Биполярный электрод для электрохимических процессов

 

ВИПОЛЯРШЛЙ ЭЛЕКТРОД ДЛЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ, имеющий вертикальный основной лист, заключённый в прямоугольную раму, выносной сетчатый анод, выполненный из вентильного металла с нанесенным на него непассивирующимся покрытием, и выносной сетчатый катод, выполненный из коррозионностойкого материала , установленные параллельно основному листу и соединенные электрически , и проставки, размещенные; между основным листом и выносными анодом и катодом по всейих ширине, при этом проставки и основной лист со стороны анода выполнены из вентильного металла, а со стороныкатода - из стали, отличающийся тем, что, с целью сни-жения энергозатрат, проставки выполнены в виде перегородок, проходящих по большей части высоты основного листа и наклоненных поочередно в . ту или иную сторону относительно плоскости, перпендикулярной плоскости электродов, с образованием вер (/ тикальных каналов, при этом отношение площади электрода, заключенной между двумя перегородками, ограничивающими канал, к.площади поперечного сечения этого канала отличается от аналогичного отношения в смежном с ним канале в 1,5-8 раз.

СОКИ СОВЕТСНИХ

5 Л

РЕСПУЬЛИН (Ю (И) (др С 25 В 11/03

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

flD ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 3009404/23-26 (22) 28. 11.80 (31) 27690 А/79 (32) 29. 11. 79 ,(33) Италия ,(46) 23.11.84. Бюп. 9 43 (72) Альберто Пеллегри (Италия) (71) Оронцио де Нора Импианти

Электрохимичи: C.ï.А (Италия) (53) 621.357.1(088.8) (56) 1. Якименко Л.И. и др. Электролиз воды. М., "Химия", 1970, с. 9798.

2. Патент США У 4059216, кл. 228-179, опублик. 22.11.77. (54) (57) БИПОЛЯРНЫЙ ЭЛЕКТРОД ДЛЯ ЭЛЕКТРОХИИИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ, имеющий вер-тикальный основной лист, заключенный в прямоугольную раму, выносной сетчатый анод, выполненный из вентнльного металла с нанесенным на него непассивирующимся покрытием, и выносной сетчатый катод, выполненный нз коррозионностойкого материала, установленные параллельно основному листу и соединенные электрически, и проставки, размещенныемешду основным листом и выносными анодом и катодом по всей их ширине, при этом проставки и основной лист со стороны анода выполнены из вентильного металла, а со стороны ка-. тода - из стали, отличаюшийся тем, что, с целью сни-жения энергозатрат, проставки выполнены в виде перегородок, проходящих по болыпей части высоты основного листа и наклоненных поочередно в ту или иную сторону относительно плоскости, перпендикулярной плоскости электродов, с образованием вертикальных каналов, при этом отношение площади электрода, заключенной меаду двумя перегородками, ограничивающими канал, к площади поперечного сечения этого канала отличается от аналогичного отношения в смежном с ним канале в 1,5-8 раз.

112б 210

30

Целью изобретения является снижение энергозатрат при эксплуатации электрода за счет улучшения циркуляции электролита.

Указанная цель достигается тем, 55 что в биполярном электроде для электрохимических процессов, имеющем вертикальный основной лист, saИзобретение относится к технологии электрохимических производств, в частности к конструктивным элементам электролизеров фильтрпрессного типа, используемых, например, для получения хрома и щелочи путем электролиза хлоридов щелочных металлов, а также для других электролитических процессов, где имеет место выделение газов °

Известен биполярный электрод, включающий основной лист, заключенный в прямоугольную .раму, и выносные перфорированные анод и катод, установленные параллельно основному листу и соединенные электрически„ при этом, на выносной анод и основной лист со стороны анода нанесено непассивирующееся покрытие fl) ..

Недостатком такого электрода является повышенный расход электроэнергии при его эксплуатации в связи с высокой степенью газонаполнения электролита, обусловленной незначительной внутренней циркуляцией электролита в каждом из электродных пространств.

Известен также биполярный электрод, состоящий из основного листа и выносных сетчатых электродов, расположенных на некотором расстоянии от основного листа и параллельно ему и соединенных электрически. Выносной сетчатый анод и основной лист со стороны анода выполнены из вен35 тильного металла с нанесенным на него непассивирующим покрытием, катод и сторона основного листа, обращенная к катоду, — из коррозиоиностойкого материала. Между основным листом и электродами по всей их ширине установлены металлические перегородки t2j .

Знергозатраты при работе известного электрода достаточно высоки, так как перегородки между основным листом и электродами лишь в небольшой степени улучшают циркуляцию электролита, снижая его газонаполнение.

50 ключенный в прямоугольную раму, выносной, сетчатый анод, выполненный из вентильного металла с нанесенным на него непассивирующимся покрытием, и выносной сетчатый катод, выполненный из коррозионностойкого материала, установленные параллельно основному листу и соединенные электрически, и проставки, размещенные между основным листом и выносными анодом и катодом по всей их ширине, при этом проставки и основной лист со стороны анода выполнены из вентильного металла, а со стороны катода — из стали, проставки выполнены в виде перегородок, проходящих по большей части высоты основного листа и наклоненных поочередно в ту или иную сторону относительно плоскости, перпендикулярной плоскости электродов,<с образованием вертикальных каналов, при это отношение площади электрода, заключенной между двумя перегородками, ограничивающими канал, к площади,поперечного сечения этого канала отличается от аналогичного отношения в смежном с ним канале в 1,$-8 раз.

Сущность изобретения заключается . в том, что перегородки, проходящие почти по всей высоте электродного пространства и имеющие ширину, равную толщине электродного пространства, наклоненные поочередно в ту или иную сторону относительно вертикальной плоскости, перпендикулярной плоскости электродов, разделяют все электродное пространство на ряд вертикальных каналов и, благодаря тому, что отношение площади электрода, заключенной между перегородками, ограничивающими канал, к площади поперечного сечения этого канала, отличается от такого же отношения в смежном канале, в электролите образуются многочисленные рециркуляционные течения, эффективно перемешивающие всю массу электролита в электродном пространстве.

В зависимости от площади электро да, заключенной между двумя перегородками, газонаполнение: электролита в двух смежных каналах различно, что обуславливает возникновение разнонаправленных течений, захватывающих всю массу электролита.

Высокая скорость циркуляции обеспечивает однородный состав электро3 1126210 4 лита по всей поверхности электрода . между желобами таковы, что отношеи, следовательно, оптимальные уело- ние участка поверхност С хности анода вия его работы, что особенно важно заключенного между к между краями стенок. при работе с BblcoKHMH плотностями 3й и ЗЬ желоба жело а, к площади попе-, тока. Использование в процессе всей 5 речного сечения желоб жело а отличается от площади электрода в оптимальном режи-. отношения участка поверхности аноме позволяет повысить выход продух- да Э заключенного ме

У ого между стенками та по току, исключить нежелатель- 3 g и 3 к площади поперечного ные побочные реакции, вызванные кон- сечения смежного желоба 1 ° 5-8 о а в, — раз. центрационными градиентами в элек- 10 Например, при высоте желоба около тролите и, в конечном счете, сни- 1 м указанные отношения отношения в .двух со-. зить энергозатраты в процессе элек- седних желобах должны должны отличатьея тролиза. в 3-5 раз.

На.фиг. 1 показаны два биполярные . налогично анодной стоРоне бипоэлектроды с установленной между - 15 лнрного электРОДа с катоДной стоР н диафрагмой, в сверху; на . ны. желательно напротив соответству-, фиг. 2 — фрагмент биполярного электрода на фиг. 3 — биполярн и электрод тРапецеидальные желоба 5 толщиной в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения, вид евер- 20 келЯ дРУгого матеРиала, стойху; на фиг. 4 и 5 — биполярный элек- воздействию щелочи и вОдоРода. трод, вид с анодной стороны.

Катод 6 представляе собой сетку или, Биполярный электрод состоит из по истый лист иэ основного листа 1, выполненного би- ДРУгого коРРозиоиностойкого матеметаллическим, например из толстого

ы риала. листа стали 1о ици другого катод- ПРи .сбоРке. электуолизеРа междУ ного матери а тол ной примерно анодной сеткой биполярного электрода

7-15 мм, и тонкого листа 1 титана д о сеткой смежного.с ним и и другого вент ьного мета а электрода устанавливаю1 диафрагму 71 толщиной 1-2,5 мм. Прямоугольная З0 o P может пРедставлЯть собой рама 2 сварена из стального проката толщиной 15-30. м . поверхность paw Ñî жуя пакета электродов в электростороны анодного пространства по. — лизере иногда достаточно для фикси-, крыта тонким листом 2 титана или Р ниЯ жело ов s электРоднЫХ пРостдругого вентильного металла, герме- ранствах без привариваиия их к

5 элект о ам тично приваренного к листу 1 b осионного листа.

На фиг. 3 показан вариант выпол- .

К "итаново листу 1 b приварены пения желобов 7 -образного сечения. трапеце, ьные желоба 3 из ли,,а лектРический конт "т с сетчати

Э титана толщиной i 5-3 мм. Желоба про- 40 электРодами обеспечиваетсЯ пРиваРкой ходят вертикально почти по всей вы- электродных сеток к вершинам желосоте анодного пространства и закан- ов. Такан констрУкции пРеДпочти бов. Так чиваются на расстоянии не менее тельна

3 см от внутренней поверхности рамы ны быть отнесены на некотоРое РасЖелоба Равномерно, с некоторый проме-45 жутком между ними, размещены .по всей к желобам. ширине анодного пространства. Анод 4 алы могУт представляет собой сетку или пористый лист титана í другого вентиль- вша желобов» но и привариванием ного MeT a, noKpMToro c oeM не - 50 сивирующегося материала, в качестве верхности основного листа. которых могут быть использованы На фиг. 4 и 5.показаны различные окислы металлов платиновой группы варианты выполнения перегородок, или окислы неблагородных металлов; ..наклоненных в ту или. другую сторону например певовскиты, шпинели и др. 55 относительно плоскости, перпендику5 зависимости от толщины анодного лярной плоскости электродов как

Ф пространства я наклон боковых стенок в поперечном, так и в продольном на3 ц и 3 желобов 3 и расстояние 8 правлении.

1126210 геометрические размеры: толщина анодного и катодного пространства составляла 2 см, высота электрода 100 см, ширина 150 см, вертикальная протя5 женность желобов 90 см, соотношение указанных отношений двух смежных каналов составляло 3:5. В электролизере, включающем два биполярных электрода, установлеиных между концевыми

10 монополярными анодом и катодом и разделенных катионообменной мембраной, проводился электролиз хлорида натрия-при концентраЦии 300 г/Jl>

yN 3 5, 90 С и плотности тока

1э 2500 А/м . Концентрация анолита на .выходе из анодных пространств составляет 160 г/л, концентрация католита на выходе иэ катодных пространств20Х. Напряжение на ячейке было 3,9 В, выход о току - 93X.

И в том и в другом случае газ, заключенный между перегородками, ограничивающими канал; вынужден идти через проходное сечение, отличающееся от проходного сечения смежного с ним канала, в результате чего плотность пузырьков газа будет различной, что вызовет движение вверх электролита в канале с более высокой плотностью пузырьков газа и одновременно движение вниз элек" тролита в соседнем канале, в результате чего возникают рециркуляционные течения электролита.

Предлагаемый интервал отличйя .отношения площади электрода, заключенной между двумя перегородками, ограничивающими канал, к площади поперечного сечения этого канала от аналогичного отношения смежного с ним канала в 1,5-8 pas объясняется тем, что при значении йиже 1 ° 5 обьемная газовая фракция в двух прилегающих каналах становится практически одинаковой, и исчезает. движущая сила, И определяющая циркуляцию электролита,. а при значении выше 8 циркуляция электролита настолько велика, что затру;,нено отделение, газовой фазы, захваченной жидкостью, особенно в зп нисходящих. электролитических потоках.

Был использован электролизер с использованием предлагаемых биполярных электродов, имеющих следующие

При испытании электролизера, снабженного биполярными электродами с такими же геометрическими размерами, но без желобов, обеспечивающих циркуляцию, при тех же параметрах проведения процесса напряжение на ячейке составило 4, 1 Â., выход по току — 88X.

Твким образом, использование биполярных электродов предлагаемой конструкции, по сравнению с известными биполярными электродами позволит

;приблизительно на 5-6Ж снизить затра,ты электроэнергии.

1126210

За

1126210

1126210

ЯЬ

Составитель Т.Гуменюк

Техред М. Гергель

Корректор А.Обручар

Редактор В.Данко

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

Заказ 8568/46 Тираж 632 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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