آلات التحليل الكهربائي

أنواع آلات التحليل الكهربائي

التحليل الكهربائي هو عملية تغير كيميائي تستخدم الكهرباء لتحلل المركبات. تستخدم آلات التحليل الكهربائي على نطاق واسع في مختلف الصناعات، مثل التعدين والكيميائية والمعدنية والنفط ومعالجة المياه والتطبيقات المنزلية.

• خلية التحليل الكهربائي:

  خلية التحليل الكهربائي هي الوحدة الرئيسية للتحليل الكهربائي. توفر مكانًا للتحليل الكهربائي وتتكون من أنود وكاثود وإلكتروليت. يختلف تصميم خلية التحليل الكهربائي باختلاف عمليات التحليل الكهربائي. على سبيل المثال، في تحليل الماء بالكهرباء، تحتوي الخلية عادةً على قطبين فقط وأغشية قابلة للاختراق للأيونات؛ ومع ذلك، في تحليل أملاح منصهرة بالكهرباء، يكون تجميع الخلية أكثر تعقيدًا.

• مصدر طاقة التحليل الكهربائي:

  يوفر مصدر طاقة التحليل الكهربائي التيار الكهربائي للتحليل الكهربائي. يمكن أن تكون مصادر الطاقة للتحليل الكهربائي مصادر طاقة تيار متردد، أو مصادر طاقة تيار مستمر، أو مصادر طاقة قابلة للتعديل للجهد والتيار. بشكل عام، يتطلب التحليل الكهربائي تيارًا مستمرًا، لذلك يستخدم بشكل رئيسي طاقة التيار المستمر. في مختلف الصناعات، سيختلف نوع ووظائف مصدر الطاقة. ونتيجة لذلك، يمكن أن تتناسب مع مختلف أجهزة التحليل الكهربائي.

• منظم التحليل الكهربائي:

  يستخدم منظم التحليل الكهربائي للتحكم في عملية التحليل الكهربائي، بما في ذلك التيار والجهد ودرجة الحرارة والضغط ووقت التحليل الكهربائي. يمكن أن تكون منظمات التحليل الكهربائي منظمات يدوية أو منظمات أوتوماتيكية. عادة ما تكون المنظمات الأوتوماتيكية مجهزة بوحدة تحكم منطقية قابلة للبرمجة (PLC) أو واجهة الإنسان والآلة (HMI)، مما يسمح بمزيد من التحكم الدقيق والأتمتة.

• مُقوّم التحليل الكهربائي:

  وظيفة مُقوّم التحليل الكهربائي هي تحويل التيار المتردد إلى تيار مستمر وتزويده لعملية التحليل الكهربائي. يمكن أن تكون مُقومات التحليل الكهربائي من النوع الأنبوبي، أو من النوع الثنائي السيليكوني (SCR)، أو من النوع الصلب. يتم اختيار نوع وسعة المُقوّم وفقًا لمعدات التحليل الكهربائي ومتطلبات إمداد الطاقة.

• مفاعل التحليل الكهربائي:

  دور مفاعل التحليل الكهربائي هو إجراء تفاعل التحليل الكهربائي. يتم استخدام أنواع مختلفة من مفاعلات التحليل الكهربائي في تطبيقات وعمليات مختلفة. على سبيل المثال، في الإنتاج الصناعي، يتم استخدام مفاعل تحليل كهربائي كبير الحجم عادةً؛ بينما يتم اختيار مفاعل تحليل كهربائي متدفق في معالجة المياه.

المواصفات والصيانة

تختلف مواصفات آلة التحليل الكهربائي اعتمادًا على التطبيقات التي تقدمها والنماذج المتاحة في السوق. إن الجهد المستخدم، وخلية التحليل الكهربائي، والقوة، والحجم والوزن هي بعض المواصفات التي تختلف في آلات التحليل الكهربائي.

• الجهد

  يحتاج مشتري أعمال التحليل الكهربائي إلى معرفة أن العمليات المختلفة تتطلب مستويات جهد مميزة. عادة ما تكون الجهود الأعلى ضرورية لتحليل الماء بالكهرباء لكسر الروابط الجزيئية. على سبيل المثال، يستخدم تحليل الماء بالكهرباء على نطاق صناعي لإنتاج الهيدروجين جهدًا يتراوح بين 1.5-2.5 فولت.

• خلية التحليل الكهربائي:

  يؤثر تصميم وبنية الجهاز على كفاءة وإنتاجية عملية التحليل الكهربائي. تعتبر الأقطاب الكهربائية والغشاء/الفصل وعلبة الخلية المكونات الحاسمة لخلية التحليل الكهربائي. تمنع علبة الخلية تسرب محلول التحليل الكهربائي. تحتوي آلات مختلفة على تصميمات خلايا فريدة لعدة تطبيقات.

• القوة:

  تعتمد متطلبات الطاقة في آلات التحليل الكهربائي على الجهد والتيار. بينما قد يتطلب تحليل الماء بالكهرباء على نطاق صغير لإنتاج الهيدروجين فقط من 200 إلى 500 واط، تحتاج آلات التحليل الكهربائي الصناعية على نطاق واسع إلى 50 إلى 250 ميغاواط. قد تتطلب أشكال الطلب العالي الأخرى أكثر من 1 جيجاوات.

• الحجم والوزن:

  الحجم: تختلف آلات التحليل الكهربائي لإنتاج الهيدروجين بشكل كبير في الحجم. الوحدات المنزلية على نطاق صغير بحجم ثلاجة تقريبًا. الوحدات متوسطة الحجم بحجم حاوية شحن، بينما الوحدات الصناعية على نطاق واسع بحجم 10 ملاعب كرة قدم تقريبًا. الوزن: يختلف الوزن اعتمادًا على الحجم. تزن الوحدات الصغيرة على نطاق صغير حوالي 100 كجم، بينما يمكن أن تزن الوحدات الكبيرة على نطاق واسع أكثر من 20,000 كجم.

الصيانة

تختلف متطلبات الصيانة لآلة التحليل الكهربائي اعتمادًا على نوع الجهاز وتطبيقه. بشكل عام، فإن اتباع أدلة ومبادئ توجيهية الشركة المصنعة ضروري لأداء الجهاز وطول عمره.

• الفحص المنتظم:

  تحتاج الشركات إلى فحص الجهاز بأكمله لمعرفة ما إذا كانت هناك أي علامات غير طبيعية مثل الأضرار أو الأجزاء الفضفاضة. يحتاجون إلى الانتباه عن كثب إلى خلية التحليل الكهربائي والأقطاب الكهربائية لمعرفة ما إذا كانت هناك أي انسدادات أو رواسب تؤثر على إنتاجية الجهاز. يجب عليهم أيضًا فحص الماء أو أي محلول آخر يتدفق إلى الجهاز لمعرفة ما إذا كان يلبي معايير الجودة.

• التنظيف:

  اعتمادًا على نوع آلة التحليل الكهربائي، قد يحتاج المشغلين إلى تنظيف عدة أجزاء مثل الأقطاب الكهربائية وخلية التحليل الكهربائي. يمكن لأي أوساخ أو رواسب أو ملوثات أن تؤثر على تدفق التيار وتفاعلات التحليل الكهربائي. إذا تراكمت الملوثات، فقد ينخفض معدل إنتاج المنتج المطلوب.

• قطع الغيار:

  تحتوي بعض آلات التحليل الكهربائي على أجزاء تتعرض للتلف. تساعد الفحوصات المنتظمة المشغلين على معرفة الأجزاء التي تحتاج إلى استبدال. أمثلة على الأجزاء التي قد تتطلب الاستبدال هي الأقطاب الكهربائية والأختام أو الحشوات.

• التزييت:

  إذا كان الجهاز يحتوي على أجزاء متحركة، فإن كمية صغيرة من الزيت تقلل من الاحتكاك وتمنع التآكل المفرط.

التطبيقات والسيناريوهات

• إنتاج الهيدروجين:

  يُعد إنتاج الهيدروجين التطبيق الأكثر شهرة لآلات التحليل الكهربائي. هذه العملية تحلل الماء إلى أكسجين وهيدروجين باستخدام الكهرباء. غالبًا ما يُطلق على الهيدروجين المنتج من خلال تحليل الماء بالكهرباء اسم الهيدروجين الأخضر. إنه عنصر أساسي لإنتاج الأمونيا وتكرير النفط الخام إلى بنزين وصنع أنواع مختلفة من البلاستيك. الهيدروجين أيضًا ناقل طاقة حيوي. تسعى العديد من الصناعات إلى إيجاد طرق لاستخدام الهيدروجين الأخضر كوقود لخفض انبعاثات الكربون ومكافحة تغير المناخ.

• المواد الكيميائية الصناعية:

  تُنتج آلات التحليل الكهربائي أكثر من مجرد الهيدروجين. كما أنها مسؤولة عن إنتاج مجموعة من المركبات الكيميائية الأساسية الأخرى. تشمل هذه الكلور والقلويات مثل هيدروكسيد الصوديوم وبيروكسيد الهيدروجين، من بين أمور أخرى. تقوم آلات التحليل الكهربائي بتقسيم الملح الطبيعي إلى الصوديوم والكلور. يستخدم هيدروكسيد الصوديوم في صنع العديد من العناصر اليومية، بما في ذلك الصابون ومنظفات التصريف وإضافات معالجة الطعام. يُستخدم غاز الكلور في تصنيع المبردات وأنواع معينة من البلاستيك. توفر آلات التحليل الكهربائي وسيلة نظيفة وفعالة لإنتاج هذه المواد الكيميائية الأساسية دون الاعتماد على الوقود الأحفوري.

• طلاء المعادن وتغليفها:

  تُستخدم آلات التحليل الكهربائي بشكل شائع في طلاء المعادن. هذه هي العملية التي يتم فيها ترسب طبقة رقيقة من المعدن على سطح معدن مختلف. تغير العملية مظهر الجسم وتحسن مقاومته للتآكل. تقوم آلات التحليل الكهربائي بطلاء أجسام مثل المجوهرات وأجزاء السيارات ومكونات الكمبيوتر. الكروم والنحاس والفضة والذهب هي بعض المعادن المستخدمة في ذلك. لا يقتصر التحليل الكهربائي على إنشاء طلاءات جميلة على المعادن، بل يضيف أيضًا قوة ومتانة للأجزاء التي يجب أن تتحمل الاستخدام المستمر.

• معالجة المياه:

  تُعد آلات التحليل الكهربائي جيدة في معالجة المياه، وهو استخدام غير متوقع. من خلال تطبيق الكهرباء على الماء، يتم قتل الملوثات والشوائب والكائنات الحية الدقيقة الضارة مثل البكتيريا والفيروسات. يحسن هذا من جودة الماء. مهما كان الأمر رائعًا، فإن الآلية وراء ذلك بسيطة للغاية. يقوم التحليل الكهربائي بتقسيم الماء إلى مكوناته، الهيدروجين والأكسجين. يذهب الأكسجين بعد الجراثيم، بينما يتفاعل الهيدروجين مع الملوثات، مما ينظف الماء بشكل فعال. يُنظر إلى معالجة المياه بالتحليل الكهربائي كطريقة فعالة من حيث التكلفة لإنتاج مياه الشرب في المواقع التي يُعد فيها الماء العذب ندرة ثمينة.

• التطبيقات الناشئة الأخرى:

  تُستخدم آلات التحليل الكهربائي للعديد من الأغراض الجديدة والمُثيرة للاهتمام الأخرى. أحد الأمثلة هو إعادة تدوير ثاني أكسيد الكربون وتحويله إلى مواد مفيدة مثل الإيثيلين، وهو عنصر بناء شائع للبلاستيك. يمكن أيضًا استخدام التحليل الكهربائي لعمل وقود اصطناعي عن طريق تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى هيدروكربونات سائلة. علاوة على ذلك، قد يكون من الممكن يومًا ما استخدام التحليل الكهربائي لتحويل الطاقة الشمسية مباشرةً إلى وقود الهيدروجين. تُظهر هذه التطبيقات الناشئة مدى تنوع وابتكار آلات التحليل الكهربائي. إنها تفتح العديد من الاحتمالات لإنشاء موارد مستدامة تساعد في حماية البيئة.

كيفية اختيار آلات التحليل الكهربائي

عند اختيار مولدات أو آلات التحليل الكهربائي، يلزم مراعاة العديد من العوامل. فيما يلي بعض الأشياء الأساسية التي يجب مراعاتها.

• تحليل الاحتياجات الصناعية

  في البداية، يجب على مشتري الأعمال تقييم احتياجاتهم الصناعية وتطبيقاتهم. يحتاجون إلى تحديد المواد أو المنتجات المحددة التي يخططون للحصول عليها من خلال التحليل الكهربائي. بالإضافة إلى ذلك، يجب عليهم مراعاة قدرة الإنتاج المطلوبة ومعلمات التحليل الكهربائي المطلوبة، مثل الجهد والتردد. سيوفر فهم عميق لاحتياجاتهم الفريدة أساسًا متينًا لاختيار آلة التحليل الكهربائي المناسبة.

• أنواع التحليل الكهربائي

  تتوفر أنواع مختلفة من الآلات لتطبيقات مختلفة. على سبيل المثال، قد يحتاج العملاء إلى اختيار آلات تحليل الماء بالكهرباء لإنتاج الهيدروجين أو آلات تحليل الماء المالح بالكهرباء لإنتاج هيدروكسيد الصوديوم. لضمان توافق الجهاز المختار مع أهداف الإنتاج المحددة، يجب على المشترين التعرف على خصائص واستخدامات أنواع الآلات المختلفة.

• معايير الجودة والسلامة

  بجانب ذلك، يجب على المشترين أيضًا إعطاء الأولوية لجودة وسلامة آلة التحليل الكهربائي. يجب عليهم اختيار الآلات التي تتوافق مع معايير الجودة والسلامة الدولية ولديها جودة تصنيع موثوقة. علاوة على ذلك، يجب على مشتري الأعمال التأكد من أن الجهاز يحتوي على تدابير حماية سلامة كاملة، مثل الحماية من التيار الزائد، والجهد الزائد، والحماية من ارتفاع درجة الحرارة، لتقليل مخاطر التشغيل وضمان سلامة الإنتاج.

• اختيار المورد

  في النهاية، يجب على المشترين اختيار الموردين المناسبين لعملاتهم التجارية. يمكنهم تقييم الموردين المحتملين من خلال مراعاة عوامل مثل جودة المنتج، والدعم الفني، وخدمة ما بعد البيع، وسمعة المورد. يجب على المشترين اختيار مورد يقدم دعمًا فنيًا شاملاً وخدمات ما بعد البيع لضمان حصولهم على المساعدة والحلول في الوقت المناسب أثناء استخدام الجهاز. التعاون مع موردين ذوي سمعة طيبة يضمن حصول مشتري الأعمال على منتجات موثوقة وخدمات ممتازة.

أسئلة وأجوبة حول آلات التحليل الكهربائي

س1: ما هو الغرض من آلة التحليل الكهربائي؟

ج1: تساعد آلة التحليل الكهربائي على تفكيك المركبات إلى عناصرها المكونة. توفر هذه العملية معادن نقية تم استخراجها من خامات باستخدام هذا الجهاز في محلول حمضي أو قاعدي.

س2: ما نوع آلات التحليل الكهربائي المستخدمة للماء؟

ج2: تُفضل آلة تحليل الكهرباء بغشاء تبادل البروتون (PEM) في تطبيقات تحليل الماء بالكهرباء. توفر كثافة تيار عالية وتصميمًا مضغوطًا وكفاءة عالية.

س3: ما العوامل التي يجب مراعاتها عند شراء آلة تحليل كهربائي؟

ج3: أولًا، حدد الغرض من آلة التحليل الكهربائي. ثم، ضع في اعتبارك مادة خلية التحليل الكهربائي، وتصميم الجهاز، وميزات السلامة، ومتطلبات الصيانة.

س4: كيف تعمل آلات التحليل الكهربائي التجارية؟

ج4: تعمل عن طريق تمرير تيار كهربائي عبر محلول إلكتروليتي باستخدام قطبين مغمورين في المحلول. يجذب الأنود الموجب الأيونات سالبة الشحنة، ويجذب الكاثود الأيونات موجبة الشحنة. يجب أن يحتوي الجهاز على مصدر طاقة متصل بوحدة تصحيح تقوم بتغيير التيار المتردد إلى تيار مستمر.