Способ установки в электролизер ионообменной мембраны

Способ установки в электролизер ионообменной мембраны

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к способу установки в электролизер ионообменной мембраны из пленки сополимера тетрафторэтилена и перфторвинилового эфира с сульфокислотными или карбоксильными ионообменными группами. Способ включает растягивание пленки по одной и/или двум ее осям при 20-210°С до увеличения ее поверхности на 35-330% и выдержку в течение 1-3 мин после растягивания при той же температуре. После растягивания пленку закрепляют в жесткую рамку электролизера. Способ позволяет снизить напряжение на электролизере на 5-10% за счет исключения провисания мембраны и образования на ней складок. 2 з.п. ф-лы.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (}9) (11) АЗ (б}}4 С 25 В 13 08

ы вам

Г4 >: Т:. j .1ДЫМ8

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ПАТЕНТУ

1 (21) 3552566/23-26 (22) 16.02 ° 83 (31) 8204574 (32) 17 ° 02,82 (33) GB (46) 23.09.89. Бюл. }} 35 (56) Патент С}}}А - 4000057, кл. 204-296, 1977.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (71) Империал Кемикал Индастриз ПЛС (GB) ,(72) Питер Джон Смит (GB) (53) 621.3.035.3(088.8) (54) СПОСОБ УСТАНОВКИ В ЭЛЕКТРОЛИЗЕР

ИОНООБМЕННОЙ МЕМБРАНЫ

Изобретение относится к способам

:установки ионообменной мембраны в электролизере.

Цель изобретения — снижение напряжения на электролизере при проведении электролиза, за счет исключения складкообраэования мембраны.

Предлагаемый способ установки в электролизер ионообменной мембраны позволяет исключить образование складок на мембранах. Цель достигается за счет того, что поверхность мембраны увеличивают на 35-ЗЗОХ путем растягивания ее по одной и/или двум осям о при 20-210 С и после растягивания пленку выдерживают при температуре растягивания в течение 1-3 мин.

Растяжение мембраны может быть осуществлено путем пропускания мембраны вокруг и между валков, вращаю2 (57) Изобретение относится к способу установки в электролизер ионообменной мембраны из пленки сополимера тетрафторэтилена и перфторвинилового эфира с сульфокислотными или карбоксильными ионообменными группами. Способ включает растягивание пленки по одной о и/или двум ее осям при 20-210 С до увеличения ее поверхности на 35-ЗЗОХ и выдержку в течение 1-3 мин после растягивания при той же температуре.

После растягивания пленку закрепляют в жесткую рамку электролизера. Способ позволяет снизить напряжение на электролизере на 5-10Х за счет исключения провисания мембраны и образования на ней складок. 2 з.п. ф-лы. щихся с разными окружными скоростями., путем приложения растягивающего усилия к противоположной рамке или машине. Мембрану можно растягивать вдоль одной или двух осей, при растягивании мембраны вдоль одной оси к противоположным кромкам ее следует прикрепить полоски жесткого материала, чтобы предотвратить сокращение мембраны в направлении, перпендикулярном направлению растяжения.

После того, как растянутая и натянутая мембрана установлена в электролизере и закреплена в нем, при контактировании с электролитом, особенно

О при повышенной температуре до 95 С, имеющей место в хлор-щелочном электролизере, фиксированная часть из удлинения или доля его освобождается и мембрана стремится вернуться к ис3 151072 ходному состоянию, чему препятствует ее крепление в электролизере. Стремление к сокращению компенсируется разбуханием мембраны при контактиро5 вании с электролитом и в результате мембрана остается в процессе эксплуатации несморщенной и натянутой.

Подвергнутая вытяжке мембрана, как правило, имеет толщину 0,1

2,0 мм. Температура, при которой проводится вытяжка мембраны, зависит от типа мембраны и обеспечивает плавление полимера мембраны. Растянутую мембрану подвергают отпуску, выдержи- 5 вая ее в течение 1-3 мин в натянутом состоянии при температуре растяжения.

После этого мембрану охлаждают до комнатной температуры, при которой не происходит быстрой релаксации 20 напряжений в мембране при снятии внешних изделий. Для уменьшения веро". ятности повреждения мембраны вытяжку можно повторить 1-2 раза.

Наиболее коррозионностойкими в 25 производстве хлора и щелочи являются мембраны из сополимера тетрафторэтилена и перфторвинилового эфира с сульфокислотными или карбоксильными ионообменными группами. 30

Вытянутую и натянутую мембрану крепят путем зажима между прокладками или прикрепляют к рамке.

Пример 1. Прямоугольник 35х х30 см вырезают из листа катионооб1 менной мембраны толщиной 280 мкм, изготовленной из сополимера тетрафторэтилена и перфторвинилового,эфира, содержащего группы карбоновой кислоты, обладающей ионообменной емкостью

1,3 миллиэквивалент на грамм.

К кромкам листа длиной 35 см прикрепляют полоски эластичной ПХВ-ленты, а к кромкам длиной 30 см прикрепляют полоски алюминия. Затем лист 45 устанавливают в прибор Orienter Брюко нер Каро П и нагревают до 67 С в печи, связанной с прибором.

Затем лист растягивают за алюминиевые полосы со скоростью 1 м/мин

50 до тех пор, пока расстояние между алюминиевыми полосами не увеличилось в 1,5 раза, причем ПХВ-ленты препятствуют сужению листа. Затем лист, оставаяс.ь в приборе, вынимают из пе55 чи и охлаждают до комнатной температуры в потоке воздуха. о

Процедуру нагрева листа до 67 С и охлаждения до комнатной темпера1. 4 туры повторяют дважды, причем при первом повторении расстояние между алюминиевыми полосами увеличивается в 2,5 раза, а при втором повторении— в 4,2 раза по сравнению с исходным.

Полученную пленку катионообменной мембраны вынимают из прибора.

Пленка слегка релаксирована в сторону исходного размера листа, толщина пленки составляет 80 мкм.

Изготовленная таким образом пленка катионообменной мембраны закрепляется в растянутом состоянии между парой прокладок из тройного этиленпропиленового каучука и устанавливается в электролизер, оборудованный никелевым сетчатым катодом диаметром

7,5 см и титановым сетчатым анодом с покрытием смесью RuO@ и TiOg в отношении 35 RuO< . 65 TiO по массе.

В анодное отделение. электролизера заливают водный раствор 310 г/л NaC1 с рН 8,0, в катодное — воду, после чего NaC1 подвергают электролизу при

О

l90 С, причем концентрация NaC1 в анодном отделении в процессе электролиза составляет 200 г/л.

Хлор и обедненный раствор NaC1 выводятся из анодного отделения, а во- дород и водный раствор NaOH (35X по массе) выводятся из катодного отделения . Электролиз проводятся при плотности тока 1 кА/м и при напряжении электролизера 3,0 1 В.

После эксплуатации в течение 20 дн электролизер открывают и производят осмотр катионообменной мембраны, которая оказалась натянутой и без морщин.

Для сравнения описанный процесс электролиза повторяют с катиснообменной мембраной толщиной 280 мкм, т,е. не подвергнутой растяжению. При плотности тока 1 кА/м напряжение составляет 3, 1 В, а мембрана оказалась сморщенной и не натянутой.

Пример 2. Электролиз по приме-, ру 1 повторяют при плотности тока

2 кА/м . Напряжение при этом составляет 3,24 В, а мембрана оказалась натянутой и без морщин.

При той же плотности тока напряжение на электролизере с мембраной толщиной 280 мкм и не подвергавшейся растяжению составляет 3,4 В, а мембрана оказалась ненатянутой и сморщенной.

П.р и м е р 3. Злектролиз по примеру 1 повторяют при плотности тока

5 15107

3 кА/м . В этом случае напряжение составляет 3,52 В, а мембрана при осмотре оказалась натянутой М без морщин.

При сравнительном электролизе с не5 растянутой заранее мембраной толщиной

280 мкм напряжение составляет 3,7 В, а мембрана при осмотре оказалась ненатянутой и сморщенной. 10

Пример 4. Образец катионообменной мембраны размером 11,5х11,5 см из сополимера тетрафторэтилена и перфторвинилового эфира, содержащего группы сульфокислоты в виде соли ка- 15 лия, оклеивают по кромкам ПХВ-лентой и зажимают в растяжкой рамке. Иембрао ну нагревают до 180 С и вытягивают вдоль одной оси со скоростью

0,85 м/мин с коэффициентом 2,0. Затем 20 мембрану охлаждают до комнатной температуры и вытягивают из растяжной рамки.

Эту мембрану устанавливают в электролизер по примеру 1 и проводят про- 25 цесс электролиза по примеру 2, т.е. электролиз раствора NaC1 при плотности тока 2 кА/м, в ходе которого получают раствор ИаОН с концентрацией

25Х при КПД по току 50Х. Напряжение 30 ячейки составляет 2,95 В.

При осмотре мембрана оказалась растянутой и без морщин.

Для сравнения проводят электролиз с описанной мембраной, которая не подвергается растягиванию. Ячейка работает при напряжении 3, 1 В, а NaOH получают при КПД по току 57Х.

При осмотре оказалось, что мембрана сморщена и нерастянута. 40

Пример 5. Пленку катионообменной мембраны из сополимера тетрафторэтилена и перфторвинилового эфира с карбоксильными ионообменными группами толщиной 300 мкм подвергают двухосному растягиванию при температуре: а) 20 С; б) 100 С; в) 210 С.

Скорость растягивания составляет

0,25 м/мин. После растяжения мембрану выдерживают 1 мин при температуре растяжения. Увеличение площади поверхности мембраны составляет . а) 43Х; б) 50Х; в) 161Х.

Пример ы 6 и 7. Процесс растягивания мембраны проводят, как в примере 5 за исключением того, что время отпуска при температуре растяжения составляет 2 мин (пример 6) и

3 мин (пример 7) . Усадка образцов по21 сле охлаждеггня составляет в приг >.е 5

11Х в примере 6 10Х и в примере 7 9i.

Дальнейшее увеличение времени отпуска нецелесообразна, поскольку усадка образцов не уменьшается.

Пример 8, Мембраны, изготовленные как описано в примерах 5-7, испытывают в электролизере, описанном в примере 1, в течение 30 дн; при плотности тока 3 кА/м . Среднее напряжение на электролизере 3,3 В, Мембраны, которые извлекают через

30 дн из электролизера, оказались несморщенными, без складок.

Пример 9. Пленка катионнообменной мембраны из сополимера тетрафторэтилена и перфторвинилового эфира, содержащая группы карбоксильного эфира, имеющая толщину 290 мкм, сдавливается между плитами гидравлического пресса в течение 1 мин при

220 С, а давление составляет 175 кг/см .

Мембрану вынимают из пресса и подвергают охлаждению, толщина мембраны становится равной 215 мкм. Вследствие этого площадь поверхности. мембраны увеличивается на 35Х.

Пример 10. Пленку катионообменной мембраны толщиной 290 мкм, как в примере 10, растягивают по двум о осям при 67 С за счет приложения усилия растяжения к противоположным сторонам прямоугольной мембраны. После охлаждения и снятия усилия растяжения толщина мембраны оказалась равной 215 мкм, площадь поверхности увеличилась на 35Х.

Пример 11. Мембраны, изготовленные, как описано в примерах 9 и 10, испытывают в электролизере, описанном в примере 1, в течение 15 дн среднее напряжение на электрализере составляет 3,41 и 3,32 В при использовании мембраны по примерам 9 и 10 соответственно. Средний выход по то.ку 96Х. Через 15 дн. электролиз прекращается, а мембрану извлекают из электролизера.

Мембрана, изготовленная методом сдавливания, имеет складки, а мембрана, изготовленная методом растяжения, оказалась без складок. Следовательно мембрана, изготовленная растягиванием пленки, обладает лучшими характеристиками, позволяющими исключить складкообразование.

1510721

Составитель С.Барабаш

Редактор Н. Чцола Техред Д, Олийнык Корректор С.Черни

Заказ 583 1/58 Тираж 605 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина, 101

Таким образом, установка мембраны в электролизер по предлагаемому способу позволяет снизить напряжение на электролизере на 5-10Х благодаря пред5 отвращению провисания мембран и обра- зования на них складок. Предлагаемые пределы увеличения поверхности мембраны при ее вытягивании обусловлены тем, что при увеличении поверхности меньше 35Х положительный эффект не достигается, а при увеличении поверхности больше 330Х теряется механичес кая прочность мембраны.15

Формула изобретения

1. Способ установки в электролиэер ионообменной мембраиы из пленки сополимера тетрафторэтилена и перфторвн- 20 нилового эфира с сульфокислотными или карбоксильными ионообменными группами, включающий увеличение поверхности пленки при повышенной температуре, крепление ее в жесткую раму электролизера, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью снижения напряжения на электролизере при проведении электролиза эа счет исключения складкообразования мембраны, увеличение поверхности мембраны проводят путем растягивания пленки по одной и/ или двум ее осям до увеличения ее поверхности на 35-330Х.

2. Способ по п. 1, о т л и ч а юшийся тем,что растягиваниепроводят при 20-210 С, 3. Способ по пп. 1 и 2, о т л и— ч а ю шийся тем, что после растягивания пленку выдерживают при температуре растягивания в течение 1

3 мин.