Моторизованное устройство и способ для регулировки межэлектродного зазора в электролизерах с ртутным катодом

Моторизованное устройство и способ для регулировки межэлектродного зазора в электролизерах с ртутным катодом

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу и устройству для защиты электролизеров типа, имеющего ртутный катод, от внутренних коротких замыканий, которые могут иметь место между анодной структурой и жидким катодом из ртути (амальгамой) из-за изменений в уровне амальгамы, вызванных накоплением постороннего вещества, в частности железных частиц, или отклонениями в потоке амальгамы, вызванными коррозией поверхности днища электролизера, или нарушением нормальной работы насоса для рециркуляции ртути.

В соответствии с настоящим изобретением в случае, если зазор между ртутным катодом и анодами упадет ниже предела безопасности в отношении какой-либо области активной поверхности, и при этом интенсивность (сила) местного тока достигнет опасного уровня, электромеханическая система (моторизованное устройство), управляемая компьютером, обрабатывающим данные напряжения и тока, обеспечивает выполнение автоматизированного подъема одного или более рядов анодов.

Более того, с тем, чтобы минимизировать энергопотребление, непосредственно связанное с межэлектродным зазором, электромеханическая система настоящего изобретения, управляемая компьютером, обрабатывающим данные напряжения и тока, обеспечивает опускания одного или более рядов анодов, чтобы восстановить межэлектродный зазор на минимальном предварительно заданном уровне безопасности.

Уровень техники

В типичном электролизере с горизонтальным ртутным катодом типа, проиллюстрированного, например, на фиг.1 и 2, ранее были использованы несколько типов устройств для регулировки анода, такие как описано ниже.

Составные рычаги: эта система, также называемая системой типа "крылья чайки", представляет собой полностью подвижное устройство, состоящее из прямоугольной рамы и трех двойных рычагов, один простирается вдоль продольной оси, а два других рычага простираются вдоль поперечной оси электролизера, при этом каждый рычаг снабжен двумя плечами. В этом случае перемещение рамы представляет собой комбинацию смещения как продольных, так и поперечных рычажных систем. Такое устройство является сложным, дорогим и пригодным лишь для крупногабаритных рам, несущих три или четыре ряда анодов, перемещающихся все вместе, и, следовательно, является низкоэффективным в отношении энергосбережения, так как локализованное управление зазором оказывается невозможным.

Четыре винтовых домкрата: эта система состоит из рамы, снабженной четырьмя винтовыми домкратами, размещенными в углах рамы, и двух редукторных двигателей, каждый из которых запускает два винтовых домкрата. Опять-таки в этом случае система из-за ее стоимости может быть экономично использована лишь в случае крупногабаритных рам, несущих три или четыре ряда анодов, и, следовательно, она является низкоэффективной системой, как было объяснено выше.

Торсионный стержень: эта система состоит из прямоугольной рамы с двумя валами, установленными под двумя более короткими сторонами. Два вала приводятся во вращение посредством редукторного двигателя, воздействующего посредством червяка на два плеча, каждое из которых подсоединено к одному валу. Поскольку каждый вал имеет две плиты, приваренные около торцов подшипника на четырех несущих колоннах, при вращении валов начинается смещение всего устройства. Эта система не может гарантировать очень точного управления скоростью подъема.

Зубчатые колеса и цепи: эта система включает в себя раму, прикрепленную к четырем имеющим резьбу стержням, и она смещается в вертикальном направлении посредством четырех зубчатых колес, поворотно установленных на них, все они соединены цепью, при этом одно из них приводится в движение редукторным двигателем. Эта система не может обеспечить необходимую точность перемещений из-за ослабления натяжения и износа цепей со временем.

Сущность изобретения

Целью настоящего изобретения является обеспечение моторизованного устройства, пригодного для регулировки анодов таким образом, чтобы предотвратить короткие замыкания в электролизерах с ртутным катодом, а также чтобы разорвать случайные короткие замыкания, прежде чем произойдет повреждение анодных структур.

Другой целью настоящего изобретения является существенное снижение энергопотребления, непосредственно связанного с протяженностью межэлектродного зазора, обеспечение средств для регулировки расстояния между одним или более рядов анодов и жидким катодом из ртути для того, чтобы свести межэлектродный зазор к минимальному, предварительно установленному пределу безопасности.

Другой целью настоящего изобретения является преодоление недостатков вышеупомянутых систем уровня техники путем обеспечения нового моторизованного устройства, пригодного для регулировки анодов и имеющего следующие главные признаки и преимущества:

низкая стоимость,

упрощенная и прочная механическая конструкция,

точность смещения,

оптимизированная скорость смещения,

упрощенная сборка,

смещение одного ряда анодов.

Другой целью настоящего изобретения является обеспечение моторизованного устройства, пригодного для регулировки анодов, с эффективным управлением оптимизированным межэлектродным зазором благодаря возможности смещения одного ряда анодов и простой работе под управлением компьютера на основе измерений тока и напряжения.

Описание изобретения

На фиг.1, 2 и 3 показан типичный электролизер с ртутным катодом, и эти фигуры представляют собой следующее:

фиг.1 - схематический вид в плане, показывающий размещение рядов анодов,

фиг.2 - продольный вид сбоку, показывающий траекторию рециркуляции ртути, и

фиг.3 - поперечное сечение моторизованного устройства настоящего изобретения.

Электролизер, в общем, снабжен множеством рядов анодов, каждый из которых состоит из одного и вплоть до трех отдельных анодов. Фиг.1 и 3 показывают электролизер с ртутным катодом, снабженным 16 рядами анодов, причем каждый ряд состоит из трех анодов. Токовая нагрузка подается к электролизеру через медные шинопроводы 11, выступающие из днища смежного электролизера и подсоединенные к каждому ряду анодов посредством медных гибких проводов 12, прикрепленных к медным ножкам 13 трех анодов.

Во впускном оконечном коробе 14 ртуть, выполняющая функцию жидкого катода, распределяется по всей ширине электролизера и протекает поверх днища 9 электролизера, собранного с надлежащим уклоном, в направлении к выпускному оконечному коробу 15. Во впускном оконечном коробе к электролизеру также подается рассол, например рассол хлористого натрия или хлористого калия.

В нижеприведенном описании дана ссылка на случай электролиза рассола хлористого натрия, но, разумеется, те же самые соображения могут быть приведены для других электролитов, таких как, например, рассол хлористого калия.

В электролизере на анодах образуется газообразный хлор, тогда как на катоде образуется ртутно-натриевая амальгама. Хлор, собирающийся в газовом пространстве между рассолом и гибкой крышкой 16 электролизера, выпускают над уровнем рассола через впускной оконечный короб. Ртутно-натриевая амальгама, образованная в электролизере и собранная в выпускном оконечном коробе, протекает по линии 17 к разлагателю 18, где имеет место реакция между амальгамой и деминерализованной водой, подаваемой к разлагателю через сопло 21, при этом образуются каустическая сода и водород, которые покидают электролизер раздельно из верхней части разлагателя через сопла 19 и 20. Ртуть, освобожденная от натрия и собранная на днище разлагателя, откачивается назад к впускному оконечному коробу посредством насоса 22 через линию 23. Обедненный рассол с некоторым количеством растворенного хлора покидает электролизер через выпускной оконечный короб.

Фиг.3, на которой представлено воплощение моторизованного устройства настоящего изобретения, показывает подробное поперечное сечение вышеупомянутого электролизера с ртутным катодом.

Фиг.4 показывает вид в плане варианта воплощения по фиг.3.

Фиг.5 представляет собой поперечное сечение А-А по фиг.4, показывая дополнительные детали.

Фиг.3, 4 и 5 показывают устройство для регулировки анода, по существу, состоящее из двух частей.

Первая часть, прикрепленная к главной раме 8, включает в себя рычажную систему, состоящую из опорных подшипников 5, плеч 6 и 7 рычага и двух валов 24, а также из винтового домкрата 3 и редукторного двигателя 4. Главная рама 8 установлена на днище 9 электролизера посредством колонн 25, включающих плиты 26, которые изолируют главную раму от днища электролизера, а также снабженных имеющими резьбу стержнями 27 для регулировки уровня главной рамы.

Вторая часть образована из подвижной рамы (или подрамника) 1, несущей три анода 2 одного отдельного ряда.

Две части соединены четырьмя шарнирами 10, каждый из которых состоит из вилки с имеющим резьбу стержнем и двух гаек для того, чтобы иметь регулируемые соединения в вертикальном направлении к подрамнику 1, который снабжен отверстиями с размерами, большими, чем имеющие резьбу стержни шарниров 10, так чтобы обеспечить возможность регулировки также в горизонтальном направлении.

Компоненты системы (главная рама, рычаги, подрамник) могут быть выполнены из углеродистой стали, защищены эпоксидной краской, за исключением имеющих резьбу частей, которые могут иметь гальваническое покрытие и могут быть защищены консистентной смазкой.

Вышеупомянутые компоненты могут быть изготовлены с использованием стандартных профилей, тогда как редукторные двигатели, винтовые домкраты, опорные подшипники и шарниры могут быть приобретены на рынке. Это обеспечивает возможность дешевого производства моторизованной рамы настоящего изобретения.

Работу моторизованного устройства можно кратко изложить следующим образом. Когда система централизованного управления посылает входной сигнал на подъем или опускание анодов одного ряда, включается двигатель 4, и он запускает через редуктор (коробку передач) винтовой домкрат 3. Винтовой домкрат смещает в вертикальном направлении два более длинных плеча 6 рычагов, подсоединенных шарнирно к имеющему резьбу стержню винтового домкрата. Каждый рычаг 6 приварен к одному из двух валов 24, прикрепленных к главной раме посредством двух опорных подшипников 5. Каждый вал 24 вместе с двумя опорными подшипниками 5 становится таким образом одной из двух точек опоры системы двойного рычага.

Вращение двух плеч 6 рычагов и, следовательно, двух валов 24 обеспечивает вращение четырех более коротких плеч 7 рычагов, которые поднимают или опускают подрамник 1, на котором подвешены аноды.

Соотношение между подъемом или опусканием имеющего резьбу стержня винтового домкрата и смещением анодов определяется соотношением между длинами более длинных плеч 6 рычагов и более коротких плеч 7 рычагов. Это соотношение предпочтительно составляет от 3/1 до 4/1.

Перемещение подъема или опускания зависит от направления вращения двигателя, задаваемого системой централизованного управления. Мгновенная скорость смещения является постоянной и зависит от скорости вращения двигателя и от передаточного числа, тогда как общая величина смещения является функцией частоты следования импульсов, подаваемых к двигателю системой централизованного управления. Мгновенная скорость смещения подрамника 1 (т.е. анодов) может предпочтительно составлять величину в диапазоне от 0,3 до 0,6 мм/с. Общее смещение анодов предпочтительно лежит в диапазоне от 30 до 50 мм.

Специфические варианты воплощения изобретения, описанные выше, предназначены лишь для иллюстрации изобретения, и не ограничивают его объема патентной охраны, который определяется исключительно прилагаемой формулой изобретения.

Термин "включать в себя (содержать)", употребляемый в тексте описания и формуле изобретения, а также его вариации, такие как "включающий в себя", "содержащий", не исключают присутствия других дополнений, компонентов, целых структурных элементов или операций.

1. Моторизованное устройство для регулировки межэлектродного зазора в электролизерах с ртутным катодом, содержащее по меньшей мере один подрамник, к которому подвешен по меньшей мере один анод, подвижный в вертикальном направлении за счет одного винтового домкрата, приводимого в движение по меньшей мере одним редукторным двигателем, запускающим систему двойного рычага, при этом упомянутый винтовой домкрат с упомянутым по меньшей мере одним редукторным двигателем прикреплены к главной раме, опирающейся на днище электролизера, упомянутая система двойного рычага приварена к паре валов, прикрепленных к главной раме посредством опорных подшипников, упомянутый подрамник подсоединен к плечам упомянутой рычажной системы посредством шарнирных опор.

2. Моторизованное устройство по п.1, в котором упомянутая система двойного рычага содержит два более длинных плеча рычагов и четыре более коротких плеча рычагов, при этом соотношение упомянутых более длинных плеч рычагов к упомянутым более коротким плечам рычагов находится в диапазоне 3:1 - 4:1.

3. Моторизованное устройство по п.1 или 2, в котором упомянутая главная рама опирается на упомянутое днище электролизера посредством колонн, снабженных плитами, электрически изолирующими упомянутую главную раму от упомянутого днища электролизера.

4. Моторизованное устройство по п.1 или 2, в котором упомянутый по меньшей мере один анод представляет собой единственный ряд анодов.

5. Моторизованное устройство по любому из предыдущих пунктов, в котором упомянутый редукторный двигатель подсоединен к системе централизованного управления, которая приводит в действие упомянутый редукторный двигатель для предотвращения или разрыва коротких замыканий.

6. Моторизованное устройство по любому из пп.1-4, в котором упомянутый редукторный двигатель подсоединен к системе централизованного управления, которая приводит в действие упомянутый редукторный двигатель для сведения к минимуму межэлектродного зазора и снижения энергопотребления.

7. Способ регулировки межэлектродного зазора в электролизере с ртутным катодом, включающий в себя приведение в действие моторизованного устройства по п.1 или 2 посредством системы централизованного управления и смещение анодов в вертикальном направлении.

8. Способ по п.7, в котором упомянутое смещение анодов имеет скорость в диапазоне между 0,3 и 0,6 мм/с.

9. Способ по п.7 или 8, в котором смещение упомянутых анодов лежит в диапазоне между 30 мм и 50 мм.