第3篇(电化学反应器1).ppt

第三章 电化学反应器 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 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： 3－1 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。 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。 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 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。 2、柱塞流电化学反应器 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。 3、连续搅拌箱式反应器 3－2 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。 3－2 两种典型结构的电化学反应器 （箱式电化学反应器） 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。 水电解用单极箱式电解槽 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。 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 压滤机式电化学反应器优点 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。 3－3 结构特殊的电化学反应器 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。 二、旋转电极反应器及泵吸式反应嚣 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。 （1）圆柱型旋转电极 （2）泵吸电解槽 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 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。 三、三维电极反应器 纤维