Выбор источника тока для электрохимического аппарата

Общее уравнение электролитического напряжения на электролизере:

,

где U- напряжение на электролизере;

 - разность равновесных электродных потенциалов анодной и катодной реакции;

, - перенапряжения для катодной и анодной реакций;

 - падение напряжения в электролите;

 - падение напряжения в контактах, а также в токоподводящих шинах до источника питания постоянным током;

 - падения напряжения в шламе.

 

Расчет электрохимических составляющих падения напряжения

Реакция на катоде: 

Реакция на аноде:   

 

Разность равновесных электродных потенциалов анодной и катодной реакции

На катоде в ходе электролиза восстанавливается тот же продукт, который образуется на аноде, выхода по току принимаем одинаковыми, равновесные потенциалы этих реакций равны между собой и обратимое напряжение на электролизере равно нулю.

= 0

 

Расчет катодного и анодного перенапряжений по уравнениям электрохимической кинетики

В отсутствии литературных данных рекомендуется следующие методы расчета:

- по уравнению  замедленного разряда для электрохимических  реакций, ток обмена которых меньше 1А/м2  (1*10-4 А/см2)

;

- по уравнению  смешанной кинетики при 

,

где R - газовая постоянная, равна 8,314;

T - температура, К;

- число переноса;

z - заряд иона;

F - постоянная Фарадея, 96500, Кл/моль;

i - плотность тока, А/м2;

io - ток обмена, А/м2.

Ток обмена определяется следующим образом:

, где  могут быть найдены в справочнике [3].

0,8М CuSO4+1M H2SO4

, =0.32, тогда

= = 8,2·10-2 А·м/моль.

   Рассчитаем концентрацию используемого электролита:

С(CuSO4)=

= 0,802 моль/л и С(H2SO4)= = 0,816 моль/л.

Пересчитаем ток обмена на концентрацию 0,802 моль/л

=8,2·10-2 = 70,58 А/м2.

 

 

,

где D – коэффициент диффузии ионов меди, D = 7,2·10-8 м2/с;

 - толщина диффузионного слоя, которая для условий естественной конвекции может быть принята равной 1· м.

Для катодного процесса, где <0,  i>0, расчет ведем по уравнению смешанной кинетики.

            Рассчитаем катодный ток, исходя из того что на одной подвеске располагается 3 деталей, в ванне 2 подвески:

I =

· ,

 

I = 300·1,5= 450 А.

Затем при помощи формулы посчитаем :

                                                                    

 

Для расчета анодного перенапряжения воспользуемся уравнением замедленного разряда

ηА =

+ .

Анодное перенапряжение для разряда ионов меди составляет:

ηa =

+ = 0,0159 В.

 

Расчет электропроводности электролита по уравнению

Для плоскопараллельных электродов падение напряжения в электролите рассчитывается по закону Ома:

,

где i - плотность тока, А/м2;

l- расстояние между электродами, м;

-удельная электропроводность  электролита, См*м-1

Удельную электропроводность находим в справочнике, если же в справочнике отсутствует величина удельной электропроводности, то расчет приближенного значения удельной электропроводимости раствора, содержащего несколько компонентов, используют следующий принцип: удельная электропроводимость смешанного раствора ( ) принимается равной сумме рассчитанных удельных электропроводимостей отдельных компонентов раствора.

,

где - эквивалентные электропроводимость j компонента;

- концентрация j компонента.

Расчет производится в следующей последовательности:

1. Суммарную концентрацию компонентов в растворе, моль/л

По справочнику [3] находим эквивалентные электропроводимости компонентов для концентрации 4,052моль/л. Так как в справочнике для CuSO4 сразу не указана нужная нам концентрация, определяем уравнение зависимости удельной электропроводности от концентрации и в него подставляем .

 

 

 

Таблица 3 - Эквивалентная электропроводимость сульфата меди [3]

С, моль/л	, Ом*м*моль/л
0,1	43,86
0,5	31
1	25,83
2	20,15

 

Рисунок 2 – Зависимость эквивалентной электропроводности от концентрации сульфата меди.

                       Находим 

ω, %	ρ, г/см3	Сн моль/л	***10^4,  См*м2/моль	ρ,  г/л
7	1,045	14,93	206,9	1045
10	1,065	21,73	196,4	1065
14,56	1,1	32,69	180	1100
19,8	1,135	45,86	156,5	1135
25,31	1,18	60,95	131,4	1180
29,47	1,215	73,07	113,5	1215
34,28	1,255	87,80	93,65	1255
39,1	1,295	103,34	75,85	1295

 

Плотность находим по справочнику [4].

Затем по формуле определяем нормальную концентрацию

где,  – концентрация , выраженная в процентах;

 – плотность  ;

 – эквивалент  .

Построим зависимость эквивалентной электропроводности от нормальной концентрации, найденной по формуле:

Рисунок 3 – Зависимость удельной электропроводности от концентрации

По зависимости находим уравнение линии тренда, где вместо х подставляем суммарную концентрацию:

 

2. Определим удельные электропроводимости компонентов в смешанном растворе, См*м

Суммарная электропроводность раствора электролита составляет

= 54,32 + 2,346= 56,666 См/м.

 

 

Расчет напряжения на ванне

Падение напряжения в электролите:

где  l – межэлектродное расстояние;

ia, ik – плотность тока анодная, катодная;

- удельная электропроводность  электролита.

 

Расчет напряжение на ванне

При расчете напряжения на ванне, необходимо учитывать падение напряжения в контактах, а также в шинах от выпрямителя до ванны. Эта величина оценивается увеличением расчетного напряжения на 10%.

 

4. ВЫБОР ВЫПРЯМИТЕЛЬНОГО АГРЕГАТА

Для питания ванны выбираем тиристорный выпрямительный агрегат ТЕ1-800/12Т-0УХЛ4 с естественным охлаждением, с номинальным выпрямленным напряжением 12 В и номинальной силой тока 800 А.

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данном курсовом проекте было рассчитано напряжение на ванне гальванического  меднения, которое составило 1,169 В при токовой нагрузке 450 А. По полученным данным был выбран тиристорный выпрямительный агрегат ТЕ1-800/12Т-0УХЛ4.

 

 

 

 

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Дасоян М.А., Пальмская И.Я., Сахарова Е.В. Технология электрохимических покрытий: Учеб. для средних специальных учебных заведений. - Л.: Машиностроение. 1989. - 391 с.

2. Технологические расчеты оборудования электрохимических производств. /Рудой В.М., Останина Т.Н., Мурашова И.Б. и др. – Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2006. - 80 с.

3. Справочник по электрохимии/ под ред. А. М. Сухотина – Л.: Химия 1981. - 488 с.

4.    Справочник химика, том 3. – Л: Химия, 1965. - 1008 с.

5.   Беленький М. А., Иванов А. Ф. Электроосаждение металлических покрытий: Справочник. - М.: Металлургия, 1985.- 288 с. 

6. Ямпольский А. М., Ильин В. А. Краткий справочник гальванотехника. Л.: Машиностроение, 1981.- 269 с. 

7. Лайнер В. И., Кудревцев Н. Т. Основы гальваностегии. М.-Л.: Металлургия, 1936. - 368 с.

8.  Гальванические покрытия в машиностроении: Справочник в 2-х томах / под ред. М.А. Шлугера - М.: Машиностроение, 1985. - 240 с.