典型农药废水电化学反应器的设计与制造培训课件

本科毕业论文典型农药废水电化学反应器的设计与制造专业应用化学班级B应化082学号0710302222学生姓名李星指导教师严金龙完成日期2012年6月9日典型农药废水电化学反应器的设计与制造摘要：本设计采用的框板式电化学反应器适用于典型农药废水的电解氧化处理工艺，尤其是含苯酚废水的电解氧化处理工艺。

应用电极为IrO2- Sn/Ti电极，该电极具有很好的催化性，具有较高超电位，能较好的抑制氧气在阳极上析出，提高电流效率，具有良好的电化学性能和较长的使用寿命。

对苯酚废水的电催化降解研究结果表明，在控制要求为处理COD为1000 mg/L的废水100 L/h，COD去除率约为70 %时所设定电化学反应器的电流密度应为30 A/m2，电极的极间距为2 cm，电流效率为70 %，电解槽反应器电压为300 V，设计出的电化学反应器的能耗为1.5 KW·h/kg，阳极片为8片，阴极片为9片，电极面积为0.5×1 m2,，尺寸：长1 m，宽0.36 m，高0.5 m。

关键词：反应器；电极；苯酚废水；电解氧化Design and manufacturing of electrochemical reactor used in the electrochemical catalytical decomposition for typicalpesticide wastewaterAbstract: Frame type electrochemical reactor of this design is used in the electrochemical catalytical decomposition for typical pesticide wastewater, especially for the electrolytic oxidation of phenol-containing wastewater. The application of the design electrode of IrO2-Sn/Ti electrode, the electrode has good catalytic, has superb potential, can be better to inhibit the precipitation of oxygen at the anode to improve the current efficiency, with good electrochemical performance and longer service life.This design uses the box-plate cell electrolysis wastewater.On electro-catalytic degradation of phenol waste water research results indicate that controlling requirements to deal with COD to 1000 mg / L of waste water of 100 L/h, the COD removal rate of about 70%, the electrochemical reaction can be set current density of 30 A/m2, pole spacing of the electrodes 2 cm, the current efficiency of 70 % and cell voltage of 300 V. In the electrochemical reactor, we can design the energy consumption of the electrochemical reactor of 1.5 KW·h/kg, anode piece of eight, cathode piece of nine, each piece of the electrode area of 0.5×1 m2, size:Length 1 m, 0.34 m wide, and 0.5 m high.Key words:Reactor electrodes；phenol wastewater；electrolytic oxidation第一章文献综述1.1研究背景电化学反应器广泛应用于化工、能源、冶金、机械、电子、环保等各个部门。

电化学反应器中发生的主要过程是电化学反应，电化学反应包括两种电极过程（即阳极过程和阴极过程）和反应物在液相中的传递过程。

但不同的电化学反应器拥有不同的结构、功能及特点，在电解不同农药废水方面也有明显的差距。

目前电化学已发展成为一门比较成熟的科学。

同时，电化学工业的发展也对电化学理论的发展起到积极的推动作用，电化学理论又在实践中得到不断的补充和完善[1]。

其中，电化学氧化处理工艺就应用于废水处理，然而，现阶段处理废水所需要的电化学反应器的设计与制造这个领域涉及得还不多，需要进一步的摸索和探究。

1.2 农药废水的种类与特点农药品种繁多，农药废水水质复杂，主要可分为：①含苯废水；②含有机磷废水；③高浓度含盐废水；④高浓度含酚废水；⑤含汞废水。

其主要特点是：①污染物浓度较高,COD（化学需氧量）可达每升数万毫克；②毒性大,废水中除含有农药和中间体外,还含有酚、砷、汞等有毒物质以及许多生物难以降解的物质；③有恶臭，对人的呼吸道和粘膜有刺激性；④水质、水量不稳定。

因此，农药废水对环境的污染非常严重。

农药废水处理的目的是降低农药生产废水中污染物浓度，提高回收利用率，力求达到无害化[2]。

1.3 电化学方法处理农药废水的研究热点近20多年，电化学方法处理农药废水的研究工作主要集中在以下几个方面：①在不同电极上氧化电解各种废水的效率；②如何提高电催化活性；③电极材料的电化学稳定性；④影响电解废水性能的因素；⑤探索废水电解的机理与动力学[3]。

1.4 电化学反应器1.4.1电化学反应器的特点在电化学的三大领域（即工业电解、化学电源、电镀）中应用的电化学反应器，包括各种电解槽、电镀槽、一次电池、二次电池、燃料电池，它们结构与大小不同，功能与特点迥异，然而却具有如下一些共同的基本特征。

1.所有电化学反应器都由两个电极（第一类导体）和电解质（第二类导体）构成；2.所有电化学反应器都可归入两个类别：即有外部输入电能，在电极很电解液界面上促成电化学反应的电解反应器；以及在电极和电解质界面上自发地发生电化学反应产生能源的化学电源反应器；3. 电化学反应器中发生的主要过程是电化学反应，并包括电荷、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]。

1.4.2电化学反应器的分类电化学反应器作为一种特殊的化学反应器，虽然可以仿照化学反应器的多种分类原则进行分类，但从电化学工程实际出发，根据反应器结构和反应器工作方式分类是比较合适的。

1. 按照反应器的结构分类1) 箱式电化学反应器：这类反应器是应用最广的电化学反应器，尽管大小不等、形式各异，但遍及工业电解、电镀、化学能源、科研等各个领域。

反应器一般为长方形，具有不同的三维尺寸（长、宽、高），电极常为平板状，大多为垂直平行地放置其中；2) 框板式或压滤机式电化学反应器：这类电化学反应器由单元反应器重叠并加压密封组合，每一单元反应器均包括电极、板框和隔膜等部分，在工业电解和化学电源中应用广泛；3）结构特殊的反应器：为增大反应器中的比电极面积、强化传质、提高反应器的空间—时间产率而研制的多种结构特殊的电化学反应器[5]。

2.按反应器工作方式分类1）间歇式电化学反应器：简单的间歇式电化学反应器定时送入一定量的反应物（电解液）后，经过一定反应时间，放出反应产物。

显然，随着电化学反应和伴随的化学反应的进行，反应物不断消耗，其浓度不断降低，而产物则不断生成，浓度不断提高。

间歇式反应器运行中耗费的人工劳动量较大，一般适用于小规模生产或间断地提供产物的场合；2）平推流电化学反应器：这类反应器又可称为管式反应器，它是连续工作的。

反应物不断进入反应器，产物不断流出，达到定态。

理想情况下，这种反应器中的电解液由入至出，稳定地流向前方，不发生返混。

电解液的组成则随其在反应器中空间位置不断变化，对于每一个反应物具有相同的停留时间；3）连续搅拌箱式反应器：这种反应器的特点是在连续加入反应物并以同一速率放出产物的同时，还在反应器中不断的搅拌，因此反应器内的组成是恒定的[6]。

3.按反应器内工作电极的形状分类1）二维电极反应器。

2）三维电极反应器[7]。

1.4.3常用结构的电化学反应器箱式反应器和板框式反应器是两类应用最广泛的典型的电化学反应器，他们的电极可以是二维电极，也可以是三维电极，他们是最常用的组装成型电解槽的形式[8]。

1.箱式电化学反应器在电化学工程中应用最广泛的箱式电化学反应器既可间歇工作，也可半间歇工作。

箱式反应器多采用单极式电联接，但是采用一定措施后也可实现复极式联接。

箱式反应器应用广泛的原因是结构简单、设计和制造较容易、维修方便。

其缺点是时空产率较低，难于适应大规模连续生产以及对传质过程要求严格控制的生产过程[9]。

2.板框式电化学反应器这类电化学反应器由很多单元反应器组合而成，每一单元反应器都包括电极、板框、隔膜，电极大多为垂直放置，电解液从中流过，毋需另外制作反应器槽体。

板框式电化学反应器受到欢迎的原因有：1) 单元反应器的结构可以简化及标准化，便于大批量的生产，也便于在维修中更换；2) 可广泛地选用各种电极材料及膜材料满足不同的需要；3) 电极表面的电势及电流分布较为均匀；4) 可采用多种湍流促进器来强化传质及控制电解液流速；5) 可以通过改变单元反应器的电极面积及数量来较方便地改变生产能力，形成系列，适应不同用户的需要；6) 适于复极式联接（其优点为可减少极间电压降，节约材料，并使电流分布较均匀），也可按单极式联接[10]。

1.4.4电化学反应器设计的原则虽然电化学反应器的设计与一般化学反应器的设计存在某些共同之处，但也具有自身的特点。

与气固催化反应器比较，电解槽有两个重要差别。

首先，液相中的传质总比气相中的慢，电极反应容易受传质控制。

事实上，电极/溶液界面区的传质是电化学反应工程中最重要的问题之一。

其次，这两类反应器都需要有最大的反应面积/体积比，但电解槽的设计尚需考虑电流分布和电位分布问题，只有当电极上各部分都保持合适的电位差，才能使目的反应高效的进行。