double arrow

Электролиз и высокотемпературный электролиз


Институт химии и энергетики

(институт)

Рациональное природопользование и ресурсосбережение

(кафедра)

 

КУРСОВАЯ РАБОТА  

 

по учебному курсу «Технологии переработки и утилизации отходов 4»

 

Вариант №22

 

Тема: Процессы и аппараты переработки отходов химического

предприятия.

 

 

Студент Головин Михаил Алексеевич (И.О. Фамилия)  
Группа ЭРТбз-1501Д (И.О. Фамилия)  
Ассистент   (И.О. Фамилия)  
Преподаватель к.п.н., доцент Кравцова Марианна Викторовна (И.О. Фамилия)  

 

 

Тольятти 2020


МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Тольяттинский государственный университет»

Институт химии и инженерной экологии

 (наименование института полностью)

Кафедра «Рациональное природопользование и ресурсосбережение»

(наименование кафедры полностью)

                                                                                                                       

  УТВЕРЖДАЮ
  Завкафедрой
  ____________ М.В.Кравцова                       (подпись)                    (И.О. Фамилия)        «13» февраля2020 г.

ЗАДАНИЕ




На выполнение курсовой работы

Студент Головин Михаил Алексеевич

1.Тема Проектирование энерго – и ресурсосберегающих процессов в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии. Вариант 22

2. Срок сдачи студентом законченной курсовой работы  13 февраля 2020 г.

3. Исходные данные к курсовой работе Данные НИР

4. Содержание курсовой работы (перечень подлежащих разработке вопросов, разделов):

1 Описание технологической установки/процесса (технологическая схема, стадии технологического процесса, технологические показатели, обоснование выбора)

2 Расчет материального и энергетического балансов

3 Анализ преимуществ предлагаемой технологии

5. Ориентировочный перечень графического и иллюстративного материала (с точным указанием чертежей и форматов их представления) не предусмотрено  

6. Рекомендуемые учебно-методические материалы Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине «Технологии переработки и утилизации отходов 4»

 

Дата выдачи задания «22» января 2020 г.

Руководитель курсовой работы _____________         М. В. Кравцова

                                                                        (подпись)                                   (И.О. Фамилия)

Задание принял к исполнению ______________      М.А.Головин

                                                                                  (подпись)                                   (И.О. Фамилия)



 



Содержание

ВВЕДЕНИЕ 4
1 Описание технологической установки 6
1.1 Получение водорода 6
1.1.1 Электролиз и высокотемпературный электролиз 6
1.1.2 Паровая конверсия метана 9
1.2 Физико-химические свойства 12
1.3 Химические свойства водорода 14
2 Расчет материального и энергетического балансов процесса получения водорода 19
2.1 Материальный баланс 19
2.2 Энергетический баланс 21
2.3 Анализ преимуществ предлагаемой технологии 23
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 26
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 27

 



Введение

Мы живем в постиндустриальную эпоху.

Мы стремимся сделать нашу жизнь лучше и проще, но забываем о том, что её нужно сделать чище.

 Совершив 20-м веке огромный скачок в сфере развития технологий, человечество накопило огромное количество мусора в виде пластика, мобильных устройств, отходов химического производства.

Наши моря задыхаются от отходов, наша почва отравлена сточными водами, мы сами дышим загрязненным воздухом.

Все перечисленные выше виды отходов наносят невосполнимый вред нашей экологической системе.

Ведь даже выкидывая на улице простую пластиковую бутылку на улице,  мы обрекаем ее на разложение в почве в течение срока, составляющего около 400-500 лет, и это, в масштабах человеческой жизни, огромный отрезок времени.

Мы сталкиваемся с проблемами не только в вопросе образования отходов, но и их неадекватным сбором, транспортировкой, обработкой и уничтожением.



Современные системы в большинстве стран мира не могут справиться с объёмами отходов, образующимися в результате деятельности промышленных объектов, и это сказывается на окружающей среде и здоровье общества.[15]

На данном этапе человечество достигло уровня, когда социально-экономическое развитие государства необходимо рассматривать в непосредственной взаимосвязи с качеством окружающей среды.


 

Острота проблемы  данной проблемы выходит за границы минутных интересов общества, перенося акцент в плоскость учета интересов как нынешнего, так и будущих поколений.

Проблема оздоровления и охраны окружающей среды в условиях антропогенного воздействия является одной из наиболее острых социально-экономических проблем современности.

Безопасность окружающей среды является обязательным условием устойчивого общественного развития.[7]

Этим фактором во многом обусловлена объективная необходимость изучения влияния отходов производства на состояние окружающей среды.

Производственные предприятия генерируют опасные и токсичные химические вещества, которые являются одним из наиболее значительных факторов загрязнения окружающей среды

Цель курсовой работы – формирование практических навыков организации энерго- и ресурсосберегающих промышленных производств на основе совершенствования химических, нефтехимических и биотехнологических процессов.

Задачи курсовой работы:

1. Обосновать выбор энерго- и ресурсосберегающего процесса (установки).

2. Провести расчет материального и энергетического балансов для выбранной технологии.

3. Предоставить преимущества выбранной технологии.

Структура курсовой работы.

Курсовая работа состоит из введения, двух разделов, заключения и списка использованных источников.

 




Описание технологической установки

Получение водорода

Водород является самым распространенным элементом на земле, но его редко можно найти в чистом виде.

Фактически это означает, что для получения водорода его необходимо извлечь его из различных соединений.

Конечно, этот процесс извлечения требует энергии, но водород может быть получен или извлечен с использованием практически любого первичного источника энергии, будь то ископаемые или возобновляемые источники.

Характерно, что водород может быть получен с использованием различных ресурсов, включая ископаемые виды топлива, такие как природный газ и уголь, биомасса, непродовольственные культуры, ядерная энергия и возобновляемые источники энергии, такие как ветер, солнечная, геотермальная и гидроэлектрическая энергия для разделения воды.

Это разнообразие потенциальных источников питания является наиболее важной причиной, по которой водород является таким перспективным энергоносителем.

В настоящее время (новые методы исследуются каждый день) наиболее заметными производственными путями являются следующие:

− электролиз и высокотемпературный электролиз;

− паровая конверсия метана.

Электролиз и высокотемпературный электролиз

Несмотря на то, что водород может быть получен множеством способов, наиболее интересной, но и перспективной частью является получение водорода путем электролиза воды.

 

В процессе электролиза происходит расщепление воды на водород и кислород.

Электролизер состоит из источника постоянного тока и двух электродов с ноблеметальным покрытием, которые разделены электролитом.

Электролит или ионный проводник может быть жидкостью, например проводящим раствором едкого калия (гидроксида калия, КОН)для щелочного электролиза.

В щелочном электролизере катод (отрицательный полюс) теряет электроны в водный раствор.

Вода диссоциирует, что приводит к образованию водорода и гидроксидных ионов.

Носители заряда движутся в электролите по направлению к аноду.

На аноде (положительном полюсе) электроны поглощаются отрицательными он – анионами.

Oh-анионы окисляются с образованием воды и кислорода.

Кислород поднимается на аноде.

Мембрана предотвращает смешивание газов продукта H2 и O2, но позволяет пропускать ионы OH.

Электролизеры состоят из отдельных ячеек и центральных системных блоков (баланс завода).

 Схема электролиза воды:

анод:

2H2O → O2 + 4H+ + 4e–;

катод:

4H+ + 4e– → 2H2.

Или:

анод:

3H2O → O3 + 6e– + 6H+;


 

катод:

O2 + 2H2O + 2e– → H2O2 + 2OH–.

Общее уравнение:

2H2O → 2H2 + O2.

Электролизеры дифференцируются по материалам электролита и температуре, при которой они работают:

− низкотемпературный электролиз, включая щелочной электролиз;

− электролиз протонной обменной мембраны;

−  электролиз анионообменной мембраны (также известный как щелочной);

− высокотемпературный электролиз.

Последняя группа наиболее заметно включает электролиз твердых оксидов , но это все еще находится на стадии разработки, и продукты еще не доступны на рынке.

Как только он достигнет рыночной зрелости, его преимущества , как ожидается, будут включать повышенную эффективность конверсии и возможность получения синтез-газа непосредственно из пара и CO2, для использования в различных приложениях, таких как синтетические жидкие топлива.

Высокотемпературный электролиз особенно интересен тогда, когда рядом с электролизером находится источник тепла (как это часто бывает на промышленных предприятиях) и является более эффективным экономически, чем традиционный электролиз при комнатной температуре.

Действительно, часть энергии поступает в виде тепла, которое либо бесплатно, либо дешевле, чем электричество, а также потому, что реакция электролиза более эффективна при более высоких температурах . [10]

Рисунок 1¾ Технологическая схема установки электролиза воды








Сейчас читают про: