锌电解槽内气液两相流动的数值模拟

应用FLUENT软件,分别对单组阴阳极、多组阴阳极锌电解槽中的电解液流动进行了数值模拟研究.针对单组阴阳极间的电解液,基于气泡产生及运动的机理计算出单个气泡在静止电解液中的上浮速度为0.017 m/s.气液两相流数值模拟结果表明:在气泡的作用下,电解液沿阳极板向上运动,沿阴极板向下运动,形成一个大的循环;而气泡群上浮的平均速度约为0.021 m/s,与文献实验数据相吻合.针对实际生产中多组阴阳极锌电解槽,气液两相流数值模拟结果表明:在气泡上浮曳力和电解液进出口压差驱动的共同作用下,电解液的运动态势与单组阴阳极仅考虑气泡曳力作用时的状况相同,极间电解液平均流速是无气泡作用时的1.5倍左右,这将有利于加快极板附近电解液的更新,延缓锌离子的贫化.     

连续电解Bunsen反应产物制氢的研究

Bunsen反应作为实现硫化氢裂解循环的关键步骤,在产物的分离和纯化、副反应、碘蒸气沉积及腐蚀等方面面临着巨大的技术挑战。直接电解Bunsen反应产物可以从根本上解决产物的分离问题,从而减少反应物的过量使用。连续电解Bunsen反应产物HI/H_2SO_4混酸,分析了电解结果随时间变化的趋势,考察了阳极电解液中甲苯的存在对电解结果的影响。结果表明:连续电解在3h后可进入稳态,电解槽电压在1.0～1.5h迅速升高并稳定在3.33V;6h后阳极电解液中I~-浓度可以降低49%.阳极电解液中的I~-会透过质子交换膜进入阴极室,污染阴极电解液;甲苯的存在有利于降低阳极液中剩余I~-的浓度,抑制I~-对阴极电解液的污染及降低电解能耗。     

大型铝电解槽母线配置的数值仿真与优化

通过运用商业软件ANSYS与自编程序相结合的方法,建立铝电解槽母线配置的参数化仿真计算模型,并基于磁流体稳定性评估准则采用遗传算法研究500 kA铝电解槽的母线配置及其优化.研究结果表明,自适应优化后的母线在槽底为非对称强补偿母线配置方式,阴极母线电流的配置在大面A侧为6:4:2:0:5:7,在大面B侧为4:5:8:4:3,具有较好的物理场分布特征与磁流体稳定性,铝液中部垂直磁场极值为38.7Gs,铝液层的平均流速为0.148 m/s.通过运用现代遗传优化技术能够实现多物理场下的目标优化,实现对母线配置参数组合的自动优化选择以及多物理场的优化配置.     

研究在电积锌时附加物对电流效率的影响

一序论锌电解工厂的主要经济定额(电能效率,产品成本)任很大程度上决定于电流效率,因此工厂中非常注意电流效率的提高,但电流效率被决定于下列两个因素:即(1)电积时在阴极表面上氢离子和锌离子沉积的速度。(2)已在阴极表面上折出锌的被侵蚀速度;即重溶解速度。许多学者已经确定:在电解液中;即使存在少量正电位比锌高的金属(如铜、钴、镉等)离     

大型预焙阳极铝电解槽内衬结构优化

以电解槽内衬结构设计优化为突破口,开发一种新型曲面阴极结构电解槽,通过多物理场有限元数值仿真,研究新型结构槽的热平衡、物理场分布特征及在低极距下高效运行的稳定性.试验结果表明,新型结构槽能在保持高电流效率的前提下在低电压稳定运行,吨铝直流电耗为12 331 kW·h,并可有效延长电解槽使用寿命.     

1,3-二甲基-5-亚硝基-6-氨基脲嘧啶泡沫镍阴极电催化加氢研究

为了改进1,3-二甲基-5-亚硝基-6-氨基脲嘧啶(ANDMU)的电催化加氢还原工艺,在平行板隔膜电解槽中,以泡沫镍为阴极,钛基二氧化钌为阳极,饱和硫酸钾的硫酸亚汞为参比电极,用恒阴极电位电解方法研究了ANDMU电催化加氢还原过程。讨论了支持电解质浓度、阴极电位、阴极液pH值、温度、反应物ANDMU浓度和阴极液循环流量等工艺参数对还原产物收率及电流效率的影响。在优化条件下还原产物收率99.9%,电流效率79.2%。与铅阳极比较,电压效率增加14%,直流能耗降低12%。     

船舶联合防污染系统的能效影响因素

为减少船舶联合防污染系统的电解电耗,通过实验研究电解电流和阴极电解液温度对电解电耗的影响.结果表明:槽电压随着电解电流增大而增大,但随着阴极电解液温度升高而降低;阴极电解液温度为60℃时,电解得到的氢氧化钠浓度最高,同时,电解过程的电流效率最高,电解电耗最小.     

160 kA预焙铝电解槽在低分子比和低温条件下的三维电热场

利用有限元分析软件ANSYS建立了160 kA铝电解槽1/4整槽的三维实体模型和有限元模型.在假定的合适边界条件下,对比分析了电解槽在转变为低分子比、低温条件下前、后的三维电热场分布情况.仿真结果表明:当电解槽转变为低分子比、低温条件后,伸腿增长,结壳增厚,槽底更冷;电解质初晶等温线在底部耐火砖中的位置由中部上移,靠近阴极炭块底部,在端部阴极炭块内水平方向等温线倾斜较大;当降低电解质分子比和电解温度时,增强端部2个炭块高度方向上导热性能,并进行相应的电解工艺和电解槽结构的改进,才有利于提高电流效率.     

浅谈电解液对阴极铜质量的影响

针对某厂高镍、氧含量的阳极电解生产过程中出现的阳极易钝化、槽电压高、阴极铜表面结晶质量差等系列问题,探讨分析原因,认为是电解液的成分及其相关的物理参数直接影响阴极铜的表面质量,并提出几点生产工艺调整建议：适当降低硫酸浓度、铜离子浓度和电流密度;提高进液温度、改进进液方式,并加大电解液净化量;在火法精炼氧化还原操作时,氧的质量分数控制在0.1%以下.实践表明,按照建议调整工艺参数后,工艺指标正常,阴极铜质量达标.     

钛合金方孔电解加工多物理场耦合研究

为进一步提高电解加工的质量和精度,以钛合金方孔电解加工为对象,充分考虑了电解加工中电场、流场和温度场的相互影响关系,建立了钛合金方孔电解加工多物理场耦合模型,通过数值计算得到了多物理场耦合电解加工电位、深度、流速、气泡率和温度梯度的分布,探讨了各物理量随加工时间的变化规律,并开展了钛合金方孔电解加工试验,研究了不同的电解液入口压力对加工质量的影响规律.试验结果表明:电解加工是电场、流场和温度场相互耦合的过程;相同条件下不同加工时间的方孔轮廓实测值与理论计算值吻合得较好;随着加工时间的递增,加工的深度和锥角在变大,加工区域的流速降低、气泡率增加和温度梯度增大.     

铝电解中电极湿润性的研究

在微型电解槽上研究了冰晶石——氧化铝熔液对炭电极的湿润性。通入直流电之后,电解质对炭阴极的湿润性变好,同时逐渐在炭板上摊散,甚至脱离阳极,但是它还会逐渐收敛成熔滴,最终重新接上阳极并恢复电解。阴极炭板所吸收的成份,经X-射线鉴定,主要是Na_2AlF_6、NaF、Al_2O_3。电解质对炭阴极的湿润性随电流强度增大和氧化铝浓度增加而改善。但是炭阳极的湿润性,在高电流密度下并非如此。在电解过程中做了变换电极极性的试验,短时间(数秒钟)内使阳极“阴极化”可改善阳极的湿润状态,因而有益于生产。     

基于多种湍流模型的电解加工温度多场耦合仿真

针对型面电解加工过程中的间隙温度分布难以预测和测量的问题，建立型面二维电解加工温度多物理场耦合仿真模型，分别基于SA、k-ε、k-ω、SST和低雷诺数k-ε等湍流模型求解加工间隙流场分布，耦合电场、流场和温度场求解间隙温度场分布，并将计算值与试验值进行对比。结果表明，求解近壁区流速时采用低雷诺数壁处理比采用壁函数处理的精度高，间隙温升能在较短时间内达到准稳态，基于SST、低雷诺数k-ε模型的间隙温度仿真值非常接近，其耦合气泡的温度多场耦合模型仿真值与试验值更为接近。     

硫化钠溶液电解氧化产生多硫化物的研究

报道了直接电解硫化钠水溶液产生多硫化物溶液的研究电解槽采用阳离子隔膜分为阳极与阴极室,阳极液为Na2S水溶液,阴极液为NaOH水溶液(1mol/dm3)分析了影响电解槽槽电压各成分的分布情况,结果表明,电解温度在61℃时,槽电压可控制在0.9～1.2V之间,电流密度20～30mA/cm2之间,阳极过电位在0.4V以下研究了电解温度、电解时间、硫化钠溶液浓度及电流密度对多硫化物生成效率的影响只有电流密度的大小对生成效率有较明显的影响,而且电流密度在30mA/cm2以上时多硫化物的生成效率显著下降在综合考虑各影响因素的基础上提出了较为合适的电解操作条件图5,参8     

槽内式间接电解氧化对二甲苯制备对甲基苯甲醛

首次报道了在一室电解槽中,槽内式间接电解氧化对二甲苯为对甲基苯甲醛的研究.电解液为偏钒酸铵的硫酸水溶液和对二甲苯的混合物.电解时,往阴极表面不断通入氧气,所产生的过氧化氢与V4+组成Fenton试剂,从而高选择性地将对二甲苯氧化为对甲基苯甲醛.电解结果表明,在硫酸浓度10 m ol.L-1,电流密度1.5m A.cm-2,反应温度60℃,反应时间2h,V5+浓度0.4 m ol.L-1以及C TAB浓度0.001 m ol.L-1的条件下,生成对甲基苯甲醛的电流效率为161.9%,反应后的水溶液相可以循环利用.图1,表2,参15.     

基于电化学溶解的电火花高速穿孔后处理工艺研究

为解决电火花加工因放电高温和出口间隙缺液而导致的小孔孔壁表面质量差、孔形精度低的问题,提出基于电化学溶解的电火花高速穿孔后处理工艺方法。通过流场仿真对比了螺纹管电极与圆柱管电极二者加工间隙内流速以及流速的矢量分布,并通过对照实验对仿真结果进行了验证,最后针对电解后处理的加工参数进行了优化。结果表明:相较于圆柱管电极,螺纹管电极能将侧面加工间隙内的轴向流速数值从27.17 m/s提高至52.29 m/s,这更有利于微小加工间隙内加工产物有效排出;小孔经过电化学二次处理后,其锥度降低了近38%,圆度误差约降低了32%,并且高温火花放电导致的孔壁表面缺陷大幅减少;最终获得的小孔精度最高时的电解后处理加工参数组合为电压幅值30 V、电解液质量浓度6 g/L、电解扩孔时间25 s。     

分时供电条件下锌电解过程电解液酸锌比优化控制

针对分时供电生产所带来的锌电解过程中酸锌比难以控制问题,研究面向电流切换过程中能耗最小的酸锌比最优控制策略。在分析锌电解过程动态反应机理的基础上,通过优化求解新液流量及酸锌比预调节时间,得到酸锌比最优切换轨迹。针对外界扰动造成实际电解液酸锌比偏离最优轨迹的问题,提出一种酸锌比轨迹偏差预测控制方法。研究结果表明:所提出的控制策略能使电解液实际酸锌比快速、准确地跟踪优化设定值,保证锌电解过程稳定、低耗运行。     

锌电解中铅银阳极的电化学行为

采用电化学测试手段,从阳极反应过程、稳态极化曲线等方面研究了在锌电解液中铅银阳极极化的行为．试验结果表明,在阳极银含量（质量分数）为０．７％～１．４％范围内,随着银含量的增加,阳极电位变负;随着电解液中锰离子浓度的升高和电解液温度的升高,阳极电位显著下降．为此,在电解锌时,应选择合适的锰离子浓度和电解液温度（３８～４０℃）．     

铝电解正常生产过程中的工艺参数探析

现代铝电解工业生产,普遍采用冰晶石-氧化铝电解法,主要设备是电解槽。基本原理是以冰晶石-氧化铝熔体为电解质,碳素材料为阳极和阴极,强大的直流电由阳极导入,经过电解质与铝液层,而后从阴极导出回到电源。通入直流电,一方面是利用它的热能将氧化铝熔化到熔融状态,并保持恒定的电解温度;另一方面是实现电化学反应,也就是使电解质中的铝离子从阴极上得到电子而析出,从而得到铝液,氧离子则在阳极上放电生成二氧化碳和一氧化碳混合气体。     

电化学辅助制备锌基超疏水表面

采用电解浸泡的方法以锌为基底制备超疏水表面,利用扫描电子显微镜(SEM)、接触角测试仪对其进行形貌和疏水性的表征分析,并对制备过程中电解时间,电解液(豆蔻酸的乙醇溶液)浓度等条件的最优情况及材料的抗酸碱性进行研究.结果表明:电解液浓度为0.01mol/L,电解时间为60min条件下制备出接触角良好的锌基超疏水表面样品,且样品具有良好的抗酸碱性.     

利用离子膜电解槽在氯盐电解质中电沉积金属锰

对阴离子交换膜电解槽在氯盐电解质中电沉积锰进行研究,并采用循环伏安法对其进行电化学分析。研究结果表明:电解最佳条件是锰离子浓度为0.9 mol/L,氯化铵浓度为2.4 mol/L,电解温度为40℃,电流密度为450A/m2,pH为7.3,SeO2浓度为0.36 mmol/L,在此条件下,金属锰的电沉积效率为90.8%,电耗为4 816 kW·h/t;其晶型为γ型;利用离子膜电解槽电沉积金属锰能有效地防止阴极表面Mn2+的浓差极化,提高电流效率,该过程所发生的还原反应为扩散过程控制。