Выбор источника тока для электрохимического аппарата

Расчет падения напряжения в электролите.

Величина падения напряжения в электролите существенно зависит от конструкции электролизера, его геометрических размеров, удельной электропроводимости электролита. При расчетах пренебрегают растеканием тока. Падение напряжения в электролите рассчитывается по уравнению:(7.8)где iср — средняя плотность тока, А/м2l — расстояние между электродами, мκэл-та — электропроводность раствора, См*м-1Средняя плотность тока находится по формуле:(7.9) А/м2.Электропроводность электролита определяется уравнением:

эл-та = (FeCl2) + (HCl)(7.10)Электропроводность каждого компонента можно определить, используя выражение: (7.11)где λi — эквивалентная электропроводность компонента, См*см2*моль-1Ciэкв — эквивалентная концентрация компонента, моль/лЭквивалентная концентрация электролита определяется уравнением:(7.12)моль/лмоль/лмоль/лРасчет удельной электропроводности:

Эквивалентную концентрацию определили по формуле (7.12)По справочнику находим эквивалентные электропроводности компонентов для раствора с концентрацией 6,607моль/л (7.13)где Э — эквивалентная массакомпонента;

г/моль.Z+ - заряд катиона;M (в) — молярная масса компонента, г/моль.Из справочника [7] находим зависимость плотности от концентрации FeCl2 ρ(ω), записываем в табличной (таблица 7.1) и графической (рисунок 7.1) формах. Таблица 7.1 — Зависимость плотности от концентрации FeCl2w, %ρ, г/см311,7 521,016541,34 861,053581,726 101,0923121,1 126 141,1336161,1 551 181,1771201,1996.

Рисунок 7.1 — Изменение плотности с ростом концентрации FeCl2По формуле (7.13) рассчитаем эквивалентную концентрациюи занесем в таблицу 7.2 (графа 2).Таблица 7.2 — Зависимость эквивалентной электропроводности от концентрации хлорида железа при температуре 20Сw, %СΣ, моль/лλ(FeCl2), См*м2/мольα, К-1ρ, г/см360,99 863,60,2 181,054122,10 951,20,2 181,114162,91 343,30,2 231,154203,76 836,10,2 311,194По табличным данным (таблица 7.2) строим график зависимости электропроводности раствора от концентрации (рисунок 7.2).Рисунок 7.2 — Изменение эквивалентной электропроводности с ростом концентрации FeCl2 при температуре 20СИз уравнения линии тренда находим:

Смм2/моль.Для определения эквивалентной электропроводности при температуре 100оС, воспользуемся формулой (7.14)и температурным коэффициентом, полученным по уравнению линии тренда (рисунок 7.3):(7.14)Рисунок 7.3 — Изменение температурного коэффициента с ростом концентрации FeSO4Смм2/моль.По данным справочника [7] находим зависимость плотности от концентрации HCl ρ(ω), записываем в табличной (таблица 7.4) и строим (рисунок 7.5) формах. Таблица 7.4 — Зависимость плотность от концентрации HClпри температуре 25Сw, %ρ, г/см31,361,0052,361,013,371,0154,391,025,411,0256,431,037,461,0358,491,049,511,045Рисунок 7.5 — Изменение плотности с ростом концентрации HClПо формуле (7.13) рассчитаем эквивалентную концентрациюи занесем в таблицу 7.5 (графа 2).Таблица 7.

5. — Зависимость эквивалентной электропроводности от концентрации HClw, %СΣ, моль/лλ(H2C2O4)α, К-1ρ, г/см33,82,121 330,80,1 391,0170263,384 299,70,1 411,0278105,747 243,50,1 391,0474.

По данным (таблица 7.5) стоим график (рисунок 7.6)Рисунок 7.6 — Изменение эквивалентной электропроводности с ростом концентрации HClПо уравнению линии тренда находим:

Смм2/моль.Для определения эквивалентной электропроводности при температуре 100С, воспользуемся формулой (7.13)и температурным коэффициентом, полученным по уравнению линии тренда (рисунок 7.7):Рисунок 7.7 — Изменение температурного коэффициента с ростом концентрации HClСмм2/моль.Определим удельные электропроводности каждого компонента по уравнению (7.11)См/мСм/м.Определим удельную электропроводность всего электролита по формуле (7.10)См/м.Рассчитаем падение напряжения в электролите по формуле (7.8) В. Падение напряжения в теле электрода.

Падение напряжения в теле электрода определяется по формуле:(7.14)где ρFe — удельное сопротивление железа, Ом*м-1I — сила тока, Аl-длина поперечного сечения электрода, мSэл-да — площадь поперечного сечения электрода, м2 В; В. Падение напряжения в диафрагме.

Стальные аноды одеты в чехлы из стеклоткани, чье сопротивление составляет R=15*10−4 Ом. Падение напряжения в диафрагме определяется по формуле:(7.15)где ia — анодная плотность тока, А/м2Sа — площадь анодов, м2R — сопротивление диафрагмы, Ом В. Расчет падения напряжения в контактах.

Падение напряжения в контактах берется равным 15% от общего напряжения и определяется по формуле:(7.16) В. Расчет напряжения на ванне.

По уравнению (7.1) определяем напряжение на ванне:

По данным [8] используя токовую нагрузку и рассчитанное напряжение на ванне выбран выпрямитель ВГ-ТПВ 6,3к/6,3к-48/48−0 УХЛ4 (тиристорный агрегат с естественным охлаждением, номинальным выпрямленным напряжением 48 В и номинальной выпрямленной силой тока 6300 А.

Заключение

по технологической части.

Рассчитано напряжение на ванне и каждое его составляющее. Выбран выпрямительный агрегат ВГ-ТПВ 6,3к/6,3к-48/48−0 УХЛ4. Данный агрегат выбран, потому что может обеспечивать стабильную токовую нагрузку. Библиографический список1.Мелков М. П. Электролитическое наращивание деталей машин твёрдым железом: Учебник. — Саратов: Приволжское книжное издательство, 1964. 204 с.

2. Зайдман Г. Н. Электролитическое осаждение железа: Учебник. — Киев: Штиинца, 1990 — 195 с.

3. Закиров Ш. З. Упрочнение деталей машин электроосаждением железа: Учебник. — Душанбе: Ирфон, 1978. 208 с.

4.ГОСТ 9.305−84. Покрытия металлические и неметаллические неорганические5. ГОСТ 23 738–85. Ванны автооператорных линий для химической, электрохимической обработки и получения покрытий.

6. ГОСТ 30 086–93. Втулки кондукторские и элементы их крепления.

7. Справочник химика / под редакцией Б. П. Никольского: 2-е изд. -М.;Л.: Химия, 1964. — Т.

3. — 1000 с.

8. Технологические расчеты оборудования электрохимических производств. Часть 2. /В.М. Рудой, Т. Н. Останина, И. Б. Мурашова и др. — Екатеринбург: ФГАОУ ВПО УрФУ, 2012. — 68 с.