Kỹ thuật chống ăn mòn trong công nghệ lọc hoá dầu

• 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

Kỹ thuật chống ăn mòn trong công nghệ lọc hoá dầu

Thực hiện: TRIỆU QUANG TIẾN

PHAN THỊ DẠ THẢO

Mar 29 th , 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 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+ 2H2hay 2H2O = 2H2 + O2

 Chỉ là điện phân nước

1.1 Hiện tượng điện phân 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 Điện thế phân huỷ

1.2 Điện thế phân huỷ 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 E f

 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 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 Sự phân cực hoá học

• Xét lại hiện tượng điện phân dung dịch H2SO4 với điện

cực Pt trơn Khi E < E f 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 Sự phân cực hoá học

• Sức điện động của pin là sức điện động phân cực E p

• Điện thế của từng điện cực gọi là thế phân cực φ p (có φ pc

và φ pa )

• Khi E tăng thì E p cũng tăng theo

• Trên anod:

• Trên catod:

1.3 Sự phân cực hoá học 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 + H2base: 2H2O + 2e → 2OH- + H2

• Ở anod với môi trường tương ứng:

acid: 2OH- - 4e → 2H2O + O2base: 6H2O - 4e → 4H3O+ + O2

1.4 Sự phân cực nồng độ 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 Quá thế

• Sự chênh lệch giữ điện thế phân huỷ E f 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

• 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 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 Quá thế

• Và được biểu diễn trên đồ thị i - η

2.1 Quá thế Quá thế

2.1 Quá thế 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 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

• Quá thế hydro ở 25ºC trên các kim loại khác nhau

2.2 Thuyết quá thế hydro 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 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 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 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 Activation Controlled Processes

3.2 Concentration Controlled Processes Concentration Controlled Processes

3.2 Concentration Controlled Processes Concentration Controlled Processes

3.2 Concentration Controlled Processes Concentration Controlled Processes

Thanks all for your listening 