电化学流动反应器制造技术

本发明专利技术涉及电化学流动反应器，诸如连续流动电化学管式反应器。本发明专利技术还涉及包含电化学流动反应器的工艺、系统和方法。一种电化学流动电池可以包含反应室、第一静态混合器电极、第二对电极和布置在第一电极和第二电极之间的隔膜。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电化学流动反应器
本专利技术涉及电化学流动反应器，诸如连续流动电化学管式反应器。本专利技术还涉及包含电化学流动反应器的工艺、系统和方法。
技术介绍
连续流动反应器通常包含反应室，其中反应物流体被连续进料以进行化学反应以形成以来自反应室的连续输出流提供的产物。反应室通常浸没在加热/冷却剂流体中，例如在壳管式热交换器配置中，以促进热量传递到反应/从反应传递热量。连续流动反应器可以使用填充床反应室，其中反应室填充有固体催化剂颗粒，所述固体催化剂颗粒提供在其上可以发生化学反应的催化表面。在与填充床反应室接触之前以及在这些室的下游，静态混合器可用于流体的预混合，以在反应器管的中心区域和外部区域之间传热。静态混合器包含固体结构，其中断流体流动以促进反应物在填充床反应室中反应之前的混合并促进这些室下游的所需传热传质模式。电化学流动反应器已经用于处理流体流，以通过溶解的金属离子的电沉积来除去溶解的金属，从而在电化学流动反应器中容纳的电极表面上形成固体金属产物。用于水处理的电化学流动反应器已经涉及具有高表面积电极的低流动系统，用于高效率和控制从具有稀释/低浓度溶解金属离子的含水流体流中除去溶解金属。电化学流动反应器也用于各种产物的电合成，特别是用于形成反应物或中间产物。需要替代的或改进的电化学流动反应器，用于为工业应用提供有效的混合、高传质和/或多用途操作。应当理解，本文提及的任何现有技术出版物并不构成承认任何这些文献在澳大利亚或任何其他国家形成本领域公知常识的一部分。
技术实现思路
>本专利技术人已经对替代的电化学流动反应器进行了研究和开发，并且已经认识到，静态混合器可以配置成作为电化学流动反应器内的电极操作，以实现用于工业应用的有效混合、高传质和/或多用途操作。电化学流动反应器可以包含通过可渗透膜与对电极分离的静态混合器电极。静态混合器电极可以配置成用于增强传质和混乱平流同时提供有效的性能。静态混合器电极可以是包含静态混合器部分的电极。在一个方面，提供了一种电化学流动电池，包含：反应室；第一电极；第二电极；以及布置在第一电极和第二电极之间的隔膜，隔膜至少部分地限定反应室内的第一通道和反应室内的第二通道，第一通道配置成容纳与第一电极接触的第一流体流，第二通道配置成容纳与第二电极接触的第二流体流，其中隔膜包含可渗透膜，可渗透膜允许第一电极和第二电极之间经由流体流进行离子连通，同时限制流体流之间的流体交换，并且其中，第一电极包含静态混合器部分，静态混合器部分限定多个分流结构，多个分流结构在沿着第一电极的长度的多个位置处将第一流体流分裂成多个子流。在一个实施方案中，电化学流动电池是连续流动管式反应器。在一个实施方案中，第一电极的静态混合器部分的直径可大致等于第一通道的直径。第一电极可布置成与隔膜接触。隔膜和第二电极可设置成与第一电极的中心纵向轴线同心且同轴。隔膜和第二电极可以是基本上圆柱形的。第二电极可形成反应室的壁的至少一部分。在一个实施方案中，包含静态混合器部分的第一电极可配置成用于通过限定多个分流结构来增强传质和混乱平流，多个分流结构在沿着第一电极的长度的多个位置处将流体流分裂成多个子流。在一个实施方案中，静态混合器部分的相邻分裂结构可设置成围绕静态混合器部分的中心纵向轴线成不同的旋转角度。静态混合器部分可包含沿着静态混合器部分的长度连续地设置的多个基本上类似的结构模块。包括静态混合器部分的第一电极可配置成通过将第一流体流分裂超过200m-1来增强混乱平流，对应于第一流体流在沿着第一电极的静态混合器部分的给定长度内被分流的次数。在另一个实施方案中，包含静态混合器部分的第一电极配置成用于在至少约10,000的Peclet(Pe)数下操作。包含静态混合器部分的第一电极可配置成用于在第一电极两端的约100至100，000之间的压降(以Pa/m计)下操作。包含静态混合器部分的第一电极可配置成用于在第一通道内操作以便为第一流体流提供至少约0.1ml/min的体积流速。在另一方面，提供了一种电化学流动系统，该电化学流动系统包含至少一个根据如在此描述的电化学流动电池的任何方面、实施方案或实施例的第一电化学流动电池。在一个实施方案中，电化学流动系统包含根据本文所述的电化学流动电池的任何方面、实施方案或实施例的第一和第二电化学流动电池。可以提供多个流动管线，以将第一电化学流动电池连接到第二电化学流动电池，使得第一电化学流动电池的第一通道与第二电化学流动电池的第二通道处于流体连通，并且第一电化学流动电池的第二通道与第二电化学流动电池的第一通道处于流体连通。在一个实施方案中，电化学流动系统还包含：用于提供流体流的流体流动的泵；电源，其用于控制通过电极的电流或施加到电极的电压；控制器，其用于控制系统的一个或多个参数，一个或多个参数包含浓度、流速、温度、压力和停留时间。在另一方面，提供了一种用于流体流电化学处理的方法，所述方法包含根据本文所述的电化学流动电池、反应器或其系统的任何方面、实施方案或实施例的电化学流动电池。该方法可以用于处理废水，从流体流中除去溶解的金属离子，或从流体流中回收金属。在该方法的一个实施方式中，电化学流动电池包含第一电极，第一电极包含静态混合器部分，电化学流动电池可操作以提供以下中的至少一种：将第一流体流分裂超过200m-1来增强混乱平流，对应于第一流体流在沿着第一电极的静态混合器部分的给定长度内被分流的次数；至少约10,000的Peclet(Pe)数；第一电极两端的约100至100,000的压降(以Pa/m计)；至少约0.1ml/min的第一流体流的体积流速；约1μA·m-2至约1000A·m-2的第一和第二电极上的电流密度。该方法可以包含根据如在此描述的电化学流动电池的任何方面、实施方案或实施例的第一和第二电化学流动电池的操作，其中多个流动管线将第一电化学流动电池连接至第二电化学流动电池，使得第一电化学流动电池的第一通道与第二电化学流动电池的第二通道处于流体连通，并且第一电化学流动电池的第二通道与第二电化学流动电池的第一通道处于流体连通。在另一方面，提供了一种用于产物电化学合成的方法，包括根据本文所述的电化学流动电池、反应器或其系统的任何方面、实施方案或实施例的电化学流动电池。在另一方面，提供了一种用于从流体流中去除物质的方法，其包含根据本文所述的任何方面、实施方案或实施例的电化学流动电池、反应器或其系统。物质可以是溶解在流体流中的金属物质。应当理解，本文描述了电化学流电池、反应器或系统的其他方面、实施方案和实例。附图说明以下仅通过示例的方式，参考附图进一步描述和说明本专利技术的优选实施方案，在附图中：图1示出了根据一些实施方案的电化学流动电池的示意图；图2示出了根据一些实施方案的具有隔膜的电化学流动电池的示意图；图3A示出了根据一些实施方案的静态混合器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电化学流动电池，其包含：/n反应室；/n第一电极；/n第二电极；以及/n布置在所述第一电极和第二电极之间的隔膜，所述隔膜至少部分地限定所述反应室内的第一通道和所述反应室内的第二通道，所述第一通道配置成容纳与所述第一电极接触的第一流体流，所述第二通道配置成容纳与所述第二电极接触的第二流体流，/n其中所述隔膜包含可渗透膜，所述可渗透膜允许所述第一电极和第二电极之间经由所述流体流进行电连通，同时限制所述流体流之间的流体交换，并且/n其中，所述第一电极包含静态混合器部分，所述静态混合器部分限定多个分流结构，所述多个分流结构在沿着所述第一电极的长度的多个位置处将所述第一流体流分裂成多个子流。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180808 AU 20189028871.一种电化学流动电池，其包含：
反应室；
第一电极；
第二电极；以及
布置在所述第一电极和第二电极之间的隔膜，所述隔膜至少部分地限定所述反应室内的第一通道和所述反应室内的第二通道，所述第一通道配置成容纳与所述第一电极接触的第一流体流，所述第二通道配置成容纳与所述第二电极接触的第二流体流，
其中所述隔膜包含可渗透膜，所述可渗透膜允许所述第一电极和第二电极之间经由所述流体流进行电连通，同时限制所述流体流之间的流体交换，并且
其中，所述第一电极包含静态混合器部分，所述静态混合器部分限定多个分流结构，所述多个分流结构在沿着所述第一电极的长度的多个位置处将所述第一流体流分裂成多个子流。


2.根据权利要求1所述的电化学流动电池，其中所述电化学流动电池是连续流动管式反应器。


3.根据权利要求1或2所述的电化学流动电池，其中所述第一电极的所述静态混合器部分的直径大致等于所述第一通道的直径。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的电化学流动电池，其中所述第一电极设置成与所述隔膜接触。


5.根据权利要求1至4中任一项所述的电化学流动电池，其中所述隔膜和第二电极设置成与所述第一电极的中心纵向轴线同心且同轴。


6.根据权利要求1至5中任一项所述的电化学流动电池，其中所述隔膜和所述第二电极是基本上圆柱形的。


7.根据权利要求1至6中任一项所述的电化学流动电池，其中所述第二电极形成所述反应室的壁的至少一部分。


8.根据权利要求1至7中任一项所述的电化学流动电池，其中所述静态混合器部分的相邻分流结构设置成围绕所述静态混合器部分的中心纵向轴线成不同的旋转角度。


9.根据权利要求1至8中任一项所述的电化学流动电池，其中所述静态混合器部分包含沿所述静态混合器部分的长度连续设置的多个基本上类似的结构模块。


10.根据权利要求1至9中任一项所述的电化学流动电池，其中包含所述静态混合器部分的所述第一电极配置成通过将所述第一流体流分裂超过200m-1来增强混乱平流，对应于所述第一流体流在沿着所述第一电极的所述静态混合器部分的给定长度内被分流的次数。


11.根据权利要求1至10中任一项所述的电化学流动电池，其中包含所述静态混合器部分的所述第一电极配置成用于在至少约10,000的佩克莱(Peclet(Pe))数下操作。


12.根据权利要求1至11中任一项所述的电化学流动电池，其中包含所述静态混合器部分的所述第一电极配置成用于在所述第一电极两端的约1000至100,000之间的压降(以Pa/m计)下操作。


13.根据权利要求1至12中任一项所述的电化学流动电池，其中包含所述静态混合器部分的所述第一电极配置成用于在所述第一通道内操作以便为所述第一流体流提供至少约0.1ml/min的体积流速。


14.一种电化学流动系统，其包含至少一个根据权利要求1至13中任一项所述的第一电化学流动电池。


15.根据权利要求14所述的电化学流动系统，其进一步包含：
根据权利要求1至13中任一项所述的第二电化学流动电池；以及
多个流动管线，其将所述第一电化学流动电池连接到所述第二电化学流动电池，使得所述第一电化学流动电池的第一通道与所述第二电化学流动...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·D·霍恩，B·巴亚特萨尔马迪，T·罗多普洛斯，J·特沙那昔地，D·R·古纳加拉姆，C·奥尔南，D·弗拉泽，D·马利，A·J·厄本，
申请(专利权)人：联邦科学与工业研究组织，
类型：发明
国别省市：澳大利亚;AU