Peluang Dwi{0}}Fungsi
Sel elektrokimia untuk pemulihan logam, electrowinning, dan elektrodialisis memerlukan pemanasan dan pengagihan arus elektrik. Secara tradisinya, fungsi ini disediakan oleh komponen berasingan: pemanas rendaman untuk kawalan suhu, dan plat katod logam atau mesh untuk pengumpulan semasa. Kedua-dua komponen bersaing untuk mendapatkan ruang dalam sel dan memerlukan pemasangan, penyelenggaraan dan penggantian yang berasingan.
Menggabungkan kedua-dua fungsi ke dalam pemasangan berasaskan PTFE- tunggal mengurangkan kerumitan sel, membebaskan isipadu dalaman untuk elektrod dan menghapuskan isu kakisan dan pencemaran pemanas logam yang berasingan. Tiub penukar haba PTFE diubah suai dengan elemen konduktif yang membolehkannya berfungsi sebagai katod sambil terus menyediakan pemanasan wap. Litar wap dan elektrik diasingkan antara satu sama lain oleh dinding tiub PTFE.
Reka Bentuk Konduktor Bersepadu
Struktur asas ialah berkas tiub penukar haba PTFE standard. Untuk menambah keupayaan pengumpulan semasa, setiap tiub dipasang dengan lapisan konduktif luaran yang menghubungi cecair proses dan mengumpul arus katodik. Lapisan pengalir mestilah serasi secara kimia dengan elektrolit, berterusan secara elektrik sepanjang tiub, dan pengalir haba untuk membolehkan pemindahan haba dari stim di dalam tiub ke cecair proses di luar.
Beberapa pendekatan menyediakan fungsi konduktif. Satu grafit-lengan komposit PTFE-tiub-berdinding nipis grafit-berisi PTFE-disalitkan pada setiap tiub pemanasan. Pengisi grafit (15-25% mengikut isipadu) menyediakan kekonduksian elektrik yang mencukupi untuk pengumpulan arus (kerintangan kira-kira 0.1-1.0 Ω·cm) sambil mengekalkan kelenturan kimia matriks PTFE. Lengan komposit berada dalam hubungan intim dengan dinding tiub pemanasan untuk pengaliran haba.
Sebagai alternatif, titanium berlubang atau jejaring niobium dililit pada setiap tiub, dipegang pada tempatnya oleh gelang penahan PTFE. Mesh menyediakan kekonduksian dan ketahanan yang tinggi, dengan tiub PTFE menyediakan penghalang kakisan antara cecair proses dan stim dalaman. Segmen mesh pada tiub bersebelahan disambungkan secara elektrik oleh wayar pelompat untuk membentuk bas katod.
| Parameter Reka Bentuk | Spesifikasi |
|---|---|
| Bahan lapisan konduktif | Komposit PTFE atau jaringan titanium/niobium yang diisi grafit- |
| Kerintangan komposit | 0.1-1.0 Ω·cm (grafit-PTFE) |
| Bahan mesh | Titanium Gred 2 atau niobium (bergantung kepada-elektrolit) |
| Kaedah sambungan elektrik | Wayar pelompat antara segmen tiub; sambungan bas di pengepala |
| Kukus-ke-pengasingan elektrolit | Dinding tiub PTFE (kekuatan dielektrik > 18 kV/mm) |
| Ketumpatan arus pada permukaan tiub | 50-200 A/m² (bergantung pada aplikasi) |
| Suhu operasi elektrolit maksimum | 260 darjah (had PTFE) |
| Prestasi terma | 90-95% daripada tiub bukan konduktif yang setara (sedikit rintangan haba tambahan daripada lapisan pengalir) |
Reka Bentuk Pengasingan Elektrik
Stim di dalam tiub PTFE diasingkan secara elektrik daripada cecair proses oleh dinding tiub PTFE. Bekalan wap dan paip balik kondensat juga mesti diasingkan secara elektrik daripada bas katod. Bebibir dielektrik atau kepingan kili penebat pada sambungan wap dan kondensat memecahkan kesinambungan logam, memastikan arus katodik mengalir melalui sambungan bas yang dimaksudkan, bukan melalui paip stim ke tanah.
Lapisan konduktif pada setiap tiub disambungkan kepada bar bas katod yang dipasang pada rangka sokongan penukar haba tetapi diasingkan secara elektrik daripada bingkai. Bar bas disambungkan ke terminal negatif penerus. Keseluruhan pemasangan direka bentuk supaya satu-satunya laluan semasa dari elektrolit ke penerus adalah melalui permukaan tiub konduktif dan bas katod-tiada laluan arus sesat ke tanah.
Pengoptimuman Prestasi Elektrik-Terma
Lapisan pengalir menambah rintangan haba kecil antara dinding tiub-wap yang dipanaskan dan elektrolit. Untuk grafit-lengan komposit PTFE pada ketebalan 0.5mm, rintangan haba tambahan ialah lebih kurang 0.001-0.002 m²·K/W, mengurangkan nilai U keseluruhan sebanyak 5-10%. Luas permukaan penukar haba ditambah dengan peratusan yang sama untuk mengimbangi, memastikan duti haba reka bentuk dipenuhi.
Pengagihan semasa merentasi berkas tiub dikawal oleh rintangan elektrik lapisan pengalir dan elektrolit. Tiub yang lebih jauh dari sambungan bas katod mengalami laluan rintangan yang lebih tinggi sedikit. Ketebalan lapisan pengalir dan tolok wayar pelompat dipilih untuk mengehadkan penurunan voltan merentasi berkas kepada kurang daripada 50 mV pada arus reka bentuk, memastikan pengagihan arus seragam.
Ringkasan
Penukar haba PTFE yang diubah suai dengan lapisan konduktif luaran berfungsi sebagai pemanas proses dan pengumpul arus katod dalam sel elektrokimia. Lengan komposit PTFE yang dipenuhi-grafit atau jejaring logam tahan kakisan-membekalkan fungsi konduktif sambil mengekalkan lengai kimia. Dinding tiub PTFE mengasingkan litar stim daripada litar elektrik. Reka bentuk dwi-fungsi mengurangkan kerumitan sel dan menghapuskan pemanas logam berasingan sebagai sumber kakisan dan pencemaran.
Sokongan kejuruteraan untuk gabungan pemanas-reka bentuk penukar haba PTFE elektrod tersedia selepas penyerahan kimia elektrolit, suhu operasi, keperluan ketumpatan semasa dan geometri sel.
