Расчет электролизера

[Pavel83]

Здравствуйте! Как мне рассчитать обычный электролизер для воды (в двух случаях - "мокрый" и "сухой"), а именно, как сопоставить площадь поверхности электродов, силу тока и количество выделяемого газа в минуту? Подскажите формулы или конкретный пример с расчетом.
Хотя бы приблизительно, с 6 пластин размером 145х150 (нержавка) с зазором между ними 3...4 мм на какой выход газа я могу рассчитывать (при максимально допустимой для этой площади поверхности электродов силы тока)?

[terio007]

Какого именно газа?

[Pavel83]

Гремучий газ, смесь водорода с кислородом. При электролизе воды, только он получается.

[Андрей Бедов]

Спросили не зря.
Конструкцию можно выполнить таким образом, чтобы газы выходили раздельно.

[Vasilii]

А может автору не нужно разделять, а использовать готовую газовую смесь для горелки.
Ответить по мощности очень трудно. Зависит от напряжения на секцию, от площади секций, от концентрации, наконец от температуры.
Без опытов никак.

[terio007]

А может автору не нужно разделять

Может и не нужно.
Может и нужно.
Может топикстартер ещё и не определился, что именно ему нужно и главное: оно ему нужно?

[РадиоЛоматель]

Какое словоблудие развели. "Нужно-ненужно..". Топикстартер задал простой и конкретный вопрос, но надо порассуждать, конечно.

Теперь по теме.
Количество газа, которое выделяется при электролизе, зависит от заряда, прошедшего через электролит. Смотрите закон Фарадея для электролиза. Там можно выйти на массу газа в единицу времени в зависимости от тока. Википедия Вторая формула из раздела "Математический вид".
Важно понять, что является носителями заряда в растворе. Если у вас раствор щелочи, то это никак не вода. А именно ионы щелочи. Тут надо воспользоваться таблицей зарядов ионов в воде. Например вот: http://osievskaja.narod.ru/klass/rastvorimosti_tabl.gif.
Как пользоваться? Имеем, например, NaOH. Находим слева OH, вверху натрий. Видим, что в воде Na однократно ионизируется. На него будет приходится один ион OH. Это значит, что z из формулы в википедии надо положить равным 1 (z=1). Теперь, зная ток, мы можем получить скорость выделения массы газа на одном электроде. Замечу, что в случае NaOH на втором электроде будет выделяться натрий. Тот самый натрий сразу вернется в воду и восстановится с помощью одной разорванной молекулы воды (O + OH) до NaOH, оставшийся кислород вылетит наружу. Поэтому в первом приближении скорость выделения газа можно просто помножить на два, если выделяется газ в один объем. (Вроде как так)
С допустимым током на площадь намного сложнее. Нужно выбрать такой ток, чтобы вода не закипала внутри электролизера. Это довольно сложная задача, если решать её как положено. Попробуем немного проще. Тут надо знать удельное сопротивление раствора и способность электролизера отводить тепло. Нужно, чтоб количество тепла, выделяющегося в электролизере было равно количеству тепла, которое эта конструкция способна отвести во внешнюю среду. Если выделяться будет больше, то температура в электролизере будет расти. Если меньше - ничего страшного.
Удельное сопротивление раствора ro зависит от концентрации солей в нем и от температуры раствора. Эту зависимость можно найти как табличную для данной примеси. Выбираем рабочую концентрацию и температуру наугад. Например, T = 80*C. Впоследствии, если результат расчета вас не удовлетворит, можно попробовать выбрать эти параметры другими. Дальше, зная площадь одной пластины S0, их количество n и расстояние между ними d можем вычислить полное сопротивление электролизера, как R = ro*S0/(n*d). Теперь, количество тепла, выделяемого в электролизере равно Q/t = (I^2)*R. Там ток, протекающий через электролизер в квадрате.
Количество тепла, отводимого электролизером будет определяться законом Ньютона-Рихмана Снова википедия. Q/t = lamda * S * dT.
Количество тепла, отдаваемое через стенку будет прямо пропорционально площади стенки и разнице температур между средами. Это без учета конвекции. Полагаем, что внутри электролизера у нас некоторая температура T~80*С, а снаружи 20*С? значит dT = 60*С. Площадь стенки зависит от количества пластин и их формы. Посчитать не трудно, если выбрали конструкцию.
Остался только коэффициент пропорциональности лямда. Его можно поискать в интернете для данной пары веществ. (Воздух и сталь, например).
Теперь приход тепла мы приравниваем к его отводу и получаем такое уравнение: (I^2)*R = lamda * S * dT. Отсюда вытаскиваем ток. Зная его и сопротивление электролизера, можно найти рабочее напряжение U = I*R.
Так как все ячейки соединены последовательно и мы считаем их одинаковыми, то напряжение на одной ячейке U1 = U/n.
Я вам привел очень упрощенный метод расчета. Но это уже позволит немного определиться с параметрами.

[Pavel83]

РадиоЛоматель, спасибо за подробное объяснение. Буду рассчитывать.

[terio007]

Ну вот, топикстартер оказывается имел ввиду не воду, а щёлочь...
Хорошо, что РадиоЛоматель проэкстрасенсорил этот существенный момент и попал прямо в цель!
Pavel83 доволен - ветка удалась...

[Pavel83]

Ну естественно, в чистой воде электролиз происходить не будет, поэтому в нее добавляют щелочь. Я предположил, что это и так всем понятно, поэтому и не указал

[terio007]

Вот оно чо...

http://xn----dtbbgbt6ann0jm3a.xn--p1ai/elektroliz.html

http://geektimes.ru/post/234523/

[Pavel83]

Спасибо

[Pavel83]

Есть у меня пластины из углеродистой стали, но они поржавели. Если их почистить в ортофосфорной кислоте, для электролизера они подойдут? Покрытие на пластинах как повлияет на проводимость тока?

[Андрей Бедов]

Лучше всего брать угольные - они при электролизе не разлагаются. Или нержавеющую сталь.
Покрытие на пластинах? Какое?

[Pavel83]

Покрытие на пластинах? Какое?

Если пластины из углеродистой стали (ржавые) обработать в ортофосфорной кислоте (H3PO4), ржавчина исчезнет, но вместе с тем на поверхности пластины образуется пленка какого то соединения (не помню, какого), которая защищает металл от коррозии. Так вот, как эта пленка будет влиять на процесс электролиза?

[Андрей Бедов]

Не надо никаких кислот. Пройдитесь стеклянной бумагой, или углошлифовальной машинкой с надетой щёткой по металлу.

[Рязанцев Владислав]

А у меня вон около 40 пластин 20х20см из нержавеющей стали с 20% примесью титана лежит. Специальный масло-бензо-щелочно стойкий сплав. Давно покупались, только никак руки не доходят.

[SIM31]

Конструкцию можно выполнить таким образом, чтобы газы выходили раздельно.

Можно кстати, но есть одна беда с этим, при увеличении расстояния между электродами с 3 мм, до достаточного для разделения растет сопротивление и вода будет кипеть при том же токе. Падает КПД и электролит греется.

[Андрей Бедов]

Для этого каждый электрод располагают в изолированной ёмкости с газоотводным патрубком в верхней части. В нижней части между емкостями делают сквозной канал для сообщения обоих объёмов электролита, и обеспечения прохождения тока.

[ypppu]

Есть медный купорос садовый (CuSO4), кусочки меди, трансформатор 220/24, диодный мост.
Хочу изготовить химически чистое жало для паяльника. У меня что-нибудь получитя?
Я пробовал электролиз. Анод очень бодро растворяется, но на катоде медь оседает в виде хлопьев-снежинок, которые легко отваливаются. Что я делаю не так?