysezelle ein separater chemischer Reaktor installiert werden.

Die Elektroden in der Elektrolytzelle sind vertikal kompakt installiert, die leitenden Platten sind leicht zu verbinden und es ist vorteilhaft, den Blaseneffekt zu verringern. Da Gasblasen häufig mit Gasentwicklung an der Oberfläche der Elektrode befestigt sind, wird die Arbeitsfläche der Elektrode reduziert. Darüber hinaus wird die Lösung in der Nähe der Elektrode auch mit Blasen gefüllt, wodurch der Widerstand der Lösung erhöht wird, ein Phänomen namens \"Blaseneffekt\". In der Nähe der vertikalen Elektrodenoberfläche können jedoch die Eigenschaften einer hohen Belüftung, einer geringen Lösungsdichte und der schnellen Anstiegsgeschwindigkeit in der Lösung verwendet werden und reduzieren den Blaseneffekt. Wenn die vertikale Elektrode als Gaselektrode verwendet wird, ist die Form der Elektrode größtenteils ein Mesh, was nicht nur die Arbeitsfläche erhöht, sondern auch die Flucht von Luftblasen erleichtert.

Elektrolyzermaterialien können Stahl, Zement, Keramik usw. sein, Stahl ist alkalischbeständig und am weitesten verbraucht. Für hochkarrosive Elektrolyte ist das Innere des Stahltanks mit Blei, Synthetikharz oder Gummi ausgekleidet.

Derzeit entwickeln sich Elektrolyseure in Richtung großer Kapazität und geringem Energieverbrauch. Der bipolare Elektrolyzer ist für die großflächige Produktion geeignet und wurde nacheinander in der elektrolysierten Wasser- und Chlor-Alkali-Industrie eingesetzt.

Die Elektrolyseerproduktion von Wasserelektrolyse Wasserstoffproduktion verwenden meistens Eisen als Kathodenseite und Nickel als Anodenseite der Serienelektrolyzente (wie eine Filterpresse), um die wässrige Lösung von ätzendem Kali oder Ätznatron zu elektrolysieren. Sauerstoff aus Anode und Wasserstoff aus der Kathode. Die Kosten dieser Methode sind hoch, aber die Produktreinheit ist hoch, und Wasserstoff mit einer Reinheit von mehr als 99,7% kann direkt hergestellt werden.