板框式电化学反应器流动特性研究

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板框式电化学反应器,由于具有结构紧凑、体积电流密度大(时空产率高)、槽压低等优点,而被广泛应用于电化学工业中,例如,离子膜氯碱合成工业、有机电合成工业中的己二腈电合成、间接电氧化合成维生素K3等均选用了板框式电化学反应器。众所周知,工业反应器中流体流动规律是影响化学反应重要因素之一,因此,定量的研究板框式电化学反应器中的流动规律及对反应的影响很有必要,而有关此类研究的报道很少。 在参阅国内外文献基础上,通过大量实验,自行设计制造了两种不同结构的板框式电化学反应器(A型、B型),通过流体停留时间分布测定求得流动模型参数,定量地描述了反应器内的流体流动规律,即:A型接近于理想混合流,B型接近于理想置换流,并分别在上述两类反应器中研究了流动规律对Cr(Ⅲ)电氧化为Cr(Ⅵ)和硝基苯电还原为对氨基苯酚的影响结果。结论如下: 一、对于A型板框式电化学反应器: 1.在测定的流量范围内,等体积多釜串联模型级数N取值均在1附近。 2.流量过大或过小都造成流型偏离理想混合程度加大,其中流量在270L/h时流型最接近理想混合。 3.当流量Q>300L/h时,随流量增加,平均停留时间τ与V/Q(V为反应器有效体积)之差值加大且τ>V/Q,说明反应器内流体短路率增加;当流量Q≤300L/h时,随流量减小,τ与V/Q之差值增加且τ<V/Q,说明反应器内死区率增加。 4.用带有短路流和死区的理想混合模型描述其流动规律,且在流量Q=270L/h时,短路率与死区率之和最小,因此流动比较接近理想混合。 5.当流量Q≤210L/h时,用具有死区的理想混合模型模拟其流动规律,效果较好;当流量Q≥420L/h时,用带有短路流的理想混合模型其流动规律,效果较好。 二、对于B型板框式电化学反应器: 1.在测定的流量范围内,B型板框式电化学反应器中的流型可用级数N=4~4.8个等体积多级串联釜模拟,当用轴向分散模型时,其返混准数1/Pe处于
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