Получение в электролизере кислород-водородной смеси - гремучего газа, только часть задачи. Еще солидный кусок – подготовка газа для использования практического, а обычно это сжигание. Кроме прочего, гремучий газ полезно осушать иначе весомая часть тепла факела будет тратиться на испарение воды. Это как топить печь сырыми дровами – проделать громадную работу по заготовке, а тепла получить чуть. Осушение гремучего газа в простом электролизере, как оказалось, задача нетривиальная – нужен весьма прочный сосуд выдерживающий потенциальный подрыв (а осушитель – первый аппарат на пути обратного удара пламени), герметичный, стойкий к раствору щелочи (содержится во влаге). Опять же – из доступных материалов и более-менее удобный в эксплуатации. То есть не требующий слишком частого обслуживания и оно должно быть по возможности нетрудоемким.
Собирая свой аппарат для домашней мастерской, поторопился сделать осушитель из куска стальной водопроводной трубы с патрубками-вводами, предполагая засыпать его силикагелем и пропускать газ снизу вверх через слой-столб гранул. Однако, в переписке вовремя получил совет своего наставника и вдохновителя, владельца довольно мощного самодельного электролизера, прототипа моего. Как оказалось, газ после реактора и водяного затвора довольно влажный, а силикагель или алюмогель работает хорошо но увы, не особенно долго. Пропуская его через засыпку, получаем высокую эффективность, но и необходимость весьма часто извлекать осушающий реагент для регенерации. Увы, приходится довольствоваться компромиссом – извлекать из газа только часть влаги, при этом разбирать осушитель и прокаливать силикагель приходится много реже.
Рис. 2. Схема обычного осушителя (слева) и предложенная Ю. Н. Бондаренко, с ограниченной степенью осушения (справа), показаны на рисунке. В частичном осушителе газ проходит через перфорированную трубку окруженную засыпкой из силикагеля. Гидравлическое сопротивление трубки много меньше чем у слоя гранул и практически весь поток проходит через нее. Тем не менее, гигроскопическое окружение связывает некоторую часть паров воды из проходящего газа. Степень осушения можно подобрать количеством и диаметром отверстий в перфорации.
В мой уже готовый осушитель (Фото 1, по центру), такой перфорированный канал легко не встроить, но кое что сделать удалось.
Что понадобилось для работы.
Набор слесарного инструмента, мелочи.
К делу.
Фото 3. Мой осушитель, а это нижняя широкая часть, снабжен на макушке сухим фильтром – верхняя часть потоньше. Короткий входной штуцер вварен внизу глубокой узкой шахты (Фото 5) и добраться до него сложно. Здесь, применил зеркальный вариант частичного осушения (Рис. 2) – газ будет омывать извлекаемый перфорированный осушительный патрон. Вариант получился вполне удобный во многих отношениях, настраивать степень осушения в нем легче легкого.
Рис. 4. Варианты осушителя с частичным извлечением влаги из проходящего газа. Слева – Ю. Н. Бондаренко, справа – авторский.
Итак, общий принцип выработан, материал – пластик. Здесь не нужна значительная прочность, важна лишь стойкость к влаге и щелочи. Оглядевшись по сторонам, в качестве корпуса патрона применил обрезок серенькой канализационной трубы Ø50 мм. Верхнюю и нижнюю крышку сделал из обрезков 0,5 л ПЭТ бутылки от минеральной воды, причем в нижней части патрона применил верхнюю половинку бутылки. Ее сужение - горлышко с пробкой позволило иметь внизу зазор для прохода газа и миновать торчащий внутрь штуцер (Фото 5).
Фото 5. Входной штуцер в металлическом корпусе осушителя. На дне.
Фото 6. Пластиковый осушительный патрон в сборе. На боках трубки разметил и просверлил ряды некрупных отверстий и острым ножом срезал пластиковые заусенцы. ПЭТ бутылка с нетолстыми стенками натурально работает как термоусадочная трубка и обдувая половинки строительным феном на второй передаче, плотно усадил их на торцы патрона. Нижнюю часть удерживающую столб гранул дополнительно закрепил двумя недлинными саморезами.
Фото 7. Небольшое количество силикагеля можно приобрести в магазинах для домашних животных, сегодня он часто используется как наполнитель для кошачьих лотков.
Фото 8. Просушка силикагеля перед снаряжением аппарата. Операция в принципе лишняя – индикаторные гранулы девственно голубые (при увлажнении они становятся розовыми). Тем не менее, работа была проделана для тренировки. Силикагель засыпал нетолстым слоем 1…1,5 см толщиной в стопку металлических лоточков и поместил в самодельную электропечь. Настроил термоконтроллер на 180 ̊ С и четыре часа работы. Вынул после охлаждения до 60 ̊ С.
Фото 9. Засыпал просушенный силикагель в пластиковый перфорированный патрон, установил его в стальной корпус осушителя, собрал фланец. Силикагеля в патрон поместилось около 1.5 л. Бронзовый пробковый краник разобрал, промыл растворителем от старой смазки, отшлифовал наждачкой 2000 конус пробки, удалил остатки шлифовки смазал консистентной смазкой, собрал.
Фото 10. Кислород-водородный факел почти прозрачен, а окраску ему придают примеси. Обычно это оранжевый цвет натрия из щелочи электролита. Она пробирается через две промывалки и окрашивает пламя, а также регулярно кристаллизируется в микросоплах горелок. Здесь эти кристаллы отфильтровываются набивкой из базальтовой ваты в сухом фильтре (тонкая часть осушителя) и не столь заметны. Большую часть факела теперь практически не видно, только изредка вылетает частичка щелочи и проявляет этакий луч. Отчасти факел можно увидеть при сильном затемнении в движении. В целом, это тонкая игла длиной 30…35 см.
К слову об осушении. В электролизерах фабричных, осушение часто не проводится вовсе либо проводится но не силикагелем. Нередко в качестве осушителя применяют концентрированную серную кислоту (Н2SO4) барботируя (пробулькивая) через нее гремучий газ. Она работает долго. Реактив относительно недорогой и ходовой – электролит из любого автомагазина который нетрудно упарить в эмалированной посуде до появления белого пара. Концентрированная серная кислота пассивирует черную сталь, ее возят по железной дороге в стальных цистернах, то есть теоретически можно применить аппарат – копию водяного затвора. Однако, в процессе работы концентрированная кислота постепенно превращается в разбавленную и вероятно станет реагировать с железом. Опять же, мы уже знаем что частички щелочи вместе с парами воды проникают по «системе» вплоть до сопла горелки и с кислотой они будут реагировать. С одной стороны они гарантированно отсекаются, с другой – кислота постепенно превращается в соль. Ее придется периодически обновлять полностью.
Фото 11. Горелку работавшую до этого счастливого дня без фильтров, пользуясь случаем тоже почистил и чуток доработал. Разобрал, насосал внутрь воды и устроил длительную промывку в ультразвуковой мойке. В чистой теплой воде. В медной ручке огнепреградитеьная набивка. Очень плотная, из тонкой отожженной медной путанки. Рядом два сменных наконечника с разными соплами.
Фото 12. Просушил части горелки, собрал. Кроме прочего, с ручки ободрал веселенькую термоусадку, заменил шток игольчатого краника на лучший, уплотнил его. Появился новый металлический маховичок взамен яркой пластмасски. В целом - суровый челябинский стимпанк.
Фото 13. Еще одну проблему – нестояние без подпорки водяного затвора с полукруглым баллонным дном, нейтрализовал пользуясь короткой оттепелью. Подобрал заготовки из старых хвойных дощечек, прострогал, отпилил.
Фото 14. Собрал из подготовленных деревяшек подставку. На столярный ПВА и гвоздики.
Фото 15. Разобрал угол от хлама и перенес-перевёз в него тяжелые аппараты. Восстановил соединения. Всё электролизное оборудование с комфортом разместилось сбоку от рабочего стола с настольной стеклодувной горелкой и вытяжкой. На фото видны водяной затвор и осушитель, сам реактор с блоком питания рядом, в узкой щели за кирпичной печкой. Там же и удобная розетка. В кадре также бензиновый карбюратор для получения по месту горючего газа.
Фото 16. Вид на место, в том числе и для стеклодувных работ. Над столом вытяжка, поверхность застелена листом паронита.
Babay Mazay, февраль, 2023 г.
