华南师范大学华师第四章 应用电化学216.ppt

第四章电化学工程概要第一节物料衡算第二节电压衡算与能量衡算( 1. 电压衡算; )第三节电解生产的经济技术指标( 1. 转化率和选择性; ; ; )第四节电化学反应器 (1. 电化学反应器的分类; 2. 电化学反应器的设计; ) 物料衡算?物料衡算是指对一个生产过程或一个设备系统内所有进入、离去、积累或耗损的物料,进行质量和组成方面的衡算。物料衡算的理论依据是质量守恒定律。( 4. 1 ) 在稳定条件下, dm/dt = 0 ,于是( 4. 2 ) ( 4. 3 ) ?现以生产氯气用的隔膜电解槽(图 4 .1为示意图)为例,进行物料衡算。?将 65 ℃含有 kmol ·m -3 NaCl 的溶液输入电解槽中。阳极室温度为 95 ℃,每 kg 氯气带走 kg 水离开阳极室。阴极室温度为 100 ℃,每 kg 氢气含 22 kg 水蒸气离开阴极室。电解槽在 150 kA 电流下稳定工作,阴极电解液中 NaOH 与 NaCl 的摩尔比为1: 。?试利用上述数据计算: ①进入电解槽,跨越隔膜和离开电解槽溶液的体积流速(m 3·s -1); ②阳极电解液和阴极电解液的组成。?假设: (a)OH ?不会迁移越过隔膜, Cl ?的迁移数 t - 为 ; (b) 离开电解槽的流速降低是由于水的蒸发和反应的消耗,从而减小液体体积所致; (c) 溶液进入阳极室后温度立即变为与该室的温度相同; (d) 阴、阳极反应的电流效率均为 100 %; (e) 各种溶液具有与水相同的密度(kg ·m -3),即ρ 0 = 981(65 ℃),ρ 1 = 962 (95 ℃), ρ 2 = 958 (100 ℃)。?图 的N 0、N 1和N 2分别是盐水进料、越过隔膜的溶液和阴极室排出液的体积流速(m 3·s ?1);c 0、c 1和 c 2是对应溶液中 NaCl 的浓度(mol ·m ?3);G 1和G 2为单位时间内 Cl 2 和H 2 的产量(kg ·s ?1 ) 。?以整个电解槽为衡算体系,衡算时间为 1s ,列出衡算式: ?氯气(2Cl ?→ Cl 2 +2e) 的质量衡算(4. 4) 氢气(2H + +2e → H 2)的质量衡算(4. 5) 氯原子的摩尔数衡算(4. 6) 钠原子的摩尔数衡算(4. 7) ?总质量衡算(4. 8) ?以阴极室为衡算体系(图中虚线所示)列出如下衡算式: 氯原子的摩尔数衡算(4. 9) 钠原子的摩尔数衡算(4. 10) ?由于 c 0、ρ 0、ρ 1、ρ 2、I 和t -是已知的,而 G 1和 G 2可由() 和() 式求得,因此,由() 到() 式可得 N 0、N 1、N 2、c 1和c 2。计算结果为 N 0 = × 10 ?4 m 3·s ?1N 1 = × 10 ?4 m 3·s ?1N 2 = × 10 ?4 m 3·s ?1 ?阳极液中 NaCl 浓度为 ·m ?3 阴极液中含 kg ·m ? 3 NaCl 和 kg ·m ? 3 NaOH 。