第三章第三章 電化學(xué)反應(yīng)器電化學(xué)反應(yīng)器1 1、電化學(xué)反應(yīng)器的分類、電化學(xué)反應(yīng)器的分類2 2、兩種典型結(jié)構(gòu)的電化學(xué)反應(yīng)器、兩種典型結(jié)構(gòu)的電化學(xué)反應(yīng)器3 3、結(jié)構(gòu)特殊的電化學(xué)反應(yīng)器、結(jié)構(gòu)特殊的電化學(xué)反應(yīng)器4 4、電化學(xué)反應(yīng)器的工作特性、電化學(xué)反應(yīng)器的工作特性5 5、電化學(xué)反應(yīng)器的聯(lián)結(jié)與組合、電化學(xué)反應(yīng)器的聯(lián)結(jié)與組合6 6、電化學(xué)反應(yīng)器的設(shè)計(jì)、電化學(xué)反應(yīng)器的設(shè)計(jì)電化學(xué)反應(yīng)器的基本特征：電化學(xué)反應(yīng)器的基本特征：（（1 1）構(gòu)成：兩個(gè)電極和電解質(zhì)構(gòu)成：兩個(gè)電極和電解質(zhì)2 2）類別：電解反應(yīng)器、化學(xué)反應(yīng)器類別：電解反應(yīng)器、化學(xué)反應(yīng)器3 3）過程：電化學(xué)反應(yīng)，電荷、質(zhì)量、熱量、動(dòng)）過程：電化學(xué)反應(yīng)，電荷、質(zhì)量、熱量、動(dòng) 量的四種傳遞過程，服從電化學(xué)熱力學(xué)、電極過程量的四種傳遞過程，服從電化學(xué)熱力學(xué)、電極過程動(dòng)力學(xué)及傳遞過程的基本規(guī)律動(dòng)力學(xué)及傳遞過程的基本規(guī)律4 4）特殊的化學(xué)反應(yīng)器：）特殊的化學(xué)反應(yīng)器：3 3－－1 1 電化學(xué)反應(yīng)器的分類電化學(xué)反應(yīng)器的分類一、按照反應(yīng)器結(jié)構(gòu)分類按照反應(yīng)器結(jié)構(gòu)分類1、箱式電化學(xué)反應(yīng)器箱式電化學(xué)反應(yīng)器：反應(yīng)器一般為長(zhǎng)方形，具反應(yīng)器一般為長(zhǎng)方形，具有不同的三維尺寸，電極常為平板狀。

有不同的三維尺寸，電極常為平板狀2、壓濾機(jī)式或板框式電化學(xué)反應(yīng)器壓濾機(jī)式或板框式電化學(xué)反應(yīng)器：由單元反應(yīng)由單元反應(yīng)器重疊并加壓密封組合，每一單元反應(yīng)器都包括器重疊并加壓密封組合，每一單元反應(yīng)器都包括電極、板框和隔膜等部分電極、板框和隔膜等部分3、結(jié)構(gòu)特殊的電化學(xué)反應(yīng)器結(jié)構(gòu)特殊的電化學(xué)反應(yīng)器：增大比電極面積、增大比電極面積、強(qiáng)化傳質(zhì)、提高反應(yīng)器的時(shí)空產(chǎn)率強(qiáng)化傳質(zhì)、提高反應(yīng)器的時(shí)空產(chǎn)率u間歇式電化學(xué)反應(yīng)器間歇式電化學(xué)反應(yīng)器：定時(shí)送入一定量的反應(yīng)物（電解液）后，經(jīng)過一定時(shí)間，放出反應(yīng)產(chǎn)物u柱塞流電化學(xué)反應(yīng)器柱塞流電化學(xué)反應(yīng)器：反應(yīng)物不斷進(jìn)入反應(yīng)器，產(chǎn)物不斷流出，達(dá)到穩(wěn)態(tài)u連續(xù)攪拌箱式反應(yīng)器連續(xù)攪拌箱式反應(yīng)器：連續(xù)加入反應(yīng)物并以同一速率放出產(chǎn)物的同時(shí)，在反應(yīng)器中不斷攪拌，反應(yīng)器內(nèi)的組成恒定二、按照反應(yīng)器工作方式分類二、按照反應(yīng)器工作方式分類u間歇式電化學(xué)反應(yīng)器間歇式電化學(xué)反應(yīng)器：定時(shí)送入一定量的反應(yīng)物（電解液）后，經(jīng)過一定時(shí)間，放出反應(yīng)產(chǎn)物u 特點(diǎn)特點(diǎn)：間歇操作，生產(chǎn)率不高，只適合于小規(guī)模生產(chǎn)，需經(jīng)常調(diào)整槽壓，使電流密度盡可能接近最適宜值u 措施措施：為了控制反應(yīng)溫度和增大反應(yīng)器容量，使電解液在電解槽和另一化學(xué)反應(yīng)器組成的封閉系統(tǒng)循環(huán)。

如：電解制取氯酸鹽二、按照反應(yīng)器工作方式分類二、按照反應(yīng)器工作方式分類間歇式反應(yīng)器及其濃度隨時(shí)間的變化間歇式反應(yīng)器及其濃度隨時(shí)間的變化間歇式電化學(xué)反應(yīng)器間歇式電化學(xué)反應(yīng)器時(shí)間時(shí)間t反應(yīng)物反應(yīng)物產(chǎn)物產(chǎn)物濃度濃度0cu柱塞流電化學(xué)反應(yīng)器柱塞流電化學(xué)反應(yīng)器：反應(yīng)物不斷進(jìn)入反應(yīng)器，產(chǎn)物不斷流出，達(dá)到穩(wěn)態(tài)u特點(diǎn)：特點(diǎn)：流經(jīng)反應(yīng)器的流體體積元像活塞樣平推移動(dòng)，不會(huì)發(fā)生反混，達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，反應(yīng)器內(nèi)各處的溫度和濃度均不相同，但分別保持恒定二、按照反應(yīng)器工作方式分類二、按照反應(yīng)器工作方式分類2 2、柱塞流電化學(xué)反應(yīng)器、柱塞流電化學(xué)反應(yīng)器柱塞流反應(yīng)器及其濃度的變化柱塞流反應(yīng)器及其濃度的變化(x——(x——距反應(yīng)器入口的距離距反應(yīng)器入口的距離) )反應(yīng)物進(jìn)入反應(yīng)物進(jìn)入產(chǎn)物流出產(chǎn)物流出x濃度濃度c反應(yīng)物反應(yīng)物產(chǎn)物產(chǎn)物0xu連續(xù)攪拌箱式反應(yīng)器連續(xù)攪拌箱式反應(yīng)器：連續(xù)加入反應(yīng)物并以同一速率放出產(chǎn)物的同時(shí)，在反應(yīng)器中不斷攪拌，反應(yīng)器內(nèi)的組成恒定u 特點(diǎn)特點(diǎn)：操作達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，出口料液組成不隨時(shí)間改變二、按照反應(yīng)器工作方式分類二、按照反應(yīng)器工作方式分類3 3、連續(xù)攪拌箱式反應(yīng)器、連續(xù)攪拌箱式反應(yīng)器連續(xù)投料連續(xù)投料CSTR反應(yīng)器及其濃度的變化反應(yīng)器及其濃度的變化連續(xù)輸出產(chǎn)物連續(xù)輸出產(chǎn)物入口入口 反應(yīng)器反應(yīng)器 出出口口反應(yīng)物反應(yīng)物 反應(yīng)物反應(yīng)物產(chǎn)物產(chǎn)物 產(chǎn)物產(chǎn)物濃濃度度c0x3 3－－2 2 兩種典型結(jié)構(gòu)的電化學(xué)反應(yīng)器兩種典型結(jié)構(gòu)的電化學(xué)反應(yīng)器一、箱式電化學(xué)反應(yīng)器一、箱式電化學(xué)反應(yīng)器u工作方式工作方式間歇間歇：電池，電鍍半間歇半間歇：電解工程（電解煉鋁、電解制氟）u電極的放置：電極的放置：垂直交錯(cuò)，并減小極距，以提高反應(yīng)器的時(shí)空產(chǎn)率。

電解冶金槽電解冶金槽：防止因枝晶成長(zhǎng)導(dǎo)致的短路；電解合成電解合成：防止兩極產(chǎn)物混合產(chǎn)生的副反應(yīng)u對(duì)流：利用溶液中的自然對(duì)流，很少引入外加的對(duì)流：利用溶液中的自然對(duì)流，很少引入外加的強(qiáng)制對(duì)流強(qiáng)制對(duì)流u聯(lián)結(jié)：?jiǎn)螛O式電聯(lián)結(jié)、復(fù)極式電聯(lián)結(jié)聯(lián)結(jié)：?jiǎn)螛O式電聯(lián)結(jié)、復(fù)極式電聯(lián)結(jié)u優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)和制造較容易、維修方便優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)和制造較容易、維修方便缺點(diǎn)：時(shí)空產(chǎn)率較低，難以適應(yīng)大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)及缺點(diǎn)：時(shí)空產(chǎn)率較低，難以適應(yīng)大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)及對(duì)傳質(zhì)過程要求嚴(yán)格控制的生產(chǎn)對(duì)傳質(zhì)過程要求嚴(yán)格控制的生產(chǎn)3－－2 兩種典型結(jié)構(gòu)的電化學(xué)反應(yīng)器兩種典型結(jié)構(gòu)的電化學(xué)反應(yīng)器 （箱式電化學(xué)反應(yīng)器）（箱式電化學(xué)反應(yīng)器）水電解用單極箱式電解槽水電解用單極箱式電解槽電極電極石棉隔膜石棉隔膜KOH水溶液水溶液槽體槽體二、壓濾機(jī)式電化學(xué)反應(yīng)器或板框式電化學(xué)反應(yīng)器二、壓濾機(jī)式電化學(xué)反應(yīng)器或板框式電化學(xué)反應(yīng)器 由很多單元反應(yīng)器組合而成、每一單元反應(yīng)器都包括電極、板框、隔膜，電極大多為垂直安放，電解液從中流過，同箱式電化學(xué)反應(yīng)器相比，無需另外制作反應(yīng)器槽體 (a)(a)單極式單極式 (b)(b)復(fù)極式復(fù)極式 A A一陽級(jí)液一陽級(jí)液 C—C—陰極液陰極液板框壓濾機(jī)式電化學(xué)反應(yīng)器板框壓濾機(jī)式電化學(xué)反應(yīng)器陽極區(qū)陽極區(qū)陽極陽極隔膜隔膜均勻加壓均勻加壓陰極陰極陰極區(qū)陰極區(qū)均勻加壓均勻加壓絕緣端板絕緣端板A C C A A C A C C A A C 入口入口出口出口每一個(gè)電極均與電源的一每一個(gè)電極均與電源的一端連接，電極的兩個(gè)表面端連接，電極的兩個(gè)表面為同一極性為同一極性僅有兩端的電極與電源的僅有兩端的電極與電源的兩端連接，每一電極的兩兩端連接，每一電極的兩面均具有不同的極性面均具有不同的極性壓濾機(jī)式電化學(xué)反應(yīng)器優(yōu)點(diǎn)壓濾機(jī)式電化學(xué)反應(yīng)器優(yōu)點(diǎn)u單元反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)可以簡(jiǎn)化及標(biāo)準(zhǔn)化，便于大批單元反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)可以簡(jiǎn)化及標(biāo)準(zhǔn)化，便于大批量的生產(chǎn)及在維修中更換。

量的生產(chǎn)及在維修中更換u可廣泛地選用各種電極材料及膜材料可廣泛地選用各種電極材料及膜材料u電極表面的電位及電流分布較為均勻電極表面的電位及電流分布較為均勻u采用多種湍流促進(jìn)器來強(qiáng)化傳質(zhì)及控制電解液流采用多種湍流促進(jìn)器來強(qiáng)化傳質(zhì)及控制電解液流速速u通過改變單元反應(yīng)器的電極面積及數(shù)量較方便地通過改變單元反應(yīng)器的電極面積及數(shù)量較方便地改變生產(chǎn)能力，適應(yīng)不同用戶的需要改變生產(chǎn)能力，適應(yīng)不同用戶的需要u適于按復(fù)極式聯(lián)接適于按復(fù)極式聯(lián)接( (其優(yōu)點(diǎn)為可減小極間電壓降，其優(yōu)點(diǎn)為可減小極間電壓降，節(jié)約材料，并使電流分布較均勻節(jié)約材料，并使電流分布較均勻) )，也可按單極，也可按單極式聯(lián)接壓濾機(jī)式電化學(xué)反應(yīng)器優(yōu)點(diǎn)壓濾機(jī)式電化學(xué)反應(yīng)器優(yōu)點(diǎn)（（a)帶有第三室?guī)в械谌? (作為熱交換器作為熱交換器) )的反應(yīng)器的反應(yīng)器（（b)帶有第三室?guī)в械谌? (可作電滲析可作電滲析) )的反應(yīng)器的反應(yīng)器電極電極隔膜隔膜電極電極隔膜隔膜A C HA C HA E CA E C(a)(b)各種壓濾機(jī)型電化學(xué)反應(yīng)器(c)(c)三維電極反應(yīng)器三維電極反應(yīng)器 (d)(d)流化床電極反應(yīng)器流化床電極反應(yīng)器各種壓濾機(jī)型電化學(xué)反應(yīng)器電極電極隔膜隔膜多孔電極多孔電極電極電極隔膜隔膜多孔電極多孔電極3－－3 結(jié)構(gòu)特殊的電化學(xué)反應(yīng)器結(jié)構(gòu)特殊的電化學(xué)反應(yīng)器 電導(dǎo)率很低的反應(yīng)體系，或反應(yīng)物濃度很低，受電導(dǎo)率很低的反應(yīng)體系，或反應(yīng)物濃度很低，受制于傳質(zhì)速度的反應(yīng)，都不可能大幅度地提高電極制于傳質(zhì)速度的反應(yīng)，都不可能大幅度地提高電極反應(yīng)的電流密度，而力圖設(shè)計(jì)具有更大比表面積的反應(yīng)的電流密度，而力圖設(shè)計(jì)具有更大比表面積的電化學(xué)反應(yīng)器提高時(shí)空產(chǎn)率。

電化學(xué)反應(yīng)器提高時(shí)空產(chǎn)率各種電化學(xué)反應(yīng)器的As值與特征長(zhǎng)度的關(guān)系體積電流密度（iv）與特征長(zhǎng)度的關(guān)系特征長(zhǎng)度特征長(zhǎng)度特征長(zhǎng)度特征長(zhǎng)度比電極面積比電極面積多孔流通反應(yīng)器多孔流通反應(yīng)器固定床反應(yīng)器固定床反應(yīng)器流化床流化床反應(yīng)器反應(yīng)器迭層式反應(yīng)器迭層式反應(yīng)器板框式反應(yīng)器板框式反應(yīng)器水銀法氯堿槽水銀法氯堿槽多孔流通反應(yīng)器多孔流通反應(yīng)器板框式反應(yīng)器板框式反應(yīng)器水銀氯堿槽水銀氯堿槽迭層式反應(yīng)器迭層式反應(yīng)器流化床流化床反應(yīng)器反應(yīng)器固定床反應(yīng)器固定床反應(yīng)器體積電流密度體積電流密度一、毛細(xì)間隙和薄膜反應(yīng)器一、毛細(xì)間隙和薄膜反應(yīng)器 當(dāng)電化學(xué)反應(yīng)器采用電導(dǎo)率很低的電解質(zhì)，如有機(jī)電合成時(shí)，減小電極間隙，形成薄膜狀電解液的毛細(xì)間隙反應(yīng)器及薄膜反應(yīng)器，對(duì)于降低電解液的歐姆壓降，具有顯著作用如：德國(guó)巴斯夫公司電解合成己二腈、癸二酸二甲酯時(shí)采用毛細(xì)間隙電化學(xué)反應(yīng)器毛細(xì)間隙電化學(xué)反應(yīng)器示意圖毛細(xì)間隙電化學(xué)反應(yīng)器示意圖旋轉(zhuǎn)電極分類旋轉(zhuǎn)電極分類：u圓柱型旋轉(zhuǎn)電極圓柱型旋轉(zhuǎn)電極：電極表面具有相同的傳質(zhì)條件電極表面具有相同的傳質(zhì)條件及均勻的電流分布及均勻的電流分布u泵吸電解槽泵吸電解槽：由一個(gè)雙極性的旋轉(zhuǎn)圓盤電極和定由一個(gè)雙極性的旋轉(zhuǎn)圓盤電極和定子電極構(gòu)成，當(dāng)前者旋轉(zhuǎn)時(shí)，電解液被抽吸進(jìn)入子電極構(gòu)成，當(dāng)前者旋轉(zhuǎn)時(shí)，電解液被抽吸進(jìn)入狹窄的電極間隙，并且有較高的流速，從而可提狹窄的電極間隙，并且有較高的流速，從而可提高電流密度。

高電流密度二、旋轉(zhuǎn)電極反應(yīng)器及泵吸式反應(yīng)囂二、旋轉(zhuǎn)電極反應(yīng)器及泵吸式反應(yīng)囂應(yīng)用：水處理中用于回收照應(yīng)用：水處理中用于回收照相業(yè)廢液中的銀相業(yè)廢液中的銀1））圓柱型旋轉(zhuǎn)電極圓柱型旋轉(zhuǎn)電極隔膜隔膜輔助電極輔助電極電極表面附近的傳質(zhì)情況：電極表面附近的傳質(zhì)情況：（（2 2）泵吸電解槽）泵吸電解槽單極式，用于生產(chǎn)金屬粉末單極式，用于生產(chǎn)金屬粉末優(yōu)點(diǎn)：可利用電極旋轉(zhuǎn)時(shí)所產(chǎn)生的刮削作用和剪應(yīng)力優(yōu)點(diǎn)：可利用電極旋轉(zhuǎn)時(shí)所產(chǎn)生的刮削作用和剪應(yīng)力生產(chǎn)粗細(xì)不同的金屬粉末生產(chǎn)粗細(xì)不同的金屬粉末三、三維電極反應(yīng)器三、三維電極反應(yīng)器1 1、應(yīng)用：、應(yīng)用：u電解工程：廢水處理中回收金屬，電合成生產(chǎn)電解工程：廢水處理中回收金屬，電合成生產(chǎn) 四乙基鉛四乙基鉛u化學(xué)電源：使用多孔的骨架，負(fù)載活性物質(zhì)，大化學(xué)電源：使用多孔的骨架，負(fù)載活性物質(zhì)，大大提高電極的真實(shí)面積及比特性大提高電極的真實(shí)面積及比特性u(píng)化學(xué)傳感器：如：高壓液相色譜，使用微型的多化學(xué)傳感器：如：高壓液相色譜，使用微型的多孔三維電極孔三維電極三、三維電極反應(yīng)器三、三維電極反應(yīng)器2 2、材料、材料u早期：微小的顆粒狀或球狀材料，包括碳粒、石早期：微小的顆粒狀或球狀材料，包括碳粒、石墨粒、各種金屬球。

如：美國(guó)墨粒、各種金屬球如：美國(guó)Nalco公司電解合成公司電解合成四乙基鉛采用充填鉛球的塔式固定床電化學(xué)反應(yīng)器四乙基鉛采用充填鉛球的塔式固定床電化學(xué)反應(yīng)器u現(xiàn)在：不限于使用顆粒狀材料，選材范圍大為擴(kuò)現(xiàn)在：不限于使用顆粒狀材料，選材范圍大為擴(kuò)大u纖維狀材料：金屬纖維、碳纖維及其它纖維纖維狀材料：金屬纖維、碳纖維及其它纖維u泡沫狀材料：金屬泡沫、碳質(zhì)泡沫泡沫狀材料：金屬泡沫、碳質(zhì)泡沫u由規(guī)則排列的微電極構(gòu)成的三維電極由規(guī)則排列的微電極構(gòu)成的三維電極u在以不同工藝制備的多孔基體上，以各種方法附載在以不同工藝制備的多孔基體上，以各種方法附載電催化劑、活性物質(zhì)、導(dǎo)電材料構(gòu)制的三維電極電催化劑、活性物質(zhì)、導(dǎo)電材料構(gòu)制的三維電極三、三維電極反應(yīng)器三、三維電極反應(yīng)器用用于于四四乙乙基基鉛鉛電電合合成成的的固固定定床床電電化化學(xué)學(xué)反反應(yīng)應(yīng)器器3 3、三維電極反應(yīng)器設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問題、三維電極反應(yīng)器設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問題u電解液的流動(dòng)和傳質(zhì)的強(qiáng)化電解液的流動(dòng)和傳質(zhì)的強(qiáng)化u保證導(dǎo)電良好及均勻的電流分布，即使電極活性保證導(dǎo)電良好及均勻的電流分布，即使電極活性表面能充分利用表面能充分利用4 4、流化床反應(yīng)器、流化床反應(yīng)器 當(dāng)通過可動(dòng)的顆粒床向上流動(dòng)的電解液流速足當(dāng)通過可動(dòng)的顆粒床向上流動(dòng)的電解液流速足夠大時(shí)，流態(tài)化發(fā)生，電極和電解液似單相的流體，夠大時(shí)，流態(tài)化發(fā)生，電極和電解液似單相的流體，處于此種狀態(tài)的反應(yīng)器稱為流化床反應(yīng)器。

處于此種狀態(tài)的反應(yīng)器稱為流化床反應(yīng)器 同固定床電極比較，流化床電極具有如下特點(diǎn)：同固定床電極比較，流化床電極具有如下特點(diǎn)：（（1））由于電極由于電極( (顆粒狀材料顆粒狀材料) )呈懸浮分散狀態(tài)，因呈懸浮分散狀態(tài)，因而具有更大的比電極面積而具有更大的比電極面積2））傳質(zhì)速度更為提高傳質(zhì)速度更為提高（（3 3）由于顆粒的相互接觸及物理接觸有助于提供）由于顆粒的相互接觸及物理接觸有助于提供活性更高的電極表面活性更高的電極表面4 4）在合適的條件下，電位和電流密度的分布可）在合適的條件下，電位和電流密度的分布可能更為均勻能更為均勻5 5）在用于金屬的電解提取時(shí)，產(chǎn)物可連續(xù)不斷）在用于金屬的電解提取時(shí)，產(chǎn)物可連續(xù)不斷地由反應(yīng)器取出地由反應(yīng)器取出4 4、流化床反應(yīng)器、流化床反應(yīng)器流化床電極在實(shí)際應(yīng)用中需解決的問題：流化床電極在實(shí)際應(yīng)用中需解決的問題：u如何使反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理如何使反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理, ,流場(chǎng)和電場(chǎng)均勻流場(chǎng)和電場(chǎng)均勻分布分布u如何防止顆粒的團(tuán)聚、金屬在潰電電極上的沉積如何防止顆粒的團(tuán)聚、金屬在潰電電極上的沉積及由于金屬顆粒磨損或短路造成的隔膜的損壞及由于金屬顆粒磨損或短路造成的隔膜的損壞。

4 4、流化床反應(yīng)器、流化床反應(yīng)器流化床電化學(xué)反應(yīng)器應(yīng)用實(shí)例（提取、回收金屬）流化床電化學(xué)反應(yīng)器應(yīng)用實(shí)例（提取、回收金屬）陰極陰極陰極液陰極液已處理的物流已處理的物流隔膜隔膜流化床陰極流化床陰極斷面圖斷面圖電流電流導(dǎo)線導(dǎo)線陽極陽極待處理的物流待處理的物流陽極液陽極液用于回收金屬的流化床電極反應(yīng)器用于回收金屬的流化床電極反應(yīng)器原理圖原理圖反應(yīng)器結(jié)構(gòu)反應(yīng)器結(jié)構(gòu)5、、疊層結(jié)構(gòu)的電極疊層結(jié)構(gòu)的電極（（Swiss-roll cell））(a) 1-隔膜 2,3- -電極 4－軸 （b)電極的排列陽極和陰極分別為兩張很薄的金屬箔，陽極和陰極分別為兩張很薄的金屬箔，為防止短路，各用兩層塑料網(wǎng)或織物隔為防止短路，各用兩層塑料網(wǎng)或織物隔開，網(wǎng)布上吸滿電解質(zhì)，構(gòu)成電化學(xué)反開，網(wǎng)布上吸滿電解質(zhì)，構(gòu)成電化學(xué)反應(yīng)體系u特點(diǎn)：具有很高的比電極面積和較低的歐姆壓降特點(diǎn)：具有很高的比電極面積和較低的歐姆壓降u電聯(lián)結(jié)：為使電流分布均勻，一極由接近軸的一電聯(lián)結(jié)：為使電流分布均勻，一極由接近軸的一端引出，另一極由圓柱外面引出端引出，另一極由圓柱外面引出u應(yīng)用：化學(xué)電源，如：箔式圓柱密封鎘鎳蓄電池應(yīng)用：化學(xué)電源，如：箔式圓柱密封鎘鎳蓄電池5 5、疊層結(jié)構(gòu)的電極、疊層結(jié)構(gòu)的電極（（Swiss-roll cell））四、零極距電化學(xué)反應(yīng)器和四、零極距電化學(xué)反應(yīng)器和SPE電化學(xué)反應(yīng)器電化學(xué)反應(yīng)器 特點(diǎn)：電極距離較小，貼近隔膜。

特點(diǎn)：電極距離較小，貼近隔膜1 1）零極距電化學(xué)反應(yīng)器：適用于有氣體析出的）零極距電化學(xué)反應(yīng)器：適用于有氣體析出的場(chǎng)合，由于電極貼近隔膜，使得氣體不在電極與場(chǎng)合，由于電極貼近隔膜，使得氣體不在電極與隔膜之間存留隔膜之間存留2 2））SPE電化學(xué)反應(yīng)器：在離子交換膜兩側(cè)壓附電化學(xué)反應(yīng)器：在離子交換膜兩側(cè)壓附兩層不同的電催化劑作為陽極和陰極，離子交換兩層不同的電催化劑作為陽極和陰極，離子交換膜既作為隔膜，又作為電解質(zhì)使用膜既作為隔膜，又作為電解質(zhì)使用1 1、零極距電化學(xué)反應(yīng)器、零極距電化學(xué)反應(yīng)器電極直接壓在隔膜上，使電電極直接壓在隔膜上，使電解液的歐姆壓降大大減小解液的歐姆壓降大大減小應(yīng)用：適用于有氣體析出的應(yīng)用：適用于有氣體析出的場(chǎng)合，使氣泡不在電極與隔場(chǎng)合，使氣泡不在電極與隔膜之間存留，迅速逸散到電膜之間存留，迅速逸散到電極背面如：水電解、氯堿極背面如：水電解、氯堿工業(yè)工業(yè)2 2、、SPE電化學(xué)反應(yīng)器（固體聚合物電解質(zhì)電化學(xué)反應(yīng)器（固體聚合物電解質(zhì)電化學(xué)反應(yīng)器）電化學(xué)反應(yīng)器） 在離子交換膜兩側(cè)壓附兩層不同的電催化劑作為在離子交換膜兩側(cè)壓附兩層不同的電催化劑作為陽極和陰極，離子交換膜既作為隔膜，又作為電解陽極和陰極，離子交換膜既作為隔膜，又作為電解質(zhì)使用。

質(zhì)使用2、、SPE電化學(xué)反應(yīng)器（固體聚合物電解質(zhì)電化學(xué)反應(yīng)器（固體聚合物電解質(zhì)電化學(xué)反應(yīng)器）電化學(xué)反應(yīng)器）SPE水水電電解解裝裝置置反反應(yīng)應(yīng)器器結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)3－－4 電化學(xué)反應(yīng)器的工作特性電化學(xué)反應(yīng)器的工作特性工作特性：借助于反應(yīng)物濃度變化的數(shù)學(xué)模型描述工作特性：借助于反應(yīng)物濃度變化的數(shù)學(xué)模型描述u 簡(jiǎn)單的間歇反應(yīng)器簡(jiǎn)單的間歇反應(yīng)器u 柱塞流反應(yīng)器柱塞流反應(yīng)器u 連續(xù)攪拌箱式反應(yīng)器連續(xù)攪拌箱式反應(yīng)器一、簡(jiǎn)單的間歇反應(yīng)器一、簡(jiǎn)單的間歇反應(yīng)器設(shè)：反應(yīng)器體積：設(shè)：反應(yīng)器體積：VR，反應(yīng)物初始濃度為，反應(yīng)物初始濃度為c (0)，經(jīng)，經(jīng)過反應(yīng)時(shí)間過反應(yīng)時(shí)間t t后，降為后，降為c (t)若反應(yīng)物級(jí)數(shù)為若反應(yīng)物級(jí)數(shù)為1，則，則反應(yīng)物濃度變化的速率：反應(yīng)物濃度變化的速率：動(dòng)力學(xué)：動(dòng)力學(xué)：法拉第定律：法拉第定律：一、簡(jiǎn)單的間歇反應(yīng)器一、簡(jiǎn)單的間歇反應(yīng)器當(dāng)電極過程處于當(dāng)電極過程處于 擴(kuò)散控制時(shí)：擴(kuò)散控制時(shí)： ∴ km↑或S↑，C (t)↓一、簡(jiǎn)單的間歇反應(yīng)器一、簡(jiǎn)單的間歇反應(yīng)器 ∴ km↑或S↑，c(t)↓ 簡(jiǎn)單間歇反應(yīng)器工作在非穩(wěn)態(tài)下，其反應(yīng)物和產(chǎn)簡(jiǎn)單間歇反應(yīng)器工作在非穩(wěn)態(tài)下，其反應(yīng)物和產(chǎn)物濃度均隨時(shí)間變化。

物濃度均隨時(shí)間變化二、柱塞流電化學(xué)反應(yīng)器二、柱塞流電化學(xué)反應(yīng)器柱塞流反應(yīng)器及其濃度的變化柱塞流反應(yīng)器及其濃度的變化(x——(x——距反應(yīng)器入口的距離距反應(yīng)器入口的距離) )反應(yīng)物進(jìn)入反應(yīng)物進(jìn)入產(chǎn)物流出產(chǎn)物流出x濃度濃度c反應(yīng)物反應(yīng)物產(chǎn)物產(chǎn)物0x當(dāng)電解液以穩(wěn)定的流量進(jìn)出電化學(xué)反應(yīng)器時(shí)，達(dá)到當(dāng)電解液以穩(wěn)定的流量進(jìn)出電化學(xué)反應(yīng)器時(shí)，達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，其入口濃度和出口濃度將與時(shí)間無關(guān)穩(wěn)態(tài)后，其入口濃度和出口濃度將與時(shí)間無關(guān)二、柱塞流反應(yīng)器二、柱塞流反應(yīng)器u質(zhì)量平衡式：質(zhì)量平衡式： 進(jìn)入反應(yīng)器的物料一反應(yīng)器輸出的物料進(jìn)入反應(yīng)器的物料一反應(yīng)器輸出的物料 ＝電化學(xué)反應(yīng)消耗的物料＝電化學(xué)反應(yīng)消耗的物料u法拉第定律：法拉第定律：二、柱塞流反應(yīng)器二、柱塞流反應(yīng)器忽略擴(kuò)散，沿忽略擴(kuò)散，沿x軸方軸方向的濃度梯度：向的濃度梯度：反應(yīng)器在單位長(zhǎng)反應(yīng)器在單位長(zhǎng)度的電極面積度的電極面積擴(kuò)散控制：擴(kuò)散控制：二、柱塞流反應(yīng)器二、柱塞流反應(yīng)器∴ ∴ 當(dāng)流速與入口濃度不變時(shí)，提高傳質(zhì)系數(shù)和電極當(dāng)流速與入口濃度不變時(shí)，提高傳質(zhì)系數(shù)和電極面積，可使反應(yīng)物的出口濃度降低。

面積，可使反應(yīng)物的出口濃度降低對(duì)于給定的對(duì)于給定的Km, ,S,VR值，柱塞流反應(yīng)器和間歇反應(yīng)器值，柱塞流反應(yīng)器和間歇反應(yīng)器只要停留時(shí)間等于反應(yīng)時(shí)間，則具有相同的轉(zhuǎn)化率只要停留時(shí)間等于反應(yīng)時(shí)間，則具有相同的轉(zhuǎn)化率二、柱塞流反應(yīng)器二、柱塞流反應(yīng)器用入口濃度表示極限電流：用入口濃度表示極限電流：二、柱塞流反應(yīng)器二、柱塞流反應(yīng)器三、連續(xù)攪拌箱式反應(yīng)器三、連續(xù)攪拌箱式反應(yīng)器連續(xù)投料連續(xù)投料CSTR反應(yīng)器及其濃度的變化反應(yīng)器及其濃度的變化連續(xù)輸出產(chǎn)物連續(xù)輸出產(chǎn)物入口入口 反應(yīng)器反應(yīng)器 出出口口反應(yīng)物反應(yīng)物 反應(yīng)物反應(yīng)物產(chǎn)物產(chǎn)物 產(chǎn)物產(chǎn)物濃濃度度c0x反應(yīng)物在反應(yīng)器出口的濃度與反應(yīng)器內(nèi)的濃度相反應(yīng)物在反應(yīng)器出口的濃度與反應(yīng)器內(nèi)的濃度相同，極限電流和傳質(zhì)不隨時(shí)間和空間變化同，極限電流和傳質(zhì)不隨時(shí)間和空間變化三、連續(xù)攪拌箱式反應(yīng)器三、連續(xù)攪拌箱式反應(yīng)器五、實(shí)際的電化學(xué)反應(yīng)器的工作特性五、實(shí)際的電化學(xué)反應(yīng)器的工作特性 在恒電流狀態(tài)工作的電化學(xué)反應(yīng)器，其動(dòng)力學(xué)在恒電流狀態(tài)工作的電化學(xué)反應(yīng)器，其動(dòng)力學(xué)特性與電流密切相關(guān)，按其傳質(zhì)情況可分為電流控特性與電流密切相關(guān)，按其傳質(zhì)情況可分為電流控制及擴(kuò)散控制兩種。

制及擴(kuò)散控制兩種u電流控制：反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)物的濃度足夠高，反應(yīng)電流控制：反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)物的濃度足夠高，反應(yīng)電流遠(yuǎn)小于極限擴(kuò)散電流，可視反應(yīng)物濃度減小的電流遠(yuǎn)小于極限擴(kuò)散電流，可視反應(yīng)物濃度減小的速度為定值，對(duì)應(yīng)的電流效率為速度為定值，對(duì)應(yīng)的電流效率為ηI’五、實(shí)際電化學(xué)反應(yīng)器的工作特性五、實(shí)際電化學(xué)反應(yīng)器的工作特性（間歇式反應(yīng)器）（間歇式反應(yīng)器）u擴(kuò)散控制：電流將達(dá)到甚至大于極限擴(kuò)散電流，擴(kuò)散控制：電流將達(dá)到甚至大于極限擴(kuò)散電流，電流效率隨時(shí)間延長(zhǎng)而降低，濃度的下降與時(shí)間為電流效率隨時(shí)間延長(zhǎng)而降低，濃度的下降與時(shí)間為對(duì)數(shù)關(guān)系對(duì)數(shù)關(guān)系五、實(shí)際的電化學(xué)反應(yīng)器的工作特性五、實(shí)際的電化學(xué)反應(yīng)器的工作特性電流控制電流控制擴(kuò)散控制擴(kuò)散控制tt?00c?c(0)c(t)擴(kuò)散控制：擴(kuò)散控制：五、實(shí)際電化學(xué)反應(yīng)器的工作特性五、實(shí)際電化學(xué)反應(yīng)器的工作特性（間歇式反應(yīng)器）（間歇式反應(yīng)器）擴(kuò)散控制擴(kuò)散控制電流控制電流控制電流控制：電流控制：五、實(shí)際電化學(xué)反應(yīng)器的工作特性五、實(shí)際電化學(xué)反應(yīng)器的工作特性（間歇式反應(yīng)器）（間歇式反應(yīng)器）轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間線性增大轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間線性增大時(shí)空產(chǎn)率為常數(shù)時(shí)空產(chǎn)率為常數(shù)使用時(shí)，直接刪除本頁！使用時(shí)，直接刪除本頁！精品課件，你值得擁有精品課件，你值得擁有！精品課件，你值得擁有精品課件，你值得擁有！使用時(shí)，直接刪除本頁！使用時(shí)，直接刪除本頁！精品課件，你值得擁有精品課件，你值得擁有！精品課件，你值得擁有精品課件，你值得擁有！使用時(shí)，直接刪除本頁！使用時(shí)，直接刪除本頁！精品課件，你值得擁有精品課件，你值得擁有！精品課件，你值得擁有精品課件，你值得擁有！擴(kuò)散控制：擴(kuò)散控制：五、實(shí)際電化學(xué)反應(yīng)器的工作特性五、實(shí)際電化學(xué)反應(yīng)器的工作特性（間歇式反應(yīng)器）（間歇式反應(yīng)器）轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間增長(zhǎng)為非線性關(guān)系轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間增長(zhǎng)為非線性關(guān)系時(shí)空產(chǎn)率不為常數(shù)時(shí)空產(chǎn)率不為常數(shù)。