Электролизер для получения ионогенных химических соединений

Электролизер для получения ионогенных химических соединений

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) А1 (51) 4 С 25 В 9/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3866208/23-26 (22) 11.01.85 (46) 07.07.86. Бюл. Р 25 (72) В.В. Крохв (53) 661.183.12(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 735181, кл. С 25 В 9/00, )5.08.80.

Авторское свидетельство СССР

У 1043185, кл. С 25 В 9/00, 23.09.83. (54)(57) ЭЛЕКТРОЛИЗЕР ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ

ИОНОГЕННЫХ ХИМИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ, имеющий корпус кольцеобразной формы, в котором концентрично размещена ионитовая мембрана, а в радиальном направлении — непроницаемые для ионов перегородки, образующие вместе с мембраной и стенками корпуса камеры, графитовые электроды в ионитовых чехлах, источник постоянного тока, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения степени использования сырья при одновременном обеспечении возможности расширения ассортимента получаемых соединений, а также сокращения времени на проведение процесса, электролизер дополнительно снабжен ванной кольцеобразной формы, помещенной концетрично внутри корпуса с возможностью импульсного вращения в горизонтальной плоскости, при этом в радиальном направлении в ней размещены непроницаемые для ионов перегородки, совмещенные по радиусу с перегородками корпуса и разделяющие ее .на камеры, в которые помещены графитовые электроды в ионитовых чехлах, соседние по линии корпуса камеры ванны и камеры внутри корпуса соединены электролитическими ключами, в которые помещены ионообменные мембраны.

1242550 гока °

Изобретение относится к области химии и может быть использовано для одновременного получения широкого ассортимента химикатов в приборостроении., радиоэлектронике и химической промьппленности.

Целью изобретения является повышение степени использования сырья при одновременном обеспечении возможности расширения ассортимента полу- 1О чаемых соединений, а также сокращение времени на проведение процесса.

На чертеже изображено предлагаемое устройство.

Устройство имеет корпус 1 кольце- 15 образной формы, внутри которого концентрично помещена ванна 2 с возможностью импульсного вращения в горизонтальной плоскости ° В корпусе 1 и в ванне 2 в радиальном направлении 20 размещены непроницаемые для ионов перегородки 3 и 4. Кроме того, в корпусе 1 концентрично размещена ионитовая мембрана 5 марки МК-100, образующая вместе с мембраной 5 и стенками корпуса 1 камеры 6 и 7. Во всех камерах 6 помещено по одному графитовому аноду 8, заключенному в чехол из катионообменной мембраны

ИК-100. В камерах 10 размещено по 30 одному графитовому катоду 9, находящемуся в чехле из анионообменной мембраны MA-100.

Соседние по линии радиуса камеры

7 и 10 ванны соединены .коленообраз- ной съемной трубкой 11 (электролитическим ключом), в которую помещена анионообменная мембрана MA-100, Трубка 11 заполнена дистиллированной водой и опущена концами в растворы ка- 4О мер 7 и 10. Импульсное вращение ванны 2 обеспечивается шаговым электромотором 12, ось которого соединена металлическими штангами 13 с корпусом ванны 2. Все электроды питаются от внешнего источника — постоянного

Электролизер работает следующим образом.

Во все ионитовые чехлы (ИЧ) и во все камеры 7 средней ванны, и в коленообразные трубки заливают дистиллированную воду, во все камеры 6 и: 10 крайних ванн заливают разные по химическому составу водные растворы исходных ионогенных соединений: А Х

С Z, К Е, О P и т.д, — в камеры 6, В У, D+Å М+N, R+S и т д, — в камеры 10.

Включением шагового электромото, ра 12 поворачивают ванну 2 таким образом, чтобы ее камеры с исходными соединениями остановились напротив камер с нужными исходными соединениями в камерах 6, которые могут образовать в камерах 7 средней ванны необходимый ассортимент новых химических ионогенных соединений: А Y, С Е

К N O S и т.д., которые образуются при включении электродов 8 и 9 во всех камерах крайних ванн. Процесс ведут до достижения необходимой концентрации целевых ионогенных соединений.

Одновременное образование новых химикатов происходит в результате протекания в камерах электрохимических ионообменных реакций

АХ+В Y А Y +Х +В

С Е +D E --- ††- С Е +Е +D

К Z +М N ---- †-+ К N +Z +М

Камер 6, 7 и 10 в каждой ванне может быть по меньшей мере три, а верхний предел количества этих камер может достигать в каждой ванне 15-20, ограничиваясь лишь конкретными решениями: практических задач производства и целесообразными экономически максимальными габаритами промьппленного электролизера и максимальным количеством необходимого ассортимента получаемых химикатов.

При количестве камер от трех и более в каждой ванне с разными искодными ионогенными соединениями в камерах каждой иэ крайних, ванн количество возможных сочетаний ионов с образованием новых ионогенных соединений в камерах средней ванны резко возрастает, т.е. возможно в одном электролизере одновременно получать широкий ассортимент различных новых химикатов — ионогенных химических .соединений.

В предлагаемом электролизере в способной импульсно вращаться многокамерной ванне 2 все камеры выполнены съемными, идентичными друг другу и взаимозаменяемыми. Число камер во всех трех ваннах одинаково по количеству, будучи равным числу загруженных в каждую из крайних ванн исходных соединений. Благодаря такой конструкции путем простого вращения ванны 2 или механической перестановки

1242550 их в случае необходимости на способной к вращению опорной раме ванны с гнездами для камер возможно одновременно получать большой набор новых соединений. 5

Так, например, из исходных соединений А Х, С Е, К 2, О+В, находящихся в четырех анодных камерах, и исходных соединений В Х, D E, M N

Б Я,, находящихся в четырех катод- 10 ных камерах (чертеж), можно получить одновременно следущие четыре новых соединения, не переставляя камеры местами: А Y, С Е, К N, О S, а путем дополнительной перестановки ка- 15 мер на опорной раме ванны 2 (ванна 2 фактически состоит из ряда самостоятельных камер), можно последовательно за один технологический процесс получить по четыре новых соединения и 20 дополнительно еще 12 новых соединеО N

Таким образом, из взятых исходных 25 четырех катионов и четырех анионов можно получить в камерах средней ванны шестнадцать новых ионогенных соединений, а из пяти катионов и пяти анионов разной природы соответствен- щ но можно получить 25 новых ионогенных соединений, из шести разных по природе катионов и шести разных анионов можно получить уже 36 новых соединений и т.д., т.е. число новых соединений, получаемых в предлагаемом электролизере, равно произведению числа исходных катионов и анионов, участвующих во встречном электрохимическом синтезе. Помимо образующихся новых соединений в камерах средней ванны противоионы исходных соединений, накапливающиеся в камерах крайних ванн, также могут быть использованы для получения новых ионогенных соединений путем физического смешения растворов из камер крайних ванн, спускаемых через донные краны в емкости-смесители, расположенные под электролизером, т.е в предлагае-50 мом электролизере возможно осуществление безотходной технологии со

1007-ным использованием исходного сырья.

Оптимальные габариты лабораторно- 55

ro электролизера: диаметр каждой из трех нанн 4 см, длина окружности ннешней ванны 120 см, средней 100 см, внутренней 80 см. Объем камер электролизера с четырехкамерными ваннами:

350 см у внешней ванны, 300 см у средней ванны, 280 см у внутренней ванны. Диаметр съемной коленообразной трубки 2 см . Растворы исходных соединений готовятся на дистиллированной воде.

Начальное напряжение постоянного тока на клеммах ванн 120 В, конечное напряжение 80-90 В. Величина тока

0,2-0,3 А.

В четыре .камеры внешней ванны залиты на 0,75 объема 0,1 н. растворы соединений NaC1, KNO>, LiF, CsOH; а н четыре камеры внутренней ванны—

О,1 н. растворы соединений NH+Âr, NaC1, NaOH, RbC1. Начальное напряжение 120 В, конечное 80 В. Продолжительность электролиза 6 ч. После г окончания йроцесса в четырехкамерной средней ванне одновременно получены с 96-987.-ным выходом по веществу новые ионогенные соединения NaBr, КС1, LiOH CsC1. Соединением растворов из камер внешней и внутренней ванн дополнительно получены с теми же выходами по веществу ноные соединения NH, NaF, RbOH.

Для получения тех же соединений в известном устройстве потребовалось ввести дополнительный злектролизер с габаритами, аналогичными габаритам предлагаемого электролизера, причем на проведение процесса потребовалось

24 ч, т.е. в четыре раза больше времени, чем в предлагаемом электролизере.

Перестановкой камер внутренней ванны с новыми загрузками соединений

NH+Br, NaC1,NaOH, ВЪС1 и соединением растворов из камер крайних ванн получены в предложенном электролизере с 96-98Х-ными выходами по веществу дополнительно восемь соединений.

В табл. 1 представлены сравнительные экспериментальные данные по получению ионогенных химических соединений в предложенном и известном электролизерах. Во всех опытах использовались водные растворы исходных ионогенных соединений с концентрацией

0,1 г/зкв. Выход по веществу в предложенном электролизере 97-987., в известном 87-90 .

Таким образом, предложенное техническое решение по сравнению с известным позволяет повысить степень использования сырья и одновременно

1242550 Ь

Кроме того, оно позволяет значительно сократить время на проведение процесса получения таких соединений.

> обеспечивает возможность получения широкого ассортимента получаемых ионогенных химических соединений, Химические формулы исходных ноноганных соединений

Полнота

Электролиэер использования исходного сырья, Х

Предлагаемый В камерах внешней ванныг

КХ> ЧаНО > ЯН С1, RbBr

В камерах внутренней наины: NaOH, RbC1, LiF, Са1

Пва известных спаренHEX

КОН, NaC1, NH4F, НЫ

23,6

Исходная разделяемая смесь катионов: К, На ВН4,Rb

> t 1 +

Исходная раэделяемая смесь аниоиов: ОН, Сl, F, I

Предлагаемый В камерах внешней ванны:

СаС1, NaF> RbBr, СвС1

I00 6>5

В камерах внутренней ванны> KNO>> NH4Br> ИНС1э>HI

Два иэвест" иых спаренных,Са(НО ),Навг, НЬС1, Csl

32,5

Исходная разделяемая смесь катионов; Са, Ns, НЬ

Ф

Сз

Исходная разделяемая смесь аниоиов: NÎ, Br, Cl, 1

Составитель В. Банников

Техред Л>Олейник Корректор Л. Пилипенко

Редактор Л. Гратилло

Заказ 3671/28 Тираж 615 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое пред,приятие> г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Химические 4орму"

ы полученных в редией ванне ноых ионогенных имическнх соедиеиий

КОН, НаС1, NH F, НЬ1+дополнитепьиые соединения, полученные нэ крайних ванн:

NsI RbN0 >L1C1>

CsBr

Cs(NO ), Юавг, RbC1, Сз1+допол" иительиые соединения, получен иые сливом иэ крайних »аин :, KC1, NH F, М,Вг

НС1

Количество одновременно получаемых новых ионогенных химических соединений эа одноразовую эаrI>>J9õF

Время, ветра. чиваемое на переработку одноразовой загрузки исходного сы- рья, ч