Диафрагменный электролизер для получения хлора и щелочи

Диафрагменный электролизер для получения хлора и щелочи

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1.ДИАФРАГМЕННЫЙ ЭЛЕКТРОЛИЗЕР ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ХЛОРА И ЩЕЛОЧИ содержащий корпус с двумя концевыми монополярными электродами противоположной полярности и расположенными между ними биполярными электродами с катодными и анодными элементами, закрепленными с противоположных сторон несущей токораспределительной основой, образующей с катодными элементами, выполненными из сетки в форме гребенки, с нанесенной на нее диафрагмой, полость, служащую сборником катодных продуктов, хлорное газовое пространство, заключенное между основами соседних электродов и корпусом, штуцера для ввода и вывода электролита и для вывода хлора, отличающийся тем, что, с целью ведения процесса электролиза под давлением и увеличения мощности электролизера, корпус выполнен в виде полого цилиндра из неэлектропроводного материала, в основаниях которого размещены концевые монополярные электроды, герметично скреп- , ленные с цилиндром, в основании каждого биполярного электрода, концевого катодного монополярного электрода и в катодной поверхности выполнено одно или несколько сквозных отверстий , соединяющих сборники катодных продуктов соседних электродов, биполярные электроды установлены с зазором в верхней части и образуют с корпусом канал для вывода хлора.2.Электролизер по п.1, отличающийся тем,- что сквозное отверстие в катодной поверхности выполнено в основаниях одного или нескольких катодных элементов, герметично закрепленных в сквозных отверстиях основы соседнего электрода, образующего общий канал.3.Электролизер по п.1, о т л ичающийся тем, что сквозное отверстие в катодной поверхности выполнено между катодными элементами коаксиально отверстию в основе электрода, в котором герметично закреплен раструб, снабженный сквозными отверстиями на боковой поверхности, соединяющими его внутреннюю полость со сборником катодных продуктов , и состыкованный с патрубком 'установленным в отверстии основы соседнего электрода.4.Электролизер по пп.1-3, о тличающийся тем, что корпус выполнен из двух или более частей, герметично скрепленных между собой.(Лел05к>&ND 1C

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 2155302/26 (22) 15. 07. 75. (46) 15.11.83. Вюл. Р 42 (72) Г.M.Êàìàðüÿí, В.M.Çèìèí и Л.A.Êoñòàíäîâ (53) 661.418.1(088.8) (56) 1. Якименко Л.M. Производство хлора, каустической соды и неорганических хлорпродуктов. М., "Химия", 1974, с.148-151.

2. Патент Японии Р 5, кл. 15 F.

212, 121, 24.10.51. (54)(57) 1.ДИАФРАГМЕННЫЙ ЭЛЕКТРОЛИ3ЕР ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ХЛОРА И ЦЕЛОЧИ содержащий корпус с двумя концевыми монополярными электродами противоположной полярности и расположенными между ними биполярными электродами с катодными и анодными элементами, закрепленными с противоположных сторон несущей токораспределительной основой, образующей с катодными элементами, выполненными из сетки в форме гребенки, с нанесенной на нее диафрагмой, полость, служащую сборником катодных продуктов, хлорное газовое пространство, заключенное между основами соседних электродов и корпусом, штуцера для ввода и вывода электролита и для вывода хлора, отличающийся тем, что, с целью ведения процесса электролиза под давлением и увеличения мощности электролизера, корпус выполнен в виде полого цилиндра из неэлектропроводного материала, в основаниях которого размещены концевые монопо„„80„„562122 А

3(5П С 25 В 1/46 j С 25, В 15/08 лярные электроды, герметично скреп-, ленные с цилиндром, в основании каждого биполярного электрода, концевого катодного монополярного электрода и в катодной поверхности выполнено одно или несколько сквозных отверстий, соединяющих сборники катодных продуктов соседних электродов, биполярные электроды установлены с зазором в верхней части и образуют с корпусом канал для вывода хлора.

2. Электролизер по п.1, о т л ич а ю шийся тем, что сквозное отверстие в катодной поверхности выполнено в основаниях одного или нескольких катодных элементов, герметично закрепленных в сквозных 2 отверстиях основы соседнего электрода, образующего общий канал.

3. Электролизер по п.1, о т л ич а ю шийся тем, что сквозное С отверстие в катодной поверхности выполнено между катодными элементами коаксиально отверстию в основе электрода, в котором герметично зак- реплен раструб, снабженный сквозными отверстиями на боковой поверх- () ностн, соединяющими его внутреннюю полость со сборником катодных продуктов, и состыкованный с патрубком установленным в отверстии основы соседнего электрода.

4. Электролизер по пп.1-3, о т- ЬР л и ч а ю шийся тем, что корпус выполнен из двух или более частей, герметично скрепленных между собой.

562122

Изобретение относится к устройствам, применяемым для электролиза водных растоворов хлоридов щелочных металлов с получением хлора, водорода и щелочи, а именно к биполярн электролизерам диафрагменного 5 типа.

Известен диафрагменный электролизер для получения хлора,и щелочи, в котором биполярные электроды размещаются в общем бетонном корпусе, 10 составляя ряд последовательно включенных ячеек(17.

Наиболее близким из известных является диафрагменный хлорный электролизер биполярного типа, содер-)5 жащий корпус в виде открытой сверху емкости прямоугольной формы с крышками и с размещенными в нем двумя концевыми монополярными электродами противоположной полярности, между которыми установлены биполярные элекроды с анодными и катодными элементами, закрепленными с противоположных сторон несущей токораспределительной основы. По периметру основы приварена полоса, образующая раму биполярного электрода, вставляемую в вертикальные пазы стенки корпуса.

К краям рамы прикреплена катодная сетка, к которой, в свою очередь, прикреплены катодные элементы в виде сплющенных сетчатых коробок. На поверхность катодной сетки и катодных элементов нанесена диафрагма. ArroZный полюс электрода выполнен из графитовых плит, закрепленных парал- Ç5 лельными рядами с другой стороны токораспределительной основы. Внутренние полости катодных элементов биполярного электрода соединены с пространством между токораспреде- 4О лительной основой и катодной сеткой и сбставляет катодное пространство ячейки, служащее сборником катодных продуктов. Водород и электролитическая щелочь выводятся из него через отверстие в раме биполярного электрода. Концевые монополярные электроды имеют устройство, аналогичное соответствующему полюсу биполярного электрода.Токораспределительные основы биполярных электродов разделяют всю емкость на ряд отдельных секций-ячеек. Каждая секция является самостоятельной электрохимической ячейкой, включающей в себя катодный и анодный полюсы соответственно от смежных биполярных электродов. Хлорное газовое пространство заключенэ между основами со.седних электродов и корпусом. Из каждой ячейки продукты электролиза бО выводятся раздельно через штуцера в коллекторы для хлора, щелочи и о водорода. Также раздельно подают в каждую ячейку питающий раствор хлорида щелочного металла. Монопо- g5 лярные электроды служат для ввода и вывода электрического тока с проти воположных торцов емкости соответственно(2 7. Недостатками указанного. электролизера являются невысокая единичная мощность и невозможность проведения процесса электролиза под давлением. Известный электролизер не может быть построен на высокие единичные мощности, так как увеличение его размеров влечет за собой значительное увеличение размеров емкости, а вместе с ними и периметра уплотнения крышек корпуса, герметизирующих хлорное пространство, а также периметра уплотнения устройства для вывода катодных продуктов электролиза (щелочи и водорода), что черезвычайно усложняет конструкцию электролизера и практически исключает возможность достижения необходимой плотности стыков между элементами электролизера. Все известные устройства и способы уплотнения не обеспечивают в условиях высокой коррозионной активности среды (химическая и электрохимическая коррозия, высокая температура ) и при необходимости периодической переборки электролизера достаточной степени герме-. тичности, позволяющей проводить процесс электролиза под давлением.

В то же время проведение процесса электролиза под давлением позволило бы получить хлор высокой концентрации и исключить специальные перекачивающие устройства (компрессоры )для его транспортировки и компримирования.

С целью увеличения единичной мощности электролизера и ведения процесса электролиза под давлением в предлагаемом диафрагменном электролизере корпус выполнен в виде полого цилиндра из неэлектропроводного материала, в основаниях которого размещены концевые монополярные электроды, герметично скрепленные с цилиндром, в основании каждого биполярного электрода, концевого катодного многополярного электрода и

B катодной поверхности выполнено одно или несколько сквозных отверстий, соединяющих сборники катодных продуктов соседних электродов, биполярные электроды установлены с зазором в верхней части и образуют с корпусом канал для вывода хлора.

Сквозное отверстие в катодной поверхности может быть выполнено в основаниях одного или нескольких катодных элементов, герметично закрепленных в сквозных отверстиях основы соседного электрода, образующего общий канал.

Сквозное отверстие в катодной поверхности может быть выполнено между катодными элементами коак562122 сиаль но отверстию в основе электрода, в котором герметично закреплен раструб, снабженный сквозными отверстиями на боковой поверхности, соединяющими его внутреннюю полость со сборником катодных продуктов, 5 и состыкованный с патрубком, установленным в отверстии основы соседнего электрода.

Корпус электролизера может быть выполнен из двух или более частей, 10 герметично скрепленных между собой.

На фиг.1 представлен электролизер, вид сверху; на фиг.3 вЂ, поперечный разрез электролизера) на фиг.4,5 — варианты выполнения биполярного электрода> йа фиг.б вариант устройства для вывода водорода и щелочи.

Электролизер включает в себя корпус 1, биполярные электроды 2, концевые монополярные электроды 3 и 4, токоподводящие шины 5 и б, устройства 7,8 и 9, соответственно для вывода щелочи, водорода и хлора и подачи электролита 9. Корпус 1 выполнен из стеклопластика или любого другого известного хлоростойкого материала или комплекса материалов и ему придана цилиндрическая форма.

Корпус 1 снабжен фланцами 10 для соединения с концевыми монополярными электродами 3 и 4. Биполярный электрод 2 составлен из токораспределительной основы 11 из материала, стойкого к воздействию хлора и катодных 12 и анодных 13 элемен- 35 тов. Основа 11 выполнена в виде металлической плиты из материала, стойкого к воздействию хлора или за-. щищенного от него. Основе придана круглая форма. В верхней части осно- 40 ва установлена с зазором по отношению к корпусу 1. Катодные 12 и анодные 13 элементы закреплены с противоположных сторон основы 11. Анодные элементы 13 могут быть выполне- 45 ны из графита или титановых листов, покрытых активной массой. Катодные элементы 12 выполнены в виде полых сплющенных сетчатых коробок, обращенных Открытой полостью к Основе 11 50

Между катодными элементами 21 и основой 11 расположен сборник 14 катодных продуктов, объединяющий внутренние полости всех катодных элементов

12 и служащий для сбора и дальнейшего нывода щелочи и водорода. Сквозное отверстие в катодной поверхности

Ьыполнено в основании одного или нескольких катодных элементов 12, герметиЧно закрепленных в сквозных отверстиях 15 основы 11 соседнего электрода с образованием общего канала для вывода щелочи и водорода.

Устройство для вывода щелочи и водорода может быть выполнено из серии раструбов 16, приваренных к осно- 65 вам 11 биполярных электродов и соединяющихся с катодными сборниками 14 отверстиями 17, и патрубков 18 из неметаллического материала, прикрепленных с другой стороны к основам 11 шпильками. Патрубки 18 входят в раструбы 16 и уплотняются резиновыми кольцами 19. В сборе все элементы устройства для вывода щелочи и водорода составляют единый герметичный коллектор.

Сборка электролизера производится следующим образом.

При помощи обычных монтажных устройств . (Лебедка, монорельс, домкрат) устанавливаются в корпусе 1 биполярные электроды 2, которые предварительно собираются н комплекты по

3-4 электрода. Комплекты биполярных электродов нводятся во внутрь корпуса так, чтобы устройство для вывода щелочи и водорода всех биполярных электродон стыковались друг с другом, образуя общий канал. Затем устанавливаются концевые монополярные электроды 3 и 4 и стягиваются с корпусом 1. После этого производится технологическая и электрическая обвязка электролизера. К электролизеру подсоединяется сепаратор для разделения водорода и щелочи.

Предложенный электролизер имеет приведенные ниже преимущества.

Использование цилиндрического корпуса и биполярных электродов с основой круглой формы обеспечивает построение электролизера любой практически целесообразной длины и мощности при минимальном, неизменяемом от его размеров периметре уплотнения. Так, независимо от длины (10-20 м ) и мощности электролизера (до 5000 кА ) периметр уплотнения остается неизменным, поэтому электролизер может быть построен без осложнений и специальных мер по герметизации на любую необходимую мощность.

Форма корпуса (цилиндр и минимальный периметр уплотнения обеспечивают высокую герметичность рабочего пространства электролизера и осуществления процесса электролиза под давлением вплоть ло 12 KI /cM при котором из технологической схемы производства хлора исключается не только дорогостоящее и сложное оборудование для KoMTIpHMHpoEBHHR и пере,качки хлора, но и стадия сжижения хлора при помощи искусственного холода. При давлении 12 кг/см конденсация хлор а прои з водит ся с помощью воды.

Применение повышенного давления многократно уменьшает размеры и объем всех хлорных коммуникаций и оборудования по переработке хлора и значительно сокращает стадию осушки хлора, так как влажность хлора с повышением давления уменьшается.

562122

Фаг b

ТехредЖ.Кастелевич Корректор В.Бутяга

Редактор П.Горькова

Заказ 10802/2

Тираж б43 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4