《电化学工程》ppt课件

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1、第二章电化学工程1、电化学工程中的质量因数2、电化学工程中的传质过程3、电化学工程中的热传递与热衡算4、电极表面的电位及电流分布5、析气效应6、电化学工程中的优化五、三维电极的电流分布三维电极工作时，电极反应不只发生在其表面，而且要深入电极内部，由于其内部结构复杂及传质困难，从电极表面向内部的电流分布，成为影响其工作特性的关键问题。描述三维电极工作及电流分布的模型：细孔模型、相似模型和宏观均匀模型宏观均匀模型：将三维电极视为内部各相均匀重叠的连续整体，总电流为两相电流之和。三维电极示意图导电基底多孔层电解液溶液流向x=0x=b宏观均匀模型：宏观均匀模型：总电流：∵，恒电流：当

2、反应器由三维电极表面(x＝b)向内部推进到导电骨架时(x＝0)，is不断减小，im不断增大，即电荷逐渐由液相传质变为固相传质，并有三维电极内部一点，0＜x＜b处，有以下关系存在：i*为传质电流(A/m3)，单位时间、单位体积内反应的摩尔数。是三维电极内部某点固相与液相电位差的函数，即宏观均匀模型：描述三维电极电流分布的无因次数组电极表面：电极内部：Wa’增大后，三维电极内部的电流分布更为均匀。Wa→∞，Wa’取不同值时三维电极内的二次电流分布1：Wa’＝0.01；2：Wa’＝0.1；3：Wa’＝1；4：Wa’＝10Wa=2Wa’，三维电极内二次电流分布1：Wa’＝0.01；2

3、：Wa’＝0.1；3：Wa’＝1（1）减小b值，即使三维电极厚度减小。（2）增大电化学极化。（3）提高固相和液相的电导率。三维电极内部电流分布均匀的措施：五、三维电极的电流分布三维电极内部两相电导率的相对大小对反应区分布的影响：æs*远大于æm*时，电极反应将主要发生在电极内部接近导电骨架的区间处(x＝0)；æs*远小于æm*时，电极反应主要发生在接近溶液的一端(x＝b)。五、三维电极的电流分布当三维电极内部传质的缓慢成为速度控制步骤时，三维电极的工作电流对其电流分布影响较大。采用渗透深度或反应深度来描述这一现象，它反映了三维电极的利用率。（1）当工作电流小，即电流密度较低时

4、，渗透深度较大；（2）当工作电流较大，即电流密度较高时，渗透深度则较小。五、三维电极的电流分布（工作电流对渗透深度的影响：）考虑工作条件，使其厚度小于或接近于渗透深度，以提高利用率。对于固定床和流化床电化学反应器，三维电极的电流分布与电解液的流向和床层厚度有密切关系。五、三维电极的电流分布三维电极厚度的设计：阴极为三维电极的两种电极结构：(a):电流方向与液流方向平行（b):电流方向与液流方向垂直电解液流多孔阴极溃电板三维阴极电流方向多孔隔板多孔阳极电解液流方向三维阴极阴极溃电板电流方向床体基板阳极液流阳极液流阳极电流方向与液流方向垂直：可通过改变床层高度较方便地改变电极反应

5、的转化率；理想的工作状态：在床层的全部厚度内，使电流密度都接近极限扩散电流密度。x＝0至x＝b处三维电极各处的过电位都在极化曲线的id平阶区，此时可以获得最大的转化率和电流效率。五、三维电极的电流分布三维固定床电极的电位及电流分布（a）（b）薄的床层，（c）（d）厚的床层φm-φs太小1溃电电极隔膜隔膜溃电电极Eφmφsφmφs(a)(c)(b)(d)0000x/hx/hx/hx/h111有效床层深度ix/iix/ix：由隔板算起的指向溃电极的距离h：床层总的厚度ix：在点x处的电流密度i：平均电流密度当床层厚度小时，电极内部欧姆压降较小，φm缓缓降低(近似为线性)，φs由于

6、溶液欧姆压降变化而提高，愈接近导电骨架，φm一φs愈小，同时电流密度也相应减小。当固定床厚度较大时，φm一φs更快地减小，达到一定程度后，反应速度急剧下降至可忽略，这时对应的三维电极“反应深度”称为“有效的床层厚度”。固定床电极内部的电位和电流分布随床层厚度的变化：溃电电极隔膜隔膜溃电电极Eφmφsφm(a)(c)(b)(d)0000x/hx/hx/hx/h111失活区ix/iix/i1φsE三维流化床电极的电位及电流分布（a）（b）薄的床层，（c）（d）厚的床层流态化过程中床层膨胀，电解液流速增加可强化传质，但颗粒之间及颗粒与溃电电极之间的电接触却变差。床层较薄时，电流较均

7、匀床层较厚时，床层膨胀较大，可能产生失活区，使反应电流明显降低。当极限扩散电流对应的电位区间不太大时，采用流化床电极可能获得较高的电流效率。对于给定的电流密度，流化床电极比固定床电极需要更高的工作电压。采用流化床电极时应注意控制其工作条件及电流密度的分布，以免出现失活区，导致比电极面极及时空产率下降。为了获得较理想的比电极面积和时空产率，对于固定床电极，所设计的床层厚度不应大于有效床层深度。五、三维电极的电流分布为了获得较理想的比电极面积和时空产率，对于固定床电极，所设计的床层厚度不应大于有效床层深度。