REACTORES ELECTROQUIMICOS Licenciado en Ingeniería Química - 1

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1 REACTORES ELECTROQUIMICOS Licenciado en Ingeniería Química - 1 CÓDIGO: 25/ CURSO: Carga docente: 6 créditos (3 teóricos + 3 prácticos) (segundo cuatrimestre) Departamento: Química Física Profesor/es: Antonio Aldaz Riera y Vicente Montiel Leguey. OBJETIVOS Introducir al alumno en los conceptos básicos de las leyes cinéticas que gobiernan un proceso electroquímico. Conocer perfectamente las partes fundamentales que componen un reactor electroquímico: descriptiva y como se eligen según el proceso que se quiere estudiar. Será necesario que el alumno conozca las leyes que gobiernan el transporte de materia dentro de un reactor electroquímico: que es la corriente limite, el coeficiente de transporte de materia y como se determinan. Algunas nociones sobre el comportamiento hidrodinámico de un reactor electroquímico: modelización. Por último, una aproximación a los tipos de reactores de electroquímicos, clasificados según el tipo de geometría y la aplicación que se persigue. PROGRAMA Teoría Parte 1 (1 créditos) 1) Recordatorio de conceptos. -Definición de ánodo, cátodo. -Potencial de un electrodo. -Potencial redox. -Ley de Nernst 2) Potencial al paso de una corriente. -Concepto de sobrevoltaje. -Tipos de sobrevoltaje. -Sobrevoltaje de transferencia. Ley de Butler- Volmer. Aproximaciones de la de Butler. Aproximación de campo elevado: Ley de Tafel. Aproximación lineal o de campo bajol 3) Sobrevoltaje de difusión. -Curvas de procesos reversibles e irreversibles en estado estacionario. -Pilas en funcionamiento. -Diferencias de potencial en electrolisis. -Electrocatálisis. Parte 2 (2 créditos) 1) El reactor electroquímico -Elementos constituyentes -Variables de funcionamiento -Balances de materia y energía -Parámetros económicos 2) Transporte de materia en un reactor electroquímico. -Ecuaciones conveccion-difusión -Correlación de grupos adimensionales -Geometrías comunes electrodo/electrolito: -Electrodo disco rotatorio -Electrodo cilindro rotatorio -Electrodo de sección rectangular -Electrodos porosos tridimensionales 3) Caracterización de los reactores electroquímicos Ley

2 2 -REACTORES ELECTROQUIMICOS Licenciado en Ingeniería Química - 2 -Medida del transporte de materia -Modelos de comportamiento de un reactor electroquímico: -Reactor de baño simple (RBS) -Reactor de flujo piston (RFP) -Reactor de tanque continuamente agitado (RTCA) 4) Tipos de reactores electroquímicos -Clasificación -Aplicaciones -Ejemplos prácticos Prácticas Determinación de k m para un reactor electroquímico 1º) Manejar y familiarizarse en el uso de un reactor electroquímico y de los elementos adicionales necesarios para su funcionamiento: fuentes de alimentación de corriente eléctrica, culombímetros, etc. 2º) Cálculo de parámetros de funcionamiento del reactor electroquímico respecto de un proceso de transformación electroquímico: H 2 N HOOC CH CH 2 S S CH 2 CH COOH NH 2 + 2e + 2 H + H 2 N 2 CH CH 2 SH HOOC Cistina Cisteína Cálculo de eficiencias en materia y corriente, producción y gasto energético. 3º) Determinación de la constante de transporte de materia (k m ) del reactor, así como de los valores de Sc,Re y Sh. Estas prácticas se realizan en un período de 30 horas en 10 sesiones de 3 horas. En los guiones de prácticas se establecen los objetivos mínimos que se han de conseguir para superarlas. Las prácticas se realizarán en grupos de 4 personas utilizando reactores electroquímicos tipo filtro-prensa (escala laboratorio) similares a los que se pueden encontrar a escala industrial en las empresas. OBSERVACIONES Prácticas: La asistencia a las prácticas de laboratorio es obligatoria. Evaluación: La evaluación consistirá en: CONVOCATORIA JUNIO a) Un exámen que constará de dos partes reflejo de las dos partes impartidas en teoría: El examen de la parte primera consta de 2 cuestiones y un problema y el examen

3 REACTORES ELECTROQUIMICOS Licenciado en Ingeniería Química - 3 de la parte segunda consta de 4 cuestiones y 1 problema similar a los realizados en clase. Las notas de ambas partes se promedian teniendo en cuenta el peso de cada una de ellas (1/3 para la primera y 2/3 para la segunda) obtenidose una nota final de examen. b) La nota de las prácticas realizadas (el alumno deberá entregar un informe de las prácticas en el que deberá demostrar que al menos ha alcanzado los objetivos mínimos establecidos en ella). c) Voluntariamente, cualquier alumno podrá solicitar la realización de un trabajo bibliográfico relacionado con el desarrollo teórico y práctico de la asignatura y que siempre será evaluado positivamente. La nota final se establece en base a las notas obtenidas en cada uno de los apartados (80% nota apartado a) + 20% nota del apartado b)). El apartado c) en caso de realizarse suma a la nota anterior un 10 %. CONVOCATORIA DE SEPTIEMBRE Sólo se repetirá el exámen correspondiente al apartado a). Las notas de los apartados b) y c) se mantienen. BIBLIOGRAFIA -Electrochemical Reactor Design. Pickett, D.J. Elsevier Scientific Electrochemical Reactors. Ismail, M.I. Elsevier Scientific Electrochemical Engineering. Rousar, I. Elsevier Scientific Industrial Electrochemistry. Pletcher, D. Chapman and Hall Electrochemical reaction Engineering. Scott, K. Academic Press Industrial Electrochemistry. Pletcher, D. y Walsh. Blackie Academic and Professional Fundamentos de electroquímica. Mir. 1980

4 4 -REACTORES ELECTROQUIMICOS Licenciado en Ingeniería Química - 4 CÓDIGO: 25/ CURSO: Carga docente: 6 créditos (3 teóricos + 3 prácticos) (segundo cuatrimestre) Departamento: Química Física Profesor/es: Antonio Aldaz Riera y Vicente Montiel Leguey. OBJETIVOS Introducir al alumno en los conceptos básicos de las leyes cinéticas que gobiernan un proceso electroquímico. Conocer perfectamente las partes fundamentales que componen un reactor electroquímico: descriptiva y como se eligen según el proceso que se quiere estudiar. Será necesario que el alumno conozca las leyes que gobiernan el transporte de materia dentro de un reactor electroquímico: que es la corriente limite, el coeficiente de transporte de materia y como se determinan. Algunas nociones sobre el comportamiento hidrodinámico de un reactor electroquímico: modelización. Por último, una aproximación a los tipos de reactores de electroquímicos, clasificados según el tipo de geometría y la aplicación que se persigue. PROGRAMA Teoría Parte 1 (1 créditos) 1) Recordatorio de conceptos. 2) Potencial al paso de una corriente. 3) Sobrevoltaje de difusión. Parte 2 (2 créditos) 1) El reactor electroquímico 2) Transporte de materia en un reactor electroquímico. 3) Caracterización de los reactores electroquímicos 4) Tipos de reactores electroquímicos Prácticas Determinación de k m para un reactor electroquímico OBSERVACIONES Prácticas: La asistencia a las prácticas de laboratorio es obligatoria. Evaluación: Se realizará un exámen correspondiente a las partes 1 y 2 de teoría. Se establecerá una nota de prácticas. El alumno puede optar a entregar un trabajo bibliográfico. La nota final se establece en base a las notas obtenidas en cada uno de los apartados (80% nota teoría) + 20% nota deprácticas). El trabajo bibliográfico, caso de realizarse suma como máximo 1 punto a la nota anterior. BIBLIOGRAFIA

5 REACTORES ELECTROQUIMICOS Licenciado en Ingeniería Química - 5 ELECTROCHEMICAL REACTORS CODE: 25/ ACADEMIC YEAR: Credits: 6 credits (3 theoretical + 3 practical) (second term) Department: Physical Chemistry Lecturer/s: Antonio Aldaz Riera y Vicente Montiel Leguey OBJECTIVES To introduce the basic concepts of the kinetic laws of Electrochemistry in order toapply them to the desig of electrochemical processes and reactors. To introduce the basic concepts of electrochemical engineering and reactor design. Description of the diferent types of electrochemical reactors classified according to their geometry and industrial applications. PROGRAMME. Part 1 (One credit) 1)Review of concepts. 2)Overvoltages. Transfer overvoltage. 3)Diffusion overvoltage. Part 2 (Two credits) 1)Electrochemical Engineering and electrochemical reactors. 2) Mass transport in electrochemical reactors. 3)Characterization of electrochemical reactors 4)Types of electrochemical reactors. Laboratory work. Determination of the mass transfer coeficients of electrochemical reactors. Observations: Laboratory work: compulsory attendance. Evaluation: The final mark will consit of 80% of the sum mark obtained in Part 1 and Part 2 (Theory ) plus 20% of the mark obtained in the Laboratory work. A bibliographic work on different subject proposed will also be taken into account (1 point maximum). BIBLIOGRAPHY