Расчет падения напряжения в электролите

Величина падения напряжения в электролите существенно зависит от конструкции электролизера, его геометрических размеров, удельной электропроводимости электролита. Омические составляющие напряжения на электролизере рассчитывают по закону Ома [5].

 

 

(10)

где ρ – удельное сопротивление электролита, Ом*м;

χ – удельная электропроводность электролита, См/м;

l – расстояние между катодом и анодом, м;

S – площадь проходного сечения электролита, м²;

i_Σ–средняя плотность тока, А/м².

Расстояние между катодом и анодом рассчитали следующим образом. Ширина ванны составляет 730 мм. Расстояние от края ванны до анодной штанги 80 мм. Следовательно, расстояние между катодом и анодом можно принять равным 300 мм.

Для расчета падения напряжения в электролите использовали величину средней плотности тока, которая учитывает прохождение тока между электродами разной площади.

=

Для расчета χ необходимо определить эквивалентные электропроводности при суммарной эквивалентной концентрации электролита.

(12)

моль-экв/л

3.2 Расчет удельной электропроводности для

По справочным данным составим таблицу 4.

Таблица 4 – Эквивалентная электропроводность сульфата меди [6]

Сэ,моль-экв/л	λ18,См/м2·моль
0,1	0,004386
0,5	0,0031
	0,002583
	0,002015

Построим график зависимостиС_э(CuSO4)-λ(рисунок 1).

Рисунок 3 – Зависимость эквивалентной электропроводности сульфата меди от концентрации

По логарифмическому уравнению найдем эквивалентную электропроводность при заданной концентрации (

λ = (-8*10^ (-4) *ln (2,8244) + 0,0026) *10^-4=0,0017 См*м²/моль

Рассчитаем удельную электропроводность при температуре 18^оС:

(12)

Пересчитаем при рабочей температуре электролита в 23^оС:

α, при молярной концентрации =1,6 моль/л, равен 0,021.

 

 

3.3 Расчет удельной электропроводности для

Методика расчета электропроводности для серной кислоты состоит из следующих последовательно идущих операций

1. Из справочника [7] необходимо взять значения плотностей растворов серной кислоты и соответствующие им процентные концентрации. Эти данные необходимы для пересчета процентной концентрации в эквивалентную.

2. Также из справочника [6] возьмём значения удельной электропроводности растворов серной кислоты и соответствующие им процентные концентрации.

3. Исходя из того, что значения плотностей и электропроводностей в справочной литературе даны при разных концентрациях, строим зависимость ρ_H2SO4 – ω%. (Рисунок 2),для определения плотностей растворов серной кислоты при концентрации соответствующей справочным значениям удельной электропроводности и заносим их в таблицу 6.

4. Затем выполняем пересчет процентной концентрации в эквивалентную и также заносим их в таблицу 6.

5. По данным из таблицы 6 строим зависимость С_Э- λ

6. По линии тренда зависимости С_Э- λ определяем удельную электропроводность раствора серной кислоты при концентрации 2,82 моль-экв./л.

 

 

Таблица 5 – Плотность серной кислоты [7]

P, кг/м3	ω, %
	6,956
	7,704
	8,415
	9,129
	9,843
	10,56
	11,26
	11,96
	12,66
	13,36
	14,04
	14,73
	15,41
	16,08
	16,76
	17,43
	18,09
	18,76
	19,42
	23,93
	24,58
	25,21
	25,84
	26,47
	27,1
	27,72
	28,83
	29,57
	30,18

Пример расчета плотности электролита для концентрации соответствующей концентрации при которой дана электропроводность.

Далее произведем пересчет плотности при 20^оС в плотность при 25^оС по следующему уравнению

Рисунок 4 – Зависимость плотности серной кислоты от концентрации

По справочным и расчетный данным составляем таблицу 6.

Таблица 6 – Эквивалентная электропроводность серной кислоты [6]

ω, %	p, кг/м3 при Т=250С	p, кг/м3 при Т=200С	Сэ, моль-экв/л	λ, См*м2/моль
	1043,196	1043,2725	0,745178929	0,02069
	1065,61	1065,6894	1,087413265	0,01964
	1095,496	1095,579	1,565072857	0,018
	1132,854	1132,9357	2,196455255	0,0156
	1177,683	1177,7667	3,004432398	0,01314
	1207,569	1207,6535	3,573579745	0,01135
	1244,926	1245,012	4,319321837	0,009365
	1282,284	1282,3713	5,103183827	0,007585

По данным из таблицы 6 строим зависимость эквивалентной электропроводности серной кислоты от концентрации (рисунок 3). По уравнению линии тренда найдем эквивалентную электропроводность при суммарной эквивалентной концентрации электролита:

λ = -0,0031*(x)+0,0227=-0,0031*2,8244+0,0176= 0,0189 См*м²/моль

Рассчитаем удельную электропроводность при температуре 25^оС:

Пересчитаем при рабочей температуре электролита в 23^оС:

Найдем

 

Рисунок 5 – Зависимость эквивалентной электропроводности серной кислоты от концентрации

Рассчитаем падение напряжения в электролите ΔU_эл:

ΔU_эл= (14)

l- расстояние между катодом и анодом равное 300 мм.

В

Падение напряжения в контактах принимают равным 10-15 % от рассчитанного общего напряжения.

Рассчитаем общее падение напряжения в теле электрода:

 

 

Выбор источника тока

 

Выбором источника тока нужно учесть падение напряжения в проводящих проводах от выпрямителя до гальванической ванны. Его принимают равным 15% напряжения на ванне. С учетом этой составляющей U= = 1,06В.

Следовательно, выпрямительный агрегат должен поддерживать ток силой 182,65А при напряжении 1,06В. По результатам расчета выбираем ближайший по техническим характеристикам выпрямительный агрегат В-ТПЕ-200-12-01УХЛ4; номинальная сила тока 200А; номинальное напряжение 12В.

 

Заключение

 

Медь по праву можно назвать незаменимым металлом в гальваническом производстве. Покрытия из меди применяют во многих отраслях промышленности как в качестве подслоя для нанесения других металлов, так и в качестве самостоятельного покрытия в производстве печатных плат. Толстые медные покрытия используют в гальванопластике для производства металлических копий.

В расчетной части были найдены, электропроводность электролита, величины анодного и катодного перенапряжений, а также габаритные размеры ванны. Полученные данные были использованы для расчета электрического баланса ванны гальванического меднения.

Для электроосаждения медных покрытий была выбрана ванна с габаритными размерами 1000 х 1000 х 730 мм. На основании результатов расчета электрического баланса установлено, что для нормальной работы гальванической ванны необходим выпрямительный агрегат марки В-ТПЕ-200-12-01УХЛ4; номинальная сила тока 200А; номинальное напряжение 12 В.

 

Библиографический список

 

1. Дасоян, М.А. Технология электрохимических покрытий / М.А. Дасоян, И.Я. Пальмская, Е.В. Сахарова. – Л.: Машиностроение, 1989. – 391 с.

2. Федотьев, Н.П. Прикладная электрохимия/Н.П. Федотьев, А.Ф. Алабышев, А.Л. Рогинян. – СПб.: Госхимиздат, 1962. – 641 с.

3. Томилов, А.П. Прикладная электрохимия / А.П.Томилов, Р.И. Агладзе, Н.Т. Гофман.– М.: Химия 1984. – 517 с.

4. Кудрявцев, Н.Т. Электролитические покрытия металлами/Н.Т. Кудрявцев. – М.: Химия,1979. –352 с.

5. Рудой, В. М. Методы исследования кинетики электродных процессов: учебно- методическое пособие / В. М. Рудой, Т. Н. Останина, И. Б. Мурашова, А. Б. Даринцева.– Екатеринбург.: Изд – во Урал. Ун - та, 2013. - 112 с.

6. Справочник по электрохимии / Под ред. Сухотина А.М. – М. - Л.: Химия, 1981. - 488 с.

7. Справочник химика. Т.З. /Под ред. Б.Н Никольского. – 2-е издание. - М.: Химия, 1964. - 1000 с.