Математическая модель двухимпульсного электролиза щелочей

Abstract

УДК 541.183.12:541.135

Сформулирована и обоснована математическая модель простого двухкамерного электролизера для изучения возможных процессов, происходящих при электролизе щелочных растворов. Учитываются электрохимические реакции, электромиграция ионов в поле градиента потенциала, диффузия через мембрану, разделяющую катодную и анодную камеры, электроосмотические потоки воды в гидратных оболочках ионов, эффекты электрострикции (изменение объема раствора при изменении концентрации щелочи через уплотнение молекул). Режим электролиза состоит из двух последовательных импульсов тока – первого катодного и последующего анодного. Поскольку химический состав электролита в момент переключения тока продолжается, а направления электродных реакций, электромиграции и электроосмоса изменяются, теоретические расчеты состояния системы в двух импульсных режимах будут наиболее точными. В режиме электролиза с большим количеством импульсов рассчитать параметры состояния было бы невозможно. Математическая модель предназначена для сравнительного анализа влияния разных условий электролиза на соотношение скоростей разных процессов.

Ключевые слова: электролиз, материальный баланс, электрострикция, электроосмос, мембрана, диффузия.

A mathematical model of a simple two-chamber electrolyzer was formulated and substantiated for the study of possible processes occurring during electrolysis. In the calculations, the following factors were taken into the account: electrochemical reactions, electromigration of ions in the potential gradient field, diffusion through the membrane that separates the cathode and anode chambers, the change in the volume of the solution due to the water molecules compaction in the hydration shells of ions, and the change in the alkali concentration. The electrolysis mode consists of two consecutive current pulses: the first-cathodic and the next – anodic. Theoretical calculations of the system state in the two-pulse mode are the most accurate since the chemical composition of the electrolyte does not change at the moment of switching the current. However, the directions of electrode reactions, electromigration, and electroosmosis change. In the electrolysis mode with more pulses, it would be impossible to calculate the state parameters. A mathematical model was created for a comparative analysis of the influence of different electrolysis conditions on the speed ratio of various processes.

Keywords: electrolysis, mass balance, electrostriction, electroosmosis, membrane, diffusion.

Download full-text PDF. 62 downloads

Menu

Vol. 60 (2024), Issue 5, p. 19-30

Математическая модель двухимпульсного электролиза щелочей

Abstract