Исследование вольт-амперной характеристики среднетемпературного электролизера для производства фтора

                                                                [pic 1]

                 Исследование вольт-амперной характеристики среднетемпературного        электролизера для производства фтора.

          Жеронкина Ольга Григорьевна, студентка; Макасеев Юрий Николаевич, доцент;

          Дамм Юрий Петрович, аспирант; Софронов Владимир Леонидович, д.т.н. профессор.

В настоящее время встает задача по сокращению энергопотребления технологических процессов и повышению надежности работы оборудования с одновременным повышением производительности. На энергоемкость процесса электролитического получения фтора, непроизводительные потери ценного реагента - фтороводорода, и содержание в получаемом фторе посторонних газообразных примесей в виде химических соединений фтора, водорода, кислорода и азота большое влияние оказывают нестабильность напряжения электролиза, температура электролита и концентрация в нем фтороводорода. Стабильность названных параметров зависит от многих факторов, таких как токовые нагрузки, расход охлаждающей воды, проходящей через электролизер и ряда других, в том числе зависящих от индивидуальных особенностей каждого электролизера. К этим особенностям относятся качество анодных пластин, определяемое их пористостью, удельной электропроводностью и шероховатостью их поверхности. Большое влияние на параметры электролиза оказывает также качество сборки анодов, зависящее от пористости и прочностных характеристик анодных пластин и контактного сопротивления на стыке токоподводящих штоков и пластин, в которые они ввинчиваются. Основным параметром, определяющим энергоёмкость процесса электролиза, является напряжение электролиза. Его величина зависит не только от токовой нагрузки электролизёра, температуры электролита и концентрации в нём фтороводорода, но и от конструктивных особенностей и электрофизических характеристик элементов электролизёров, в частности  анодов. Ранее работы по снижению энергозатрат при производстве фтора и увеличению межремонтного пробега оборудования (основных составляющих) проводились в нескольких направлениях:

- пропитка коксовых пластин магнийсодержащим составом с целью увеличения проводимости анода;

- изменение режима пропитки коксовых пластин;

- изменение конструкции электролизеров (электролизеры с боковым, нижним токоподводом и т.д.);

- определение поверхностного натяжения электролита;

- испытания металлических анодов.

В настоящее время встает задача по сокращению энергопотребления технологических процессов и повышению надежности работы оборудования с одновременным повышением производительности.

Среднетемпературный электролизер представляет собой прямоугольную ванну, разделенную на секции. Каждая секция содержит катодные ячейки, в которые помещается анод. В качестве электролита используется раствор трифторида калия KF.2HF, который содержит анионы F–, HF2– и катионы K+ и H+. Тепло при электролизе отводится с помощью воды, которая подается в трубчатый теплообменник, распределенный между катодными ячейками внутри аппарата.

При пропускании постоянного электрического тока на электродах электролизера протекают электрохимические реакции; на аноде выделяется фтор, на катоде – водород, которые затем удаляются из электролизера через патрубки. Преобладающие электрохимические реакции: [pic 2][pic 3]

Электродный потенциал (φ) зависит от концентрации его ионов в растворе. Эта зависимость выражается уравнением Нернста:

[pic 4]

где  – стандартный электродный потенциал; n - число электронов, принимающих участие в процессе; С – концентрация (при точных вычислениях - активность) гидратированных ионов металла в растворе, моль/л.  Расчетное значение электродного потенциала фтора составляет φF=3,85В, тогда как рабочее напряжение на электродах составляет 9-10 в.