Настал наконец тот долгожданный момент, когда работоспособность результата долгих умозрительных экзерсисов и длительных слесарно-электрических работ можно проверить практически – пробным включением. Напомню, электролизер – целый комплекс аппаратов [1]. Некоторые из них служат для безопасности процесса, несколько – для подготовки гремучего газа (к сжиганию) – очистка, осушение, регулируемое насыщение углеводородами. В настоящее время готов реактор с блоком питания (БП) и автоматикой, специальная ручная горелка с микросоплом. Приняв некоторые меры предосторожности, можно заправлять, включать, настраивать.
Что понадобилось для работы.
Набор некрупных слесарных инструментов, шланги, тара, реактивы, средства индивидуальной защиты (СИЗ), мелочи, контрольно измерительные приборы.
К делу.
Гремучий газ, а мой реактор простейшего пресс-типа «без разделения газов», другого получать не умеет, весьма взрывоопасен и имеет высокую энергию горения (взрыва). Поэтому первейшей задачей следует принять достаточные меры по предотвращению подрыва реактора. Он выполнен металлическим, массивным, сварным с избыточной прочностью, но проверять ее экспериментально не хочется. Подрыв такого реактора опасен, главным образом, разбрызгиванием электролита – концентрированной горячей щелочи. Особенно опасно ее попадание в глаза. Принятые меры (препятствие «обратному удару» пламени) таковы – водяной затвор и огнегасящая набивка из медной «путанки». Вкупе с постоянным избыточным давлением в «системе» меры представляются достаточными для безопасных испытаний.
Водяной затвор должен быть значительной емкости, иначе, при высокой производительности реактора, преграда пламени будет ненадежна. Достаточной, будет емкость 5 л наполненная на ¾. Здесь, временный одноразовый затвор выполнен из 5 л ПЭТ бутылки. Его изготовление заключается во вклеивании в крышку двух пластиковых патрубков (Фото 2…4).
Фото 2. Патрубки – два кусочка старой шариковой ручки вклеил термоклеем. Временную форму-бортик для его заливки сделал из нескольких слоев бумажного скотча.
Фото 3. Водяной затвор в сборе (без рабочей жидкости). На один из патрубков, внутри надет шланг.
Фото 4. Испытание водяного затвора давлением на импровизированном стенде.
С огнегасительной набивкой из медной проволоки «путанки» пришлось повозиться – она нужна весьма тонкая и без лаковой изоляции.
Процитирую сам себя – «проскок пламени внутрь горелки и далее, как повезет, зависит от скорости распространения пламени, а она от многих факторов, но в первую очередь от состава газа. Наибольшая скорость распространения у водорода в смеси с кислородом. Скорость распространения сильно зависит также и от температуры смеси, на этом и основан способ препятствия проникновению пламени внутрь горелки – медная сетка или «глубокие» отверстия. Пламя, проходя через такую сетку охлаждается настолько, что гаснет. Существует понятие – предельное отверстие. Это максимальный диаметр «глубоких» отверстий, способных выполнять пламегасительную функцию и для разных газов он разный. Например, для бензиновых паров в воздухе, скорость распространения пламени которых невелика предельное отверстие ~0,9…1мм, но как только в систему проникает кислород или гремучий газ, существенно увеличивающие скорость распространения пламени, отверстия в защитной «сетке» придется делать много меньше. Предельный диаметр отверстий, к примеру, для гремучего газа ~0,3мм, что представляет некоторую трудность при изготовлении и эксплуатации».
Лак-изоляцию с тонкой проволоки (обмоточный провод) смотанной с катушек старых трансформаторов удалить увы трудно – обычным обжигом в пламени – сгорает и сам провод. Воздействие распространенных сильных кислот и щелочей, даже при длительном кипячении, не выражено.
В качестве набивки применил имеющиеся ~полуметровые обрезки медных чулков – экранов. Проволока несколько толще (~0,15 против 0.1 мм), зато уже без изоляции и частично перепутанная. Из современных эквивалентов – можно попробовать оплетку в катушках для удаления избытка припоя. Для плотной набивки отжег ее – в хламе подобрал толстостенную бронзовую деталь (Фото 5) и намотал мои экраны плотно, слоями, с натягом, проволокой потолще закрепил конец. Положил на кирпичик, нагрел частями до малинового свечения (Фото 6).
Фото 5. Оправка для равномерного прогрева тонкой медной проволоки.
Фото 6. Отжиг. Нагрев небольшой пропановой инжекционной горелкой. Грел с одной и с другой стороны.
Фото 7. После остывания, смотал мягкую и податливую медь с оправки. Тщательно отряхнул окись, остатки удалил нашатырным спиртом в ультразвуковой мойке. На улице.
Фото 8. Отожженная и промытая от окиси медь для огнегасящей набивки.
Территориально набивка расположена в ручке горелки, для этого та снабжена присоединительной арматурой с достаточно крупным внутренним каналом. Первой забил порцию проволоки потолще – этакий жесткий пыж, чтобы тонкие волоски меди не попали в игольчатый кран (Фото 9).
Фото 9. Начало набивки из проволоки потолще – ту, зачистил наждачкой от лака, отжег и еще разок зачистил до меди. Для мягкости.
Остальной комок заталкивал небольшими порциями, вращая ручку горелки для равномерности набивки. Порции утрамбовывал что было сил стальным прутиком, мягкая отожженная медь при этом превращалась почти в монолит. Газопроницаемость полностью заполненной таким образом ручки была не блестящей – сопротивление продуваемому ртом воздуху ощущалось изрядное, но тонкому соплу хватит.
Приготовление электролита, заправка реактора – дело нешуточное. Примерно рассчитан потребный объем электролита, подготовлены реактивы – дистиллированная вода из автомагазина и сухая чистая щелочь (Фото 10).
Фото 10. Компоненты простейшего электролита. Едкий натр гранулами – ЧДА? – с красной полосой на этикетке. Вода дистиллированная. Замечено, что сухая щелочь чешуйками значительно грязнее.
Из операционного пространства удалены все дети с мячами и скакалками и домашние животные. На руки резиновые перчатки, на глаза защитные очки, одежда сплошная, никаких фривольных нарядов вроде футболок или шортов с сандаликами. Растворял сухую щелочь в отмытом эмалированном ведре, всыпая понемногу в воду и непрерывно помешивая деревянным веслом (Фото 11). Наоборот, как и с серной кислотой, категорически нельзя – реакция экзотермическая, с сильным нагревом – вскипит и разбрызгается.
Фото 11. Растворение сухой щелочи в воде.
Стандартная концентрация электролита с NaOH (с КОН другая) – 15%. Это означает, что в 10 л (кг) воды должно быть 1.5 кг сухой щелочи. Такой электролит считается наиболее благоприятным для стойкости стальных пластин-электродов и конструкций. Простейший расчет моего электролизера не учитывал площади пластин – ток через реактор получился чрезмерным и электролит пришлось разбавлять при настройке.
Фото 12. Реактор подготовлен к заливке электролита. Нетонкий шланг «восходящего канала» отсоединен от патрубка (отмечен) на внешнем баке, временно укреплен на высокой штанге амперметра БП и снабжен воронкой.
Пользуясь прохладной погодой ведро сильно горячей щелочи накрыто и выставлено остужаться на улицу. Заливать из него электролит в воронку (Фото 12) неудобно, пришлось переливать малыми порциями в меньшую тару с узким горлом (Фото 13).
Фото 13. Переливание в небольшую удобную тару из общей – ведро на возвышение, перелив нетолстым шлангом. Первоначальное втягивание конечно не ртом – опасно! Преотлично справилась обрезанная большая медицинская спринцовка-клизма одолженная у байдарки (там – для «вычерпывания» воды).
При приготовлении крепкого раствора щелочи не повредит иметь рядом бутылку уксуса – нейтрализовать если попадет на кожу, и запас воды.
Заправленный обычной недистиллированной водой затвор-бульбулятор все равно имеет с литр пустоты при работе реактора заполняемой гремучим газом. Случись обратный удар - затвор его не пропустит, но и погибнет сам, бутылку конечно разорвет. Бронировал ее внешне – поместил в свой самодельный, людоедских размеров, котел, в котором по осени варим варенья на уличном очаге (Фото 14, 15).
Фото 14. No pasarán! В смысле – они не пройдут. Чтобы не обдало водой при возможной аварии.
Фото 15. Одноразовый водяной затвор в сборе. При выключении реактора, шланг между ним и затвором следует отсоединять иначе горячий реактор остывая неконтролируемо насосется воды.
Фото 16. Ну что же все в сборе, можно начинать.
Первое же включение показало – электролит слишком проводящий, ток от БП чрезмерно высок, пришлось разбавлять водой. Дистиллированной хватило на концентрацию щелочи дающей ток 25…30 А.
Что получилось.
Реакция разложения очень бурная, фильтр отделитель щелочной пены в верхней части колоны за пол часа работы вел себя безупречно – в отводящем газ шланге не было ни намека на пену. Автоматика работает правильно.
Для сопла горелки 0,7 мм газа слишком много, при сильно открытом кранике горелки, факел задувает – можно делать более мощную горелку или наконечник с диаметром, скажем, 0,8 и 0,9 мм. Факел – тонкая длинная игла, начинается вне сопла. Пламя «жесткое», с передувом, нормальной длиной около 150…170 мм, голубовато-прозрачного цвета. Регулярно и часто окрашивается оранжевым – таки попадают частички щелочи (Фото 17). При закрытии краника горелка гаснет с негромким но отчетливым хлопком. Понять, работает ли это набивка в ручке или само сопло, трудно.
Фото 17. Прозрачное пламя часто на мгновение окрашивается оранжевым. Здесь, удалось заснять момент когда его видно почти полностью.
Babay Mazay, апрель, 2022 г.
