Μοντελοποίηση και υπολογιστική μελέτη λειτουργίας ηλεκτροχημικού αντιδραστήρα παραγωγής χλωρίου με συστοιχίες διπολικών ηλεκτροδίων

Θεοχάρης, Βασίλης; Theocharis, Vassilis

dc.contributor.author	Θεοχάρης, Βασίλης	el
dc.contributor.author	Theocharis, Vassilis	en
dc.date.accessioned	2015-11-06T09:39:22Z
dc.date.available	2015-11-06T09:39:22Z
dc.date.issued	2015-11-06
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/41545
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.4952
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Εφαρμοσμένη Μηχανική”	el
dc.rights	Default License
dc.subject	Ηλεκτροχημική Παραγωγή Χλωρίου	el
dc.subject	Διπολικά Ηλεκτρόδια	el
dc.subject	Απορρύπανση Έρματος Πλοίου	el
dc.subject	Πεπαρασμένα Στοιχεία	el
dc.subject	Electrochemical Production Chlorine	el
dc.subject	Bipolar Electrodes	el
dc.subject	Disinfection of Ballast Water	en
dc.subject	COMSOL	el
dc.subject	Finite Elements	en
dc.title	Μοντελοποίηση και υπολογιστική μελέτη λειτουργίας ηλεκτροχημικού αντιδραστήρα παραγωγής χλωρίου με συστοιχίες διπολικών ηλεκτροδίων	el
dc.title	Computational Study of Chlorine Production in a Bipolar Electrochemical Reactor for Ballast Water Treatment	en
heal.type	masterThesis
heal.classification	Electrochemical Engineering	en
heal.language	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2015-07-03
heal.abstract	Το έρμα των πλοίων (Ballast Water), στην ναυσιπλοΐα, αποτελεί σημαντικό παράγοντα ευστάθειας και σωστής πρόωσης των πλοίων. Τα πλοία γεμίζουν τις δεξαμενές τους με νερό από το λιμάνι αναχώρησης (ή/και κατά την διάρκεια του ταξιδιού τους) και το απορρίπτουν στο λιμάνι προορισμού. Η εισαγωγή των θαλάσσιων μικροοργανισμών που περιέχονται στο έρμα και απορρίπτονται σε νέο θαλάσσιο οικοσύστημα αποτελεί ένα σημαντικό οικολογικό πρόβλημα. Μια από τις εν πλω μεθόδους επεξεργασίας του έρματος είναι η παραγωγή χλωρίου με ηλεκτρόλυση για την απολύμανση του. Σκοπός της εργασίας είναι η μοντελοποίηση ηλεκτροχημικού αντιδραστήρα για την εν πλω απολύμανση του έρματος μέσω του εμπορικού λογισμικού COMSOL. Ο αντιδραστήρας αποτελείται από ηλεκτρόδια τροφοδοσίας και από μία συστοιχία διπολικών ηλεκτροδίων σε παράλληλη διάταξη. Η παροχή του έρματος στον αντιδραστήρα θεωρείται συνεχής ενώ οι συνθήκες εντός αυτού μόνιμες. Σε κάθε διπολικό ηλεκτρόδιο λαμβάνουν χώρα τρεις κύριες ηλεκτροχημικές αντιδράσεις, η παραγωγή αέριου χλωρίου (Cl2 ), η παραγωγή αέριου οξυγόνου (O2 ) και η παραγωγή αέριου υδρογόνου (H2 ). Ειδικότερα: • Στην άνοδο λαμβάνεται υπόψη η αντίδραση οξείδωσης των ιόντων χλωρίου προς μοριακό χλώριο, σύμφωνα με τον τον μηχανισμό Volmer-Tafel. • Το στοιχειακό χλώριο υδρολύεται προς υποχλωριώδες οξύ στο υδατικό διάλυμα. • Το υποχλωριώδες οξύ διίσταται σε υποχλωριώδη ιόντα και πρωτόνια. • Στην άνοδο πραγματοποιείται επίσης η ηλεκτρόλυση του νερού προς οξυγόνο. • Στην κάθοδο λαμβάνεται υπόψη η αναγωγή του νερού προς υδρογόνο. Η υπολογιστική μελέτη βασίζεται στην λύση ενός προβλήματος κατανομής του ρεύματος, με συνοριακές συνθήκες, τόσο στα ηλεκτρόδια τροφοδοσίας όσο και στα διπολικά ηλεκτρόδια, τις κατάλληλες ηλεκτροκινητικές εξισώσεις που περιγράφουν τις ηλεκτροχημικές αντιδράσεις σε αυτά. Ως παράμετροι του προβλήματος θεωρούνται οι συνθήκες λειτουργίας και η γεωμετρία του αντιδραστήρα.	el
heal.abstract	Ballast water is an important factor for the stability and proper propulsion of ships. Ships fill their tanks with water at the port of departure and eject it at the port of estination. The introduction of new microorganisms in the marine ecosystem of the port of destination constitutes a major ecological problem. One of the methods used for the disinfection of ballast water is the electrolysis of eawater for the production of chlorine by anodic oxidation of chlorides. The aim of the present study is the modeling of an electrochemical reactor used for the production of chlorine, by using the COMSOL Multiphysics software. The reactor consists of two feeder electrodes (anode and cathode) and a sequence of bipolar electrodes in a parallel configuration. The feed of seawater is considered to be continuous and the problem is solved under stationary conditions. On every bipolar electrode, three reactions are taking place, the production of chlorine, the production of oxygen and the production of hydrogen. More specifically: • The oxidation of chloride ions to chlorine occurs at the anode. • Chlorine is hydrolyzed to hypochlorous oxide in the aqueous solution. • Hypochlorous oxide is dissociated to hypochlorous anions and protons. • The electrolysis of water to oxygen occurs at the anode. • The reduction of water to hydrogen occurs at the cathode. The computational study is based on the solution of a current distribution problem with boundary conditions the electrochemical kinetics on the feeders and the bipolar electrodes. The geometric characteristics of the reactor and the operational conditions are considered as parameters.	en
heal.advisorName	Καραντώνης, Αντώνης	el
heal.committeeMemberName	Μπουντουβής, Ανδρέας	el
heal.committeeMemberName	Γκούσης, Δημήτρης	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Επιστήμης και Τεχνικής των Υλικών. Εργαστήριο Φυσικοχημείας	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	76 σ.
heal.fullTextAvailability	true