Выбор источника тока для электрохимического аппарата

Содержание
Введение 4
1. Аммонийные (аммиакатные) электролиты цинкования 5
2. Расчет габаритных размеров ванны покрытия 8
3. Исходные данные для расчета электрического и теплового балансов и начальные приближения 10
4.Расчет напряжения на ванне по справочным данным 11
4.1 Слагаемые напряжения на электролизере 11
4.2 Расчет электрохимических составляющих падения напряжения 12
4.2.1 Расчет величины обратимого напряжения разложения 12
4.2.2 Определение величины катодного перенапряжения 13
4.2.3 Определение величины анодного перенапряжения 14
4.3 Расчет омических составляющих напряжения 15
4.3.1 Расчет падения напряжения в электролите 15
4.3.2 Падение напряжения в теле электродов и в контактах 18
4.4 Суммарное напряжение на ванне 18
5. Расчет теплового баланса ванны гальванического цинкования 18
5.1 Нестационарная модель материального баланса 18
5.2 Расчет суммарной интенсивности источников тепла 19
5.2.1 Интенсивность источника тепла при прохождении
через раствор электрического тока 20
5.2.2 Перенос тепла при переходе в другое агрегатное состояние 21
5.3 Расчет удельной теплоемкости электролита 22
5.4 Расчет теплоты химической реакции образования аммиаката цинка 23
5.4.5 Расчет теплового баланса 23
Заключение 25
Библиографический список 26

Из [9] известно, что при концентрации C(ZnSO4)=0,5моль/л и C(Na2SO4)=1моль/л; ток обмена i0=10,9·10-4A/ cм2 = 10,9 A/ м2, α=0,32. При заданной концентрации Zn(NН3)2Cl2 ток обмена будет равен:Предельный диффузионный ток может быть рассчитан по следующей формуле:,(4.5)где D - коэффициент диффузии, принимаем равным 4,93∙10-10 м2/с [7];δ - толщина диффузионного слоя, принимаем равным 1∙10-4 м.Катодное перенапряжение равно:4.2.3 Определение величины анодного перенапряженияРасчет анодного перенапряжения производим по уравнению замедленного разряда:. (4.6)Рассчитаем анодную плотность тока : (4.7)где Sa – площадь поверхности анодов, м2.Принимаем, что с обратной стороны аноды работают на 50%. Тогдам2Анодное перенапряжение равно: 4.3 Расчет омических составляющих напряженияОмические составляющие напряжения на электролизере рассчитывают по закону Ома.4.3.1 Расчет падения напряжения в электролитеДля плоскопараллельных электродов падение напряжения в электролите рассчитывается по закону Ома:(4.8)где - удельное сопротивление электролита, Ом∙м;l – расстояние между электродами, принимаемое равным 0,3 м;s – площадь рабочей поверхности электродов, м2; - удельная электропроводность электролита, См∙м-1;iср – средняя плотность тока, А/м2.(4.9)А/м2Для расчета значения удельной электропроводности раствора, содержащего несколько компонентов, используют следующий принцип: удельная электропроводность смешанного раствора (χсм) принимается равной сумме рассчитанных удельных электропроводностей отдельных компонентов раствора χj.Находим суммарную концентрацию компонентов в растворе: моль/лЗначения эквивалентной электропроводности для каждого компонента электролита (Na2ZnO2, NaOH) при концентрации С∑ определены экстраполяцией справочных данных (рисунки 4.1-4.2) [13, 14]. ,,Рисунок 4.1 – Зависимость эквивалентной электропроводимости раствора Zn(NH3)2Cl2от концентрацииРисунок 4.2 – Зависимость эквивалентной электропроводимости раствора NН4Cl от концентрации Пересчет значений эквивалентных электропроводностей Zn(NH3)2Cl2,NH4Clна заданную температуру 20С с учетом температурных коэффициентов (таблица 4.2):,(4.10)где - эквивалентная электропроводность, найденная при , См∙м-1; - температурный коэффициент (представлен в таблице 4.2), К-1;t1 – температура раствора электролита, К;t2 – температура, при которой известна , K.Таблица 4.2 – Температурные коэффициенты компонентов [9]КомпонентZn(NH3)2Cl2NH4Cl, К-10,023 0,02= 1,889∙ 10-3∙ (1 + 0,023 ∙ (18 - 20))=1,976∙ 10-3= 0,009∙(1 + 0,02 ∙ (18 - 20))=0,01Удельную электропроводность отдельных компонентов в смешанном растворе определяем следующим образом:(4.11) См∙м-1, См∙м-1,Удельная электропроводность электролита равнаχ=0,68+44,383=45,063 См∙м-1.Расчет падения напряжения в электролите:∆Uэл =73,038∙(0,13/45,063)=0,211 В4.3.2 Падение напряжения в теле электродов и в контактахПадение напряжения в теле электродов рассчитываем по следующей формуле:,(4.12)где - площадь сечения электрода, м2; - высота погруженной части электрода, м;ρ - удельное сопротивление электрода при рабочей температуре, Ом∙м Ом∙м В Ом∙м ВВПоскольку падение напряжения в контактах рассчитать довольно трудно, принимаем его равным 15% от общего падения напряжения в электролизере.4.4 Суммарное напряжение на ванне4.5 Выбор источника питанияДля питания выбран выпрямитель ВГ-ТПЕ-200-12-0 УХЛ4 с номинальным напряжением 12 В (номинальный ток 200 А).ЗаключениеВ ходе выполнения курсового проекта был рассчитан электрический баланс гальванической ванны цинкования (по справочным данным).По результатам электрического баланса для питания выбран выпрямитель ВГ-ТПЕ-200-12-0 УХЛ4 с номинальным напряжением 12 В (номинальный ток 200 А).Библиографический списокДасоян М.А., Пальмская И.Я., Сахарова Е.В. Технология электрохимических покрытий.- Л.: Машиностроение 1989.-391 с.Справочник по электрохимии / под ред. А.М.Сухотина. – Л.: Химия, 1981. – 488 с.Ильин В.А. Цинкование и кадмирование. – Л.: Машиностроение, 1971, - 88 с.ГОСТ 1180-91. Аноды цинковые. Технические условия.ГОСТ 3640-94. Цинк. Технические условия.ГОСТ 23738-85. Ванны автооператорных линий для химической, электрохимической обработки поверхности и получения покрытий. Основные параметры и размерыТехнологические расчеты оборудования электрохимических производств: учебно-методическое пособие. /В.М.Рудой, Т.Н.Останина, И.Б.Мурашова, Н.И.Останин, Ю.П.Зайков. Екатеринбург: ГОУ ВПО «УГТУ-УПИ», 2006.-81 с.Новиков В.Т., Медведев Г.И., Суров И.И. Основное технологическое оборудование цехов гальванопокрытий. -М.: МХТИ им. Д.И.Менделеева. - 1984. - 63с.Гибкие автоматизированные гальванические линии: Справочник. / Под общ. ред. В.Л.Зубченко. - М.: Машиностроение. - 1989. - 672 с.В.Н. Варыпаев. Введение в проектирование электролизеров. -Л.: Изд-во ЛТИ. - 1981. - 93 с.Флореа О., Смигельский О. Расчеты по процессам и аппаратам химической технологии. М.: 1971. – 448с.Краткий справочник физико-химических величин /Под ред. А.А.Равделя, К.П. Мищенко. –М.: Химия, 1965.-232с.Справочник химика. 2-е изд.Под ред. Б.П.Никольского. -М.-Л.:Химия. - 1964. - Т.3. - 1000 с.Справочник по электрохимии / под ред.А.М.Сухотина. – Л.: Химия, 1981. – 488 с.