министерство образования и науки российской федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Утверждаю
Директор ИПР
А.Ю. Дмитриев
« » 2014 г.
Ю.Н. Обливанцев Термодинамический анализ процесса электролиза воды
Методические указания к выполнению лабораторных работ
по курсу «Теоретические основы энерго- и ресурсосбережения в химической технологии» для студентов, обучающихся по специальностям «Процессы и аппараты химической технологии», «Машины и аппараты химических производств» направления 241000 «Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии»
Издательство
Томского политехнического университета
2014
УДК 000000
ББК 00000
А00
Обливанцев Ю.Н.
А00 Электролиз воды: методические указания к выполнению лабораторной работы по курсу «Теоретические основы энерго- и ресурсосбережения в химической технологии» для студентов, обучающихся специальностям «Процессы и аппараты химической технологии», «Машины и аппараты химических производств» направления 241000 «Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии» / Ю.Н. Обливанцев; Томский политехнический университет. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2014. – 12 с.
УДК 000000
ББК 00000
Методические указания рассмотрены и рекомендованы к изданию методическим семинаром кафедры общей химической технологии ИПР
« » 2014 г.
И.о. зав. кафедрой ОХТ
кандидат технических наук __________В.В. Тихонов
Председатель учебно-методической
комиссии __________
Рецензент
Доцент кафедры ОХТ ИПР ТПУ, канд. техн. наук
О.И. Налесник
© ФГБОУ ВПО НИ ТПУ, 2012 © Обливанцев Ю.Н., Троян А.А., 2012
Методические указания к выполнению лабораторных работ по курсу «Теоретические основы энерго- и ресурсосбережения в химической технологии»
1. Основные процессы при электролизе воды 6
1.1. Электродные процессы 7
1.2 Рабочее напряжение электролиза 9
2. Экспериментальная часть 9
2.1 Порядок выполнения работы 9
3.Анализ процесса электролиза воды 10
4. Схема лабораторной установки 11
5. Оформление отчета 12
Рекомендуемая литература 12
Анализ действующего или проектируемого производства с целью разработки способов экономии материальных и энергетических ресурсов включает:
стандартный материальный баланс процесса;
стандартный энергетический баланс процесса;
эксергетический анализ процесса для идеализированной и реальной систем;
разработку технических решений позволяющих приблизиться к квазистатическому процессу.
Цель работы: выполнить анализ процесса электрохимического разложения воды c целью оценки возможности энерго- и ресурсосбережения.
1. Основные процессы при электролизе воды
Процесс электролиза воды проводят с целью получения водорода и кислорода.
Основное количество водорода используется для синтеза аммиака, метанола и хлористого водорода. Другие области применения водорода:
производство капрона, нейлона, высших жирных кислот;
гидрирование тяжёлых нефтяных фракций для увеличения выхода бензина и других топлив из нефти;
гидрогенизация жиров, производство красителей, некоторых медикаментов;
создание восстановительной атмосферы в некоторых термических и сварочных процессах.
Кислород широко используется для интенсификации обжиговых процессов вместо воздуха, в доменных процессах и бессемеровских конверторах, в обжиге сульфидных руд цветных металлов и др.
Для большинства из этих производств не требуется водород и кислород высокой чистоты.
Самым масштабным химическим методом получения водорода является конверсионный из метана, добавляя к нему при высокой температуре перегретый водяной пар:
СН4 + Н2О → СО + 3Н2 (1)
Получающийся водород загрязнён органическими и неорганическими газообразными соединениями и требует дополнительной очистки перед использованием.
Кислород в промышленности получают из воздуха методом его сжижения и ректификации. Существует несколько физических и химических способов концентрирования и выделения водорода, которые позволяют получать продукт довольно высокой чистоты, но расход энергии на получение этого топлива превышает его энергоемкость, поэтому чаще всего он экономически нецелесообразен.
Наиболее распространенным и глубоко исследованным электрохимическим методом получения водорода является электролиз. Он позволяет получать газ чистотой до 99,9 %.