《电化学反应器》PPT课件.ppt

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1、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

2、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。二、按照反应器工作方式分类间歇式电化学反应器：定时送入一定量的反应物（电解液）后，

3、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

4、器工作方式分类2、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3、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c0x3－2两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

5、）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。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）水电解用单极箱式电解槽电极石棉隔膜KOH水溶液槽体二、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

6、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。(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

7、种湍流促进器来强化传质及控制电解液流速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（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(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3－3结构特殊的电化学反应器电导率很低的反应体系

8、，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。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