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1单元标题:第三章制氢原理第一节化学制氢教学时数:(2)学时,其中理论(2)学时,实验(0)学时,上机(0)学时,其他(0)学时:教学目的与要求:目的:通过介绍台站自制氢气的方法,使学生了解化学药物制氢的基本方法。要求:了解台站化学药物制氢原料的种类、配量、水温公式和制氢步骤。主要教学内容:目前我国台站自制氢气的方法、化学药物制氢原料种类、配量、水温公式和制氢步骤,台站对制氢室的要求。教学重点与难点:氢气的性质和安全使用氢气注意事项,化学药物制氢原料种类、配量、水温公式和制氢步骤。课后作业:1、目前我国台站氢气的主要来源?利用化学药物制氢原料的种类、配量以及水温公式。2、台站对制氢室的要求如何?课后体会:通过介绍台站自制氢气的方法,使学生了解化学药物制氢的基本原理和方法,知道原料的种类、配量、水温公式和制氢步骤。重点掌握氢气的性质和安全使用知识。2第三章制氢原理目前我国多数台站的氢气来源于工厂生产的压缩氢,部分台站使用自制氢气。台站自制氢气的方法有两种:一是利用化学原料制氢,二是利用电解水制氢。第一节化学药物制氢一、制氢缸的构造及作用制氢缸构造:由无缝钢筒、头部、筒架及附件四部分组成。二、制氢方法(一)氢气的性质1、纯净的化学氢气是一种无色、无味、无嗅的气体。在标准状态下,一立方米纯净的氢气重量为89.9克,而同体积空气重量为1.239千克,空气的重量是氢气重量的14.3倍。在标准状况下单位体积的纯氢气的总举力为1.203千克。灌球用的氢气是含有杂质的工业氢气,其单位体积的总举力为1.1—1.2千克。2、氢气是一种易燃气体。氢气在空气中燃烧的火焰温度可达1500℃,在氧气中燃烧的火焰温度可达2000℃—3000℃。氢气与空气中的氧气混合能形成一种爆炸气体,当空气中混有9%—70%的氢气时,一旦遇有火花,即可引起燃烧或爆炸。灌球时,出气咀及橡皮管等处,都有可能产生静电,造成火花放电,引起氢气的燃烧或爆炸,因此制氢缸一定要保持接地良好,充气时速度不宜过猛。为了避免混合气体的形成,故在制造、保管氢气和充灌气球的地方必须保持通风良好,并严禁各类火种。3、氢气是容易扩散的气体,它能以很快的速度通过很小的空隙与裂缝。(二)制氢原料和化学反应方程台站自制氢气原料:苛性钠、矽铁粉及水。1、苛性钠苛性钠也叫氢氧化钠,呈白色半透明结晶体,对皮肤和衣物具有强腐蚀性。苛性钠极易溶于水,反应时,可释放出大量的溶解热。由于苛性钠在空气中容易吸收水汽而受潮变质,所以开筒后末用完的苛性钠尤其要注意密封保存,筒口可用破球皮包紧,否则,会降低药品的性能以致不能使用。2、矽铁粉矽铁粉是矽和铁的混合物,呈深灰色的粒状和粉状,其含矽量为75%—90%。3、水即普通水。34、化学反应方程式2252226523HSiONaOSiNaOHNaOHSi矽+氢氧化钠+水=矽酸钠+二氧化矽+氢气(三)台站制氢原料配量:(四)制氢时所需水温:水温=53º—t。(t。为制氢时的气温)三、制氢方法(一)洗筒(二)制氢步骤1、、检查头部各螺旋,橡皮垫圈及出气系统是否完好。如有故障应予排除。2、更换保险片与纸垫圈,放置顺序由里向外依次放入纸垫圈,保险片,爆压环各一个,然后旋上保险活塞,再用扳手适当拧紧。3、配原料。5、装原料及上头部。将筒身倾斜阁置,把大漏斗装在筒口上,先将苛性纳装入筒内,接着倒入4/5的水,再倒入矽铁粉,用剩余的水冲洗筒口后上头部,然后将制动骡帽上紧,拧松开关轮柄,将筒内空气与水汽排出,待出气口有“嘶嘶”的出气声时,关紧开关轮柄。上头部时要特别注意将头部放在顺手、便于取用的地方。6、摇缸。摇缸是为了加速原料的化学反应,并使原料反应的更加完全、彻底,因此摇缸最好是在原料自然反应到一定程度时再摇。摇缸时,筒身倾斜一般不超过45°角为宜;人不要面对保险活塞,并随时注意观察压力表的指示,如压力表指针上升太猛或超过125Kg/cm²时,应立即打开开关轮柄放掉部分氢气,以防止保险片破裂;检查各螺旋、出气咀及保险活塞是否漏气,如有漏气现象,应根据漏气部位进行调整。四、制氢注意事项1、每次制氢前,应首先打开制氢室的门窗,使室内通风良好,严禁一切烟火及可能产生静电火花的行为,以免引起氢气的燃烧或爆炸,而造成人员伤亡事故。2、苛性钠具有强腐蚀性,如不慎弄到眼睛、皮肤或衣服上,应立即用浓度为10%的酒石酸或柠檬酸洗涤,然后用清水冲洗,如没有酒石酸或柠檬酸时,也可以直接用清水冲洗。苛性钠(Kg)矽铁粉(Kg)水(公升)2.01.61243、上头部时,要拿正、对准,切勿上歪,动作要迅速,但不要慌张。大螺帽及制动螺帽不要上得太紧,以免造成下次制氢时不易取下。4、保险片每次只能使用、更换一个,否则起不到保险的作用,甚至造成缸体爆炸等严重后果。5、制氢过程中,勿使身体面对各螺旋,特别注意不要正对保险活塞,以免保险片破裂或螺帽冲出时伤人。6、制氢筒在高温时,切勿用冷水冲洗的方法强迫冷却。如果产氢量过低,亦不能采取烤筒加热的方法。7、原料配量及水温必须严格称量。严禁估计,草率从事。五、制氢室的要求1、制氢室的建筑应孤立,离其它建筑物在50米以上。特别是宿舍、办公室及易燃物品等。2、为了工作方便,制氢室应建筑在观测场附近,最好在当地最多风向的上风方,且距探空球施放点不要太远,畅通无阻。切忌靠近电线和树木,以防气球拿到施放点时被损坏。3、制氢室可分为三间。一间大的为制氢、灌球所用。二间小的分别存放苛性钠与矽铁粉。4、为便于探空气球拿出,制氢室的门应有一定高度和宽度,并且最好开在当地最多强风的下风方;房顶应有通风天窗;制氢室的窗护要大而低,以保证通风良好和便于在一旦发生事故时,便于制氢人员逃离制氢室,制氢室还应有自来水和排污设施。5、制氢室内严禁烟火,照明灯最好用防暴灯,电灯开关须安装在室外,以免在开、关灯时产生火花而发生事故。5、制氢室应配备灭火工具,门上以及室内均应写上“制氢危险”“严禁烟火”等醒目的警示标语,以加强警惕。5单元标题:第三章制氢原理第二节电解水制氢设备教学时数:(2)学时,其中理论(2)学时,实验(0)学时,上机(0)学时,其他(0)学时:教学目的与要求:目的:了解QDQ2-1型电解水制氢设备的性能指标、工作原理、工艺流程。几个主要系统和辅助设备作用。要求:掌握QDQ2-1型电解水制氢设备的基本工作原理以及主要系统和辅助设备作用。主要教学内容:1、QDQ2-1型电解水制氢设备的性能指标、工作原理、工艺流程。2、QDQ2-1型电解水制氢设备中气体系统、电解液循环系统、气体排空系统、压力平衡系统、蒸馏水补充系统、冷却水系统的主要功能。3、电解水制氢设备中电解槽体、氢氧分离除雾器、碱液过滤器、压力平衡阀、稳压罐、温度控制仪、压力控制器、阻火器、储氢罐、除水罐的主要作用。教学重点与难点:QDQ2-1型电解水制氢设备的基本工作原理以及主要系统和辅助设备作用。课后作业:1、叙述QDQ2-1型电解水制氢设备的基本工作原理。2、QDQ2-1型电解水制氢设备中气体系统、电解液循环系统、气体排空系统、压力平衡系统、蒸馏水补充系统、冷却水系统的主要功能如何?3、QDQ2-1型电解水制氢设备中电解槽体、氢氧分离除雾器、碱液过滤器、压力平衡阀、稳压罐、温度控制仪、压力控制器、阻火器、储氢罐、除水罐的主要作用如何?课后体会:通过介绍QDQ2-1型电解水制氢设备的性能指标、工作原理、工艺流程。几个主要系统和辅助设备作用,要求掌握QDQ2-1型电解水制氢设备的基本工作原理以及主要系统和辅助设备作用。6第二节QDQ2-1型电解水制氢一、性能指标与工作原理1、主要性能指标。2、工作原理在电解槽中通入直流电时,水分子在电极上发生电化学反应,分解成氢气和氧气。化学反应式为:在阴极:2H2O+2e→H2↑+2OH-在阳极:2OH--2e→1/2O2↑+H2O其总反应式:H2O→H2↑+1/2O2↑气体产量与电流成正比,与其他因素无关。NaOH(或KOH)在水中的作用在于增加水的电导,本身不参加反应,理论上是不消耗的。单位气体产量的电耗取决于电解电压。电解槽的工作温度越高,电解电压越低。同时也增加了对电解槽材料(主要是对隔膜布)的腐蚀。电解压力的选择主要是根据用氢的需要。气体纯度决定于制氢机结构和操作情况,在设备完好,操作正常的情况下,纯度是稳定的。二、工艺流程1、气体系统:从电解槽各电解小室的阴极电解出来的氢气和循环碱液混合体,借助于气体本身的升力,通过极板阴极一侧的电解出气孔进入氢气分离器。在重力的作用下,氢气和碱液进行分离。分离后的氢气进入氢气除雾器,在除雾器内进一步分离,除去水分和碱雾,然后经过氢气平衡阀下腔分为两路:一路经止回阀进入储氢罐;另一路通过氢气放空阀和阻火器后放空。同时,从氢气除雾器出来的氢气还引出一路供分析氢气纯度时取样。平时氢气分析阀关闭。从电解槽各电解小室的阳极电解出来的氧气和循环碱液混合体,借助于气体本身的升力,通过极板阳极一侧的出气孔,进入氧分离器。在重力的作用下,氧气和碱液进行分离。分离后的氧气进入氧气除雾器,在除雾器内进一步分离,除去水分和碱雾,而后分为三路:一路经稳压罐进入氧平衡阀和氢平衡阀上腔,作为控制气源;另一路进入氧平衡阀的下腔排出,如需储存氧气,可进入回收系统,如不需要氧气,则通过氧气放空阀放空;还有一路供分析氧气纯度时取样。平时氧分析阀关闭。2、电解液循环系统:碱液在氢、氧分离除雾器中被分离出来后,借助于自身重力的作用,通过氢氧分离除雾器、过滤器,滤去杂质后,回到电解槽中的各个电解小室,进行电解而进入再次的循环。3、气体排空系统:水电解制氢主机开机前,需要充氮试漏。开机后氢气纯度符合要7求后才能进行储氢。未达到纯度要求以前的氢气,可通过放空阀将氢气放空。待纯度达到要求后,再关闭放空阀,打开储氢阀进行储氢。4、压力平衡系统:开机后,打开增压阀,所产生的氧气一路进入氧平衡阀的下腔。另一路通过增压阀进入稳压罐,而后进入氧平衡阀上腔及氢平衡阀上腔。产生的氢气则进入氢平衡阀的下腔。此时氧平衡阀上、下腔压力相等。当压力增到控制值后,关闭增压阀。这时,氧平衡阀上腔、氢平衡阀上腔和稳压罐就形成了一个恒压系统。此时,从氧除雾器出来的氧气只进入氧平衡阀的下腔。如果压力超过氧平衡阀上腔的压力,便将膜片往上顶。这时平衡阀膜片带动阀杆上移,平衡阀开启。使氧气通过氧放空阀放空。相反,当氧平衡阀下腔的压力低于氧平衡阀上腔压力时,平衡阀阀杆下移,阀门关小,排气量减少。这样平衡阀阀杆随着制氢机内压力的变化,不停地上下移动,自动调节流量,从而达到氧平衡阀上下腔压力平衡。5、蒸馏水补充系统:电解过程中,为了保证水电解的连续进行,必须向电解小室供给符合一定要求的蒸馏水。蒸馏水是通过碱水泵直接泵入氧分离器,和循环的碱液一道通过过滤器而进入电解槽中。6、冷却水系统:流过蛇管冷却器的自来水由自来水水龙头控制流量,自来水从下口进入,上口流出。7、单向流动控制(1)在补充蒸馏水管路上装有止回阀。主要保证水电解制氢机压力系统中的气体和碱液在碱水泵停转期间不外漏。(2)在储氢管路上装有止回阀。主要保证设备停机或制氢机压力低时,防止储氢罐中的氢气倒罐。8、压力、温度报警系统:本设备的压力和温度报警是自动实现的。从电解槽阳极侧出来的氧气和碱液混合体,在进入氧分离器前,经过温度控制仪探头,检测电解槽体的温度。当槽温达到85℃时,可以自动切断电源停机,同时声、光报警。在氧系统上,装有压力控制器,当系统压力超过额定值时,可以自动切断电源停机,同时声、光报警。在充球管路上,装有防爆电接点压力表。既显示储氢罐内压力,又起到报警的作用。当储氢罐内压力要求某一值时,可将电接点压力表调到相应位置,当罐内压力达到控制压8力值时,通过电路可以自动切断电源停机,同时声、光报警。9、显示系统为显示系统各部分的压力,在平衡阀上腔、储氢罐、氧分离除雾器上各装有压力表。氧分离除雾器上的压力表显示设备的工作压力;平衡阀上腔的压力表显示控制压力;储氢罐上的压力表显示罐内压力。温度控制仪显示电解槽体的工作温度;制氢主机面板上的温度表显示主机气液处理系统的
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