«Электр технологик қурилмалар ва тизимлар»

Шундай килиб, электролитлардаги электр токи узидан электр майдонидаги ионларнинг йуналтирилган ҳаракатини ифодалайди. Металл ва ярим утказгичлардан фаркли, электролитлардан электр токининг окиши модда массасини кучиши билан бирга кузатилади.
Электролит коришмасидан электр токининг окиб утиши давомида электродда ажралган модда микдори “q” Фарадей конунига кура аникланади.
g=I (1)
бу ерда
 - электрокимёвий эквивалент, г/кл;
I - ток, А;
 - токнинг окиб утиш вакти, с.
Электрокимёвий эквивалент  - электролитдан бир кулон электр заряди окиб утганда ажралиб чиккан модда микдори. Сон жихатдан бу микдор модда кимёвий элементининг Фарадей сонига нисбатига тенг. Уз урнида эса Фарадей сони ( ) бир грамм-эквивалент модда ажралиб чикиш учун талаб қилинган электр заряди микдорига тенг [Fф = 96485 Кл/(г.экв)].
Куйида электр майдон таъсирида электролитлардаги ионларнинг харакатланишини куриб чикамиз.
Майдон таъсирида электролитларда харакатланаётган ион, суюклик молекулалари томонидан курсатилаётган каршилик остида булади (доимий тормозланишида булади). Бунинг оқибатида ионлар электр майдони томонидан олинган энергиясини молекулаларга бериб, уларнинг тартибсиз харакатини кучайтиради ва натижада электролитларнинг кизиб боришига сабаб булади.
Ионларнинг узига хос “эркин харакатланиши масофаси” белгилаб куйилмаганлиги сабабли, улар ҳаракат килаётган мухит ионларга доимий каршилик курсатиб туради. Ионларга таъсир килаётган каршилик тартибли ҳаракат тезлигининг биринчи даражасига пропорционал булади.
F_T=kv (2)
бу ерда k - ишкаланиш коэффициенти.
Электронларнинг ҳаракати йуналишида электронларга электр кучи Fэ таъсир курсатади:
F_Э=eE ( 3 )
бу ерда e - ион заряди.
Агар харакатланишнинг бошланишида ион тезлиги кичик кимматга эга булиб, тезлик Fэ кучи таъсирида ортиб боради.
Тартибли харакатнинг ўртача тезлиги куйидагидан келиб чикиб аникланади, Fт = Fэ, ёки еЕ =kv , бундан
( 4 )
бу ерда: =e/k- ионнинг харакатланувчанлиги.
Электролитдан утаётган ток зичлиги:
j=env=enE ( 5 )
Мусбат ва манфий ионлар ток зичлигини хисобга олинса:
j=e(n⁺⁺+n^-^-)E ( 6 )
бу ерда n⁺ ,⁺ ,n^-,^- - мос равишда мусбат ва манфий ионлар концентрацияси ва харакатланувчанлиги.
Электролитларда ток зичлиги j электр майдони кучланганлигига пропорционал бўлгани сабабли, барча богланишлар Ом конунига буйсунади.
Электролит утказувчанлиги =e(n⁺⁺+n^-^-) ионлар концентрацияси ва ҳаракатланувчанлиги ортиши билан ортиб боради .ва ушбу холатни ионлар ҳаракатланувчанлигининг ортиши ва диссоциация даражасининг усиши билан изохлаш мумкин.
Электролитлардан ток окиши давомида электродлардан модда ажралиб чикиш жараёни, шунингдек, модда заррачалари томонидан электродларни узлаштириш ёки йукотиш билан кузатиладиган электродлардаги оксидланиш ёки тикланиш жараёнлари электролиз деб аталади.
Саноатда электролиз асосан металларни анодда парчалаш ва парчаланган эритмаларни катодда бирлаштириш оркали амалга оширилади.
Водородли нормал электрод потенциалига нисбатан нормал потенциали - 1 дан катта бўлган моддалар коришмалар электролизи оркали олинади (Масалан, мис, рух ). Нормал потенциали - 1 дан кичик моддаларни бу усулда олиш мумкин эмас. Шунинг учун бундай моддалар олиш учун, шу металл тузлари эритмаларининг электролизидан фойдаланилади.
Электролиз ваннасидаги жараён электр энергиясини узлаштириш оркали амалга оширилса, бундай ванналар электролизерлар деб аталади.
Анодда металлнинг металл холатидан ( Ме^о ) ион холатига утиши металлдан электронларнинг ажралиши Ме^{0 -} ne  Меⁿ⁺ ( парчаланиши ) хисобига амалга ошади, бу ерда n - бирламчи зарядлар сони. Катодда ион электронларни узига узлаштириб, металл холатига утади Меⁿ⁺+ne  Me^о ( катодни коплаш ).
Электролиз ваннасидаги кучланиш
U=U₁+Ua+Uk+ (1)
бу ерда :
U₁ - модданинг электрокимёвий парчаланиш кучланиши.
U_a, U_k - мос равишда потенциалнинг анод ва катодда тушиши.
I - ваннадаги ток кучи;
l - электродлар ўртасидаги масофа;
 - электролит утказувчанлиги;
Электролиз ваннасидан ажралаётган кувват:
( 2 )
Электролиз давомида олинган модда микдорининг (q₁) Фарадей конунига кура назарий жихатдан олиниши мумкин бўлган модда микдорига (q₂) нисбати A_i токка кура модда ( олиш) чикиши (%) деб аталади:
( 3 )
Электролиз жараёнининг эффективлиги, шунингдек энергияга кура модда чикиши Аэ билан хам бахоланади:
( 4 )
бу ерда:  - модданинг электрокимёвий эквиваленти.
Шундай килиб, энергияга кура металл чикиши деб, сарф бўлган 1 Дж энергия микдорига нисбатан граммларда олинган (г/Дж) металл микдорига айтилади.
Электролиз интенсивлигини аникловчи яна бир характерли катталик, бу токнинг электродли зичлиги (А/м² ) хисобланади.
j=I/S ( 5 )
S - электроднинг электролитга ботирилган кисми юзаси (м²).
Электрод атрофида икки кават электр катлами ҳосил булиши ионларнинг электродларга якинлашишига ва электроддан ионларнинг чикишига каршилик курсатади. Бу катламни бартараф этиш учун электролитларни циркуляция қилиш, электролиз ваннасини импулpсли манбаа кучланишига улаш ва шунингдек, электродлар вибрациясини амалга ошириш каби тадбирлар кулланилади.
Электролиз қурилмаларини доимий ток манбаасига улашда узгармас ток генераторлари ёки саноат частотасидаги узгарувчан токни узгармас токка айлантирувчи тўғрилагич агрегатлардан фойдаланилади. Амалда, ф.и.к. ти 97 - 99 % бўлган кремнийли тўғрилагич агрегатлардан фойдаланиш кенг таркалган.
Мис электролизидан максад, эритиш усули билан махсус печда олинган, тозаланмаган мис кумаси таркибилад кераксиз кушилмаларни тозалаш ва шунингдек, мис куймаси таркибидаги соф ва турли рангли металларни ажратиб олиш ва натижада тоза электротехник мис ҳосил қилишдан иборатдир.
Ушбу жараён кути (яуик) типидаги электролиз ванналарида амалга оширилади. Мазкур ванналарга тозаланманган мис куймасидан иборат анодлар урнатилиб, улар орасига юпка, тоза мисдан иборат катодлар жойлаштирилади. Шундан сунг ваннага, узидан мис купорасининг сувдаги эритмасини ифодаловчи, электролит тулдирилади. Электролит каршилиги камайтириш учун эритма сульфат кислотаси билан бойитилади.
Анодларнинг ъар бири узидан массаси 300 кГ га, калинлиги 35-45 мм га тенг бўлган плиталарни ифодалайди, катодлар эса калинлиги 0,6-0,7 мм бўлган, электролитик мисдан ясалган пластиналарни ифодалайди. Катод электродларини махсус штангаларга осиш учун уларга кулокчалар-илгаклар пайвандланган булиб, кушни катод ва анод электродлари орасидаги масофа 35-40 мм ни ташкил этади.
Ваннадан доимий ток утказилганда тозаланмаган мис (анодлар) эриши ва натижада тоза миснинг катод электродларга утиши амалга ошади. Бунда анод таркибидаги соф металл ва бошка кушилма (элемент)лар узига хос чукма ҳосил килади.
Электролиз жараёни ваннадаги кучланишнинг киммати 0,3-0,35 В ни ташкил килганда бошланади. Токнинг зичлиги эса майда донадор, зичлиги катта бўлган текис мис катоди олиш шартларидан келиб чикиб чеклаб борилади. Тозаланмаган мис зичлигига кура ток зичлиги 180-270 А/м² ни ташкил килади. Токка кура чикиш ишининг реал киммати 92-98% ни ташкил килади. Электр энергиясининг солиштирма сарфи тоза мисга нисбатан 200-379 КВТ.соат/тонна ни ташкил килади.
Катодлар ва анодлар ваннада параллел уланиб, ванналар эса кетма – кет уланади (мультипль системаси). Ваннада электродларнинг кетма-кет уланиши (Серий системаси) камдан кам кулланилади.
Электролит харорати 333+3 К даражада ушлаб турилади.
Электролиз ванналарида шунингдек узига хос, яъни спецефик усулида рух электролизи, алюминий электролизи каби технологик жараёнлар амалга оширилади. Бунда алюминий олиш технологик жараёни катта микдордаги электр энергияси сарфини талаб килади. Алюминий олиш учун электр энергиясини солиштирма сарфи 14 000 – 16 000 кВт.соат/тонна ни ташкил килади, хусусан 1 тонна алюминий олиш учун энергия сарфи 16 000+500 кВт.соатни ташкил килган хол учун 1 кВт.соат энергия сарфига 60-77 г микдорида металл олинади.
Электролиз қурилмаларини узгармас ток билан таъминоти узгармас ток генераторлари ёки саноат частотасидаги узгарувчан токдан узгармас токка айлантириб берувчи ярим утказгичли тўғрилагич агрегатлари томонидан амалга оширилади. Хозирги кунда фойдали иш коэффициенти 97-99% ни ташкил килувчи кремнийли тўғрилагич агрегатларидан фойда-ланиш кенг таркалган.
Узгарувчан ток узгармас токка айлантириш учун мулжалланаган подстанциялар узгурувчан токни таксим-лаш қурилмаси кучланишни бошкариш қурилмаси билан таъминланган куч трансформаторлари, ярим утказгичли агрегатлар, узгармас токни таксимлаш қурилмалари ва уз эхтиёжларини кондириш қурилмалари мажмуидан иборатдир.
Куввати катта бўлган электролизерларда кул-ланаётган ток узгартиргичлар электролиз қурилмалари сериясига комутацион аппаратлар ёрдамисиз бевосита уланади.
Нисбатан катта кувватга эга булмаган электролиз қурилмалари узгартиргичлари эса бир пайти узидан ъимояловчи аппарат хисобланувчи автомат улагичлар (виключательлар) ёрдамида уланади.
Электролиз ванналари электр манбаасига алоъида пакетларга териб чикилган тўғри бурчакли шиналар мажмундан иборат махсус шиналар оркали уланади. Ушбу шиналар одатда алюминийдан ясалиб, коррозия туфайли алюминий ишлатиб булмайдиган холларда, мисдан ясалади. Шиналарнинг кесим юзаси, токнинг иктисодий зичлигига кура танланади. Электролиз жараёни учун алюминий шиналарига бу катталик 0,3-0,4; мис шиналарига 1,0-1,3 хамда чуян ва пулат шиналарига 0,15-0,12 А/мм² ни ташкил этади.
Электролиз ванналаридан ишчи ток унлаб, айрим холларда эса, юзлаб килоамперни ташкил килгани сабабли шина утказгичларнинг кесим юзалари шина утказгичлари тўғри туртбурчак юзали шиналардан йиғилиб, совитиш максадида хар бир шина орасида шина калинлигига тенг бўлган масофа колдирилади. Шиналарнинг кизиш оқибатида узайишини компенсация қилиш максадида, шиналарнинг тўғри учаскаларида ъар 20-25 м масофада эгилувчан шиналардан иборат компенсаторлар урнатилади. Подстанциядан урнатилган холда монтаж қилинади, алоъида электролиз ванналари ўртасидаги шиналар эса, усти темир бетон плиталар билан беркитилувчи каналларда монтаж қилинади.

Назорат саволлари

1.