一、电流效率
在电解过程中,通过一定电量时,生成物的“实际产量和理论产量”之比称为电流效率。
η=G实际/G理论×100%
电解溶液中常含有一些其他离子,当这些离子放电时要消耗一部分电能,电解时发生的副反应以及电荷漏电等因素也要消耗电能。因此电流效率常小于1。分为阴极电流效率和阳极电流效率。
通常计算阴极电流效率:η阴=G实际/G理论×100%
式中:G理论=K·I·t·n/1000 ? (kg)
G实际=电解液浓度g(kg/m3)×体积V(m3) (kg)
K为电化当量:
氯的电化当量:KCl2=35.46/26.8=1.323?g/(A·h)
氢的电化当量:KH2=1.08/26.8=0.0376?g/(A·h)
氢氧化钠电化当量:KNaOH=40/26.8=1.492?g/(A·h)
阳极电流效率:从电解反应知,阳极上的析O2反应,是与析Cl2反应相竞争的主要电化学副反应,它可使阳极电流效率下降2~4%,
2H2O→O2+4H++4e-…………(1-9)
或?4OH-→?O2+2H2O+4e-……(1-10)
这个电极反应的速度与电极材料、电解条件等密切相关。
此外,阳极析出的氯气,不可避免地有部分溶解在阳极液中,生成次氯酸钠和盐酸:Cl2+H2O?H++Cl-+HClO
当阴极生成的碱,由于扩散等原因进入阳极液中,次氯酸被中和,生成易解离的次氯酸盐:HClO+?OH-?→ClO-+?H2O
这时次氯酸根将在阳极上氧化,生成氯酸根并析出氧气。
6ClO-+3H2O→2ClO3-+4Cl-+6H++3/2O2+6e-······(1-13)
此外,在阳极液中生成的HClO还会进行化学反应生成氯酸盐:
HClOH++ClO-················(1-14)
2HClO+ClO-→?ClO3-+2H++2Cl-······(1-15)
上述这些反应使阳极生成的氯,阴极生成的碱,都由于副反应而白白消耗掉,降低了电流效率和产品纯度,特别是阳极液中的OH-增高时,这些副反应更严重。将阳极和阴极产物分开,降低阳极液中的OH-含量,是提高电解过程电流效率的关键。设法提高阳极析O2过电位,降低析氯主反应过电位,是提高电流效率的又一措施。影响电流效率的因素有:盐水质量、盐水温度、电解液浓度(碱液盐碱比)、隔膜吸附质量、电流密度大小、电流波动、电槽绝缘情况等。
二、?电压效率
理论分解电压与实际槽电压之比称为电压效率,它总是小于1。
槽电压直接影响直流电耗,槽电压由以下几部分组成:
V=V0+η阳+|η阴|+ΣIR·················(1-16)
式中:V0——理论分解电压,当工作电流为零时的槽电压,可由热力学计算。
η阳——阳极过电位。
|η阴|——阴极过电位绝对值。
ΣIR——电流流过电解槽各部分时的欧姆电压降总和。
槽电压由阴极电极电位、阳极电极电位、阴极过电压、阳极过电压、溶液压降、隔膜压降、金属导体压降组成。
因此,可通过选择和研制新型电极材料、隔膜材料、调整极距、提高电解液温度和浓度,控制适宜的电流密度,设计合理的电槽结构等来降低槽电压,以提高电压效率,降低电耗。
低压电这个概念是相对而言的,低压电和高压电之间没有绝对的界限,根据实际情况划分。
《电业安全工作规程》中规定:对地电压在1KV以下时称为“低压”,对地电压在1KV及以上时称为“高压”。
对电厂发电和供电来讲,以6000V~7000V左右为界,以上的为高压电,以下的为低压电。
在工业上:电压为380V或以上的称之为高压电。
低压效率也是相对高压而言的,一般10kv容量1000kva的变压器高压侧只有57.7A的电流,不考虑电压五十多的电流能够承受不了多少负载?但是低压侧0.4kv却能够输出1400多安培的电流,负载提高了不知道多少。
还有一个方面就是电压越低,传输损耗增加但是使用时的损耗大大降低这样就提高了效率。
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