Диафрагменный электролизер с верхним токоподводом

Авторы патента:

ГАЛАНЦЕВА ТАТЬЯНА ВИКТОРОВНА

БОРБАТ ВЛАДИМИР ФЕДОРОВИЧ

ГОНЧАРЕНКО ЕВГЕНИЙ ПЕТРОВИЧ

АНИСИМОВА НИНА НИКОЛАЕВНА

ЧАЛКИН ИЗОСИМ АЛЕКСЕЕВИЧ

ГЛУМИЛИН ВЛАДИМИР АЛЕКСЕЕВИЧ

РУБЦОВ ВАЛЕРИЙ ПАВЛОВИЧ

C25B9/06 - Электролитические способы; электрофорез; устройства для них (электродиализ, электроосмос, разделение жидкостей с помощью электричества B01D; обработка металла воздействием электрического тока высокой плотности B23H; обработка воды, промышленных и бытовых сточных вод или отстоя сточных вод электрохимическими способами C02F 1/46; поверхностная обработка металлического материала или покрытия, включающая по крайней мере один способ, охватываемый классом C23 и по крайней мере другой способ, охватываемый этим классом, C23C 28/00, C23F 17/00; анодная или катодная защита C23F; электролитические способы получения монокристаллов C30B; металлизация текстильных изделий D06M 11/83; декоративная обработка текстильных изделий местной

C25B11/06 - Электролитические способы; электрофорез; устройства для них (электродиализ, электроосмос, разделение жидкостей с помощью электричества B01D; обработка металла воздействием электрического тока высокой плотности B23H; обработка воды, промышленных и бытовых сточных вод или отстоя сточных вод электрохимическими способами C02F 1/46; поверхностная обработка металлического материала или покрытия, включающая по крайней мере один способ, охватываемый классом C23 и по крайней мере другой способ, охватываемый этим классом, C23C 28/00, C23F 17/00; анодная или катодная защита C23F; электролитические способы получения монокристаллов C30B; металлизация текстильных изделий D06M 11/83; декоративная обработка текстильных изделий местной

C25B11/02 - Электролитические способы; электрофорез; устройства для них (электродиализ, электроосмос, разделение жидкостей с помощью электричества B01D; обработка металла воздействием электрического тока высокой плотности B23H; обработка воды, промышленных и бытовых сточных вод или отстоя сточных вод электрохимическими способами C02F 1/46; поверхностная обработка металлического материала или покрытия, включающая по крайней мере один способ, охватываемый классом C23 и по крайней мере другой способ, охватываемый этим классом, C23C 28/00, C23F 17/00; анодная или катодная защита C23F; электролитические способы получения монокристаллов C30B; металлизация текстильных изделий D06M 11/83; декоративная обработка текстильных изделий местной

. 1. ДИАФРАГМЕННЫЙ ЭЛЕКТРалИЗЕР С ВЕРХНИМ ТОКОПОДВОДОМ, включающий корпус с крьшпсой, в корпусе размещен каркас с натянутым сетчатьм катодом в виде гребенки с пустотелыми карманами, в которых помещены аноды , отличающийся тем, что, с целью повьш1ения надежности в работе путем обеспечения сохранности диафрагмы при сборке и обеспечения равномерного распределения тока по поверхности анодов, кавдый из анодов выполнен из двух параллельно размещенных пластин из пленкообразунщего 1еталла с электрокаталитическим покрытием , соединенных меяоду собой по бокам токораспределительными Ешнами, выполненными зигзагообразными,, при зтом пластины имеют форму трапеций с усечением в нижней части и. обращены усеченной частью к катоду. % 2. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что отношение ширины верхней части анодных пластин к ширине нижней составляет

СОЮЗ СОИЕТСНИХ кс мс

РЕСПУБЛИК

4 ЦР С 25 В 9/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ " с, (ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОЧНРЬПМЙ

К ABTAPAAIIONIV СВКВВТВВЬВТВУ (21) 3516861/23-26 (22) 01.12,82 (46) 23.01.85. Бюл. В 3 (72) Т.В.Галанцева, В.Ф.Борбат, Е.П.Гончаренко, Н.Н.Анисимова, И.А.Чалкин, В.А.Глумилин и В.П.Рубцов (71) Норильский ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени горнометаллургический комбинат им.А.П.Завенягина и Норильский вечерний индустриальный институт (53) 661. 41 (088. 8) (56) 1. Заявка Франции У 2360690, кл. С 25 В 9/00 ° 03.03.78.

2. Якименко Л.И. Производство хлора, каустической соды и неорганических хлорпродуктов. И, "Химия" ° 1974, с. 126. (54) (57). 1. ДИАФРАГМЕННЫЙ ЭЛЕКТРОЛИЗЕР С ВЕРХНИИ ТОКОПОДВОДОМ, включающий корпус с крьппкой, в корпусе размещен каркас с натянутым сетчатым катодом в виде гребенки с пустотелыми карманами, в которых помещены аноSU„, 1135810 А ды, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности в работе путем обеспечения сохранности диафрагмы при сборке и обеспечения равномерного распределения тока по поверхности анодов, каждый из анодов выполнен из двух параллельно размещенных пластин из пленкообразунщего металла с электрокаталитическим покрытием, соеПиненных между собой по бокам токораспределительными шинами, выполненньии зигзагообразными, при. этом пластины имеют форму трапеций с усечением в нижней части и, обращены усеченной частью к катоду.

2. Электролизер по п.1, о т л и- ф ч а ю шийся тем, что отношение ширины верхней части анодных пластин к ширине нижней составляет (1, 1-1,2):

: 1, высота усеченной части пластин составляет 1/16-1/17 высоты анода, а Я площадь зигзагообразных токораспределительных шин в 1,5-2,0 раза меньше площади анодов.

СФ

1135810

Изобретение относится к гидрометаллургии, в частности к устройствам для получения газообразного хлора или гипохлорита.

Известен диафрагменный электролизер 5 с нижним токоподводом для электролиза растворов хлоридов щелочных металлов с анЬдами из пленкообразующего металла или его сплава, имеющими электрокаталитически активное покрытие.

Аноды изготовлены из проволоки или стержней. Нижние концы анодных стержней приварены к днищу электролизера.

Анодные стержни размещены один за другим в параллельных плоскостях. Ка-15 тод выполнен в виде перфорированного листа или сетки, диафрагма изготовлена из асбеста или синтетического полимера и находится в контакте с анодом и катодом. При плотности тока

2000 А/м напряжение на электролизере равно 2,8 В, образующийся хлор содержит 98Х хлора и менее 0,1Ж водорода. Католит содержит 9 мас.7. едкого натра. Выход по току составляет 967313

Недостатками данного диафрагменного электролизера с нижним токоподводом являются неравномерное распределение плотности тока по высоте электродов и неэкономичность их использования при малых нагрузках (до

10 кА) .

Известен также диафрагменный электролизер с верхним токоподводом, включающий корпус с крышкой, в корпу-35 се размещен каркас с натянутым сетчатым катодом в виде гребенки с пустотелыми карманами, в которых помещены аноды L2 J.

Недостатками известного электролы-40 зера являются высокое газонаполнение электролита из-за недостаточной ско, рости циркуляции, невозможность обеспечить при сборке заданной центровки анодного комплекта в катодных карма- 45 нах, что приводит к повреждению диафрагмы, коротким замыканиям, преждевременному выходу из строя катода и диафрагмы и неравномерному распределению тока по длине анода. Операции по перемонтажу электролизных ванн очень громоздки и дорогостоящи. .Цель изобретения вЂ” повышение на.вЂ” дежности в работе диафрагменного электролиэера путем обеспечения сох- 55 ранности диафрагмы при сборке и обеспечения равномерного распределе ния тока по поверхности. анодов.

Поставленная цель достигается тем, что в диафрагменном электролизере с верхним токоподводом, включаю" щем корпус с крышкой, в котором размещен каркас с натянутым сетчатым катодом в виде гребенки с пустотелыми карманами, в которых помещены аноды, каждый из анодов выполнен из двух параллельно размещенных пластин из пленкообразующего металла с электрокаталитическим покрытием, соединенных между собой по бокам токораспределительными шинами, выполненными зигзагообразными, при этом пластины имеют форму трапеций с усечением в нижней части и обращены усеченной частью к катоду.

При этом отношение ширины верхней части анодных пластин к ширине нижней составляет (1, 1-1,2): 1, высота усеченной части пластин составляет 1/161/17 высоты анода, а площадь зигзагообразных токораспределительных шин в

1,5-2,0 раза меньше площади анодов.

Увеличение соотношения общей площади трапеции к площади ее усеченной части более 22, например 25, уменьшение высоты усечения, например, до

1/20 высоты анода и уменьшение отношения верхнего основания трапеции к нижнему менее 1, 1:1, например, 0,9: 1 не позволяют обеспечить сохранность диафрагмы прй сборке, исключить короткие замыкания в нижней части коробчатого анода и усложняют сборку и обслуживание электролизера.

Уменьшение соотношения общей площади трапеции к площади ее усеченной части менее 20, например до 19, увеличение высоты усечения более 1/16 высоты анода, например до 1/15, и увеличение отношения верхнего основания трапеции к нижнему более 1, 1:1, например, до 1,3:1, приводит к повышению рабочей плотности тока за счет уменьшения анодной поверхности, что в свою очередь вызывает повышение содержания кислорода в хлор-газе, тем самым снижает выход по току основного продукта вЂ” хлора, а также способствует образованию хлоратов в гидроксиде натрия.

Боковая зигзагообразная токораспределительная шина обеспечивает равномерное распределение тока по телу анода, придает жесткость конструкции, уменьшает газонаполнение электролита

1135810 за счет циркуляции рассола по всему объему анодного кармана.

Как уменьшение, так и увеличение соотношения площадей тела анода и зигзагообразной токораспределительной шины от (1,5-2): 1, например, до

1,4: 1 или 2,2: 1, приводит к неравйомерному распределению тока по телу анода, кроме того, изменение соотношения площадей вызывает газонаполне- 10 ние электролита.

На фиг.1 приведен предлагаемый электролизер, общий вид, на фиг.2вЂ” анод, общий внд.

Предлагаемый электролизер состоит из корпуса 1 выполненного, например, в виде параллелепипеда, к которому . изнутри на двух противоположных сторонах приварен каркас 2 с натянутым сетчатым катодом 3, изготовленным в 20 виде гребенки с четырнадцатью плоскими пустотелыми карманами 4. Катодное и анодное пространство ванны разделены асбестовой диафрагмой 5, к катоду ток подводится с помощью, 25 стальной шины. Между катодныии карманами в два ряда параллельно один к другому установлены четырнадцать коробчатых анодов 6, которые жестко прикреплены к титановой крышке 7. 30

Анод состоит (фиг ° 2) из двух параллельно расположенных пластин рабочих поверхностей 8 из пленкообразуккцего металла, например титана, с злектрокаталитически активным по- 3

35 крытием, имеющих форму прямоугольной трапеции с усечением 9 в нижней части со стороны тупого угла, причем площадь усеченной части рабочей по-, верхности анода в 17-22 раза меньше, 10 общей его рабочей площади, а высота; усечения составляет 1/16-1 /17 высоты анода. Верхнее основание трапеции относится к нижнему как (1, 1-1,2): 1, соответственно. Боковые токораспре. делительные шины 10 имеют зигзагообразную форму и их площадь в 1,52,0 раза меньше площади рабочей поверхности коробчатого анода.

Анодные пластины соединены между . $0 собой титановыми элементами 11 и боковой зигзагообразной токораспределительной шиной, иэготовпенной, напри« мер, из титанового проката диаметром

8-10 мм. В верхней и нижней частях анода расположены отверстия 12 для установки ограничителей из диэлектрика, например асбестового жгута. К крышке анод жестко прикреплен с помощью анодных стержней !3.

Пример. Для испытания изготовили опытно-промышленный образец предлагаемого диафрагменного электролизера, состоящий иэ стального корпуса 1, выполненного в виде паралле лепипеда со сторонами 678 710 мм и высотой 1140 мм, к которому изнутри на двух противоположных сторонах,приварен каркас 2 с натянутым сетчатым стальным катодом 3 площадью 6,8 м, изготовленным в виде гребенки с четырнадцатью плоскими пустотелыми карманами 4, образуницими катодное и анодное пространства. Катодное и анодное пространства разделены асбестовой диафрагмой 5. K катоду ток подведен стальной шиной. Между катодными карманами в два ряда параллель- но один другому установлены четырнадцать коробчатых анодов 6, которые жестко прикреплены к титановой крыш+ ке 7.

Анод состоит (фиг.2) из двух параллельно расположенных пластинвЂ” рабочих поверхностей 8 с площадью.

0,374 м иэ пленкообраэушщего метал ла, пористого титана с электрокаталитически активным покрытием, имеющих форму прямоугольной трапеции с усе- чением 9 в нижней части со стороны тупого угла. Площадь усеченной части рабочей поверхности анода в 17 раз меньше общей его рабочей площади и равна 0,0215 м, а высота усечения составляет 1/17 высоты анода и равна

50 мм. Верхнее основание трапеции от» носится к нижнему как 1,1: 1 и составляет 250 мм. Боковые токораспределительные шины 11 имеют зигзагообразную . форму и их площадь.в 1,5 раза меньше площади рабочей. поверхности коробчатого анода и равна 0,25 м .

Анодные пластины соединены между собой титаиовыьна элементами 1 и боковой зигзагообразной токораспределительной шиной из титанового. проката диаметром 8 ьи. В верхней и нижней частях анода расположены отверстия 12 диаметром 8 мм, в которые установлены ограничители из асбестового жгута диаметром 8 мм и длиной 150 мм. К крышке анод жестко прикреплен с помощью анодных стержней 13 диаметром

200 мм и длиной 260 мм. Опытно-промышпенньй образец испытывали в течение 1 года.

1135810

Таблица 1

Выход по току, У, .

Содержание в католите, г/л

Напряжение на ванне, В

Электр олизер

Кислород СО, Хлор

Гидрок- Гипохлосид Na рит Na

Известный 3,6

Предлагаемый 3 35

0,1

110

95,1

0,1

95,2

110

В процессе испытаний сохранялось пос-оянное межэлектродное расстояние

12 мм и температура электролита 80 С.

В табл.1 приведены средние результаты замеров за один год работы об- 5 разца.

В табл.2 представлены данные по влиянию концентрации электролизера на показатели его работы.

Как следует из данных, приведен10 ных в табл.2, уменьшение соотношения общей площади трапеции к площади ее усеченной части менее 20, например до 16, увеличение высоты усечения более 1/16 высоты анода, например до 1/15 и увелнчение отношения верхнего основания трапеции к нижнему более 1, 1: 1, например до .1,3: 1, приводит к уменьшению площади нижней части анода и соответственно к повышению рабочей плотности тока в ней.

Увеличение соотношения общей площади трапеции к площади ее усеченной части более 22, например 25, уменьшение высоты усечения, например, до 1/20

25 высоты анода, и уменьшение отношения верхнего основания трапеции к нижнему менее 1, 1: 1, например 0,9: 1, усложняет операции сборки и перемонтажа электролиэеров и может привести к М частичному или полному нарушению целостности диафрагмы из-за того, что поверхность катода неровная (рихтовать сетку очень сложно) и при насасывании диафрагмы анодные карманы З имеют внизу утолщение. Частичное или полное нарушение целостности диафрагмы, в свою очередь, приводит к коротким замыканиям, прогоранию катода, увеличению протекаемости диаф. рагмы, снижается выход по току и уменьшается срок службы диафрагмы (табл.2, примеры 3,5,6).

Увеличение площади боковой зигзагообразной токораспределительной шины, т.е. уменьшение отношения площади анода к площади боковой шины, на-. пример до 1,4, приводит к увеличению гаэонаполнения электролита (за счет уменьшения объема электролита в ванне), и следовательно, к повышению напряжения, т.е. к увеличению расхода электроэнергии и снижению выхода по току (пример 8). Уменьшение площади боковой зигзагообразной шины (увеличение отношения площади анода и боковой шины, например до 2,2) не позволяет получить равномерного распределения тока по телу анода, в результате резко снижается выход по току (пример 9).

Таким образом, предлагаемая конструкция диафрагменного электролизера позволяет сохранить постоянный энергетический и тепловой баланс за счет обеспечения сохранности диафрагмы, поддержания заданного межэлектродного расстояния, равномерного распределения тока, устранения коротких замыканий и упростить обслуживание ванн.

Содержание в хлор-газе, 7

10 20 94

2,0 Отсутст- 96 вует

, 1135810

В о о !

0 М

М Э

О) 4

Рв 1

С4 .л

МЪ

1 !