Диафрагменный электролизер для получения хлора и щелочи

Диафрагменный электролизер для получения хлора и щелочи

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

Оп ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (11 567771 (61) Дополнительное к авт. свиа-ву (22) Заявлено14.04,75 (21) 2122952/26 с присоединением заявки № 2124810/26 (23) Приоритет (43) Опубликовано.05.08.77 Бюллетень № 29 (45) Дата опубликования описания 12.09 ° 77

2 (51) М. Кл.

С 25 В 1/46

С 25 В 11/02

Государственный комитет

Соната Министров СССР оо делам изобретений и открытий (53) УДК 681„.418.1 (088.8) (72) Автор изобретении

Г. М. Камарьян (71) Заявитель (54) лиАФРАГменный элякт1опизВ1 для полУчыния

ХЛОРА И ЩЬП0-1И

Изобретение относится к устройствам, применяемым для электролиза водных рас воров хлоридов щелочных металлов с получением хлора, щелочи и водорода, а именно к биполярным электролизерам диафраг- к

ыенного типа.

Известен электролизер для электролиза водных растворов хлористых солей щелочных металлов с диафрагмой и биполярными электродами гребенчатого типа с анодным щ полюсом из графитовых плит и катодным полюсо . из полых сетчатых и перфорированных металлических элементов, покрытых диафрагм ой.

Биполярные электроды со стороны катод- 1н ного полюса вмонтированы в коробообразную камеру, герметично стыкованную по торцам с вертикальной несущей токораспределительной стенкой смежных биполярных электродов, образуя ряд замкнутых отсеков с пространством для электролита и газообразного хлора j1)

Наиболее близким решением из известных является диафрагменный хлорный электролизер биполярного типа, содержащий корпус в виде открытой сверху емкости прямоуголь-р ной формы с крышкой и размещенными в нем двумя концевыми монополярными электродами противоположной полярности, между которыми установлены биполярные электроды с анодными и катодными элементами, закрепленными с противоположных сторон несущей ток ораспределительной основы. По периметр ру основы приварена полоса, образующая раму биполярного электрода, вставляемую в вертикальные пазы стенки корпуса. К краям рамы прикреплена катодная стенка, к которой, в свою очередь, прикреплены катодные элементы в виде сплющенных сетчатых коробок.

На поверхность катодной сетки и катодных элементов нанесена диафрагма. Анодный полюс электрода выполнен из графитовых плит, закрепленчых параллельными рядами с другой стороны токораспределительной основы.

Внутренние полости катодных элементов биполярного электрода соединены с пространст вом между токораспределительной основой и катодной сеткой и составляют катодное пространство ячейки, служащее сборником катодных продуктов. Водород и электролити567771 ческая шелочь выводятся из него через отверстие в раме биполярного электрода.

Концевые монополярные электроды имеют устройство, аналогичное соотъетствуюшему. полюсу биполярного электролиза

Токораспределительные основы биполярных электродов разделяют всю емкость на ряд отдельных ячеек-секций. Каждая секция являет ся сам остоя тель ной. алек гр охим ическбй ячей- кой, включаюшей катодный и анодный полюсы со.ответственнб от смежных биполярных электродов.

Хлорное газовое пространство заключено между основами соседних электродов и корпусом.

Иэ каждой ячейки продукты алектролиэа вывОдятся раздельно через штуцера в коллек 15 торы для хлора, шелочи и водорода. Также раздельно подают в каждую:ячейку питаюший раствор хлорида шелочного металла.

Монополярные электроды служат дця ввсь. да электрического тока с противоположных тбрцов емкости соответственно.

Рабочие поверхности анодных и катодных элементов известных биполярных электродов расп ол ожены ве ртикальн о (2) .

Недостатками указанного электролизера являются невысокая единичная мощность и повышенный расход электроэнергии. Увели чение cro размеров, а вместе с тем периметра уплотнения крышек корпуса, гермети эируюших хлорное пространство, а также периметра уплотнения устройства для вывода катодных пр одуктов электролиза (шелочи и водорода) усложняет конструкцию электролизера и практически исключает возможность достижения необходимой IIJIDTHocти стыков между элементами электролизера.

Известный биполярный электролизер работает при значительном межэлектродном расстоянии и может развиваться преимушест- 4О венно за счет нарашивания длины его токораспределительной основы и соответственно увеличения числа катодны:с и анодных элементов, прикрепленных к ней. Вместе с тем развитие и длину биполярного электрода при- 45 водит к его значительному утяжелению, что усложняет ч онтаж и дем онтаж электролизера с применением тяжелого подъемно-транспорт, ного оборудования при необходимости собгподения заданной точности установки электродов с определенным межэлектродным расстоянием.

Целью настояшего изобретения является повышение единичной мошности электролизера и уменьшение расхода электроэнергии, Указанная пель достигается тем, что катодные элементы выполнены с внутренней полостью, сужающейся снизу вверх, и снаб60 жены ребрами из неэлектропроводного материала, закрепленными на внешней верхней стороне элементов и служащими для фиксации межэлектродного расстояния, а анодные элементы выполнены в виде одной или нескольких перфорированных пластин с плоской или криволинейной поверхностью, закрепленных на токоподводе, жестко связанном с токораспре делительной плитой, и образующих с ним полость, расширяющуюся снизу вверх.

Анодный элемент может быть закреплен на токоподводе через гибкий токопровод.:

Токораспределительная плита может быть выполнена сборной иэ отдельных блоков.

На фиг. 1 изображен предлагаемый биполярный алектрод, общий вид; на фиг. 2 катодные элементы; на фиг. 3 - 8 — анодные элементы; на фиг. 9 — 14 — совмешенные катодные и анодные алементы..

Биполярный алектрод включает в себя несушую токораспределительную основу 1, сборник 2 катодных продуктов, катодный полюс

3, анодный полюс 4, анодный токоподводдержатель 5, устройство 6 для вывода катодных продуктов алектролиза.

Токораспределительная основа 1 электрода может быть выполнена биметаллической (сталь-титан, алюминий-титан, медь-титан и т. д.) или из трех металлов (например, сталь-медь-титан). Возможно использование плиты из стали, зашишенной любыми известными материалами (гуммировка, футеровка и т.д.).

Сборник катодных продуктов образован . поверхностью основы и внутренней поверхностью катодного полюса и представляет .собой замкнутую полость, в которой собираются катодные продукты в процессе электролиза. Катодный полюс 3 состоит из комплекта кагодных элементов 7 и 8, расположенных в определенном порядке с одной стороны основы 1. Катодные элементы могут быть выполнены из металлической сетки (элемент 7) или из перфорированного листа (элемент 8) в виде полых коробок переменного сечения, имеюших в вертикальном се«« чении форму трапеции, треугольника или сферы с внутренней полостью, сужеюшейся снизу вверх. Катодные алементы электрически и механически прикреплены к основе

1 любым известным способом.

Анодный полюс 4 образован из комплекта анодных элементов 9, в определечном порядке расположенных с противоположной катодному полюсу 3 стороны основы 1.

Анодные элементы 9 включают в себя токоподвод-держатель 5 и рабочие элементы г;677 1

10, которые крепятся непосредственно к токоподводу 5 или через штангу ll, Рабочий элемент 10 выполнен:вформе полого, открытого сверху клина с перфорированными наклонными стенками - полуэлементами, расходящимися под определенным углом снизу вверх по обе стороны от токоподвода-держателя 5. Рабочий элемент 10 может быть выполнен из титанового листа, титановой сетки, титановых прутков любой 10 формы, покрытых активной массой, Полуэлементы могут быть выполнены цельными из, нескольких частей по высоте, сомкнутыми в вершине угла или разомкнутыми снизу. Соединение полуэлементов в 15 нижней части может иметь любую криволи» нейную форму. Сами анодные элементы так-, же могут быть выполнены с криволинейной поверхностью.

Рабочие элементы 10 непосредственно, д> прикреплены к гокоподводу-держателю 5, который служит для подвода тока к цолуэлементам и фиксации их в заданном положении. В свою очередь, токоподвод-держатель 5 механически прикреплен к основе 1. Крепление рабо- 25 чих элементов к токоподводу-держател|о обеспечивает им способность изменять свое пространственное положение при внешнем воздействии, r.e. yron наклона. В целях повышения равномерности питания током 30 рабочих элементов 10 к разным точкам поверхности их полуэлементов с внутренней стороны могут быть прикреплены гибкие токоподьоды, отходящие от токоподвода -дер жателя 5. 35

Фиксирующее устройство 12 может быть выполнено в виде хомута V -образной формы из неэлектропроводного материала, стойкого к хлору (стеклопластик, текстолит, асбоцемент и т.д.) и плотно установленного на верхнем торце катодного элемента.

При установке анодных элементов между катоднь9чи элементами фиксирующее устройство 12 при неточной сборке или изготовле- 4> нни деформирует нужным образом анодные элементы и направпяет их в требуемое положение.

Деформации эти находятся в пределах пружинис-тости рабочих лолуэлементов.

Предложенный электролизер позволяет 50 увеличить линейный ток до 200-250 кА и выше и обеспечить суммарную нагрузку на электролизер до 7000-7500 кА, конст рукция и форма катодныУ н анодных элементов и направление наклона их рабочей поверх- 5 ности обеспечивают независимость газонаполнения межполюсного (межэлектродного) пространства от высоты биполярного электрода. Это обеспечивается за счет быстрого и организованного удаления пузырьков хлора с 60 поверхности анодных элементов, на которых газ выделяется, и вывода его во внутреннее пространство анодных элементов с последующим направлением s газовое пространство электролизера. Такой эффект достигается сочетанием подъемной силы пузырьков хлора с направлением уклона анодной поверхности, ступенчатой перфорацией анод ных элементов н постепенно расширяющейся снизу вверх и открытой сверху внутренней полостью анодных элементов, свободно сообщающейся с хлорным газовым пространством электролизера, благодаря чему биполярные электр еды могут быть выполнены гораздо большей высоты, например, М 50-757 выше, чем известные биполярные электроды.

Предлагаемый электролнзер обеспечивает равномерность межполюсного расстояния по всей поверхности электродов и минимальную газонаполненность электролита в межэлектродном пространстве, что позволяет улучшить межполюсное расстояние на 40-50% против обычного со значигельным снижением рабочего напряжения - . расход электроэнергии снижается на,,140-150 квт-час на 1 т хлора.

Выполнение как монополярного, так и биполярного электродов предложенной конструкции с токораспределительной плитой„состоящей из отдельных блоков, обеспечивает уве личение длины электродов без ухудшения условий их изгЬтовления, монтажа и демонтажа и рабочих характеристик.

Формула изобретения

1, Днафрагменный электролизер для получения хлора и щелочи, включающий емкость с размещенными в ней монополярными электродами н расположенными между ними биполярными электродами, содержащими токораспределительную плиту с прикрепленными K ней с взаимно:противоположных сторон катодными элементами, выполненными в виде сетчатых коробок, и анодными элементами, о т л н ч а ю шийся тем, что, с целью повышения единичной мощности зпектролнзера и уменьшения расхода электроэнергии, катодные элементы выполнены с внутренней полостью, сужающейся снизу вверх, и снабжены ребрами из неэлектропроводного материала, закрепленными на ьнешней верхней стороне элементов и служащими для фиксации межэлектродного расстояния, а .анодные элементы выполнены B виде одной илн

567771 нескольких перфорированных пластин с плос«ой или криволинейной поверхностью, закрепленных на токоподводе, жестко связанном с токораспределительной плитой, и образующих с ним полость, расширяющуюся снизу вверх.

2. Электролизер по и. 1, о т л и ч а ю,шийся тем, что анодный алемент закреплен на токоподводе черее гибкий токопровод, 1О

3. Электролизер по пп. л и ч а ю шийся тем, что токораспределительная плита выполнена сборной из отдельных блоков.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 292383, М.кл. В01К 1/00, 16.02,63.

2. Патент Японии ¹ 5, кл. 15 Р 212.

121, опубл. в 1951 r.

567771

1 Х Риг. 1Р

70 дуиг. !р

Составитель Ф. Львович

Редактор Л. Жаворонкова Техред 3. Фанта Корректор С, Шекмао

Заказ 2696/20 Тираж 646 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам, изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4