ПРОМЫШЛЕННАЯ ЭЛЕКТРОХИМИЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНИКА

ELEKTROCHEMIA PRZEMYSŁOWA

INŻYNIERIA ELEKTROCHEMICZNA

Maciej Gonet, Rafał Dylewski

Stan książki: NOWA

Wydawnictwo Politechniki Śląskiej

Stron: 241

Okładka: miękka

Format: B5

Nakład: 355 egz.

Wydział: Chemia

Opis:

Książka składa się z dwóch części. Pierwsza - podstawy inżynierii elektrochemicznej obejmuje: zarys kinetyki procesów elektrochemicznych, bilans materiałowy i energetyczny elektrolizera, bilans napięciowy, problematykę wymiany masy na elektrodach, równania projektowe elektrolizerów i zagadnienia optymalizacji gęstości prądu. Przykłady z obliczeniami i rozwiązaniami ułatwiają zrozumienie i przyswojenie informacji teoretycznych.

Druga część to zasady prowadzenia procesów elektrochemicznych, obejmujące omówienie warunków zapewnienia zamierzonego kierunku i dużej selektywności procesów elektrochemicznych oraz łączenia elektrolizerów w zestawy, ze szczególnym uwzględnieniem sposobów zapobiegania niepożądanym upływom prądu. Liczne przykłady obejmują opisy praktycznych rozwiązań ilustrujących prezentowane tezy. Wiele przykładów nawiązuje do technologii opisanych w skrypcie nr 2172 „Elektrochemia przemysłowa, wybrane procesy i zagadnienia.

Słowa kluczowe:

• elektrochemia stosowana,

• inżynieria elektrochemiczna,

• przemysłowe procesy elektrochemiczne - zasady prowadzenia.

Spis treści:

WPROWADZENIE (Rafał Dylewski)7

Część I

PODSTAWY INŻYNIERII ELEKTROCHEMICZNEJ

TEORETYCZNO-OBLICZENIOWA (Maciej Gonet)

1. Zarys kinetyki procesów elektrochemicznych.11

1.1. Etapy procesu elektrochemicznego i ich szybkość.11

1.2. Pojęcie etapu limitującego13

1.3. Szybkość procesów transportu14

1.3.1. Mechanizm transportu w roztworach elektrolitów14

1.3.2. Przewodność roztworów elektrolitów i liczby przenoszenia jonów16

1.3.3. Równoczesny udział dyfuzji i migracji w transporcie jonów -przykład18

1.3.4. Przybliżenie Heyrovskiego.20

1.3.5. Bilans materiałowy elementu roztworu.21

1.3.6. Transport w warunkach stacjonarnych24

1.3.7. Transport w warunkach niestacjonarnych.26

1.3.8. Dyfuzja konwekcyjna, czyli transport w przepływającym elektrolicie29

1.3.8.1. Dyfuzja do płaskiej elektrody omywanej przez elektrolit30

1.3.8.2. Dyfuzja do wirującej elektrody dyskowej.32

1.4. Szybkość wymiany ładunku.33

1.5. Model typowej reakcji elektrochemicznej.37

2. Inżynieria elektrochemiczna na tle innych dziedzin chemii.41

2.1. Geneza inżynierii elektrochemicznej i jej znaczenie.41

2.2. Porównanie reaktorów chemicznych i elektrolizerów.43

3. Bilans materiałowy i energetyczny elektrolizera.46

3.1. Bilans materiałowy elektrolizera.46

3.2. Bilans energetyczny elektrolizera.52

4. Bilans napięciowy elektrolizera56

4.1. Potencjały równowagowe elektrod i teoretyczne napięcie rozkładowe56 4.2. Aktywności reagentów w roztworze.59

4.3. Rozdział prądu na elektrodach a bilans napięciowy elektrolizera -metody obliczania i pomiaru.63

4.3.1. Rozwiązanie równania Laplace'a metodą siatek.70

4.3.2. Rozdział prądu w procesach galwanicznych.73

4.3.2.1. Ocena zdolności rozpraszającej roztworów elektrolitów. 74

4.4. Przewodność roztworów elektrolitów.80

4.4.1. Roztwory rozcieńczone.80

4.4.2. Roztwory stężone.83

4.4.3. Zależność przewodności od temperatury.87

4.4.4. Przewodność roztworów wypełnionych gazem.87

5. Wymiana masy na elektrodach.93

5.1. Podstawowe pojęcia związane z transportem masy.93

5.2. Wymiana masy w przepływie.95

5.2.1. Przepływ laminarny98

5.2.2. Przepływ burzliwy99

5.2.3. Konwekcja naturalna102

5.3. Wpływ wydzielania gazów na wymianę masy105

5.4. Wymiana masy przy zastosowaniu promotorów turbulencji.106

6.Równania projektowe elektrolizerów108

6.1. Klasyfikacja elektrolizerów ze względu na postać równania projektowego.108

6.2. Elektrolizery z przepływem tłokowym.111

6.2.1. Długi elektrolizer, stałe napięcie elektrolizy.116

6.2.2. Krótki elektrolizer z płaskimi równoległymi elektrodami.121

3. Elektrolizery zbiornikowe przepływowe.124

6.3.1. Podstawowe równanie projektowe elektrolizera zbiornikowego przepływowego, z idealnym wymieszaniem (CSTER)125

6.3.2. Szybka reakcja w elektrolizerze zbiornikowym126

6.3.3. Elektrolizer zbiornikowy z obiegiem zwrotnym (cyrkulacją) roztworu elektrolitu127

6.3.4. Elektrolizer zbiornikowy z powolnymi reakcjami na elektrodach,.130

6.3.5. Łączenie elektrolizerów w kaskady131

6.4. Elektrolizery periodyczne.136

6.4.1. Szybka reakcja w elektrolizerze periodycznym bez cyrkulacji roztworu elektrolitu138

6.4.1.1. Szybka katodowa reakcja z nieznaczną migracją.138

6.4.1.2. Szybka reakcja anodowa z wyraźną mi gracją139

6.4.2. Przeniesienie masy w elektrolizerze periodycznym140

6.4.3. Proces izotermiczny i nieizotermiczny w elektrolizerach periodycznych240

7. Optymalizacja gęstości prądu w procesach elektrochemicznych243

7.1. Prosty model kosztów procesu.143

7.2. Ocena zużycia energii.145

7.3. Kryterium optymalizacji gęstości prądu148

LITERATURA151

Część II

ZASADY PROWADZENIA PROCESÓW

ELEKTROCHEMICZNYCH (Rafał Dylewski)

8. Zakres i sposób przedstawienia materiału.155

9. Napięcie rozkładowe i nadpotencjal 159

10. Warunki zapewnienia zamierzonego kierunku i dużej selektywności procesów elektrochemicznych.162

10.1. Wprowadzenie.162

10.2. Rola potencjału elektrody163

10.3. Rodzaje tworzyw elektrodowych264

10.4. Elektrodowa gęstość prądu172

10.5. Objętościowa gęstość prądu180

10.6. Skład elektrolitu.186

10.7. Temperatura.195

10.8. Obecność lub brak przegrody. Rodzaje przegród.199

10.9. Wymiana masy w obrębie roztworu elektrolitu213

10.10. Podsumowanie218

11. Łączenie elektrolizerów w zestawy220

11.1. Wprowadzenie.220

11.2. Elektrolizery w układzie szeregowym221

11.3. Elektrolizery w układzie równoległym.223

11.4. Układy kaskadowe elektrolizerów ze zmniejszającą się gęstością prądu224

11.5. Zapobieganie niepożądanym upływom prądu226

11.5.1. Upływy prądu przez podłoże hal i stałe elementy otoczenia226

11.5.2. Upływy prądu poprzez przewody mediów produkcyjnych229

11.5.3. Upływy prądu w wielosegmentowych elektrolizerach typu prasy filtracyjnej.234

11.6. Podsumowanie.237

LITERATURA 240