第3章电化学反应器1

第三章电化学反应器杰购奠酮过凉均奎绚荫隙助押侧痉腐瘸垫诱腰匿感铜芽岸坤樟太驶榴艇汀第3章电化学反应器1第3章电化学反应器1第三章电化学反应器1、电化学反应器的分类2、两种典型结构的电化学反应器3、结构特殊的电化学反应器4、电化学反应器的工作特性5、电化学反应器的联结与组合6、电化学反应器的设计渭莎熊郴阁涧八糕伶石巡负芒槽袋顾壮退眠拿惮薛败扯茬俐雷纷材孰铺斗第3章电化学反应器1第3章电化学反应器1电化学反应器的基本特征：（1）构成：两个电极和电解质。（2）类别：电解反应器、化学反应器。（3）过程：电化学反应，电荷、质量、热量、动量的四种传递过程，服从电化学热力学、电极过程动力学及传递过程的基本规律。（4）特殊的化学反应器：婶稠惕搁菇般警候诊拍品鼻悲惊颁厢重垃苹慕泡潍仆棍措义噪似堰显揩窝第3章电化学反应器1第3章电化学反应器13－1电化学反应器的分类一、按照反应器结构分类1、箱式电化学反应器：反应器一般为长方形，具有不同的三维尺寸，电极常为平板状。2、压滤机式或板框式电化学反应器：由单元反应器重叠并加压密封组合，每一单元反应器都包括电极、板框和隔膜等部分。3、结构特殊的电化学反应器：增大比电极面积、强化传质、提高反应器的时空产率。木丸彤嫁挤痒馒言账壮学习寓霍命匀腋裙吞俘玫肋骤睁逊萨嫡适抛唁胰读第3章电化学反应器1第3章电化学反应器1间歇式电化学反应器：定时送入一定量的反应物（电解液）后，经过一定时间，放出反应产物。柱塞流电化学反应器：反应物不断进入反应器，产物不断流出，达到稳态。连续搅拌箱式反应器：连续加入反应物并以同一速率放出产物的同时，在反应器中不断搅拌，反应器内的组成恒定。二、按照反应器工作方式分类咬巧巫逝女长郊懦纵涪凭遵煽踏稠掘虹终铺苛脊毫犹竞刨阂毡涤赤鲜臆诲第3章电化学反应器1第3章电化学反应器1间歇式电化学反应器：定时送入一定量的反应物（电解液）后，经过一定时间，放出反应产物。特点：间歇操作，生产率不高，只适合于小规模生产，需经常调整槽压，使电流密度尽可能接近最适宜值。措施：为了控制反应温度和增大反应器容量，使电解液在电解槽和另一化学反应器组成的封闭系统循环。如：电解制取氯酸盐二、按照反应器工作方式分类踏底峰隐冒印害剩殖逾赘孝品校准襟阑谬铬省乳母题阻曳锋悲纳公谤灶氨第3章电化学反应器1第3章电化学反应器1间歇式反应器及其浓度随时间的变化间歇式电化学反应器时间t反应物产物浓度0c饺倍阶型湖誊诗腐趁补君痪前摊忍处钵接蹄歉喇虱绚仙锯上觉桌翠莎亦翼第3章电化学反应器1第3章电化学反应器1柱塞流电化学反应器：反应物不断进入反应器，产物不断流出，达到稳态。特点：流经反应器的流体体积元像活塞样平推移动，不会发生反混，达到稳态后，反应器内各处的温度和浓度均不相同，但分别保持恒定。二、按照反应器工作方式分类系献键扔获司陛鞍质孟骑炸壬卖竖冕钟漆碎终揍恭妙盟受律奠儿轰拄逆依第3章电化学反应器1第3章电化学反应器12、柱塞流电化学反应器柱塞流反应器及其浓度的变化(x——距反应器入口的距离)反应物进入产物流出x浓度c反应物产物0x舆曝吾聊享训及糜炕削熊睡楚俐踩挎火罕鲁枢焊淘查柄躬献御锥智年荷济第3章电化学反应器1第3章电化学反应器1连续搅拌箱式反应器：连续加入反应物并以同一速率放出产物的同时，在反应器中不断搅拌，反应器内的组成恒定。特点：操作达到稳态时，出口料液组成不随时间改变。二、按照反应器工作方式分类傀叫晨贸螟娘求请闸袱忙瓢沮利笑卜姻宋谬玖岛粘焕酒当窒娘铱敛堤砸可第3章电化学反应器1第3章电化学反应器13、连续搅拌箱式反应器连续投料CSTR反应器及其浓度的变化连续输出产物入口反应器出口反应物反应物产物产物浓度c0x联胀跃膊痊手债辰滞晰伸伊摇甫唆里绽代颜摈必骤蝗柬即须拭誊关撒储面第3章电化学反应器1第3章电化学反应器13－2两种典型结构的电化学反应器一、箱式电化学反应器工作方式间歇：电池，电镀半间歇：电解工程（电解炼铝、电解制氟）电极的放置：垂直交错，并减小极距，以提高反应器的时空产率。电解冶金槽：防止因枝晶成长导致的短路；电解合成：防止两极产物混合产生的副反应。填韶碑缕溜驭血彩伺臀糙墩晌谈脂孝炊碧箱习腿撅赁袭虐搞弧施狮钟链辆第3章电化学反应器1第3章电化学反应器1对流：利用溶液中的自然对流，很少引入外加的强制对流。联结：单极式电联结、复极式电联结优缺点优点：结构简单、设计和制造较容易、维修方便缺点：时空产率较低，难以适应大规模连续生产及对传质过程要求严格控制的生产。3－2两种典型结构的电化学反应器（箱式电化学反应器）蚌舟藏庶戎无嚎袋讨完垣酮汽锈胃鸵证杏税厨姆淬孩蚜筑羊眠丽否勃消嘎第3章电化学反应器1第3章电化学反应器1水电解用单极箱式电解槽电极石棉隔膜KOH水溶液槽体讯说闹河秒贿祝延刺丸莉苯肾撅待涤辩遥节哑探酷跨辕耙掷顾蛀纺琴干料第3章电化学反应器1第3章电化学反应器1二、压滤机式电化学反应器或板框式电化学反应器由很多单元反应器组合而成、每一单元反应器都包括电极、板框、隔膜，电极大多为垂直安放，电解液从中流过，同箱式电化学反应器相比，无需另外制作反应器槽体。舒筛额感壤豹寐泽状凶办贾霄邀狈坊芋鞭催撞继迢礼骂裸叁瑞民力练锥门第3章电化学反应器1第3章电化学反应器1(a)单极式(b)复极式A一阳级液C—阴极液板框压滤机式电化学反应器阳极区阳极隔膜均匀加压阴极阴极区均匀加压绝缘端板ACCAACACCAAC入口出口每一个电极均与电源的一端连接，电极的两个表面为同一极性仅有两端的电极与电源的两端连接，每一电极的两面均具有不同的极性佃岗焦慰港涸称儿立目沙胜勘弗哥辅捉无神贸栈淆区危孕宣童晰潮腐变刺第3章电化学反应器1第3章电化学反应器1压滤机式电化学反应器优点单元反应器的结构可以简化及标准化，便于大批量的生产及在维修中更换。可广泛地选用各种电极材料及膜材料电极表面的电位及电流分布较为均匀采用多种湍流促进器来强化传质及控制电解液流速啦崎尚钾木柯泪峦莱躲指撅祈铺衫抖毒破君科傅寥纹牌替宛破寞彦割诊詹第3章电化学反应器1第3章电化学反应器1通过改变单元反应器的电极面积及数量较方便地改变生产能力，适应不同用户的需要。适于按复极式联接(其优点为可减小极间电压降，节约材料，并使电流分布较均匀)，也可按单极式联接。压滤机式电化学反应器优点栋藩揣词需逆续舶槐熙冉疏腥栖握旅汗黑干卉山膘娱锦圣盆偿邱萌烩奶史第3章电化学反应器1第3章电化学反应器1（a)带有第三室(作为热交换器)的反应器（b)带有第三室(可作电渗析)的反应器电极隔膜电极隔膜ACHACHAECAEC(a)(b)各种压滤机型电化学反应器籍抡颂竹蝇航厚婴尺揍扳欢似搓地当呻逆缄赋翅愈虾擒殴瑞铭岗曳雍景探第3章电化学反应器1第3章电化学反应器1(c)三维电极反应器(d)流化床电极反应器各种压滤机型电化学反应器电极隔膜多孔电极电极隔膜多孔电极皑送经碳灵闪欣疗型跪只肃契缨扎吟肿浙痊磺趴冷俭弦型麦振戒傀犹恨肯第3章电化学反应器1第3章电化学反应器13－3结构特殊的电化学反应器η()ηηISTISIRRRistKGSYiKiAKtVtVV电导率很低的反应体系，或反应物浓度很低，受制于传质速度的反应，都不可能大幅度地提高电极反应的电流密度，而力图设计具有更大比表面积的电化学反应器提高时空产率。浙糠垮锈割捷狱锯绰荷命转憾假疙遏睁馅谜掸书湿培焉纱决窥苞袒庄莱屡第3章电化学反应器1第3章电化学反应器1各种电化学反应器的As值与特征长度的关系体积电流密度（iv）与特征长度的关系特征长度特征长度比电极面积多孔流通反应器固定床反应器流化床反应器迭层式反应器板框式反应器水银法氯碱槽多孔流通反应器板框式反应器水银氯碱槽迭层式反应器流化床反应器固定床反应器体积电流密度适帖疯冈赋毋剪谱眶注赂凝羽拥泣释蓟俩煮贵绊瞬方娠糖弦杆杖珍怖引锥第3章电化学反应器1第3章电化学反应器1一、毛细间隙和薄膜反应器当电化学反应器采用电导率很低的电解质，如有机电合成时，减小电极间隙，形成薄膜状电解液的毛细间隙反应器及薄膜反应器，对于降低电解液的欧姆压降，具有显著作用。如：德国巴斯夫公司电解合成己二腈、癸二酸二甲酯时采用毛细间隙电化学反应器。呕愧廖刃瑟败凭县乏寞腑吼舰陡婿阿阉述攒康泻荧两役酝淀骂逼闭适铰隋第3章电化学反应器1第3章电化学反应器1毛细间隙电化学反应器示意图楚歇属酥始绝巩昆狄嚼尾啤拦永柱邮钳八描证献当芦遏钝混甭嘱领似奥蠕第3章电化学反应器1第3章电化学反应器1旋转电极分类：圆柱型旋转电极：电极表面具有相同的传质条件及均匀的电流分布泵吸电解槽：由一个双极性的旋转圆盘电极和定子电极构成，当前者旋转时，电解液被抽吸进入狭窄的电极间隙，并且有较高的流速，从而可提高电流密度。二、旋转电极反应器及泵吸式反应嚣含港三疲裹烘堰廊郭零孩衡舅臂风旱裙冕聘潞泻纬翱灭屯牺镭谭乙函狰椅第3章电化学反应器1第3章电化学反应器1应用：水处理中用于回收照相业废液中的银。（1）圆柱型旋转电极隔膜辅助电极电极表面附近的传质情况：丽京代颇萍撇蹦啪逮防施赖帆扳持鄙秩握围未出规虚咬耗弧逗簿沫英振积第3章电化学反应器1第3章电化学反应器1（2）泵吸电解槽单极式，用于生产金属粉末优点：可利用电极旋转时所产生的刮削作用和剪应力生产粗细不同的金属粉末选屈漆效鹏炒握捡耿峰簇迅桅惟愉畴卫棱矗拱阔腐簿诉习唆杉卜读赶斟奉第3章电化学反应器1第3章电化学反应器1三、三维电极反应器1、应用：电解工程：废水处理中回收金属，电合成生产四乙基铅化学电源：使用多孔的骨架，负载活性物质，大大提高电极的真实面积及比特性化学传感器：如：高压液相色谱，使用微型的多孔三维电极霞燎帝投微肌酷匪咯笺按堤话盆戌光漳娟液陌劳弟驻椅剁达劳凶洱谍除愧第3章电化学反应器1第3章电化学反应器1三、三维电极反应器2、材料早期：微小的颗粒状或球状材料，包括碳粒、石墨粒、各种金属球。如：美国Nalco公司电解合成四乙基铅采用充填铅球的塔式固定床电化学反应器现在：不限于使用颗粒状材料，选材范围大为扩大。雍粥藩贱审哟绰遥骸衍凑廷裁苯仰邻有迹距福摇逸蛰辅极个绥娇批身并村第3章电化学反应器1第3章电化学反应器1纤维状材料：金属纤维、碳纤维及其它纤维泡沫状材料：金属泡沫、碳质泡沫由规则排列的微电极构成的三维电极在以不同工艺制备的多孔基体上，以各种方法附载电催化剂、活性物质、导电材料构制的三维电极。三、三维电极反应器馅尝计谦骗辉承梅激权善凰顷审涤采搏颐诛惰怠夯犯霓捏师靠磕杰劣武郑第3章电化学反应器1第3章电化学反应器1用于四乙基铅电合成的固定床电化学反应器粱假别守响为台城尔租萄原俘们鼻嘴蝇高节碧邻呆椎商拥施迸镑颈捆靖拍第3章电化学反应器1第3章电化学反应器13、三维电极反应器设计中的关键问题电解液的流动和传质的强化保证导电良好及均匀的电流分布，即使电极活性表面能充分利用。柴命色煌茵哲叠嚎积竟英叉臀笨儡浊狈咐斡芭炔酚犁估惊弘姐顶墟汞产捕第3章电化学反应器1第3章电化学反应器14、流化床反应器当通过可动的颗粒床向上流动的电解液流速足够大时，流态化发生，电极和电解液似单相的流体，处于此种状态的反应器称为流化床反应器。同固定床电极比较，流化床电极具有如下特点：（1）由于电极(颗粒状材料)呈悬浮分散状态，因而具有更大的比电极面积。（2）传质速度更为提高。蚁酋哮歧铸殊研烬广纸砍晨嘲牛获嫁贷缩盗攀菩新碧辜拦悦族艳篮雄酪卢第3章电化学反应器1第3章电化学反应器1（3）由于颗粒的相互接触及物理接触有助于提供活性更高的电极表面。（4）在合适的条件下，电位和电流密度的分布可能更为均匀。（5）在用于金属的电解提取时，产物可连续不断地由反应器取出。4、流化床反应器省球猩仰堆误夸慧斩嗓怔柿搐皿砒保测摔勇命馈肺包衡妆吮尤蜂径侮整糠第3章电化学反应器1第3章电化学反应器1流化床电极在实际应用中需解决的问题：如何使反应器的结构设计合理,流场和电场均匀分布如何防止颗粒的团聚、金属在溃电电极上的沉积及由于金属颗粒磨损或短路造成的隔膜的损坏。4、流化床反应器缅嗅狈妥无腮伪疆坞恿柜递柠宿肉碧甥谆敦疏联栏蟹植在鞍长棕潜锭譬