电解槽槽电压由哪几部分构成

本帖最后由 sunjl1981 于 2013-1-6 20:03 编辑
电解槽槽电压由哪几部分构成？

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槽电压=理论分解电压+离子膜电压降+阳极过电压+阴极过电压+溶液欧姆电压降+金属导体中欧姆电压降

离子膜法制碱生产技术 上有

接触电压、膜电压、第一类导体电压降、第二类导体电压降（亦称为电解质电压降）、过电压、理论分解电压

电解槽的槽电压由理论分解电压、过电压、第一类导体电压降、电解质电压降、隔膜电压降、接触电压降六个部分所组成。
①        理论分解电压：使离子放电必须使电极具有一定电压，电解质开始分解时所必需的最低电压叫理论分解电压，在数值上等于阳极电位与阴极电位之差。如：25℃盐水电解Cl-在阳极上放电电位为1.312V，H+在阴极上放电电位为-0.86V，则理论分解电压为V理论==1.312-（-0.86）==2.17（V）。（此种计算是用能斯特方程式求得的，如用盖姆荷茨公式计算为2.16V，但是这两种计算中不考虑电压温度系数效准而得到的）一般理论分解电压在电解生产中比计算高，通常取2.3V（在计算电压效率==理论分解电压/实际电压×100%，电压效率一般在65%以上，高电压效率才可降低电耗。）理论分解电压现在通常取2.19V。
②        过电压：在电解过程中实际放电电位比理论电位高，把这个差值称为过电压，在盐水电解过程中，电化学上属于电化学极化。过电压用塔菲尔公式表示则：η==a+b㏒i，η主要和a、b有关，而a、b取决于电极材质、电解液浓度和温度。如石墨槽采用金属阳极后，阳极过电压由0.33V降至0.02V，阴极过电压采用活性阴极后由0.291V降0.091V，离子膜电槽采用金属阳极和活性阴极故阳极过电压取0.02V阴极过电压取0.091V。（阳极过电位现在一般取0.05V，阴极过电位一般取0.13V。）
③        第一类导体电压降：电解时电流要通过导体进入电解槽，在电解槽中还需通过阳极及阴极，这些第一类导体都有电阻有电压损失，为第一类导体电压降。该电压降服从欧姆定律V=IR=D.ρ.L，D为电流密度，ρ为第一类导体电阻率，L为导体长度。在电解中铜母排设计电流密度为1.25—2.00安/mm2 ，电槽一般在2安/mm2以下，石墨槽第一类导体电压降为0.36V，金属阳极电槽为0.17V，离子膜电槽（采用铁阴极）等同于金属阳极也为0.17V（电流密度1550安/米2）。
④        电解质电压降：电解质溶液有电阻，有电压损失，为电压降。损失符合欧姆定律V=IR=D（L/x），D为电流密度，x为电导率，L为电流所经过距离。为降低电解质中电压损失需缩短阴阳极之间的距离，象离子膜电解槽现在有设计零极距（中间只有膜的厚度280μ—340μ）。以及把电解质维持在较高的温度和浓度下进行，以增加电解质溶液的电导率。实际电解质溶液电压降数值比欧姆定律计算的要大，因为电解质中有气泡产生气泡效应，会减少离子运动有效面积，使电导率下降，要考虑充气度。充气阳极液电导率可依x==x0（1-1.665p）公式求得。P充气度（气体和液体容积比值一般在10—30%，取最大30%为气液分离不好的状况），x0是没充气时溶液电导率。如离子膜电槽取NaCl308g/l，80℃时电导率为0.558，100℃时电导率为0.684，内查90℃时为0.621。充气度x=0.621（1-1.665×30%）=0.3108，V=3.333×（0.003/0.3108）=0.03217V（指天原厂北化机强制循环槽）。电解液电压降一般取0.15V。
⑤        膜电压降：电流通过电解槽中的隔膜，也会造成电压降，以下式计算：V=D×（2d/U）×（I/ρ）V为隔膜电压降，D为电流密度，d为膜的厚度，U为隔膜孔隙率，ρ为电阻率，I为电流强度。正常情况下隔膜电压降为180——300mv（隔膜电阻为2.5—4.0欧姆/厘米2）离子膜的隔膜电压降在2080安/米2时为0.116V，则在3333安/米2时为0.1859V（北化机电槽的大约值）（杜邦901膜电阻为2.8Ω，300μ，羧酸层厚度为≤10μ。）膜电压一般取0.30V。
⑥        接触电压降：在电槽连接组装制造过程中，导体接触和连接地方有电阻，为电流通过时有电压降，称为接触电压降。该电压降和材料接触面积，接触面积的清洁以及接触紧密程度有关，和电流密度有关。一般导体连接铜板电压降小于35mv。石墨槽接触电压降一般取0.36V，金属阳极（离
子膜相同）取0.17V，离子膜复极槽应更小取0.15V。
第一类导体电压降和接触电压降，有些称为结构电位，实际一般厂第一导体电压降为0.17V，接触电压降为0.15V合起来应有0.32V。
通过以上分析我们可估计单元槽的槽电压V=2.3+0.02+0.091+0.17+0.03217+0.1859+0.1859+0.15=2.949V

槽电压的组成部分