Процессы и аппараты защиты гидросферы. Ветошкин А.Г. - 110 стр.

     Необходимость предварительного расчета количества электричества, потребляе-
мого для очистки, обусловлена высокой химической активностью и токсичностью
окислителей, которые образуются в ходе электродных реакций (в частности, хлора), и
стремлением избежать накопления их в избыточных количествах. В некоторых случаях
величина Q эл известна из предварительных исследований.
     Общее напряжение на аппаратах электрохимической очистки воды складывается
из теоретического напряжения, перенапряжения на электродах, концентрационной по-
ляризации, падения напряжения в электролите, диафрагме, электродах и контактах. На-
пряжение на одной секции аппарата (одна пара электродов) определяется из выражения
              U = E а − E к + η а + η к + ΔE конц + ΔU эл + ΔU д + ΔU 1 + ΔU 2 ,
где E а и Eк —термодинамические (обратимые) значения потенциалов анода и катода,
В; η а и η к — перенапряжение на аноде и катоде, В; ΔE конц — величина концентраци-
онной поляризации, В; ΔU эл — падение напряжения в электролите, В; ΔU д — падение
напряжения в диафрагме или мембране, В; ΔU1 , ΔU 2 — падение напряжения в элек-
тродах и контактах соответственно, В.
      Для отдельных видов обработки вклад каждой составляющей U будет различ-
ным. Для электрофлотаторов и электрокоагуляторов, а также аппаратов электрохими-
ческой очистки окислением и восстановлением в общем балансе напряжений будут
преобладать значения Еа, Eк, ηа, ηк. Для электродиализаторов основной составляющей
баланса является падение напряжения на мембранах и в растворе: ΔUд, ΔUэл.
      Теоретическое напряжение разложения Ет = Еа – Ек на электролизере можно опре-
делить, исходя из термодинамических данных:
                                       ΔH o    ⎛ ∂E ⎞
                                EТ = −      + T⎜    ⎟ ,
                                       nF      ⎝ ∂T ⎠ P
где ΔН° — энтальпия реакции разложения; п — число электронов, участвующих в ре-
акции; F — число Фарадея; ∂F / ∂T — температурный коэффициент, В/К.
 Для реакции разряда молекул воды величина теоретического напряжения разложения
воды в изотермических условиях Ет = 1,481 В, а величина (∂F / ∂T ) P составляет 0,00085
 В/ К. Для условий, отличных от стандартных, значения Еа и Ек определяются в зависи-
            мости от рН обрабатываемой воды из уравнений (при Т = 293 К):
                      Еа = 1,23 — 0,059 рН;             Ек = - 0 ,059 рН.
      Величины перенапряжения на катоде ηк и аноде ηа зависят от реакции, протекаю-
щей на электроде. Для реакции выделения водорода используют уравнение Тафеля:
                                     η H 2 = a + b lg j ,
где а, b — константы, зависящие от природы материала катода (справочные данные); j
– плотность тока, А/м2.
     Величина ΔEконц характерна для аппаратов, в которых удаление ионов металлов
происходит в результате катодной реакции восстановления. В этом случае скорость
процесса обусловлена замедленностью массопереноса удаляемых ионов к электроду.
Точный расчет концентрационной поляризации возможен лишь для аппаратов, в кото-
рых массоперенос можно контролировать. Приближенную оценку ΔEконц для случая
стационарной диффузии можно дать на основании уравнения
                           ΔEконц = [ R T /(n F )] lg( j / jпр.к ),
где n — числа электронов, участвующих в реакции; j, jпр.к — плотности тока и предель-


                                          110