电解水装置

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范文一:电解水装置的3种改进

3 6

中小学 实验 与装备 2 0 ] 4年第 3 期

第 2 5卷

自制 ・改进 ・ 创 新

电解 水 装 置 的 3种 改 进

山东省潍坊 市 滨海 区央子 中心 学校 ( 2 6 1 1 0 8 )   耿 文林 杨 学刚

1   改进 实验 装 置 的 目的

教 材 中的 电解水装 置 有如下 缺 点 :重心 太 高 ,   不稳定 ;玻 璃制 品 ,易 损 坏 ;价格 高 ,不 适 合 普  遍使用 ;反应 慢 ,实 验 用 时 长 。研 制 新 的 电解 水

明显 ,反应 速度 快 ,读 数更 准 确 ;但 是 由 于 电极  上 的塑 料管 长度 限制 ,收集 气体 的体 积 只能 在 1 5   ml 之 内。在 电极 的选 择 上 ,最好 使 用 铂 电极 ,但

是 铂 电极在 生 活 中 不 常见 ,所 以采 用 了生 活 中易  得 的碳 棒做 电极 。 为 了提 高 实 验 的精 确 度 ,笔 者

装置 ,能 够快 速 安 全准 确 地 完 成 实 验 ,是 教 学 所

需。

对碳棒 电极 进 行 了加 工 ,负 极 为碳 棒 ,正 极 为 碳  棒缠绕 镀镍 的 回形 针 ,这样 使 得 实 验 结 果 和 理 论

上完全 吻合 。   4 . 2 压水 式 电解 水 发生器

2   实 验 用 品

学生 电源 、 导线 、 止 水夹 、 3 套 自制 的 电解水 发

由烧杯 、 水袋 、 碳 棒 电极 、 带 刻度 的透 明塑料 管

生器 ( 浮沉 式 电解水 发生 器 、 压 水式 电解 水 发 生器 、

压气 式 电解水 发生 器 ) 。

构成 ( 塑料 管上端 有 导管 ) 。实验 前 , 应保 证 水袋 的

密 闭性 。进行 电解 水 实 验 时 , 轻轻挤压水袋 , 当水

柱上 升至 完全充 满 塑料管 时夹 上止 水夹 , 接 通 电源

3   实验 装置

正 负极 , 开始 电解 水 实 验 。读 取 气 体 的体 积 时 , 先

使两 塑料 管 内液 面 相平 , 这 样可 以使 两 塑料筒 内气  体压 强相 等 , 再 根 据 塑 料 管 上 的刻 度 读 取 气 体 体

■_

浮沉式 电解  水发生器  压水式 电解  水发生 器  压气 式电解  水发 生器

积 。需要 收集 气体 时 , 打开 止 水 夹 , 轻 轻 挤 压 水 袋

即可 。

该改 进装 置 的优缺 点 : 取 材方便 , 现象 明显 , 精  确 度高 , 反应 速度 快 ; 但 是 由于 带 刻 度 塑料 管 长度  限制 , 收集气 体 的体积 只能 在 1 5   ml 之 内。

4 . 3 压 气式 电解 水发 生器

图 1 实 验 装 置

由玻 璃瓶 、 透 明塑料 管 、 手动压 气 泵 、 碳 棒 电极  构 成 。进 行 电解 水 实 验之 前 , 轻轻挤压气泵 , 水 柱  上升 , 当塑料 管 内充 满 水 柱 时 夹 上 止水 夹 , 接 通 电  源正负极 , 开始 电解水 实验 。可 以使用 刻

度尺 测 量

4 改 进 实验 的 原 理说 明

4 . 1 浮 沉式 电解水 发 生器  由烧 杯 、碳 棒 电极 、带 刻 度 的塑 料 管 ( 电极

气 体长 度 , 了解 气 体 体 积 之 比。需 要 收集 气 体 时 ,

打开止 水夹 , 轻轻 挤压 气泵 即可 。

固定 在可 浮 动 的带 有 刻 度 的 塑料 管 上 ) 构 成 。 当

进行 电解 水 时 ,先将 电极 上 的 塑 料管 按 压 至 液 面  以下 ,使 塑料 管 内没 有气 体 ,用 止水 夹 夹 住 塑 料

管上 端 的导 管 。连 接 电源 正 负 极 的 电极 会 产 生 气

该 改进 装置 的优 缺点 : 取材方 便 , 现象 明显 ; 但  是 由于透 明塑料 管没有 刻度 , 实验 中需 要 悬挂 刻 度

尺, 精 确度 不高 。

体 ,读气 体 的体积 时 ,应 使 塑料管 内的液 面相 平 ,   这样 可 以保 证 两 塑料 管 内气体 压 强 相 等 ,读 数 准  确 。需要 收 集气 体 时 ,只要 轻 轻 下 按 塑 料 管 ,打

开 止水 夹 即可 。

5   实验 方 法 步骤 说 明

5 . 1 浮沉 式 电解水 发生 器

进行 电解水 时 , 先将 电极 上套 的塑 料管 按压 至

该 改进 装置 的 优 缺 点 :取 材 方 便 ,实 验 现象

液 面 以下 , 使 塑料 管 内没 有气 体 , 用 止水 夹 夹 上 塑

第2 5 卷

中小 学实 验 与装备 2 0 1 4 年 第 3期

3 7

自制 ・ 改进 ・ 创 新

科学实验 教学 改进 与创新的实践探索

浙 江省 嘉兴 市嘉 兴一 中实验 学校 ( 3 1 4 0 5 0 )   邱模贵

1   问题 的提 出

科学 教学 的基 础 是实 验 , 丰富 多彩 的科 学 实 验

实 验原 理或对 实验 现象 的解 释上 。

2 . 2 安全性 原 则

实 验改 进 与 创 新 的安 全 性 主 要 指 人 身 安 全 。   尽 量不 要涉及 高温 、 高压 、 强 电流 、 易燃 、 易爆 和剧  毒 等 实验 , 若 确 有 实验 的必 要 , 应 采 取 相 应 的保 护  与防 范措施 。这 类 实 验 不 宜作 为 课 外 实 验 让学 生

独 自操 作 , 必须 在教 师的规 范指 导下进 行 。

2 . 3 可靠 性原 则

既是 学生 学 习科学 课 程 的手段 , 也是 科 学课 程 的学  习 内容 。 目前 科学 实 验教 学 中存在 着诸 多 的问题 ,

如: ①现成仪器欠缺或不够完善 ; ②学生的观察与  实验 能力 较 差 ; ③ 教 师 的实验 操作 与实 验 知识 水 平  较低 , 对 实 验教 学 的重视 程度 不够 。

同时 , 科 学 教材 中 介 绍 的有 些 方 法 不 够 完 善 、   教学 效果 不 够好 , 现 成 的实验 教具 有些 可 见 度不 够  高、 有些 太 复杂 、 有些 效果 不佳 , 不 能很 好 地 满足 科

学 教学 的需 要 。为 了很好 地解 决 这些 问 题 , 更好 地

成功 的实验 是保 证教 学顺利 进行 的条 件 之一 ,

尤其是演示实验 , 如果实验成功率低 , 则不仅不能  让学 生信 服 , 还 会浪 费许 多宝 贵的 时间 。

2 . 4 简 易性原 则  实验 的教 育价 值 与 实 验装 置 的复 杂 程 度 成 反

发 挥实 验在 科学 教学 中的作用 , 研 究科 学 实 验教 学

的改进 与创 新具 有 重要 意义 。

比。一项 实验 , 使用 的材 料越 简单 , 学生 越熟 悉 , 实  验所 获得 的收 获就越 大 。实验 宜简 不宜 繁 , 过 于复

杂 的实验 装置 还会 分散 学生 的注 意力 , 不 易 抓住 事  物 的本质 , 也不 易鼓 励学 生 自己动 手做 实验 。因此

2 科 学实验教 学的改进与创新 的原则

2 . 1 科 学性原 则

在对 实验 进行 改进 与创 新 的过程 中 , 科 学 性是

在 实验设 计 时 , 应尽 量使 实验 简单 化 。

2 . 5 明显性 原则

首 要 问题 。一 个 实 验 的 目 的、 原理 、 器 材、 方案 、 操  作方法、 数据处理、 得 出 结论 等各 个 环 节 都 应 符 合

科 学性 、 规 范化 。较 常 见 的科学 性错 误 常发 生 在对

改进 与创 新 的实验 现象要 明显 , 尤 其是 演示 实

验, 更要 具有 一 定 的可 见 度 , 特 别 是 重 点 观察 部 分

料 管上 端 的导管 。连接 电源 正 负 极 的 电极 后 产 生

电源正 负极 ,开 始 电解 水 实 验 。使 用 刻度 尺 测 量

气体 , 读数时使塑料管 内液面和烧杯内液面相平 ,   根 据管 上 的刻度 读 取 气 体 的 体 积 。进 行 气 体 的 收

集 和验 证 。   5 . 2 压水 式 电解水 发 生器

气体长度 ,了解气体体积之 比。进行气体 的收集

和验证 。

6   实验 创 新 点 和 意 义

3套 自制 的 电解 水 实验发 生 器 , 从 3种 不 同角

度 制 作 。操 作 简 单 、 安全 , 现象明显, 可 以多 次 重

进 行 电解 水实 验 时 , 轻轻挤压水袋, 当水 柱 上

升 完全 充 满 塑 料 管 时 夹 上 止 水 夹 , 接 通 电 源 正 负

极, 开 始 电解水 。读 取 气 体 的体 积 时 , 先 使 两 塑 料  管 内液面 相 平 , 再 根 据 塑 料 管 上 的 刻 度 读 气 体 体  积 。进行 气体 的 收集 和验证 。

5 . 3 压 气式 电解 水发 生器

复操作 , 适 合学 生实验 时 广泛使 用 。   在 素 质教育 的今 天 , 实验 应 面 向生 活 , 面 向学

生, 摆脱传统实验教学 思维的束缚 , 让制作、 探索  新型实验装置成为师生共 同的追求 。

收稿 日期 : 2 O 1 4 —0 4 一l l

进行 电解 水 实 验 之 前 ,轻 轻 挤 压 气 泵 ,水 柱

上升 ,当塑料 管 内充 满 水 柱 时夹 上 止 水 夹 ,接 通

范文二:电解水装置改进的尝试

电解水的实验是《化学》九年级上册第三单元中一个重要的演示实验。它揭示和确定了自然界的水是由氢元素和氧元素两种元素组成,它俩的组成比为2:1。这是一个复杂的实验,不仅运用了物理化学和电化学的原理,涉及到在恒压直流电场的作用下,氧化还原反应进行的条件选择和速率控制及如何减少副反应等诸多问题;还牵涉到反应所需要的碱性或酸性介质对操作者的腐蚀程度,以及反应产物通过综合利用达到降低实验成本和减少污染物排放。

原实验装置的缺陷

2004年以前,保定市金帆中学电解水的实验装置,一直是按照课程标准实验说明和建议制作的。该装置存在着许多缺陷。

由于铂和金价格昂贵,原装置的电极采用价格极其便宜的镀铬曲别针,虽也能完成演示实验,但其表面积较小,电解速率较低,为10mm(试管中氢气气柱高度)/分钟,电解60mm高氢气气柱需要6分钟。另外,镀铬曲别针与导线结合部在装置安装和拆卸过程中,由于扭动,镀铬层很易破损,导致铁芯裸露。我们知道,在电解中,氢氧根中负2价的氧在阳极失去两个电子被氧化成初生态的氧原子,其又有很高氧化性,在碱性介质中很易把铁氧化成棕色的氢氧化铁,而使水着色,导致学生产生疑惑,影响演示效果。同时,高浓度碱液着色失去再利用的价值被倾倒,造成浪费和污染。还有氧化副反应的发生,致使氧气气柱高度降低,而使同温同压下氢气和氧气体积比大于2:1。

由于纯净水的电导很小,所以纯净水的电解速率极低。因此,要想加快电解速率,就必须向水中加入强电解质——酸或碱。氢离子比氢氧根离子体积小得多,故氢离子在水中的运动速度比氢氧根离子在水中的运动速度快。所以,水中电解生成氢气的速率,就比生成氧气的速率快。倘若向水中加入酸而使水显酸性,不仅使水中氢离子浓度大大提高,而且电极中的活泼金属还会把酸中的氢离子置换生成氢气,这些都使电解生成氢气的速率加快。同时,酸性介质不仅大大降低水中氢氧根离子的浓度,而且更容易使阳极发生氧化致使副反应增加。这些都导致电解生成氧气的速率降低,最终表现出氢氧元素的瞬时组成比大于2:1,有时甚至达到3:1,产生出违背客观事实的结论。

用10%~15%的氢氧化钠溶液做电解液,在电解中能明显抑制氢气生成的速率,加快氧气生成的速率,使同温同压下氢气和氧气生成体积比接近2:1,即水中氢氧元素组成比2:1。但是,质量分数为10%~15%的氢氧化钠溶液,它的摩尔浓度为2.5~3.75摩尔/升,是PH=14强碱溶液的浓度的2.5~3.75倍,其对人的眼睛、皮肤和衣着的

腐蚀性非常强,操作危险性也非常大。操作时必须佩戴眼镜和透明的橡胶手套,有色的橡胶手套很易被强碱液褪色致使电解液着色,这一切都会使学生产生电解的溶液是不是水的疑问。同时,电解液一旦着色,将被倾倒,这势必造成浪费和环境污染。

改进措施

针对原实验装置的缺陷,我采取了以下改进措施。

在电解反应中,对电解池电极的要求是易导电、化学性质稳定、价格便宜、容易得到等。电池芯中的石墨碳棒不是正符合作电解池电极的要求吗?实验中,收集气体使用的是内径为15mm,长度为150mm的试管,采用5号电池的碳棒比较合适。于是,我从废旧电池回收箱中捡回几个5号电池,经过剥皮、刮去填充包裹物、反复清洗,得到了4个外径为4mm,长度为47mm的石墨碳棒,在试管内一比正合适。我拿来长约600mm,直径为1mm,并且是由28根细铜丝组成的外包白塑料皮的铜线作电极连线,剥去一端约80mm的塑料皮,拧紧多股铜线后,在石墨碳棒的一端紧密缠绕5圈,用钳子拧紧线头,便做成了两套电极(两套装置4个电极)。

由于该电极比镀铬曲别针的表面积大得多,电解速率快很多。因此,在保证实验速度的前提下,完全有可能降低碱液浓度。于是,为了降低碱液腐蚀性和实验成本,我决定降低碱液浓度。由于实验室常用2%氢氧化钠溶液,其摩尔浓度约为0.5摩尔/升,其腐蚀性和操作危险性都不大。所以,我配制了2升(两套装置每次实验需要4升电解液)来试一下。

经过试验,果然如此。在把碱液浓度降低到原来浓度的1/5后,电解速率提高到20mm/分钟,是原速率的2倍,电解60mm高氢气气柱需要3分钟,使学生们等待的时间缩短了一半。而且实验完毕后,剩余碱液还可以保存起来以待它用。石墨碳棒是易导电、化学性质稳定的非金属,所以在电解中副反应非常小,加上碱性介质对氢气生成速率的抑制,对氧气生成速率的加快,在同温同压下,生成氢气和氧气的体积比,始终保持在2∶1,而且电解液自始至终洁净透明。

(作者单位:河北省保定市金帆中学)

范文三:电解饱和食盐水的装置

参考资料]电解水与电解饱和食盐水装置的制作

我们制作一套装置即可电解水又可电解饱和食盐水,用于演示实验很方便。具体的制作方法及操作步骤如下:

一、制作材料

18号大橡皮塞一只,能与橡皮塞配套的塑料瓶(盛放氧化钙试剂的)一只,15×120mm玻璃管两根,能与玻璃管配套的1号橡皮塞两只:医用注射针头两支,1号干电池中的碳棒(8×58mm)两根,回形针两个,直径为0.5~1.0mm铜导线若干厘米,玻璃导管一根,铝箔纸团(香烟盒上的铝箔纸)两个。

二、制作方法

1.大橡皮塞的孔 在塞大端打两个直径略小于玻璃管外径的大孔和两个直径为8mm的小孔,其深度均为塞的高度2/3,拔去皮芯,并在两大孔下各打通一个直径略小于碳棒直径的小孔。在塞小端中央央打一小孔,直通两大孔止,拔去皮芯。见图1。

2.电极的制作 将两根碳棒的一端都稍稍磨尖,即为一对电解饱和食盐水的石墨电极。将两个回形针弄直,一端绕成螺旋状,另一端(直端)穿过一个直径略大于碳棒直径的小橡皮塞(自制)上,即为一对电解水的铁丝电极。演示时,可根据实验内容和一对电极,并将此对电极分别插入两电极插孔内。

3.排气孔的制作 在两只1号橡皮塞小端各打一深度为塞高度4/5的小孔,拔去皮芯,用缝纫针刺穿,再将注射针头穿过塞子(注意:不能堵塞针孔),针头大端嵌进小孔里,并塞紧在玻璃管一端上,即为两排气孔。

4.演示装置 将铜导线穿过大橡皮塞大端两个未通的小孔,并分别与两电极连接。在塑料瓶身中部打一小孔,作为进出气的通路。按图2装配。当每个电极插孔插入螺旋状铁丝电极,电解液为5%~10%的氢氧化钠溶液时,此装置为电解水装置。当每个电极插孔插入石墨电极,电解液为饱和食盐水时,此装置为电解饱和食盐水的装置。

三、操作步骤

取下大橡皮塞,往瓶内注入80~100mL电解液,盖紧橡皮塞。用手抓住塑料瓶身,拇指按住瓶身上的小孔,用力挤压瓶身,电解液便通过导管进入玻璃管中,当电解液从两针孔逸出时,停止挤压,用铝箔纸团堵住两针孔(针尖扎入纸团内),松开手,空气从瓶身的小孔进入,瓶子恢复原状,玻璃管中的电解液也不会流下来。接通6~9V直流电,电解3—4min后;若电解液为5%~10%的氢氧化钠溶液时,氢气可弃满玻璃管,氧气可弃满约1/2玻璃管;若电解液为饱和食盐水时,氢气可充满玻璃管,氯气约一玻璃管。

检验气体时,同样用拇指按住瓶身上的小孔,将一针头上的纸团去掉,用燃着的火柴梗接近针孔,同时挤压瓶身,针孔上并有安静燃烧着的淡蓝色火焰,时间持续4~5S,可检出是氢气。当氢气烧尽后,用纸团再次堵住针孔,松开手,瓶子又恢复原状,便检验另一玻璃管中的气体,检验步骤同上。当玻璃管中的气体用尽后,用纸团堵住针孔,松开手,可再次通电作重复演示实验。

四、几点说明

1.该装置的材料易得,成本低廉。该装置容易控制,操作简便,药品用量较少,实验现象明显,需时较短,可重复演示。

2.制作时,注意各相连处要紧密,保证不漏气,否则,电解液不能进入玻璃管中。塞下的导管要尽量接近瓶底,以减少电解液的用量。

3.做电解水实验时,为保证生成的氢气与氧气体积比为2:1,可预先电解几次。因为,在相同温度下,氧气的溶解度比氢气大;又因

两极电流效应不同,电解液中如含有Cl-、CO2-

3,产生副反应都会影响氧气

的生成;加之阳极氧化也要消耗一部分氧气,因此,电解水时要作预电解,否则,得不到氢气与氧气的体积比是2:1的良好效果。

4.做电解饱和食盐水实验时,向电解液中滴加3~5滴酚酞试液,通电后不久,可见阴极处的溶液变红,现象明显,说明有氢氧化钠生成。碳棒一端磨尖,目的是使产生的气体容易逸出,也便于观察。更换电极(拔出铁丝电极,插入石墨电极,或反之)和电解液之前,应将该装置洗净,以免电解液污染,影响电解效果。

二、电解食盐水

电解食盐水之一

[原理]

氯化钠水溶液的离子种类有:Na+、Cl-、H+、OH-,电极反应为:

阳极反应:2Cl--2e=Cl2↑

阴极反应:2H2O+2e=H2↑+2OH-

总反应:2Cl-+2H2O

知: 2OH-+H2↑+Cl2↑ 实际上,饱和食盐水中[Cl-]=5.30mol·L-1,阳极附近pH=4,由奈斯特方程而

E(Cl2/Cl)1.3580.059211g1.315V2(5.30)2

0.0592E(O2/H2O)1.2291g(104)40.993V2

在阳极应析出氧气而不是氯气,但因氧气过电位大,反而是氯离子比水易被氧化。氯气在石墨电极的过电位为0.251V,氧气为1.09V。

离子在电极上放电时过电位的大小与电极的材料、电流密度和温度有关。

[用品]1.仪器 支管U形管、软木塞、导线、低压直流电源、250mL烧杯、250mL量筒、石墨电极、铁架台、玻璃管、自制电解食盐水器。

2.试剂 2mol·L-1CaCl溶液、1mol·L-1NaCl的溶液、酚酞指示剂、1mol·L-1KI溶液、淀粉溶液

[操作]

1.自制食盐水电解器。

用250mL烧杯,中间放入两个平行的玻璃管,用管顶软木塞串连细玻璃导管后,再用乳胶管(2)套在玻璃尖嘴(1)。管底用碳棒(6)作电极,导管接通饱和食盐水,

(3)和(4)分别为阳极区、阴极区的氯气和氢气。如图A所示。

电解食盐水的装置可以简化为图B那样。用一支带有支管的U形管(1),再用带石墨电极(2)的软木塞使插入饱和食盐水的电极固定好。

2.操作和现象。

按A或B图装置,当通入12~24V的直流电源,可以观察有大量气泡发生,阴极区气泡更多。约3min就可收集到15mL左右的气体。在尖嘴处将酚酞滴入时,只在阴极区变为粉红色。再将滤纸在碘化钾溶液(有少量淀粉)沾湿后,放在阴极的尖嘴上,便立即变为蓝色,无淀粉时则为棕色。

如用图B装置时,可在支管处检验氯气的存在。直流电源可用6~12V。检验氢气可用点燃法。

电解食盐水之二

[原理]同之一

[用品]烧杯、具支U形管、单孔塞、弯曲导管、小试管、铁丝网柱、碳棒、NaOH溶液、KI淀粉溶液、饱和食盐水

[操作]

1.取25×200mm的具支U形管,配好两只单孔塞。在U形管的一端塞上附有弯形导管(内加碘化钾淀粉溶液),另一端塞上附直型导气管,并套上一支小试管以收集氢气。用铁丝网柱(由100×100mm铁丝网卷制而成)作阴极,碳棒作阳极,装置如图所示。

2.打开开关a,利用虹吸原理向U形管内加满饱和食盐水溶液(内滴有几滴酚酞溶液)

3.接通直流电源(12~24V),几秒钟后阴极区溶液变成红色。打开开关b,控制好液体流量,让贮液瓶里的饱和食盐水自动流入阳极区,氢氧化钠和食盐混合溶液由阴极区流入烧杯中。

4.约两分钟后,碘化钾淀粉溶液变成蓝色,证明放出的气体是氯气。停止通电,关闭开关b。用爆鸣法检验试管中收集的气体,证明它是氢气。

[备注]

1.阴极用多层铁丝网柱,电极跟溶液的接触面积大,电解快,产生氢气和氯气的量多,便于收集检验。

2.饱和食盐水要经过精制,除去Ca2+、Mg2+等杂质离子,以防在阴极区产生沉淀物。也可以用化学纯氯化钠配制成食盐水。

3.阴极区红色消失的原因是由于碱性增强。

电解食盐水之三

[原理]在饱和食盐水中,存在着两种电离:

NaCl=Na++Cl-

H2OH++OH-

接通电源时,Na+和H+离子向阴极移动,Cl-和OH-离子向阳极移动,但因H+离子比Na+离子容易得电子,Cl-离子比OH-离子容易失去电子,所以在电极上的反应为:

阳极 2Cl--2e=Cl2↑

阴极 2H++2e=H2↑

在阴极附近的溶液中,Na+和OH-离子形成氢氧化钠,故溶液呈强碱性。总的方程式可以表示为:

2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑

由于氢气与氯气在一定条件下易反应甚至引起爆炸。故电解时必须将阴极与阳极隔开,以便分别收集两种气体,因而像工业上一样实验时也要把它用隔膜分开,

形成阴极室和阳极室。

[用品]

食盐、淀粉、碘化钾、酚酞试剂。

玻璃方槽、烧杯、直通管、玻璃导管、乳胶管、铁钉、碳棒、蛋壳、漏斗、导线、干电池、直流电源、玻璃纸、铁丝网、凡士林、分液漏斗。

[操作]

蛋壳漏斗法,这是既简便,用药量少又省时间的一种方法。

1.取普通漏斗一只,把一支有一段乳胶管的大铁钉从下方堵住漏斗管,要求不漏液。

2.再取一只空鸡蛋壳,先去内衣洗净,放在漏斗中,以一号电池拆得的碳棒放入蛋壳内。

3.连接导线,直流电源的正极接碳棒,负极接铁钉。

4.向蛋壳内外充满饱和食盐水,并在蛋壳内加淀粉碘化钾溶液数滴,向蛋壳外漏斗中加酚酞数滴。

5.接通电源,观察两极附近气泡发生情况,最后可看到铁钉附近变红,碳棒附近溶液变蓝。

[备注]

1.本实验的方法成功率很高,氢气与氯气可以分开,现象也很明显,主要是做到盐水浓度必须饱和,如过稀氯气易溶解,则会造成一系列的问题,所以实验时间不可过长,否则需补充食盐。

2.电解液的温度不可太低,一般以在20℃到30℃之间为宜,过低氯气溶解量增大。

3.直流电源的电压可以高些,电压高反应快,演示时间可以缩短。6V即可,不要高于36V。

4.电路的连接应当接触良好,千万别出现接触不良的情况,这会造成电阻加大,使电流强度减小而影响实验效果。

5.配制食盐水时应用化学纯的,一定要饱和才行。电解时如果氯化钠溶液

较稀则阳极上的气泡是氯气与氧气两种,如果氯化钠的溶液极稀则阳极上产生的气泡是氧气一种。

范文四:水电解制装置使用

DQ-5/3.2型中压水电解制氢装置

第一册

河北电力设备厂

二零零五年元月 使用说明书

目 录

一. 概述:

1. DQ-5/3.2型制氢型号说明

2. 水电解制氢设备工作原理

3. 水电解制氢设备用途与性能

4. 水电解制氢设备包括范围

5. 水电解制氢设备主要结构

二. 系统介绍及设备安装

1. 工艺流程介绍

2. PLC自控系统介绍(参看第二册)

3. 设备安装

三. 设备调试操作

1. 调试前准备

1).检查安装情况

2).制氢机清洗

3).气密试验

4).碱液的配制

5).其它准备工作

2. 设备试机

四. 设备的操作规程

1. 开机操作顺序

2. 定期巡视及维护

3. 正常情况下停机

4. 非正常情况下停机

5. 安全注意事项

6. 常见故障及排除方法

一. 概述

1、DQ-5/3.2型制氢设备型号说明

工作压力(Kg/cm2)

氢气产量(Nm3/h)

水电解制氢设备

2、水电解制氢设备工作原理

将直流电通入强碱的水溶液,使水电解成为氢气和氧气。其反应式为:

阴极上: 4H2O+4e→2H2↑+4OH

阳极上: 4OH─―4e→2H 2O +O2↑

总反应式: 2H 2O=2 H2↑+ O2↑

3、水电解制氢设备用途与性能

(1) 用途

DQ-5/3.2型中压水电解制氢设备是用于氢冷发电机的制氢设备,同时

也可用于电子、化工、冶金、建材等行业作为制氢或制氧设备。

(2) 设备主要技术性能如下:

1).氢气产量: 5Nm3/h (20℃,1atm)

2).氧气产量: 2.5Nm3/h

3).氢气纯度:≥99.9%

4).氧气纯度:≥99.2%

5).氢气含湿量: ≤4g/Nm3 (经过洗涤分离后)

6).系统工作压力:3.14MPa(也可在0.8-3.14 MPa之间的任何压力下运行)

7).氢、氧分离器液位差:±5mm

8).电解槽小室总数: 34个

9). 小室电流: 370A

10).电解槽额定电压: 30 V~42 V

11).电解槽总电流:740A

12).电解槽工作温度:≤90C

13).电解槽直流电耗:4.8KWh/Nm3H2

14).电解液:26%NaOH或30%KOH

15).氢气干燥量: 5Nm3/h

16).干燥后氢气湿度:露点≤-50C ,绝对湿度≤0.0291g/m3

17).干燥器工作温度:1.干燥:室温 2.再生:160C~230C

18).干燥器工作周期:24小时

19).干燥器额定功率:2.2KW

(3).制氢装置使用条件

1).设备布置在室内

2).原料水:蒸馏水,要求电阻率>105Ω.cm,氯离子含量<2g/m3,铁

离子含量<1g/m3,悬浮物<1g/m3,用量: 5Kg/h。

3).冷却水:

a.系统冷却水:温度≤30C;压力0.15-0.3 MPa ;水质要求: 电阻率

2500Ω.cm ,PH值在6-9之间; 用量约5m3/h。

b.整流柜用冷却水:温度5-35C,压力0.05-0.2 MPa ,水质要求同上;

用量约1.5 m3/h。

4).仪表气源:要求见第二册。

5).电源:整个系统由MCC柜统一供电。进入MCC柜的母线应为两路:一

路工作,一路备用。电压: 380V 50HZ,三相四线制。功耗: 80 kw。

4. 水电解制氢设备包括范围

氢发生处理器 DQ5-QF 框架二 KⅡ52-00

主要设备送水泵 JZ200/40

框架三蒸馏水箱 QR06-012-00W

碱液箱 QR06-014-00

型中压水电解制工艺控制柜 QR06-011A-00W4

氢设备系统整流柜 KSZ-WJ1000/72

开关柜 GCS

氢气储罐 HSC0233-00

压缩空气储罐(按用户需要提供)

配套设备氢气排水水封 SF-00

氧气储罐(按用户需要提供)

闭式冷却水系统(按用户需要提供)

5. 水电解制氢设备主要结构

(1).氢发生处理器

氢发生处理器为组合式框架结构,由电解槽、氢分离、氧分离器、氢

洗涤器、循环泵、碱液过滤器、捕滴器、气体吸附器(两台)、冷凝分离器、排污器、电磁先导气动执行的两位两通阀、两位三通阀、两位四通阀、温度、压力测量仪表及阀门、一次仪表、管路等组成,主要作用是气液分离、冷却、碱液加压循环、气水分离、氢气净化干燥、控制系统压力、液位平衡、控制氢气的湿度、纯度等。

电解槽为双极性压滤式结构,电解液从一端进,另一端出气。接线时,

中间接正极,两端接负极。

(3).框架二

由管路、阀门、减压器、压力开关、压力表等组成,用于氢气的充罐及往发电机补氢。

(4).送水泵

供给设备运行所需的纯水。

(5).蒸馏水箱

用于纯水的储存,并配有电磁阀和阀门等,由微机控制水的储存量。

(6).碱液箱

用于碱液的配制及储存。

(7).工艺控制柜

由可编程序控制器(PLC)、安全栅、分析仪等组成,可实现自动运行、调节显示报警联锁等功能,并可将各种信号进行远程传输。

(8).整流柜

由整流变压器、可控硅等组成,供给电解槽所需的直流电源.

二.设备系统介绍

1.工艺流程介绍:

DQ-5/3.2型中压水电解制氢装置的主要设备可分为十个系统,先分别介绍如下(参看系统流程图DQ5-00)。

(1).氢气系统

由电解槽各电解小室阴极分解出来的氢气随碱液一起,借助于碱液循环泵的扬程和气体本身升力,从主极板阴极侧的出气孔进入氢气管道,再从右端极板流出进入氢分离器,在其内与碱液分离,然后从氢分离器的氢气管道进入氢气洗涤器。在洗涤器中洗涤氢气中含有的微量碱,并将氢气由75-90℃冷却至40℃左右,进入捕滴器,捕捉氢气中的水滴,使含湿度降到4g/m3以下后,经气动薄膜调节阀压力调节,流向吸附器A(B)进行再生吹冷,再进入冷凝分离器,到吸附器B(A)进行吸附,此时产品氢气含湿量已降到0.02912g/m3以下,进入框架二。

当进行吸附的吸附器饱和需要进行再生时,由PLC控制相应的气动球阀动作,使氢气进入需再生的吸附器,升温带出饱和的水分,再经冷凝分离器将水分冷凝分离,随后进入另一只吸附器,经吸附后,合格的产品气送入框架二。

氢气进入框架二进行分配送入各氢气储罐或直接送入发电机。

(2).氧气系统

由电解槽各电解小室阳极侧分解出来的氧气随碱液一起,从主极板阳极侧的出气孔进入氧气管道,再从右端极板流出,进入氧分离器,在其内与碱液分离,然后经气动薄膜调节阀排空(也可回收使用)。

(3).碱液循环系统

为了随时带走电解过程中产生的氢气、氧气和热量 ,并向极板区补充蒸馏水,必须要求系统内的碱液按一定的速度和方向进行循环。此外碱液的循环还可增加电解区域电解液的搅拌,以减少浓差极化电压,降低碱液中的含气度,从而降低小室电压,减少能耗。

由于本系统所用的电解槽体积小、管道细、碱液流动阻力较大且电流密度较高,故要求碱液循环次数能达到每小时2-3 次以上。所以在本系统中采用循环泵强制循环。

碱液在氢分离器和氧分离器中分离出氢气和氧气后,在两分离器底部的连通管内汇合,经碱液过滤器去除固态杂质,再进入循环泵,由泵加压后回到电解槽。在电解槽中,碱液从左端压板进入各主极板的进液孔,流经各电解小室,在各电解小室中进行电解,而后与电解出来的氢气或氧气一起,分别从各自的出气孔进入氢气道或氧气道,再分别进入氢分离洗涤器或氧分离器,从而构成完整的碱液循环系统。

(4).气体排空系统

制氢装置在每次刚开机运行时,其氢气纯度不能马上达到所需标准,所以一般是先将其排空,待氢气纯度达到标准后再充氢。

正常运行时,排空由框架一的两通阀1Q完成,微机检测氢气纯度合

格且各项指标符合要求后,给出信号关闭1Q开始充氢,当正常停机或故障紧急情况停机卸压时,微机又给出信号,打开1Q将系统内气体排空。但如遇到紧急情况时,也可直接打开1C、2C排空,但此时必须密切注意氢、氧分离器中的液位差,严防氢氧差压过大造成氢、氧混合发生事故.

(5).补水系统

电解过程中,蒸馏水不断消耗,必须及时向系统内补充蒸馏水。补水系统主要包括蒸馏水箱和送水泵,水箱中的水通过送水泵打入氢分离器,从而进入碱液循环系统。在正常情况下,补水可自动进行,特殊情况下也可手动操作。为保证系统中的气体和碱液在送水泵停转期间不回流,在送水管道上装有止回阀。

(6).冷却水系统

冷却水系统共分三路:

第一路通过氢发生处理器的冷却水气动薄膜调节阀,再分成两路分别进入氢分离器和氧分离器以冷却分离器中的碱液。电解过程中的电解槽温度的控制就是通过改变这路冷却水量的大小来实现的。

第二路进入氢发生处理器的氢气冷凝分离器冷却再生时被加热的氢气,使氢气降温,冷凝氢气中的微量水。

第三路进入整流柜,冷却可控硅整流元件.

(7).排污系统

排污系统主要有三路

第一路从氢发生处理器的碱液过滤器底部和电解槽的底部,通过2B和6B,排出清洗用蒸馏水及杂质或含有杂质的碱液。

第二路从氢发生处理器的捕滴器底部和冷凝分离器排污器底部及氢排空管底部,通过7D、11D和3D,排出氢气系统冷凝下来的液体,经排水水封,排入污水沟。

第三路从氢发生处理器的氧排空管底部,通过2D排出氧气冷凝水。

(8).储氢系统

本系统由氢发生处理器、框架二、和氢气储罐组成。当电解槽产生的氢气满足充罐要求后,由微机控制氢发生处理器上自动充氢阀门1Q关闭,氢气由氢发生处理器出来到框架二。通过框架二的阀门进入氢气储罐,完成氢气的存储。

(9).充氢系统

本系统由框架二和氢气储罐组成,当发电机侧压力低于0.8Mpa时,框架二上发电机侧压力开关(或压力变送器)将压力信号传送到控制柜上的PLC,控制框架二相应的气动阀门打开,氢储罐中的氢气通过框架二开始往发电机补氢。 当发电机侧压力达到1Mpa时,压力开关(或压力变送器)上限接点接通,PLC发出信号, 气动阀门关闭,系统停止往发电机补氢。

(10).蒸馏水箱补水系统

制氢设备运行过程中,水箱液位信号传送给PLC,PLC根据水箱液位情况,自动控制水箱的电磁阀,实现了水箱补水的自动化。

2.PLC自控系统介绍(参看第二册)

3.设备安装:

整套设备的安装布置根据GB50177-93《氢氧站设计规范》,和西南电力设计院提供的典型设计进行.也可由用户根据现场情况自行进行布置安排,但还应注意如下各点:

(1).设备布置

从安全方便的原则出发,主要设备应分如下各室布置:

1).制氢间:

放置氢发生处理器、框架二以及氢、氧分析仪的气路箱和湿度仪的取样部分等。

2).电气控制间:

放置MCC开关柜、整流柜、控制柜等。

3).辅助间:

主要放置送水泵、蒸馏水箱、碱液箱、冷却水循环装置。

(2).工艺安装要求:

1).液体管路沿地沟敷设,气体管路架空敷设,各管路连接应尽量缩短距离减少弯曲。

2). 电缆应沿地沟敷设,电缆地沟与管路地沟应分别设置,沟沿应高出地面5cm。

3).氢、氧排空管出口距离应不小于10m,其高度应超出房顶1.5m以上,管口应设防雨装置,氢气排空口安装阻火器。

4).制氢间及辅助间的地面应耐碱,并有排污下水道。氢发生处理器框架的基础高出地面5-10cm。

5).电解槽在运输过程中为了安全,两端都固定,在运行时只固定一端,将靠近碟型弹簧侧的两条固定螺栓去掉。

6).土建工程设计与施工按有关国家规范执行。

7).所有管路接口与制氢设备联接前,必须进行吹扫、清洗、排污,特别是与氢气、氧气、碱液接触的管路必须进行脱脂处理,直到管路内部干净后才能与制氢设备联接。

8).严禁对电解槽进行解体检查。

二.设备调试操作

制氢设备安装完毕后,必须由专业人员进行调试,待各项指标达到规定要求以后,才能正式交付使用.

1.调试前准备:

(1).检查安装情况:

检查制氢管路、管件的安装是否符合规范要求。检查电气控制系统安装情况,都达到要求后,方可进行调试。

(2).制氢设备清洗:

一台水电解制氢设备正式投入生产前应进行蒸馏水清洗,以除去设备在加工过程中存留在各部件内部的机械杂质。

1).将所有阀门都处于关闭状态,擦干净所有部件、管道、阀门及仪

表上的尘土及污垢。特别要注意电解槽表面的清理,决不允许电解槽表面

极板间遗留任何金属碎屑或其他杂物。

2).接通控制柜电源.

3).打开5A,此时,水箱为空的,液位信号下限接通, 6A电磁阀自动

打开,开始往水箱注水,当到达上限时,自动关闭。(7A备用)

4).打开4B、3B、12B、1C、2C,手动启动循环泵,慢慢打开14B,将

蒸馏水箱中的蒸馏水打入电解槽,使氢发生处理器中蒸馏水液位升至氢、

氧分离器液位计中部,停循环泵,关4B。若启动循环泵后,水打不进槽,

表示循环泵内有气体,可关闭14B,打开泵的排气阀,将泵内气体排掉后

关闭排气阀。

5).打开13B,启动循环泵,调节14B使泵流量至最大,冲洗系统1

小时。

6).关闭14B,停循环泵,通过碱液过滤器下部的排污阀2B和电解槽下

部的排污阀6B,将清洗污水排掉。

7).按上述方法反复进行2-3次,直至排出液清洁为止。

(3).气密试验

1).制氢系统气密试验

a.按上述方法将蒸馏水打入氢发生处理器中氢、氧分离器液位计中

部。关闭制氢系统与外界联接的所有阀门1Q、2B、4B、5B、6B、7B、8B、

9B、10B、11B、1C、2C、3C、1D、2D、3D、4D、6D、7D、11D、12D;打开

系统内的所有阀门: 3B、12B、13B、14B、5D、8D、9D、10D、13D、1TA

以及氢发生处理器上氢氧分离器液位计上下阀门。(注:1Q的关闭及1TA

的打开由电气控制系统完成,PS由人工设定)

从6D往系统内充氮气,观察氧槽压表1PI及氢发生处理器出口压力

表3PI,使系统压力缓缓升至3.34Mpa后,用肥皂水检查系统内所有阀件

接头,法兰联接处,以及管路焊口等部位,看有无泄漏现象。如有则排除

后继续检查,直至不漏为止。然后保压12小时,泄漏量应不超过平均每

小时0.5%,则可视为气密试验合格。

b.储气系统气密试验(包括框架二和储氢罐)

先将储氢罐内灌满水(以第一储罐为例:关闭32B,打开31B、21D、22D

从31B往里注水,从21D处有水流出时,表示该罐内已灌满,依次再灌其

它各储罐)。

每个储罐的气密试验可单独进行,也可多罐(根据工程可能为三罐、

四罐、五罐、六罐)同时进行。但框架二上与储罐有关的阀门与管路的气

密试验与该罐同时进行(注:不允许储罐中的水流入框架二)。29D可作为充

氮口,待所试储罐压力升值2.94 Mpa,用肥皂水查漏,保压12小时,泄漏

量平均每小时不超过0.5%为合格。

(4).电解液配制

先配制重量浓度10%的NaOH水溶液180Kg,配制方法:

在塑料桶内盛162 Kg蒸馏水,将18 Kg NaOH粉末慢慢倒入,搅拌至

完全溶解,待温度降至室温后即可倒入碱液箱备用,重量浓度为10%水溶

液其比重在30℃时约为1.1。制氢机正式生产时用的溶液浓度为20%-26%。

配制浓度为26% ( 30℃ 比重1.28),配制方法同上,待NaOH完全溶解后

向溶液加入千分之二V2O5 。注意:NaOH为强碱,有极强的腐蚀性,所以在

操作过程中必须戴好防护眼睛及穿上防护服装。

(5).其它准备工作

1).打开工艺控制柜的G阀门和控制各气动阀门的截止阀。

2).检查所有压缩空气管路是否畅通,有无泄漏,气动阀门开闭是否动

作正常。将工艺控制柜上控制电气转换器的空气过滤减压器的输出调整在

0.14Mpa左右。

3).检查冷却水系统是否正常。

4).检查蒸馏水系统是否正常。

5).检查消防安全器材是否能正常工作。

6).电气自动控制部分准备工作、参数的设置、联锁报警等试验内容

参看第二册。

7).整流柜的调试由专业人员进行。调好设备后方可整机试机。

2.设备试机

用10% NaOH溶液试机48小时,其开停机操作顺序见设备操作规程。

试机目的:

(1).检查电解槽组装是否正确(通过测量气体纯度及小室电压可判

定)。

(2).检查电气控制调节是否正确运行。

(3).进一步清洗制氢机,特别是清洗掉电解槽中石棉隔膜上的绒毛及

其它存残的机械杂质。

试机完毕,放掉碱液,拆洗碱液过滤器。

四.设备操作规程

1.开机操作顺序

(1).制氢机充氮:为了开机安全、制氢机首次开机或停机较长时间后

再开机,一般要求先充氮,充氮压力0.3-0.4Mpa,目的排除系统内空气。

(2).接通MCC柜电源,接通控制柜电源,接通整流柜电源。观察各盘

面的指示。

(3).打开冷却水系统阀门1A、17A、18A、1B、41B (水封灌满水后关

闭)。

(4).接通气源。打开控制柜上控制氢发生处理器和框架二各气动管路

阀门。

(5).将26%浓度NaOH溶液打进电解槽至氢发生处理器的氢、氧分离

器液位计最低液位。

(6).检查所有阀门:应处于关闭的阀门: 1C、2C、3C、2B、3B、4B、

5B、6B、8B、10B、15B、41B、1D、2D、3D、4D、6D、7D、11D、12D、7A、

8A、9A、11A、12A、13A、14A、15A、16A。

应处于开启的阀门:1Q、1A、5A、10A、17A、18A、 7B、9B、11B、

12B、13B、14B、5D、8D、9D、10D、13D、以及氢发生处理器氢、氧分离

器液位计上下阀门 (注:1Q开启由微机控制)。

(7).启动循环泵,调节14B使其流量达450L/h左右,循环半小时。

(8). 调节整流柜冷却水阀门17A、18A使压力在0.1Mpa左右,将柜

内切换开关至自动,工作方式选择:中间位置;接通交流电源,启动控制

电路,此时设备进行微机自检,待数码显示后进行下一步操作;启动主回

路,给开工信号此时数码显示“2” (升电流、升电压微机自动控制)。

(9).自动运行

1).启动整流柜后系统进入自动升压阶段。在温度未达到50℃前,系

统使槽压自动稳定在0.8 Mpa以下,当槽温升到50℃后,槽压自动控制在

设定值。

2).升电流过程由微机自动完成。

3).系统正常运行时,屏幕显示制氢流程图,同时不断循环监测实时

运行参数,并在流程图相应部位数字显示当前状态值,系统还可以直方图

方式直观的显示当前状态,同时还可以单变量的趋势图进行显示。

4).当氢气纯度≥99.5%,且槽压与氢管压之差大于其设定值且槽压达

50℃以上的压力设定值,且整流柜正常运行时,微机自动关闭氢处理器1Q

开始充氢至吸附器(吸附器的工作状态见表一)。打开框架二及储罐相应

阀门,纯度、湿度合格的氢气充入氢罐,直至充满。当吸附器有问题,需

处理时,可将控制气体进入吸附器的气动阀门2Q设在手动状态,并让该

阀门得电,且立即打开短路门10B,使氢气不通过两个吸附器直接进入框

架二,当问题处理完后,可将气动阀门2Q设回自动状态,关闭短路门10B,

气体按原流程运行。

5).可设定时间,打印机自动打印运行记录。

6).当系统运行稳定后,值班人员可以在上微机时时监控和进行部分

操作。

(10).开机40分钟后就可进行气体纯度分析,打开1D、4D,调节氢

处理器耐腐蚀减压器,将氢气、氧气分别通入各自的分析仪(具体操作见

仪表使用说明书)。

2.定期巡视及维护

正常运行时,应该时时监视微机的屏幕,还要定时巡视现场。定期巡

视及维护过程应注意如下几点:

(1).当有报警出现时,应及时判断报警位置,找出原因并进行处理。

(2).注意空气过滤减压器的压力指示,如有偏差及时调整,使其输出

保持在0.14Mpa左右。

(3).对所有管路接头阀门等经常巡视,注意有无泄漏现象。

(4).氢、氧分析仪气路箱气体流量是否在规定刻度上。当氧气纯度低

于98.5%,或氢气纯度低于99.4%时需要检查原因,必要时应停机,查明

原因并排除后才能开机。 (5).每班定期排放氢发生处理器排污罐的污水,

最好是在停机状态排放。排污罐带压力排污时一定注意先关闭10D再缓缓

打开11D排完后,关闭11D,再缓缓打开10D。

(6).注意循环泵的运转,调节14B使循环流量控制在600-900L/h之间

的某一最佳值.

(7). 当氢发生处理器的碱液流量计流量持续慢慢下降时,说明碱液

过滤器脏了,需要清洗过滤器。在停机状态下,先拆开顶盖,取出滤芯,用

蒸馏水充洗干净后应重新装好,紧固顶盖,使过滤器重新投入工作.

(8).蒸馏水箱、氢发生处理器自动补水是否正常。

(9).观察就地仪表有无异常。

(10).设备每次开机前,打开8B,关闭7B,手动开补水泵,使除盐水

通过洗涤器进入氢分离器,当液位到分离器中部时,停补水泵。然后再打

开7B,关闭8B。

(11).设备正常运行期间每2个月测定一次碱液浓度,如设备搁置较

长时间后重新开机也应测量碱液浓度,使其保持在正常值。当碱液浓度低,

需补碱时,应在碱箱配好碱液后,关闭10A,打开13A由补水泵从7B打入

系统内(可手动控制补水泵开、关或在自动控制补水泵时根据液位高低补

碱)。

(12).设备中的仪表、泵的正常操作及维护参看各部分的说明书。

3.正常情况下停机

(1).先关控制柜上氢、氧分析仪电源。

(2).将氢发生处理器上氢、氧分析仪及湿度仪取样减压器关闭。

(3).在上微机上,用鼠标单击“系统降压”,断开整流柜电源,这时系

统根据程序自动降压到0.8Mpa,系统稳定在0.8Mpa,当槽温降为50℃以

下时,系统压力自动降为零。

(4).关闭整流柜和系统冷却水。

(5).关闭气源。

(6).在上微机上,退出应用程序,关微机,关掉控制柜电源。

注: 1).若用上微机实现远控,停机操作到(3)即可。

2).若框架二往发电机自动补氢, 停机操作到(4)即可。

4.非正常情况下停机

(1). 当氢发生处理器设备出现带压部分突然泄漏或当微机正常运行

时,联锁保护起作用时,微机均会依据正常程序将设备停运泄压,并记录

当时各数据供检修分析。

(2).当微机自身故障时,PLC继续工作,检修微机或关闭整流柜冷却

水阀门。

(3).当设备突然停电,自控失灵,制氢机需要紧急卸压时,关闭1D、

4D,12D密切注意氢氧分离器液位计指示,慢慢打开1C、2C,在保持液位平

衡的情况下,将系统压力排泄。

非正常情况下停机后,应对整个设备进行检查,确认设备良好后方可

开机。

5.安全注意事项

(1).设备应良好接地,以防止产生静电引起氢气燃烧和爆炸。

(2).氢发生处理器电解槽前操作地面上应放置一块绝缘橡胶板。

(3).电解间应置防爆灯,室内应有良好的通风。

(4).凡是和氢气、氧气接触的管道、阀门都要用四氯化碳清洗以去除

油污。

(5).装置运行中不得进行任何检修工作,若必须修理需先停机,但不

能动火焊电焊。必须在制氢间焊接时,首先应对制氢间空气中氢气浓度进

行分析,必须低于爆炸极限值(体积比4%),并在需要焊接管道内事先通入

氮气吹扫,以排除残留的氢气和氧气。

(6). 制氢间严禁明火,操作人员禁止吸烟,不准穿带钉子的鞋,应

穿防静电工作服和防静电鞋,带防护眼睛。操作时使用防爆工具,严禁铁

器工具相互撞击,以免产生火花。

(7).制氢间必须设置如二氧化碳、沙子、石棉布等防火器材。

(8).制氢间内必须备有2-3%的硼酸溶液,以防万一设备漏碱,碱液喷

溅到脸上或身上时及时清洗。在配制碱液时要带上橡胶手套。

(9).禁止氧气、氢气由压力设备及管道内急剧放出。当氢气急剧放出

时,由于静电原因可能引起自动燃烧和爆炸,当氧气急剧放出时,管路的

氧化层可能引起火花。

(10).在操作和维修设备时,手和衣物不能沾有油脂。任何油脂都不

允许落入有可能与氧气接触的设备上。

(11).不允许碱液掉到电解槽极板之间或极板与拉紧螺栓之间,更不

允许任何金属杂质物落到电解槽上,以防引起极板间短路。

(12).制氢站不准存放易燃易爆物品,严禁带入火种,禁止无关人员

入内。

6. 常见故障及排除方法:

(1).设备突然停机故障原因

表 一

氢 气 干 燥 工 艺 流 程 图

说明:“—”代表气动球阀不带电,“+”代表气动球阀带电。N/A表示不通过。

范文五:自制电解水实验装置

电解水实验是《化学》九年级上册第三单元中的一个重要实验(如图1所示)。

该实验揭示了水是由氢、氧两种元素组成,同时验证了水分子中氢、氧原子个数比为2:1。分析课本实验,存在一些不足:玻璃仪器重易损坏且损坏后不易修;装置稳定性差;操作难且安全性差;药品用量多;现象不明显且误差大等。另外,我们也用过学校实验室中的电解水仪,它虽然解决了氢气、氧气的体积测量和检验问题,但其它问题依然存在。为了满足教学上的需要,我们自制了电解水实验装置。

1制作材料

废旧一次性医用注射器3支(10ml两支、20ml1支)、带阀门的输液管两根、废旧有机玻璃1块、方形或圆形有机玻璃盒1个、不锈钢丝两根(做电极)、小瓶塞3个、塑胶塞两个、粘合剂少许等。

2制作过程

2.1材料的准备

从学校医务室收集废旧注射器和输液管。从生活垃圾中收集废旧有机玻璃、有机玻璃盒(化妆品盒)、牙膏盖、不锈钢丝。木螺丝从家中找,胶塞可用橡皮打磨制得,粘合剂可到家具店要一些玻璃胶。收集好材料再消毒清洗后备用。

2.2剪切和打孔

先比好位置,将有机玻璃剪成圆形,接着在有机玻璃盒上打5个小孔(两个电极孔,3个木螺丝孔),再在圆形玻璃上打3个孔(两个安装10ml注射器,1个安装20ml注射器)。同时注意:电极孔和10ml注射器孔要正对,小注射器倒置,大注射器正放。

2.3粘合过程

先将有机玻璃和有机玻璃盒对好位置并粘合在一起,待胶干后再把注射器粘合上(注意:10ml注射器倒置刻度线对齐正面放向人,20ml注射器正置),粘好后先堵上橡皮塞检查是否漏水,如不漏水再进行下一步工序。

2.4安装

先把底脚安装好,再装带电极的橡皮塞(电极用铂电极最佳),最后接上面的气体控制阀。

2.5检验是否漏气

先关闭气体控制阀后往大注射器中加适量水,再观察液面变化情况,如液面过3min不变化,说明气密性好。

整个装置即制作完成(如图2所示)。

3自制电解水实验装置的使用

3.1实验用品

外电压(DV6~8V,可用学生电源或电瓶、应急灯、干电池)、电解液(5%~10%6的HS04)、导线两根、火柴等。

3.2使用方法

①先接好电路,打开气体控制阀后往大注射器中加入适量的稀硫酸(即液体充满小注射器为宜);②关闭气体控制阀后打开电源开始电解水;③观察现象,当阴极气体达到8ml时关闭电源,并记录两极气体的体积;④最后检验两极气体:用小试管把制得的两种气体放出收集后检验,其中阳极气体能使带火星的小木条复燃为氧气,阴极气体遇点燃的木条有爆鸣声则为氢气。

4自制电解水实验装置的优点

(1)用一些医用和生活废弃物做材料,既节约资源,又减少了环境污染。

(2)制作简单,装置微型化,能节约药品用量。

(3)装置安全,稳定性好,轻便,容易操作,现象明显。

范文六:电解水简易装置的设计

电解水简易装置的设计(教具设计与实验研究)

作者:白福秦 文章来源:《实验教师培训教程》 点击数:944 更新时间:2007-8-22

1、关于水电解的演示实验。水电解的速度,与下列几个因素有关:

(1)外加电压:外加电压愈高,水电解的速度愈快,生成的气泡较小,不易观察,一般演示实验在6-12伏较好,产生的气泡较大,便于学生观察。

(2)电解液浓度:电解液的浓度愈大,水电解的速度也愈快,但产生的气泡同样较小,易形成一股气流上升,学生不易观察,所以,一般浓度氢氧化钠在6-15%之间,稀硫酸在10-20%之间,演示效果较佳。

(3)电极距:就是两根电极之间的距离,电极距愈小,在同样条件下,电解速度愈快。若要求同样的电解速度,电极距愈小,就可以大大降低外加电压,根据以上原理,就可以设计出最理想的水电解器。

2、简易水电解器的制作与演示

(1)简易水电解器的制作:取两支内径相同的小试管,用小胶塞将试管口塞紧,在距试

管底1-1.5cm的试管壁上的某一点,用喷灯加热,由于试管内的空气受热膨胀,将软化了的试

管壁胀破,再继续加热,使破口处烧成一个光滑的小圆孔。

(2)给小试管配带粗一点的保险丝的胶塞,作为电极。保险丝的长度,应达到试管的小

孔处。

(3)演示:在两支小试管内注满10%的稀硫酸电解液,并插入电

杯内,使两支试管上的小孔相对,外接3-6伏的直流电源,让学生观

现象。他们会立即看到,两个试管中都产生气泡,并且是一快,一慢,

叫学生观察,他们又会发现产生气体快的约是慢的体积的二倍。这时

哪个电极相连?如图所示。 极,放入装稀硫酸的小烧察两支试管内所发生的几分钟后,切断电源,再再叫学生观察快、慢各与

(4)生成气体的检验:将气体体积较少的试管从烧杯中取出,点燃线香翻转小试管,使试

管壁上的小孔向上,并将带火星的线香从试管小孔处,插入试管内,让学生观察现象,根据实验

现象分析是什么气体?如图所示。

用胶头滴管从小圆孔给另一支试管内鼓入空气,点燃火柴,并将小试管从烧杯中取出,翻转

使小圆孔对着火苗,学生会立即听到一声爆鸣。如图所示。

3、实验说明

(1)实验所用的两根保险丝电极,在第一次做实验前,必须事先进行处理,使阳极进行氧

化,在阳极上的铅丝或保险丝形成氧气膜之后,才能演示实验,不处理会消耗生成的氧气,在演示前,将两根电极放入电解液,注意两根电极不接触,通电约5分钟即可。这时阳极的保险丝变成棕色,阴极不变。在以后的演示实验中,棕色保险丝永远作阳极。不然就会影响氧气的产出量。

(2)此实验只要两支试管的小圆孔对好,电极距很小,所须外加电压较低,只要两节一号电池即可进行演示。

(3)由于所须电压较低,教师可以让学生每人带两节一号电池,每两人发一套电解水装置。将这个演示实验,改为并进实验,效果会更好,更易激发学生的兴趣。

(4)关于水电解的演示实验,若原学校有霍夫曼水电解器,建议教师还是用它来演示为好。因为它具有较准确的容积刻度和质量较好的电极。

范文七:电解水实验演示装置

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教 学 仪 器 与 实验   V . N. 01 7  7 18 o   20 0 2.

第 1 8卷

第 7期

20 0 2年 7月

球 气 针 2个 ( 可 用 注 射 器 针 头 , 行 车 气 门 芯 等 代  也 自

电 解 水 实验 演 示 装 置

李 吉 军

西 安 市 莲 湖 区 西 电 公 司 第 三 中学 707  10 7

替 )3 u ;nn×4 r 的 螺 钉 2个 ( 电 极 用 ) 试 管 支 架 1 0m a 作 ;

个 , 极 支 架 1 ; 器 底 座 1个 ; 珠 1 。 材 料 备  电 个 容 灯 个 齐 、 好 部 件后 按 图 1 示 进行 组 装 。 做 所

4 制 作 方 法

( ) 管 支 架 的 制 作 如 图 2所 示 : 一 个 内 径 为  1试 取

1 仪 器 装 置 图 ( 图 1  如 ) 9 rm的 塑 料 瓶 盖 , 中 间 开 一 个 矩 形 的 口 ( 0 m X 0 a 在 2 r    a

8  5

_ L

图 2

8 m , 矩 形 中 间 两 侧 相 距 3 m 钻 两 个 对 称 的 直 径  5 m) 在 0m 为 5 m 的 孔 , 向 外 延 长 钻 两 个 相 距 8 r 直 径 为  m 再 6m a ⑨

2 m 的对称 的孔 。 m

( ) 极 支 架 的 制 作 如 图 3所 示 : 2电

义   署

①金 属燃烧 器

② 玻 璃 珠  ③ 试 管 支 架  ④ 容 器

⑤底 具支 试管

⑥ 电极

⑦ 电极支 架

⑧ 底座

图 3

⑨25 .V灯 珠

@乳胶 管

图 1

⑩ 接线柱

选 一 块 8 r × 1m   m 的 有 机 玻 璃 ( 它 白 4 m a 5 m X5 m 其

色或 无 色 塑 料 片 也 可 代 替 ) 在 中 点 两 侧 竖 向 相 距  , 3 r 处 钻 两 个 直 径 为 3 m 对 称 的 孔 , 入 螺 钉 , 接  0m a m 插 连 好 导线 , 用胶将 底部 密封 。 再   ( ) 器 底 座 的 制 作 如 图 4所 示 : 3容

选 一 块 厚 3r   0 m, a 直 径 为 10 m 的 圆 形   2m

盒   和   i 反

2 仪 器特 点 及用途

() 点 : 装置设 计 原理 科学 。 料 取 材 广泛 ,   1特 该 用 廉 价 易 得 。 作 方 法 简 单 , 作 方 法 简 便 , 易 破 损 ; 应  制 操 不 反 速 度 快 , 见 度 大 , 应 生 成 的 氢 气 、 气 的 体 积 比 准  可 反 氧 确 , 燃 氢 气 时 氢 氧 焰 的 焰 色 真 切 。 定 可 靠 , 示 成  点 稳 演 功 率 高 , 决 了“ 的 组 成 ” 节 教 学 的 难 点 。 解 水 一

板 , 在 中 心 钻 一 个 直  先

径 为 9r 的 半 孔 , 0 m a 再

在 中 心 钻 一 个 直 径 为

6 m 的 透 孔 , 木 板  0 m 在

( ) 途 : 装 置 适 用 于 师 范 类 大 专 院 校 化 学 专 业  2用 该

“ 化 实 验 ” 程 教 学 及 初 中 化

学 “ 的 组 成 ” 节 教 学  中 课 水 一

演示 实 验 。

下 面装三 个 支 点。

5 使 用 方 法

图4

3 制 作 材 料  ( ) 图 1 示 组  1按 所

9 r   0 r 玻 璃 容 器 1 ( 可 用 标 本 瓶 、 0 m X2 0 m a a 个 也 咖  啡 瓶 、 珍 瓶 等 代 替 ) 1m   9 r 的 有 刻 度 底 具 支  果 ;8 m X10 m a

装好 仪器 。   ( ) 上 口 加 入 液 面 高 度 为 8 m 的 水 ( 际 用  2从 7m 实 5 的 氢 氧 化 钾 溶 液 以 增 加 导 电 性 ) 不 断 捏 挤 乳 胶 管  % 并 内的 玻璃 珠排 出刻度 管 内的空 气 。

试 管 2个 ( 可 用 直 玻 璃 管 配 一 橡 胶 塞 代 替 ) 玻 璃 珠   也 ;

2个 ( 可 用 儿 童 玩 具 枪 子 弹 、 也 自行 车 滚 珠 等 代 替 ) 篮   ,

2 7

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V0 . 8 No.    J 1   7

教 学仪 器 与 实验

第l卷 第7   8 期

20 02年 7月

20 2.   0 7

动 量 守 恒 演 示 器

张 天 宇

甘肃省嘉 峪关市第 一中学

1 仪 器 装 置 及 电 路 图 ( 图 1 图 2  如 , )

750  3 10

口磁   铁

图 1 装 置 图

④ 长 木 板 上 的 标 尺 从 两 端 向 中 央 标 度 而 且 采 用 大

左碰撞

刻 度 , 察 起 来 直 观 方 便 , 两 车 前 端 的 读 数 比 即 可 得  观 由 到 两 小 车 到 端 点 的 距 离 比 。 木 板 两 侧 均 有 标 尺 , 面  一

左 灯 泡   右 灯 泡

开关

供 学 生 观 察 , 面 供 操 作 者 观 察 。 标 尺 高 于 板 面 可 防  一 止小 车掉 下 。   () 途 : 仪器 能 直观 地 验证 动 量守 恒定 律 。 2用 该

图 2 电 路 图

2 仪 器 的 特 点 及 用 途

3 制 作 材 料

( ) 点 : 该 仪 器 采 用 平 衡 摩 擦 力 的 方 法 , 少  1特 ① 减 了摩擦 力对 实 验 的影响 。

② 该 仪 器 不 是 直 接 测 量 速 度 , 是 根 据 在 相 同 的  而 时 间 内 两 车 的 位 移 比 求 速 度 比 , 而 验 证 动 量 守 恒 定  进

律。

磁 铁 2块 ( 大 - , 、 木 板 (0 m ×lo 、 具  一 ' 长 b) 9c Om) 玩 小 车 轮 4对 , 轮 2只 、 料 或 有 机 玻 璃 片 ( 量 ,m 滑 塑 少 3 m

4 m 厚 ) 三 合 板 、 片 ( 量 ) 弹 簧 ( 小 端 ) 干 电  m 、 铁 少 、 一 ,

池 2节 , 灯 泡 2只 ( .V 等 。 小 25 )

4 制 作 方 法

③ 两 小 车 的 连 接 采 用 自锁 装 置 , 作 方 便 。 用 磁   操

铁 使 自锁 装 置 松 开 , 证 了 两 车 开 始 运 动 的 同 时 性 , 保 两

车碰 挡板 后 , 个小 灯泡 即被接通 发 光 ,

于观 察 到达  两 便

的 同时性 。

( ) 车 的 制 作 : 图 3中 所 示 大 小 用 3 m 厚 有  1小 按 a r

毒 { 它 机■I 璃 或 塑 料 片 制 作 挂 钩 杆 和 锁 钩罟 上¨ 先 在 车 厢 底墙   玻   片 。 ;   q 与 板

上安 装 调试 , 合 适 时 主 要 加 工 修 理挂 钩 与 锁 钩结 合  不

体 便 可 顺 利 排 出 。 在 氧 气 管 上 放 带 火 星 的 木 条 ; 氢  在

() 通 4 3接 V~2 V直 流 电 源 , 挤 玻 璃 珠 , 节 两  4 捏 调 个刻 度 管 内的液 面都 到 零刻 度线 。

气管 上放 带 火苗 的木 条 。点 燃 氢 气 时 的操 作 技 巧 : ①

制 作 一 个 黑 色 背 景 。 ② 木 条 的 火 苗 放 在 燃 烧 器 上 方 约

3 r 一4 r 处 。 e a e a

( ) 氢 气 量 为 lmL或 2 mL时 断 开 电 源 , 察 氢  4待 O 0 观

气和 氧 气 的体积 比。   ( ) 验 反 应 后 生 成 的 氢 气 和 氧 气 : 乳 胶 管 内 的  5检 把 玻 璃 珠 象 操 作 碱 式 滴 定 管 一 样 向 一 边 捏 挤 , 内 的 气  管

( ‘ 届 全 目 鼻. 教 具评 选麓 芙作 品 ) |五 I

( 稿 日期 :0 01.8  收 2 0 -00 )

28

范文八:自制电解水实验装置

2  0

中小 学 实验 与装 备 2 1 0 2年第 2期

第 2 2卷

自制 ・改进 ・ 新  创

自制 电解水 实验 装置

云 南省 富 源县 胜 境 中学 (5 50 魏 立 兴 65 0 ) 刘  鸿

电解水实验是《 化学 》 九年级上册第三单元中  的一 个 重要 实验 ( 图 1 示 )  如 所 。

2 3 粘 合过 程  .

先将 有机 玻 璃 和 有机 玻 璃 盒对 好 位 置 并 粘 合  在 一 起 , 胶 干 后 再 把 注 射 器 粘 合 上 ( 意 :0   待 注 1ml 注射 器倒 置 刻 度 线 对 齐 正 面 放 向人 ,0 注 射 器  2 ml 正置 )粘 好后 先堵 上橡 皮 塞检 查是 否 漏水 , 不 漏  , 如 水 再 进行 下一 步 工序 。

2 4 安装  .

图 1 水 的 电解 实 验

该 实验揭 示 了水是 由氢 、 两种元 素组 成 , 氧 同时  验证 了水分 子 中氢 、 原子 个 数 比为 2: 。分 析课  氧 1 本实 验 , 存在 一些不 足 : 玻璃 仪器 重易 损坏 且损 坏后  不易修 ; 装置 稳 定 性 差 ; 作 难 且安 全 性 差 ; 品用  操 药

先把 底 脚安 装 好 , 装 带 电极 的橡 皮 塞 ( 再 电极  用铂 电极最 佳 )最后 接上 面 的气 体控 制 阀 。 ,

2 5 检 验是 否 漏气  .

先关 闭 气体 控制 阀后 往 大注射 器 中加适 量 水 ,

再 观察 液面 变化 情况 , 液 面过 3 i 变化 , 明  如 a r n不 说 气密 性好 。

量多; 现象不明显且误差大等。另外 , 我们也用过学  校实验室中的电解水仪 , 它虽然解决了氢气 、 氧气的  体积测量和检验问题 , 但其 它问题依然存 在。为了

满 足教 学上 的需要 , 我们 自制了 电解 水实验装 置 。

整 个装 置 即制作 完 成 ( 图 2 示 )  如 所 。

1 制 作 材 料

废 旧一次 性 医用 注 射器 3支 (0 两 支 、0   1 ml 2ml 1 )带 阀 门 的输 液 管 两 根 、 旧有 机 玻 璃 l块 、 支 、 废

方形或圆形有 机玻璃盒 1 、 个 不锈钢丝两根 ( 电  做 极 )小 瓶 塞 3个 、 、 塑胶 塞 两个 、 合剂 少 许等 。 粘

图 2 自制 电 解 水 实 验 装 置

2 制作过程

2 1 材 料 的准 备  . 从 学 校 医务 室 收 集 废 旧 注射 器 和 输 液 管 。从

3 自制 电解水 实验装 置的使 用

3 1 实验 用 品  .

外 电压 ( DV6 8 可 用 学 生 电源 或 电瓶 、 ~ V, 应

急灯 、 电池 ) 电 解 液 (   ~ l  的 Hz o4 、 干 、 5 0/ 9 6 S ) 导

生 活 垃圾 中收 集废 旧有 机 玻璃 、 机 玻 璃 盒 (L   有 /妆

品盒 ) 牙 膏 盖 、 锈 钢 丝 。木 螺 丝 从 家 中找 , 塞  、 不 胶

线

两根 、 柴等 。 火

3 2 使 用方 法  .

可用橡皮打磨制得 , 粘合剂可到家具店要 一些玻璃  胶 。收集好材料再消毒清洗后备用 。

2 2 剪切 和 打 孔  .

①先 接好 电路 , 开气 体控 制 阀后 往 大注 射 器  打 中加入 适 量 的稀硫 酸 ( 即液 体充 满小 注 射 器为 宜 )  ; ②关 闭气 体控 制 阀后 打开 电源 开始 电解 水 ; 观 察  ③ 现象 , 当阴极气 体 达 到 8 时 关 闭 电源 , 记 录 两  ml 并

先 比好 位置 , 有 机 玻 璃 剪 成 圆形 , 着 在 有  将 接 机玻 璃 盒上 打 5个 小 孔 ( 个 电极 孔 , 木 螺 丝  两 3个 孔) 再 在 圆形玻 璃 上 打 3个 孔 ( 个 安 装 1ml , 两 0 注  射器 , 个 安 装 2ml 射 器 ) 1 0 注 。同 时 注 意 : 极 孔  电 和 1ml 0 注射 器 孔要 正 对 , 注射 器 倒 置 , 注 射器  小 大

正放 。

极气体的体积; ④最后 检验两极气体 : 用小试管把  制得的两种气体放出收集后检验 , 中阳极气体能  其 使带 火 星 的小 木 条复燃 为 氧气 , 阴极 气 体 遇 点燃 的  木 条有 爆 鸣声则 为 氢气 。

第 2 2卷

中小学 实验 与装 备 21 年第 2期  02

2  1

自制 ・ 进 ・ 新  改 创

制 作 简 易游 标 卡 尺

江 苏省 靖 江 市刘 国钧 中学 (15 1 臧 建 江  2 43 )

游标卡尺 是一 种 测量 长度 的工 具 , 主 要 由主  它 尺和可 以沿主 尺滑 动 的游 标 尺组 成 , 左测 量 爪 固定  在 主尺上并 与 主尺 垂 直 , 测 量爪 固定在 游 标 尺上  右 与左测量 爪平行 , 以随 游标 尺一起沿 主尺滑动 。 并可   游标 卡尺 的读 数是 学生 学 习的难 点 , 也是 高 考

图2

( ) 标 尺 上  4游 的 刻 度 , 以 在 白  可 纸上 画两 条 任 意夹

角 的线 段 , 图 3 如

的重点 , 要使学生能真正掌握就必须经常使用 它,   可是平时又不可能将实验室游标卡尺放在学生身

边, 于是我 们想 出一 个 办法让 学生 自己动 手做 一 个  简 易游标 卡 尺 , 方 面提 高 学 生 动 手 能 力 , 一 方  一 另 面学 生也 能经 常使 用它 。   图3

所 示 , A 为 2m, O c

1 制 作 材 料

透 明投 影 片 ( 可 用 衬 衫 包 装 盒 上 塑 料 片 剪  也

O B为19m, O 对照刻度 尺分 成 l 份 , .c 将 A 0 分别  过 等 分点作 AB 的平分 线将 O 分 成 1 。 B 0份   在 游 标 尺 b上 过 小 孔 作  水 平 线 , 孔 处 刻 “ ” 把  小 0,

OB作 为底 稿在 游 标 尺 b上刻  上刻度 , 意 刻 度 线 要刻 在 水  注

图4

制 )剪 刀 、

片 、 尺 、 、 刀 直 记号 笔等 。

2 制作 方 法

() 1将投影片剪成如图 1 所示 的 a b两片 , 、 作  主 尺 的 a取 2 c × 2m 的 投 影 片 ( 端 稍 宽 一  5m c 左

点 )作 游标 尺 的 b取 5m×4m 的 投 影 片 。用 刀  , c c 片在游 标尺 b上 划 两 竖 口 , 2m, 尺 a从 两 孔  长 c 主 穿 过 , 游标 尺 可 以在 主 尺上左 右移 动 。 使

平 线 的下方 , 图 4所示 。 如

3 操 作

可在 纸 上 画 一 线段 , 主  将 尺上 的 0与线 段左 端对 齐 , 标尺 上 的 0与线 段右  游 端对 齐 , 出读 数 , 读 即为 该线 段 的长度 。

4 优 点

Ib

图 1

这种 自制 的游 标卡 尺有 以下 几个 优点 : 实 验  ①

材料容易获得 , 成本低 廉; 制作方法 简单易行 ; ②   ③适合学生在课内外练习使用游标卡尺。

学生 们通 过 教 师 指导 后 , 部 分 制作 得 较 好 , 大   并通 过对 课本 上统 一 印刷 的线段 进行 测 量 , 量 结  测

果基 本一 致 。

2 1 一 l — 1  0 1 2 7

( ) 游标 尺 b拉 到 主 尺 a的最 左 边 , 大头  2将 用 针 在 两尺 的左 端 中央处 穿一个 孔作 记 号 , 为 0  标 。 ( ) 出 主尺 , 0点 作水 平线 , 照 尺用 细 头  3取 过 对

记号 笔划上 最 小刻度 为 毫米 的刻度 , 度 刻在 水平  刻

线 上 方 , 图 2所示 。 如

() 2制作 简单 , 装置 微 型化 , 能节约 药 品用量 。

4 自制 电解 水 实验 装 置 的优 点

() 1用一些 医用 和生 活 废 弃 物 做材 料 , 节 约  既 资 源 , 减少 了环 境污染 。 又

() 3 装置安全 , 定性好 , 稳 轻便 , 容易操作 , 现  象 明显 。

2 1— 1 01 1— 1   9

范文九:解读船用电解式压载水处理装置

摘要: 2004年,国际海事组织(IMO)通过了《国际船舶压载水和沉积物控制与管理公约》,旨在防止船舶压载水排放引起的外来物种入侵,病原体传播导致的环境、人类健康、财产及资源方面损害。公约规定,从2009年起新造船舶必须安装压载水处理设备,到2017年所有远洋船舶均须安装压载水处理设备。船舶管理人员必须熟练地操作和管理好压载水处理系统。

关键词:船舶压载水排放 电解式压载水处理装置 电解式压载水处理装置安全操作

早在2004年,国际海事组织(IMO)通过了《国际船舶压载水和沉积物控制与管理公约》,旨在防止船舶压载水排放引起的外来物种入侵,病原体传播导致的环境、人类健康、财产及资源方面损害。公约规定,从2009年起新造船舶必须安装压载水处理设备,并对现有船舶实施追溯,到2017年所有远洋船舶均须安装压载水处理设备。船舶压载水管理系统就是对船舶排放海里的压载水进行处理的装置。对于船舶管理人员而言,必须尽快了解和熟练船舶压载水处理装置的原理、操作和管理。

1 船用电解式压载水处理装置的基本原理

船舶电解式压载水的处理装置在处理压载水具有高效率、低成本的功能。一般电解试压载水的处理过程分为“过滤”、“电解”、“中和”三步,如图1。

过滤:在压载过程中利用高过滤精度的自动反冲洗过滤器,对主管路压载水进行过 滤,过滤掉海生物和固体。

电解:从压载水主管路引一支路,然后通过电解单元支路进行电解使产生的次氯酸钠(NaClO)溶液,回注入压载水主管路,同主管路压载水混合压入压载舱,达到规定的杀菌效果。

中和:压载水排放时,当余氯浓度大于IMO规定值时,中和系统自动启动,向排载管注入中和剂,中和余氯。

2 船用电解式压载水处理装置的组成和基本工作原理

电解式压载水处理装置一般由:PLC(可编程逻辑控制器)控制板、控制箱、整流电源箱(多个整流模块并联供电)、压载泵、压载水流量计、自动反冲洗滤器、排污泵、增压变频泵、电解槽(多个电解槽并联)、自动阀、氢气分离气、氢气排风机、含氯监测器、中和液储存器、搅拌泵、投药泵及各种保护用监测传感器组成。

现在电解式压载水处理装置的每一个过程都是由PLC自动控制的,如果需要远程控制,则可通过远程PLC板(并联)进行遥控控制。

简图如下(粗线为海水管系,细线为通讯和电源线):

电解试压载水处理装置主要有三部分组成:自动反冲洗过滤单元、电解单元、中和单元。

2.1 自动反冲洗过滤单元

自动反冲洗滤器单元由控制箱、压载泵、排污泵、压力检测仪表及相应的管路系统及几十μm的滤器组成,当压载泵起动后,首先通过滤器将大的海生物和固体物清除,在清除过程中,当滤器的压差大于0.6bar时滤器进行反冲洗,如果压差大于0.8bar时发出滤器压差高报警,此时需要增加反冲洗量或停止系统工作进行人工清洗。反冲洗的污水由排污泵排入污水舱或直接排入海中,如果没有压差高产生自动反冲洗时滤器将定时进行反冲洗。由于滤器的孔径过细所以要求在此滤器的前部再增加较粗的滤器或在较干净的水域进行压载水的压入。

2.2 电解单元

电解单元主要有自动控制系统、增压变频泵、整流电源、电解槽、电动阀、含氯监测器、盐度传感器、除氢装置组成。当压载泵起动后,通过流量传感器和盐分传感器进行监测连锁,当压载水的流量大于至少一个电解槽所需流量及盐分大于3PSU时,电解单元开始工作,电解单元是有几个电解槽组成的,按压载水的排量所需电解槽的进出口电动阀可自动打开,增压变频泵将压载总管中的压载水排量的百分之一到二的压载水抽入电解单元进行电解,电解后含高浓度(几百PPM)的次氯酸纳溶液再回注入压载总管,混合后经含氯监测器检测(按D-2标准,当压载水中次氯酸纳含量在7.5MG/L-9.5MG/L内时,浮游生物、病原体、幼虫孢子等都能有效杀灭),电解的电流量的大小是通过整流后的直流电按设定的含氯监测器值7.5MG/L进行自动调节的。

由于压载水的压力波动,所以就需配备增压变频泵,电解单元的增压变频泵的排量是根据压载泵的排量波动通过流量计的监测数据信号可自动调节的,这样通过电解单元的压载水可保持与压载泵的排量比例稳定,含氯监测器检测到的值也可保持稳定。

电解槽是电解式压载水处理装置中的核心,它的压力、压差、温度值是否在安全工作范围内对于电解式压载水处理装置是非常重要的,所以需配备压力、压差、温度等监测传感器进行监测,一般电解槽设计的最大压力为6bar、压差为0.8bar、温度为70℃,当压力超过4 bar 、压差超过0.6bar、温度超过55℃时电解槽应停止工作采取反冲洗、清通和降低电解电流值的方法进行安全处理。

在电解过程中为确保产生的氢气不会产生爆炸的危险(国标规定氢气在空气中的含量低于1%时是安全的,含量高于4%时就可以产生爆炸),还需配备除氢气的分离器装置和排气装置将氢气从电解槽中分离出来并排放入大气中,通过氢气监测传感器,当监测到产生的氢气含量大于0.8%时配备的强力排风机就要自动工作,将氢气含量值保持在安全范围内,如果装置中氢气的含量达到大于2%时,压载水处理装置的电解槽需立即停止工作,此除气装置在电解式压载水处理装置中是不可缺少的,曾有一家企业生产的电解式压载水处理装置因没有氢气分离器和强排风除气装置在试验时发生爆炸事故,严重威胁到设备和人员的安全。

同样,在电解过程中还会产生氯气,当氯气泄漏在空气中并浓度过高时,人体和机械都将受到伤害,一般说,氯气在空气中的含量在0.4ppm以下时是安全的,所以还需配备氯气监测传感器,当空气中的氯气含量大于0.5ppm时就需发出报警进行通风处理。

2.3 中和单元

中和单元由储存器、中和剂、搅拌泵、投药泵组成,中和单元用来中和经过杀菌灭活后的压载水中残留的氧化剂。中和液的加入量由排载时总管中的排量和排载水中含氯监测器监测的浓度值决定。中和液的化学成分为Na2S2O3(大苏打),Na2S2O3 和残留氧化剂反应生成的 NaCl 和 Na2SO4 对海洋环境无污染。按IMO的要求,排出的压载水含浮游生物应在每立方100个以下,并且含次氯酸纳在0.1―0.2MG/L以下,当排出的压载水经含氯监测器检测大于0.1―0.2MG/L时中和装置将混合搅拌好的大苏打水中和液注入压载水出口总管,直到排出的压载水达到排放标准。一般来说,压载舱中的压载水次氯酸纳含量会每天衰减,并在5天左右衰减完毕,只有在5天内将压载水排出时次氯酸纳的含量才会大于0.1~0.2MG/L,此时才会需要中和装置进行中和。   在电解式压载水处理装置中,必须要有各种保护和报警才能确保设备和人员的安全,所以就需配备各种安全的保护。

主要的安全保护和报警要有:电解槽压差高报警、电解槽流量低报警、电解槽温度高报警、电解槽压力高报警、氢气含量高报警、氯气含量高报警、排风和风压低报警、含盐值低报警、排出含氯监测器检测值超限报警、整流电源装置故障报警、氢气传感器故障报警、氯气传感器故障报警、流量传感器故障报警、控制系统故障报警等等。

3 船用电解式压载水处理装置的操作、维护与管理

船用电解式压载水处理装置的基本操作过程:

(1)检查设备内外所有手动阀门应处在正确位置。

(2)将控制柜面板下方的“本控/远控”开关调制“本控”位置,并将“锁屏/解锁”开关调至“解锁”。

(3)系统供电,进入操作初始界面。

(4)压载水操作

按下“AUTO”键进入自动运行模式:

①根据实际运行需求,需选择压载模式,如左舷压载、右舷压载、艉尖舱压载。

②确保系统的取水管路、气路等已经调好,并且确保药剂也都已经加好。

③确认压载泵已经启动,此时操作界面中的压载泵运行指示灯会变为绿色,并且面板有主管路流量显示。待主管路流量计有一定的流量显示后,按下“START”按键,系统进入自动运行状态。

④压载过程结束后,点击“STOP”按键,待压载泵停止后压载水系统结束运行。

(5)排载操作:

①将控制面板下方的“本控/远控”开关调制“本控”位置,并将“锁屏/解锁”开关调至“解锁”位置下。

②系统供电,点击“AUTO”进入自动控制界面,点击屏幕下方的“DEBAL”按键,进入排载自动控制界面。排载过程运行前,确保中和罐的中和药剂充足,且在有效期内;确保TRO的取水管路、气路等已经调好,并且确保药剂也都已经加好。

③压载泵启动后,根据排载的需要,点击界面对应的“START”按键,即可实现排载的自动运行。在系统排载时,压载水管理系统的中和剂先以最大流量注入主管路中,随后则根据主管路TRO检测到的余氯浓度和主管路的流量来自动控制中和剂的注入量。一旦排出水中氯离子的浓度高于规定值,控制面板中将显示排出口TRO高的报警信号,收到报警后,请及时检查中和单元加药是否通畅或药剂是否过期。

④排载过程结束后,点击“STOP”按钮,并停止压在泵,结束中和过程。

4 系统常见故障(不会导致设备停机)及排除

船用电解式压载水处理装置在系统运行时,如果出现报警信号,系统在报警信息栏出现详细报警内容,并在本控及远程系统做出声光报警反应以提示操作人员。

报警分为两类报警:

一般报警不会导致设备停机,但出现报警信息后应及时消除。

4.1 主管路流量超限报警

故障排除:调节主管路阀门使主管路流量低于系统设置的报警值。

4.2 电解单元进口压力高报警

故障排除:在调节电解单元流量的过程中,优先调节海水泵至电解单元模块之间的阀门,若需要微调时再调节电解单元内部的调节阀,保证稳定工作时,电解单元进口压力表示数小于3bar。

4.3 过滤器压差高报警

故障排除:若长时间出现过滤器压差高报警,需要拆开过滤器并清洗滤芯。

4.4 TRO故障报警

故障排除:先查看出现报警的TRO显示屏。

(1)若出现WATR报警,及说明TRO未取到水或取水不足,请按照以下步骤检查:

①检查确保主管路中有水,且需要保证一定的流量。

②检查TRO的取样阀门是否处于打开状态,需要保证其在打开状态。

③气动泵的气压不足,需适当调大调压过滤器的压力。一般为2~4bar。

④保证TRO内部与外部的取水管路都是通畅的,无杂物将其堵塞。

(2) 若出现NPRG报警,说明TRO排泄不畅。需要检查排泄管路是否通畅,并保证排泄管路中无正压。

(3)若出现WCAL报警,说明水位校准无效,需要重新手动加药一次,如果报警依然存在,需重新启动TRO。

(4)若出现RGNT报警,说明TRO未取到试剂,需要手动加药一次,保证透明的取药管中充满试剂。

4.5 过滤器压差高报警。故障排除:若长时间出现过滤器压差高报警,需要拆开过滤器并清洗滤芯。

4.6 排出口TRO浓度高报警。故障排除:

①适当提高中和单元加药管路中的压力,一般为1~2bar。

②检查中和单元加药管路是否通畅,需保证加药管路通畅,无杂物堵塞。

5 系统常见故障(会导致设备停机)及排除

严重报警有可能导致设备无法正常运行甚至设备损坏,因此出现此类报警系统会自动停机,直至报警信息消除后才可继续运行。

5.1电解槽压差高报警

故障排除:此故障是由于初始运行时,由于水柱冲击造成的,故在调节电解单元流量时,优先调节海水泵至电解单元模块之间的阀门,若需要微调时再调节电解单元内部的调节阀,保证稳定工作时,电解单元进口压力表示数小于3bar。此报警需要手动复位后,才能重新启动系统。

5.2 氢气断线报警、氯气断线报警以及EDU流量计断线报警

故障排除:根据图纸,检查接线,维修完毕后,需要手动复位,才能重新启动系统。

5.3 海水泵或风机等故障报警

故障排除:检查接线,确保没问题,并检查相应的断路器是否跳闸。检查没问题后,手动复位,才能重新启动系统。

防爆TRO的指示灯没有处于常绿状态

故障排除:

(1)保证通向防爆TRO的气路通畅,并已经有压缩气体通入箱内。请将通入TRO箱的压缩空气调为3―5bar。

(2)保证防爆TRO箱不漏气,若有漏气现场,请进行密封处理。

电解式压载水处理装置的缺点是不能在淡水中进行工作,为解决这个问题,需要有一个专用的舱保存海水。当需要在淡水区域进行压载水压入时,电解槽的专用给水泵抽取此舱的海水进行电解,电解后的含次氯酸纳的海水注入压载水总管进行混合,混合后经含氯监测器检测,在达到7.5MG/L―9.5MG/L值后同样可以达到杀灭浮游生物、病原体、幼虫孢子等的效果。

6 结束语

随着2017年临近,国际海事组织(IMO)按照《国际船舶压载水和沉积物控制与管理公约》对所有远洋船舶均须使用压载水处理设备。目前电解式压载水处理装置在船舶上逐步进入安装,在国内也有多家公司生产,但其基本工作原理、操作和管理大致相同,通过对电解式压载水处理装置解读,帮助广大船员在过渡期提前对其设备原理理解,以迎接船舶的全面使用。

范文十:DQ-53.2型电解水制氢装置在电厂中的应用

DQ-5/3.2型电解水制氢装置在电厂中的应用

部 门:巴基斯坦滨佳胜项目部 姓 名:徐春浩

摘 要

本文章介绍和分析了电解水制氢技术在电厂中的应用现状。该工程采用DQ-5/3.2型电解水制氢系统为发电机制备合格氢气。系统每小时的产氢量5m3/h,系统运行压力3.2MPa,产品氢气纯度>99.9%,氢气露点

Abstract

The hydrogen production technology is introduced and analyzed in the power plant in this text. The DQ-5/3.2 model equipment is used to provide qualified hydrogen for generator. The H2 product capacity is 5m3/h, system operation pressure is 3.2MPa, concentration is greater than 99.9%, drew point is lesser than 40℃. This system can be operate stable and meet the demand of the generator.

巴基斯坦滨佳胜560MW联合循环电厂采用了DQ-5/3.2型电解水制氢系统向发电机提供所需要的氢源。系统额定压力为3.4MPa,实际系统运行压力为3.2MPa,纯化装置运行压力3.0MPa,储罐系统压力2.6MPa,由于储罐系统受当地温度影响较大,运行时降低了储罐系统的运行压力,以保证系统的安全稳定性。系统氢气纯度>99.9%,氢气露点

由于纯水的电离度极低,电阻率很高,因此强电解质KOH用到水电解中,提供丰富的OH-,并将电极间的电阻值降至最小。应用的电解液的必须电阻值小,在电解电压下不分解,不因挥发与氢、氧一并溢出,对电解池材料无腐蚀性。KOH 减少水中的电阻,KOH减少电解液中电极间的电解电压,工作温度越高,工作电压越低,但对石棉隔膜腐蚀越厉害。不易超过100℃,适宜在80-90℃。工作电流根据所需氢气量来决定。氢气纯度依据电解槽工作状态和操作条件,如果电解槽状况良好(石棉隔膜无问题),操作条件好,纯度就很稳定。 二、系统组成

系统主要由制氢系统,纯化系统,氢储罐系统、气体分配系统、冷却系统及电气控制系统组成

1. 制氢系统

制氢系统主要是DQ-5/3.2型电解槽,氢气分离洗涤器1台,氧气分离洗涤器1台,碱液过滤器1个,2台补水泵和2台碱液循环泵及相关在线分析仪表组成。主要作用是在直流电压作用下,将纯水电解成为氢气和氧气,经氢、氧分离洗涤器进行汽水分离后,氧气对空排掉,而氢气由制氢三通阀控制进入到纯化装置或是对空排掉。碱液循环泵不断将气体分离器的分离出来的碱液循环到电解槽内,而损失掉的水由补水泵进行补充。

2. 纯化系统

纯化系统包括气水分离器2台,脱氧器1台,冷却器3台,干燥器2台,水封1个,气体过滤器1个,碱液过滤器1

个,将制氢系统产出的氢气进行干燥,

使其浓度达到>99.9%,氢气露点

3. 其他附属系统

气体分配系统主要是由6个气动两位两通阀和相关管道组成,主要用于2个储罐的充氢和补氢操作;电气控制系统主要包括电解槽的控制柜、水泵及干燥器等设备的低压控制柜组成;冷却水系统主要包括2台冷却水泵,冷却水箱和板式换热器组成。 三、控制参数:

主要控制参数包括电解电流、电解电压、碱液温度、系统控制压力、系统纯化压力等。具体参数如系统参数一览表所示。

系统参数一览表

系统压力主要是以氧气分离洗涤器内压力为控制标准,由氧气管路上的气动隔膜调节阀进行实时调节,保证系统压力维持在系统设定压力范围内。

纯化系统压力主要靠纯化系统的出口的启动隔膜调节阀进行实时调节,保证纯化系统压力维持在系统设定压力范围内。

系统工作温度,即循环碱液的温度,在系统运行过程中是一项主要控制指标,温度越高,工作电压越低,但对石棉隔膜腐蚀越厉害,所以将温度控制在85℃。

氢气的露点主要靠纯化系统的2台干燥器进行干燥纯化。2台干燥器每24

小时进行轮换一次,共包括工作状态、再生状态、吹冷状态和备用状态。 四、运行时易出现问题及应急处理

氢气纯度仪前减压阀的阀芯漏气,导致系统启动后,氧侧液位下降,氢侧液位上升,液位差超过100mm导致系统紧急停机。因为系统处于高压下,不能通过手动方式进行氢、氧分离器液位平衡的调节,只能通过分离洗涤器的气动排污阀进行调节。

系统正常停机或是跳机后,都应将在线分析仪表的气体取样阀关闭。在运行过程中,取样阀没有关闭,导致系统跳机后,氧分离洗涤器内的液位为零,而氢分离洗涤器的液位达到最大值,同时氢分离洗涤器的差压变送器内进入了大量的碱液。通过分离洗涤器的气动排污阀进行调节,并将差压变送器内的碱液排掉,方可再次投入运行。

五、系统存在缺点及需改进事项

气体分离器的气液分离效果差,存在一定缺陷。需要每2个小时对氢气分离洗涤器和氧气分离洗涤器进行人工排污一次,排污时,需要先将分离洗涤器手动排污阀关闭,再打开气动排污阀进行排污,将分离器内的水排掉。如果不进行定时排污,分离器内的水积攒下来的水会影响到分离洗涤器的效果,最终影响到制氢系统的稳定运行。在其他电厂制氢站的操作规程中,在系统运行时,禁止人工排污的操作,保证现场的安全性。

系统不能实现一键启动,而是需要先启动冷却水泵、补水泵、再启动整流柜。与其他电厂的设备相比,操作较繁琐,不能达到一键控制系统的目的。 氢储罐系统没有在线显示压力的仪表,在设备运行和停运时,氢储罐压力都是反映系统是否正常的指标。由于系统没有现在监测,操作不便。