Использование электрохимических методов в промышленности

Восточно-Сибирский  государственный университет технологий и управления

 

 

 

 

 

 

Кафедра: Биотехнологий

 

Реферат

 

Дисциплина: Физическая химия

 

Тема: Использование электрохимических методов в промышленности

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнила:ст-ка гр.Б-2103

Байкова.А

 

Проверила: Балдынова Ф.П

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Электрохимия, электрохимические процессы и технологии используются настолько широко во всех отраслях промышленности, что без них невозможно ни существование, ни дальнейшее развитие цивилизации.

Среди многообразных направлений прикладной электрохимии особое место занимают гальванические производства. Электроосаждение покрытий металлами и сплавами, которые защищают самые разные изделия от коррозии, позволяют в десятки и сотни раз увеличить их срок службы в машиностроении, ракетостроении и судостроении, в энергетике и приборостроении, в электронике и микроэлектронике, медицинской, мебельной, ювелирной, пищевой и других отраслях промышленности.

 

 

В центре внимания современной электрохимии стоит электрохимическая кинетика, т.е. учение о механизме и законах протекания электрохимических реакций. Наука о коррозии и борьба с коррозионными потерями - дело глобальной значимости. В растворах электролитов коррозия является результатом одновременного протекания двух или более электрохимических процессов. Для развития электрохимической кинетики большое значение имело создание точных и удобных экспериментальных методов исследования механизма электродных процессов, в особенности полярографического метода, предложенного Я. Гейровским.

Широкое применение получили электрохимические методы защиты от коррозии различных видов аппаратуры, сооружений и машин, работающих в агрессивных средах, подземных газо- и нефтепроводов, химической аппаратуры, корпусов судов, автомобилей и т.д. Для этого используются методы катодной, анодной и протекторной защиты.

 

Химические источники тока - обширный раздел электрохимии, посвященный вопросам разработки различных систем гальванических элементов, аккумуляторов, электрохимических генераторов, а также технологии их изготовления. Назначение их крайне разнообразно - от жизнеобеспечения космических станций, питания двигателей подводных лодок и радиоаппаратуры, до питания наручных часов и вживления в тело человека для стимулирования его сердечной деятельности. Практически все цветные металлы (алюминий, медь, никель, свинец, цинк, кадмий, магний, натрий, калий, другие редкие металлы и сплавы), ежегодное производство которых составляет около 30 млн. тонн, или получаются, или очищаются электрохимическим путем. К этой же технологии можно отнести получение фольги и порошков цветных металлов.

 

Хемотроника - новая область применения электрохимии, связанная с созданием электрохимических преобразователей информации.

Большие перспективы у метода так называемой электрохимической размерной обработки деталей (ЭХРО). Интенсивно внедряется в практику электрохимическое фрезерование и сверление, полирование и травление. Такими способами производства (в первую очередь, в авиационной и космической технике) будет изготавливаться от 50 до 80% деталей.

 

Электрохимические методы широко применяются при обессоливании воды, в системах очистки сточных вод самых различных производств (химических, гальванических, лакокрасочных, биологических), регенерации электролитов, извлечении металлов из отходов производства. Значительная часть физико-химических методов исследований и анализов основана на электрохимических принципах.

Электросинтез позволяет получать ряд неорганических веществ и соединений: водород, хлор, перекись водорода, щелочи, сильные окислители и восстановители, а также многие органические соединения. Среди них водородная энергетика приобретает все большее значение для авто- и авиатранспорта.

 

Тончайшие процессы в живых организмах - в клетках, мембранах, нервных волокнах и нейронах. Имплантированные топливные элементы, в которых используются составляющие ультрафильтрата крови, представляют собой постоянные источники энергии для вспомогательных приборов, контролирующих состояние здоровья пациента. Перспективным является биологический топливный элемент, обеспечивающий работу протеза сердца. В будущем приобретет особое значение электролизный способ удаления из организма человека мочевины путем ее окисления в почечной диализной системе. Такой проект приблизит создание действительно портативного аппарата искусственной почки.

 

 

Установки получения водорода

 

 

     Электролизные установки для получения водорода используются прежде всего в энергетике, металлургии, электронной промышленности, пищевой промышленности и стекольной промышленности. В нашей стране электролитический водород применяется:

В пищевой промышленности в основном для гидрогенизации жиров. Промышленность ориентирована на крупные блоки производительностью от 250 нм3Н2/ч.

В металлургии: а) для получения металлов методом прямого восстановления руды)  б) для получения твердых сплавов.

В электронной промышленности водород используется для создания восстановительной атмосферы. Одно из основных требований предприятий электронной промышленности к используемому водороду – его высокая чистота. Этим требованиям наилучшим образом соответствует водород, получаемый электролизом с последующей очисткой.

В энергетике водород используется для охлаждения мощных  турбогенераторов, благодаря его высокой теплопроводности и коэффициенту диффузии, а также нетоксичности.

 

Очистка сточных вод предприятий пищевой промышленности с использованием электрохимической деструкции

 

Развитие пищевой промышленности, строительство новых и расширение существующих предприятий в настоящее время практически невозможно без решения проблемы очистки их высокозагрязненных стоков. Сточные воды предприятий отрасли относятся к категории высококонцентрированных стоков по содержанию органических загрязнителей. Загрязнения в таких сточных водах в основном находятся в виде трудноразделимых суспензий, эмульсий, коллоидных и молекулярных растворов. Кроме того, в сточные воды в значительных количествах поступают минеральные  примеси и поверхностно-активные вещества (моющие средства), для сточных вод мясокомбинатов характерно наличие существенного микробного поражения.

 

Электрофлотодеструкция является звеном технологической схемы  очистки сточных вод предприятий пищевой промышленности, наиболее эффективно удаляющим наиболее трудноизвлекаемую часть состава их сточных вод – растворенную органику. Использование электрофлотодеструкции позволяет достичь жестких нормативных требований содержания в очищенной воде органических веществ (показатели ХПК и БПК).

Конкретные варианты технологических решений очистки сточных вод рыбо-, мясо-, молокоперерабатывающих предприятий имеют свои особенности и зависят от организации производственного процесса, требований к очищенной воде и могут обеспечить очистку до требований ПДК для слива в горколлектор, для доочистки на биологических очистных сооружениях или для слива в водоем рыбохозяйственного назначения.

 

Общая технологическая схема предполагает две ступени:

 

I ступень: физико-химический способ очистки с электрохимической обработкой до требований для слива в городскую канализация или на биологические очистные сооружения.

II ступень: биологический метод очистки до требований для слива в водоем рыбохозяйственного назначения.

 

Первая ступень в наиболее полном виде включает в себя следующие стадии: удаление крупных механических примесей, свободных и эмульгированных жиров и масел; электрообработку для деструкции органических примесей; реагентную обработку исходной сточной воды (корректировка значения рН, ввод коагулянта и флокулянта); разделение суспензии отстаиванием; обезвоживание осадков фильтрованием или центрифугированием.

Вторая ступень предполагает доочистку сточных вод биологическим методом с использованием анаэробных и аэробных процессов с одновременной нитри-, денитрификацией. Для интенсификации процессов биологической очистки используются специальная загрузка для иммобилизации активного ила («ершовая» загрузка), тонкослойные блоки в отстойниках, высокоэффективная система аэрации. Для доочистки предусмотрена стадия фильтрации на зернистой загрузке. Дезинфекция сточных вод после биологической очистки осуществляется ультрафиолетом.

На основе этой технологии были изготовлены и пущены в эксплуатацию установки очистки сточных вод на предприятиях «Инкофуд» (1 000 м3/сутки), «ЕвроТрейдБрест» (16 м3/час) и «Мостовский кумпячок» (200 м3/сутки) в респ. Беларусь, в настоящее время идет поставка оборудования на ОАО «Им. Н.Е.Токарликова» производительностью 70 м3/сутки (респ.Татарстан).

 

Применение электрохимических методов в мясной промышленности

Электрические и электромагнитные поля могут быть использованы применительно к технологии некоторых видов мясопродуктов. Диэлектрический нагрев, при котором электрическая энергия преобразуется в тепловую в результате сложных поляризационных процессов на молекулярном уровне, что дает возможность прогревать продукт одновременно по всему объему в очень короткое время (1 килограмм фарша при изготовлении мясных хлебов можно нагреть за 3—5 минут до 70°С). Электрический нагрев прост в применении и конструкторском исполнении, экономичен, он используется для варки мясных фаршевых изделий, паштетов, ливерных колбас.

С этой же целью применяют индукционный нагрев, токи высокой частоты и электромагнитные поля сверхвысоких частот. Интересно отметить, что СВЧ-нагрев имеет преимущества перед традиционными способами, заключающиеся как в быстроте и равномерности прогрева продукта по всему объему, так и в высоком стерилизующем эффекте высокопеременных электромагнитных полей. При ТВЧ- и СВЧ-обработке гибель микроорганизмов происходит не только благодаря объемному нагреву, но во многих случаях и в результате прямого воздействия излучения на микробные клетки. В силу этих обстоятельств высокочастотный нагрев можно использовать не только для варки мясопродуктов, размораживания сырья, обезвоживания жидких сред и сублимационной сушки, но и для стерилизации консервов и пресервов