Kỹ thuật chống ăn mòn trong công nghệ lọc hoá dầu
Trong phản ứng điện phân nước, khí H2và O2
chỉ bắt đầu
thoát ra từ một điện thế xác định, gọi là điện thế phân
huỷ Ef
Sự khác biệt nhỏ nhất của các điện thế cần thiết tạo ra
giữa hai điện cực để sự điện phân bắt đầu được gọi là
điện thế phân huỷ của chất điện ly. Nó chính là tổng điện
thế phóng điện của các ion trên các điện cực.
34 trang |
Chia sẻ: tlsuongmuoi | Lượt xem: 2197 | Lượt tải: 4
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Kỹ thuật chống ăn mòn trong công nghệ lọc hoá dầu, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Kỹ thuật chống ăn mòn trong công nghệ lọc hoá dầu
Thực hiện: TRIỆU QUANG TIẾN
PHAN THỊ DẠ THẢO
Mar 29th, 2011
Giảng viên:
TS. HUỲNH QUYỀN
Nội dung chính
1- Hiện tượng điện phân
1.1- Hiện tượng điện phân
1.2- Điện thế phân hủy
1.3- Sự phân cực hoá học
1.4- Sự phân cực nồng độ
2- Quá thế
2.1- Quá thế
2.2- Quá thế hydro
• Trạng thái cân bằng của các quá trình trong dung dịch
điện ly với sự tham gia của các ion và các quá trình trên
điện cực không phụ thuộc và thời gian sử dụng các
quy luật nhiệt động học.
• Quá trình có dòng điện chạy qua không phải là quá
trình cân bằng và các hiện tượng diễn ra có liên quan tới
sự có mặt của dòng điện là phụ thuộc vào thời gian.
• Quá trình điện cực được xem xét trong mối quan hệ phụ
thuộc vào cường độ dòng điện ĐỘNG HỌC ĐIỆN
HOÁ
• Dòng điện có thể xuất hiện do:
Đóng mạch nguyên tố ganvani (tạo thành từ các điện
cực và dung dịch điện ly)
Tạo ra sự khác biệt điện thế từ bên ngoài đối với hệ:
các điện cực và dung dịch điện ly. Hiện tượng diễn ra
trên bề mặt điện cực được gọi là sự điện phân.
1.1- Hiện tượng điện phân
• Ví dụ: điện phân dung dịch H2SO4 với điện cực Pt trơn
Ở catod: 4H3O+ +4e = 4H2O + 2H2
Ở anod: 6H2O – 4e = 4H3O+ + O2
• Phản ứng tổng cộng:
6H2O + 4H3O+ = 4H2O + 4H3O+ + O2+ 2H2
hay 2H2O = 2H2 + O2
Chỉ là điện phân nước
1.1- Hiện tượng điện phân
• Theo quan điểm nhiệt động học thì phản ứng điện phân
nước có: ΔGº298 = -2ΔGº298(H2O) = -(-56 690) cal,
ΔGº298 > 0 phản ứng không tự xảy ra
Điện phân là quá trình biến đổi hoá học xảy ra do tác
dụng của dòng điện, ngược lại hiện tượng đó là quá trình
làm việc của pin.
Dòng điện
(điện năng)
Phản ứng hoá học
(hoá năng)
Điện phân
Pin
1.2- Điện thế phân huỷ
1.2- Điện thế phân huỷ
• Trong phản ứng điện phân nước, khí H2 và O2 chỉ bắt đầu
thoát ra từ một điện thế xác định, gọi là điện thế phân
huỷ Ef
Sự khác biệt nhỏ nhất của các điện thế cần thiết tạo ra
giữa hai điện cực để sự điện phân bắt đầu được gọi là
điện thế phân huỷ của chất điện ly. Nó chính là tổng điện
thế phóng điện của các ion trên các điện cực.
1.2- Điện thế phân huỷ
• Nếu khi điện phân trên các điện cực chất rắn hay dung
dịch lỏng được tạo ra và đặc biệt là khi tạo thành các loại
khí, điện thế phân huỷ phụ thuộc vào các dạng và kích
thước của điện cực, đặc trưng của bề mặt điện cực, các
điều kiện tách khí ra và nhiều đặc trưng khác
Ef không có thể là như nhau đối với 1 chất điện ly trong
các điều kiện khác nhau.
1.3- Sự phân cực hoá học
• Xét lại hiện tượng điện phân dung dịch H2SO4 với điện
cực Pt trơn. Khi E < Ef thì I ≈ 0 và không thấy các khí H2
và O2
• Khi đóng khoá K, có dòng điện qua, dù nhỏ vẫn xảy ra
phản ứng ở điện cực tạo H2 và O2 trên catod và anod , tạo
pin: - Pt, H2 | H2SO4 aq | O2 , Pt +
• Pin tạo thành sẽ chống lại điện thế E bên ngoài Sự
phân cực.
1.3- Sự phân cực hoá học
• Sức điện động của pin là sức điện động phân cực Ep
• Điện thế của từng điện cực gọi là thế phân cực φp (có φpc
và φpa )
• Khi E tăng thì Ep cũng tăng theo.
• Trên anod:
• Trên catod:
1.3- Sự phân cực hoá học
• Trong thực tế, điện phân các dung dịch acid chứa oxy và
base trong nước diễn ra các quá trình điện phân cơ bản:
• Ở catod, trong điện phân nước nếu với pH môi trường
khác nhau, thì trong
acid: 2H3O+ + 2e → 2H2O + H2
base: 2H2O + 2e → 2OH- + H2
• Ở anod với môi trường tương ứng:
acid: 2OH- - 4e → 2H2O + O2
base: 6H2O - 4e → 4H3O+ + O2
1.4- Sự phân cực nồng độ
• Sự phân cực nồng độ do sự chuyển động có hướng của
các điện tích, ion dưới tác dụng của điện trường (chống
lại sự tạo thành pin điện)
• Sự phân cực nồng độ làm giảm nồng độ của các ion
tham gia phóng điện gần bề mặt điện cực trong quá trình
điện phân.
• Sự xuất hiện sức điện động phân cực làm tăng tiêu hao
điện năng khử hay giảm phân cực nồng độ là vấn đề
quan trọng trong thực tế
• Phân cực nồng độ cũng làm giảm sức điện động của các
nguồn điện hoá.
2.1- Quá thế
• Sự chênh lệch giữ điện thế phân huỷ Ef và sức điện động
phân cực do sự phân cực hoá học tạo thành trong pin hay
tổng các điện thế cân bằng trên các điện cực (không xét
đến phân cực nồng độ), được gọi là quá điện thế hay quá
thế η
Trong đó: ηact là quá thế hoạt hoá (activation overpotential)
ηconc là quá thế nồng độ (concentration overpotential )
iR là sự giảm thế Ohm
2.1- Quá thế
• Quá thế trên các điện cực phụ thuộc và bản chất của điện
cực, mật độ dòng điện, thành phần của dung dịch và các
yếu tố khác.
• Điện thế áp vào hai điện cực của bình điện phân ngoài
việc để chống lại sức điện động phân cực và quá thế, còn
để khắc phục sự giảm thế Ohm do điện trở của dung dịch
gây ra.
2.1- Quá thế
• Nếu quá trình khuếch tán nhanh thì nồng độ các cấu tử
xem như bỏ qua, lúc đó tốc độ của quá trình catod và
anod biểu diễn như sau:
2.1- Quá thế
• Và được biểu diễn trên đồ thị i - η
2.1- Quá thế
2.1- Quá thế
• Quá thế lớn: trên đồ thị nếu quá thế dương lớn thì có thể
bỏ qua phản ứng catod riêng phần, nếu quá thế âm lớn có
thể bỏ qua phản ứng anod riêng phần
2.1- Quá thế
• Phương trình quan hệ quá thế hydro với mật độ dòng điện
qua dung dịch (tốc độ quá trình điện hoá) – phương trình
Tafel η = a + b lgi
trong đó: η – quá thế (volt); a và b – hằng số;
i – mật độ dòng điện
a – giá trị các quá thế trên các kim loại khác nhau khi mật độ dòng
điện bằng 1 amp/cm2; phụ thuộc vào vật liệu của điện cực
b – ít phụ thuộc vào vật liệu điện cực, và là đặc trưng cho chính quá
trình điện hoá.
2.1- Quá thế
• Giá trị hằng số a và b của phương trình Tafel đối với phản
ứng catod thoát H2 trên các kim loại khác nhau ở 25ºC
2.1- Quá thế
• Quá thế hydro ở 25ºC trên các kim loại khác nhau
2.2- Thuyết quá thế hydro
• Sự phóng điện của ion H3O+ (dẫn đến tách hydro phân tử
ra) diễn ra các giai đoạn nối tiếp:
1- Giai đoạn khuếch tán: quá trình điện hoá diễn ra trên
điện cực nên cần chuyển nhanh H3O+ đến bề mặt điện cực
nhờ sự khuếch tán
2- Giai đoạn khử nước: trong ion H3O+ proton gắn chặt
với phân tử nước, sự phóng điện trực tiếp của ion H3O+ là
không có khả năng nên phải tách nước:
H3O+ → H+ + H2O
2.2- Thuyết quá thế hydro
3- Phóng điện và hấp phụ H: đây là quá trình điện hoá
hoàn toàn: H+ + e- → H
Hydro nguyên tử được tạo ra và bị hấp phụ bởi kim loại
H + Me → Me | Hhp
4- Giai đoạn kết hợp (mol hoá): theo mức độ bão hoà
hydro trên bề mặt điện cực mà nó kết hợp với nhau (bị
mol hoá) 2Hhp → H2(khí)
2.2- Thuyết quá thế hydro
5- Giai đoạn thoát khí: các phân tử H2 được tạo ra ở trên
đi vào dung dịch, khi đạt độ quá bão hoá thì tách ra ở
dạng khí H2(dd) → H2(khí)
Khi phân cực catod các điện tử đến điện cực và sự giảm
tốc độ của một giai đoạn nào đó tự dẫn đến tăng điện thế
của điện cực.
Các thuyết quá thế khác nhau ở quan điểm nhìn nhận giai
đoạn chậm nhất và khống chế tốc độ chung của quá trình.
2.3- Ý nghĩa quá thế
• Quá thế có ý nghĩa quan trọng trong việc áp dụng thực tế
của điện hoá.
• Quá thế có thể là có lợi trong trường hợp này nhưng bất
lợi trong trường hợp khác.
• Ví dụ quá trình điện phân nước, điện năng cần thiết để
điện phân 1 mol H2O thu 1 mol H2 và ½ mol O2
W = nFE = 2FE
• Không có quá thế thì điện thế điện phân E = 1.23V, khi có
quá thế thì Ef = 1.7V nên điện năng tiêu hao tăng lên
(khoảng 40%)
3.1- Activation Controlled Processes
3.2- Concentration Controlled Processes
3.2- Concentration Controlled Processes
3.2- Concentration Controlled Processes
Thanks all for your listening
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- 12_compatibility_mode__8385.pdf