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电化学工程

2018/11/17 2:27:47发布70次查看
1.电极材料 贵金属电极材料(electrode materiai of precious metal)用于制作电化学和电子学电极的责金属材料。按其功能和使用的领域可分为:金属(合金)电极材料、涂层电极材料和多孔气体扩散电极材料。
金属(合金)电极材料 金、银、铂、钯、铱及其一些合金是电的良导体,还具有抗氧化、抗腐蚀、超电压低、不钝化等一个或若干个特性,适于作阳极材料,制成片、网、丝等形状的阳极。工业上生产过氧化氢、***(盐)、次***、***等用铂丝缠成的阳极。在实验室中用镀有铂黑的铂电极作氢电极;铂、钯、金等用作研究电化学反应的电极,也用作放氧、放氯反应的阳极。铅银、铅银钙等合金制成的阳极用于锌电解工业。电子工业中用铂钡、钯钡、铱钨铼、铱钡锇等合金制作电子管栅极和阴极,用于高电流密度的超高频电路。
涂层电极材料 涂层电极由基底和涂层两部分组成,用于电化学的涂层电极。基底为钛、钽、锆、钨、铝、铋等阀金属(合金)之一或几个构成。涂层一般由以下成分的材料组成:(1)阀金属的氧化物、氮化物、碳化物、氯氧化物、硅化物、硼化物、磷化物;(2)贵金属铂、钌、钯、铱、铑、锇或其氧化物;(3)贱金属铜、锡、锑、铁、钴、镍、铬、锰等的氧化物。涂层的制作通常是将各组分用液体载体(如丁醇、萜烯)调和、刷涂在基底上,经热分解而制成。上述三类涂层材料也可按生成以下结构来配方:尖晶石型ab2o4(a为阀金属或贱金属,b为贵金属);烧绿石型a2b2o)7-y(1>y>o);钙钛矿型abo3;铜铁矿型abo2;烧结青铜型mxpt3o4(m-cu、ag、sr、li、na、tl)。金属基底的涂层阳极,称为尺寸稳定阳极(dsa)。在氯碱工业中ruo2涂层(电解用离子交换隔膜时,以pdo、pt-ir或pt-iro2涂层为佳)钛阳极已代替石墨电极,它具有机械强度高、导电性能好,氯超电压低、节省电能、寿命长,以及维护费用低等优点。含贵金属涂层材料的这类电极用途很广,已用于氯酸盐、次氯酸盐、***盐的电解,金属电解,金属电化学抛光,阴极保护,海水淡化,污水灭菌等领域。电子工业用涂锇、铱、铂或铑的阴极材料制作电子管,能改善热电子或离子的发射。微电子厚膜电路用钯银系、金钯系、金铂系、金铂钯系等浆料制作电容器的电极(见贵金属浆料)。
多孔气体扩散电极材料 在石墨、活性炭、乙炔黑、或有机碳等(也有用莱尼镍、碳化硼等材料)制成的多孔载体上载上有电催化性能的贵金属或其氧化物,用疏水性聚乙烯或聚***粘结,就形成各种形状的多孔电极。贵金属在载体上高度分散,催化活性高。多孔结构可让气体扩散通过。空气电池、燃料电池的电极就属这一类电极。多孔气体扩散电极的用途正在发展,用作锌电解的电极的研究已有一定进展。
2.电解质 概念:电解质是在固体状态下不能导电,但溶于水溶液中或在熔融状态下就能够导电(解离成阳离子与阴离子)并产生化学变化的化合物。离子化合物在水溶液中或熔化状态下能导电;某些共价化合物也能在水溶液中导电。
导电的性质与溶解度无关,强电解质一般有:强酸强碱,大多数盐;弱电解质一般有:(水中只能部分电离的化合物)弱酸,弱碱。另外,水是极弱电解质。
注:能导电的不一定是电解质判断某化合物是否是电解质,不能只凭它在水溶液中导电与否,还需要进一步考察其晶体结构和化学键的性质等因素。例如,判断硫酸钡、碳酸钙和氢氧化铁是否为电解质。硫酸钡难溶于水,溶液中离子浓度很小,其水溶液不导电,似乎为非电解质。但熔融的硫酸钡却可以导电。因此,硫酸钡是电解质。碳酸钙和硫酸钡具有相类似的情况,也是电解质。从结构看,对其他难溶盐,只要是离子型化合物或强极性共价型化合物,尽管难溶,也是电解质。
氢氧化铁的情况则比较复杂,fe3+与oh-之间的化学键带有共价性质,它的溶解度比硫酸钡还要小;而溶于水的部分,其中少部分又有可能形成胶体,其余亦能电离成离子。但氢氧化铁也是电解质。
判断氧化物是否为电解质,也要作具体分析。非金属氧化物,如so2、so3、p2o5、co2等,它们是共价型化合物,液态时不导电,所以不是电解质。有些氧化物在水溶液中即便能导电,但也不是电解质。因为这些氧化物与水反应生成了新的能导电的物质,溶液中导电的不是原氧化物,如so2本身不能电离,而它和水反应,生成亚硫酸,亚硫酸为电解质。金属氧化物,如na2o,mgo,cao,al2o3等是离子化合物,它们在熔融状态下能够导电,因此是电解质。
可见,电解质包括离子型或强极性共价型化合物[1];非电解质包括弱极性或非极性共价型化合物。电解质水溶液能够导电,是因电解质可以离解成离子。至于物质在水中能否电离,是由其结构决定的。因此,由物质结构识别电解质与非电解质是问题的本质。
另外,有些能导电的物质,如铜、铝等不是电解质。因它们并不是能导电的化合物,而是单质,不符合电解质的定义。
电解质是指在水溶液中或熔融状态下能够导电的化合物,例如酸、碱和盐等。凡在上述情况下不能导电的化合物叫非电解质,例如蔗糖、酒精等。
电解
电能转变为化学能的过程。即使直流电通过电解槽,在电极-溶液界面上进行电化学反应的过程 。例如,水的电解,电解槽中阴极为铁板,阳极为镍板 ,电解液为***。通电时,在外电场的作用下,电解液中的正、负离子分别向阴 、阳极迁移 ,离子在电极 - 溶液界面上进行电化学反应。在阴极上进行还原反应。
水的电解就是在外电场作用下将水分解为h2(g)和o2(g)。电解是一种非常强有力的促进氧化还原反应的手段,许多很难进行的氧化还原反应,都可以通过电解来实现。例如:可将熔融的氟化物在阳极上氧化成单质氟,熔融的锂盐在阴极上还原成***。电解工业在国民经济中具有重要作用,许多有色金属和稀有金属的冶炼及金属的精炼,基本化工产品的制备,还有电镀、电抛光、阳极氧化等,都是通过电解实现的。
3.隔离器 隔离器, 信号隔离器; signal isolator, signal converter
隔离器是一种采用线性光耦隔离原理,将输入信号进行转换输出。输入,输出和工作电源三者相互隔离,特别适合与需要电隔离的设备仪表配用。
隔离器又名信号隔离器,是工业控制系统中重要组成部分。
隔离器新国家标准的制订由重庆宇通仪表主持起草。
■ 信号隔离器的作用原理
系统产生干扰的原因
在工业生产过程中实现监视和控制需要用到各种自动化仪表、控制系统和执行机构,它们之间的信号传输既有微弱到毫伏级、微安级的小信号,又有几十伏,甚至数千伏、数百安培的大信号;既有低频直流信号,也有高频脉冲信号等等,构成系统后往往发现在仪表和设备之间信号传输互相干扰,造成系统不稳定甚至误操作。出现这种情况除了每个仪表、设备本身的性能原因如抗电磁干扰影响外,还有一个十分重要的因素就是由于仪表和设备之间的信号参考点之间存在电势差,因而形成“接地环路”造成信号传输过程中失真。因此,要保证系统稳定和可靠的运行,“接地环路”问题是在系统信号处理过程中必须解决的问题。
解决“接地环路”的方法
根据理论和实践分析,有三种解决方案:
第一种方案:所有现场设备不接地,使所有过程环路只有一个接地点,不能形成回路,这种方法看似简单,但在实际应用中往往很难实现,因为某些设备要求必须接地才能保证测量精度或确保人生安全,某些设备可能因为长期遭到腐蚀和磨损后或气候影响而形成新的接地点。
第二种方案:使两接地点的电势相同,但由于接地点的电阻受地质条件及气候变化等众多因素的影响,这种方案其实在实际中无法完全能做到。
第三种方案:在各个过程环路中使用信号隔离方法,断开过程环路,同时又不影响过程信号的正常传输,从而彻底解决接地环路问题。
■ 隔离器的组成单元
隔离器一般由输入信号处理单元、隔离单元、输出信号处理单元、电源等4部份构成。虽然实际应用中的隔离器基本上都是由上述四个单元构成,但输入、输出的类型和数量的不同,组成了种类繁多的型号,下面的表格大致进行了归纳。
输入处理单元大致类型:
序号 类型
1 标准4-20ma、1-5v信号
2 热阻、热偶型号
3 开关量信号
4 通信信号
5 交流信号
6 其它非标准信号(0~10v、-10~10v)
输出信号的大致类型
序号 类型
1 标准4-20ma、1-5v信号
2 开关量输出
3 通信信号
隔离单元的大致类型
序号 类型
1 磁隔离
2 光隔离
电源类型(均为隔离电源)
序号 类型
1 自激式
2 它激式
■ 隔离器中的低功耗的设计
产品的功耗是各个功能单元功耗的总和,只有降低各个功能单元的功耗才能使得总得功耗降低,增加产品的热稳定性和寿命。隔离器主要在输入、输出、电源、隔离四个单元进行技术改进。
1、 输出单元模块的自适应负载技术
输出模块可以根据负载的大小动态调整输出模块的输出功率,从而减少自身的发热。传统的负载设计是根据额定负载的大小设计输出功率,当输出负载非常小时,多余的负载功率就耗散在仪表内部,从而时仪表自身发热。假设一台隔离器的输出负载设计为750欧姆,那么输出驱动功率一般设计为0.5w。如果在实际应用中此隔离器的负载使用在50欧姆的环境下,那么就有 0.5w – 0.02w = 0.48w的功率转换为仪表自身的发热。如果时多路输出将产生更多的热量,而降低输出模块的额定功率在实际应用中又难以应付市场的复杂状况。
2、隔离单元模块的低功耗改进
隔离单元是决定产品技术指标的重要单元。
目前隔离技术主要有磁隔离与光隔离两大类。隔离电路形式有直接调制耦合,反馈调制耦合等多种形式,具体采用什么形式要根据产品的技术指标而定。总的来讲可以大致分为开关量信号采用光隔离,模拟量信号采用磁隔离的方式。从技术复杂程度来看,磁隔离比光隔离处理技术复杂,采用磁隔离技术,设计者可以根据技术指标采用合适的设计方案,隔离的线性、精度可以根据产品的要求灵活控制。而光隔离的线性、精度只能依赖器件厂家提供的技术指标,设计人员可以调整的方式很少,也不可能超过厂家提供的技术指标。由于功耗大,光电隔离也不能实现无源隔离。磁隔离模式有电流互感模式、电流互感反馈模式、电压互感模式、电压互感反馈模式、电流互感功率补偿模式等,电流互感功率补偿模式是相对来说功耗最低的模式。
3、电源模块
电源的技术指标是基础,决定产品的性能。目前流行的电源拓扑形式虽然非常多,也很成熟。
■ 信号隔离器的供电方式
隔离器常见的供电方式有独立供电、回路供电和输出回路供电。
独立供电的隔离器:
需要配备独立20~35vdc的直流电源。这种方式的优点是隔离传输精度高;电源、输入、输出之间完全隔离,多路系统供电电源不需隔离,可保证高抗干扰性能,输入信号可以变换为其它类型的型号。
回路供电的隔离器:
在实际工业监控系统中,dcs、plc或其他显示仪表具有卡件内部供电的使用越来越广泛。回路供电型隔离器又往往不能满足这些卡件对信号隔离传输精度要求高和二线制变送器配电电压要求高的条件。因此,输出回路供电型的隔离器既保留了独立供电型隔离器的优越性能,又满足输出回路供电接口的要求。
■ 采用隔离器的优越性
在各个过程环路中使用信号隔离办法可以用dcs或plc等隔离卡件或者现场带隔离的变送器(部分设备可以做到),也可以使用信号隔离器来实现。比较起来,用信号隔离器有以下优点:
● 绝大部分情况,采用信号隔离器+非隔离卡件比采用隔离卡件便宜。
● 信号隔离器比隔离卡件在隔离能力、抗电磁干扰等方面性能更加优越。
● 信号隔离器应用灵活,而且它还有型号转换和 信号分配功能,使用起来更加方便。
● 信号隔离器通常有单通道、双通道、一入二出等通道形式,通道间相互完全独立,构成系统的配置、日常维护更加方便。
4.物料管理 [编辑本段]物料管理的概念
物料管理概念的采用起源于第二次世界大战中航空工业出现的难题。生产飞机需要大量单个部件,很多部件都非常复杂,而且必须符合严格的质量标准,这些部件又从地域分布广泛的成千上万家供应商那里采购,很多部件对最终产品的整体功能至关重要。物料管理就是从整个公司的角度来解决物料问题,包括协调不同供应商之间的协作,使不同物料之间的配合性和性能表现符合设计要求;提供不同供应商之间以及供应商与公司各部门之间交流的平台;控制物料流动率。计算机被引入企业后,更进一步为实行物料管理创造了有利条件,物料管理的作用发挥到了极致。
[编辑本段]物料管理的理论基础
一个小公司的发展可分为三个阶段:完全整合、职能独立、相关职能的再整合。
一个公司初创时,几乎所有的工作都是由总经理(通常是公司的所有者)或是组成领导小组的公司主要成员来完成的。
随着公司的发展和壮大,公司业务量和工作人员逐渐增多,相应的职能逐步独立形成职能部门,例如,采购、仓储、运输、生产计划、库存控制和质量控制等职能都形成了独立的部门,并致力于专门的管理工作,公司业务上的分工也日益专业化。
各职能部门独立后,各部门之间的沟通机会越来越少,于是部门之间合作的问题经常出现,矛盾一点点加深。最终我们又可以清楚地看到,如果能减少由于沟通和合作而产生的问题,把相互之间有密切联系的职能部门重新加以整合,公司就可以极大程度地受益。
于是,与物料管理有密切联系的各职能部门被重新整合到一起,这种整合就是物料管理理论的基础。
[编辑本段]物料管理部门的职能范围
一般来说,物料管理部门的职能包括以下方面:
物料的计划和控制
即根据项目主合同交货时间表、车间生产计划和项目技术文件等确定物料需求计划,并根据实际情况和项目技术更改通知等文件随时调整物料需求数量,控制项目材料采购进度和采购数量。
生产计划
根据项目主合同交货时间表和材料采购进度编制车间生产计划,并根据实际情况和项目计划随时调整,使车间生产计划与项目主合同交货时间表保持一致。
采购
根据车间生产计划对生产所需要的物料进行准确的分析,并制订完整的采购计划;严格地控制供应商的交货期和交货数量;
物料和采购的研究
收集、分类和分析必要的数据以寻找替代材料;对主要外购材料的价格趋势进行预测;对供应商成本和能力进行分析;开发新的、更为有效的数据处理方法,从而使物料系统更加高效地运转。
来料质量控制
即对供应商的交货及时进行来料检查,及时发现来料的质量问题以便于供应商有足够时间处理或补发产品,保证车间及时得到物料供应,保证发送到车间现场的物料全部是合格产品。
物料收发
负责物料的实际接收处理、验明、通知质量作来料质量检验,以及将物料向使用地点和仓储地点发送。
仓储
对接收入库的物料以正确的方式进行保管、储存,对储存过程中可能变质或腐蚀的物料,应按一定的防腐蚀和变质的方法进行清洗、防护、特殊包装和存放。
库存控制
定期检查物料库存状况,加强物料进出库管理;随时掌握库存变化情况,发现任何异常(包括呆滞料,库存积压或0库存)情况,及时向采购通报。
当然,并不是所有公司的物料管理部门都包括上述所有职能。根据公司规模大小,公司业务性质不同以及公司不同发展阶段,物料管理部门的职能也不尽相同。
通过上述文字描述,可知与物料有密切联系的各职能部门被重新整合到一起,这种整合就是物料管理理论的基础,所以,物料管理较仓库管理的范围更为广泛,其中也包括仓库管理。
能量管理 能量管理系统 能量管理系统(ems)包括:
数据采集和监控系统(scada系统),自动发电控制(agc)和经济调度控制(edc),电力系统状态估计(state estimator),安全分析(security analysis),调度员模拟培训系统(dts)。
配电网管理系统(dms)包括:
配电自动化系统(das),地理信息系统(gis),配电网重构,管理信息系统(mis),需求侧管理(dsm)。
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