点缺陷和物料衡算电化学工程绪论.ppt

如果反应物和产物均是液体或者固体，压力对△G和开路电压的影响比较小。对于气体反应剂参与的电池反应，必须考虑压力对开路电压的影响 例题：乙烯电化学氯化的理论电压 乙烯电化学氯化的电极反应为： 计算： （1）标准条件下的电池电压 (2)在298K下进行等温操作所需要移去的热量。 (3)标准电池电压的温度系数和在373K下进行反应的理论电压。 标准条件下的电池电压。 在298K下进行等温操作所需要移去的热量 标准电池电压的温度系数 1.3.2.2 电化学反应器运行时的实际电压与节能措施 当电流通过时，电化学反应器的实际电压偏离电池电动势，这是因为电极反应进行时需要克服反应的活化垒或反应物种传输的阻力，因此必须消耗能量，此外，反应器中的溶液和隔膜具有一定的电阻。 电解槽的实际工作电压为U 过电位与电流密度的关系符合Tafel关系式 根据这个关系式， 可知，在维持产量不变的前提下，为了降低电解槽的工作电压，必须尽可能减小该等式右边各项的数值 第一，理论分解电压Umin是由电解反应的本质决定，如果要降低理论分解电压需要从革新工艺入手。比如我们书上P29页的例子：在食盐电解制备氯碱的过程中，如果用空气阴极代替氢阴极，可以使Umin降低1V以上： 第二，减小过电位的措施主要是选择合适的电极材料和电催化剂。 第三，选择合适电解工艺条件也是降低理论电解电压的重要促使。 第四，欧姆电压降在槽电压中占据很大比重，为了减小溶液欧姆电压降，除了合理选择电解质外，电极材料的选择和电极结构的设计也起到了举足轻重的作用。 1.3.3热衡算 热衡算——能量衡算。 衡算的步骤与物料衡算类似，就是必须要确定衡算体系和衡算基准，然后建立衡算方程。 能量衡算通常以物料衡算为前提，选择相同的衡算基准。 稳定流动体系的能量衡算关系式可以表示如下： 1 在等温条件下，物流进入体系的净焓变为 电解 例如：等温操作下间歇反应器的传热速率 1.3.4溶液流动的能量损耗 作业 1.物料衡算 在隔膜法电解食盐水的过程中，进入阳极室的食盐水的温度TO = 65℃，含5.39kmol/m3 NaCl。阳极室温度T1 = 95℃，每1kg氯气夹带0.5kg水蒸气离开阳极室；阴极室温度T2 = 100℃，每1kg氢气夹带2kg水蒸气离开阴极室；电解槽在I = 1.5*108A的电流下稳定工作；阴极液中NaOH: NaCl的摩尔比为1:0.92. 以整个电解槽和阳极室为衡算体系，计算： （1）进入电解槽、离开电解槽的溶液流速（m3/s） （2）阴极液和阳极液体的组成。 注：需要计算步骤 假设：OH-不会迁移越过隔膜，Cl-的迁移数t-=0.58；由于水的蒸发和反应的消耗引起溶液体积的减小，离开电解槽的溶液流速比进料的溶液流速小；食盐水进入电解槽的阳极室后温度立即升高到95℃；阴极和阳极反应的电流效率均为100%；同一温度下，各电解液的密度与水的密度相等，即ρ0 = 981 kg/m3(65℃)； ρ1 = 962 kg/m3(95℃)；ρ2= 958 kg/m3(100℃)。 2. 无化学反应的物料衡算，PPT71 蒸发浓缩氯碱生产过程中的阴极区溶液。 3. 写出缺陷表达式 氧化铝溶于氧化镁的缺陷表达式 4. 氧化镁溶于氧化铝的缺陷表达式 5. 写出缺陷表达式的一般规律。 1.3电化学过程的物料管理与能量管理 1.3.1物料衡算 物料衡算是指对某一生产过程或某一设备系统内所有进入、离去、积累或耗损的物料进行质量和组成的精确计算。 物料衡算步骤： ①选择衡算体系； ②规定衡算基准； ③建立衡算方程； ④数学运算、求得答案； ⑤必要时编制衡算清单。 首先要选择和确定衡算体系，就是明确计算对象所包括的范围。 在工艺计算中-----物料衡算体系是一个过程，而在设备计算中衡算体系是一组或者一个设备。 操作方式：间歇操作 半连续操作 连续操作 间歇操作：原料一次加入，然后操作，最后一次出料。 半连续操作：进料分批，出料连续，或者进料连续，出料分批或一次。 特点：间歇操作中，无物料进入设备，且设备内各部分的组成和条件随时间而变化。 半连续操作中，设备内各点的参数随时间而变化。 不稳定操作——过程中参数随时间而变化。 上述两种操作物料衡算以一个操作周期作为基准。 连续操作：原料不断稳定的输入生产设备，同时不断的从设备排除同样数量的物料。 特点：设备内各部分参数不随时间而变。 衡算中以单位时间作为基准。 衡算中只涉及通过、进入设定体系的物料流股、 对电化学反应器进行计算时，依据不同的目的，衡算体系可以时整个反应器，也可以时某个