Электролизер для получения магния и хлора

 

Использование: для получения магния электролизом расплавленных хлоридов. Цель изобретения - отвод избыточного тепла и регулирование температурного режима технологического процесса, повышение производительности электролизера на 8 - 10%. Электролизер содержит кожух 1, футеровку 2, рабочие отделения 3 с катодами 5 и анодами 6 с контактными головками 7, сборную ячейку 4. Под днищем кожуха 1 электролизера расположен коллектор 9 с жестко соединенными с ним соплами 8, направленными в сторону рабочих отделений 3. Количество сопел равно количеству анодов 6. Сопла расположены параллельно, перпендикулярно и под углом к подине. Между соплами выполнены ребра. Коллектор 9 размещен под подиной сборной ячейки 4. 5 з. п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области цветной металлургии и может быть использовано для получения магния электролизом расплавленных солей.

Известен электролизер с нижним вводом анодов, включающий металлический кожух, футеровку, катоды, введенные через продольные стенки, графитовые аноды, чугунные контактные головки, размещенные в подине (Иванов А. и др. Производство магния, М. Металлургия, 1979, с. 161).

Недостатки электролизера разрушение чугунных контактных головок к анодам при проникновении к ним электролита, переход железа в электролит, пассивация им катодов, в результате снижение выхода по току. Кроме того, электролизеры с нижним вводом анодов работают при плотностях тока ниже оптимальных. Одним из путей увеличения выхода по току и производительности электролизера может быть повышение рабочих плотностей тока до оптимального уровня. Но это потребует принудительного отвода избыточного тепла.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению по совокупности признаков является электролизер для получения магния (прототип). Электролизер включает металлический кожух, футеровку, катоды, введенные через продольные стенки, аноды с чугунными контактными головками, размещенными в подине, каналы, выполненные между контактными головками и открытые с торцов, причем торцы расположены один выше другого.

Недостатки электролизера-прототипа: каналы применимы только для создания естественной тяги, что не позволяет существенно интенсифицировать процесс электролиза; при естественной аэрации снижение температуры в зоне чугунных анодных контактных головок недостаточно для устранения их разрушения и перехода железа в электролит; каналы разобщены, поэтому с их помощью невозможно регулировать отбор тепла, т.е. процесс охлаждения неуправляем.

Цель изобретения эффективное снижение температуры днища кожуха и чугунных контактных головок к анодам. Это устранит их разрушение и в регулированном отводе тепла и позволит стабилизировать тепловой режим электролиза при оптимальных технологических параметрах и увеличить производительность электролизера.

Поставленная цель достигается в электролизере, включающем кожух, футеровку, рабочие отделения с катодами и анодами с чугунными контактными головками, вмонтированными в подину, сборную ячейку и устройство для охлаждения подины.

Новым является то, что электролизер снабжен коллектором для подвода хладоагента и соплами, жестко соединенными с ним, размещенными под днищем кожуха и направленными в сторону рабочих отделений. Количество сопел равно количеству анодов в рабочих отделениях. Сопла расположены параллельно, перпендикулярно или под углом к подине электролизера. Коллектор размещен под подиной сборной ячейки. На днище кожуха под рабочими отделениями выполнены ребра, между которыми размещены сопла. Снабжение электролизера дополнительным конструктивным элементом коллектором с соплами позволит повысить эффективность охлаждения подины электролизера, в которой размещены чугунные контактные головки анодов, снизить их температуру, повысить количество отводимого тепла от электролизера, поднять катодную плотность тока и увеличить производительность аппарата. Различные варианты расположения сопел под подиной дают возможность регулировать количество отводимого тепла при различных условиях технологического режима. Ребра, размещенные на кожухе подины, позволяют создать направленный поток движения хладагента и его турбулизацию, тем самым дополнительно улучшить охлаждение подины. Размещение коллектора под сборной ячейкой целесообразно с точки зрения направления потока хладагента под наиболее горячие зоны подины: под анодными контактными головками. Соответствие количества сопел количеству анодов необходимо для обеспечения равномерного и эффективного охлаждения подины.

На фиг. 1-3 изображен электролизер с нижним вводом анодов, поперечный разрез; на фиг. 4 то же, продольный разрез.

Электролизер состоит из кожуха 1, футеровки 2, двух рабочих отделений 3 и расположенной между ними сборной ячейки 4. В рабочем отделении 3 размещены катоды 5, введенные через продольную стенку, и графитированные аноды 6 с чугунными контактными головками 7. Прямоугольные сопла 8 сечением (0,02-0,1)-(0,04-0,15) м размещены под контактными головками 7 анодов на расстоянии 0,01-0,15 м от днища кожуха 1 и направлены в сторону рабочих отделений 3. Сопла 8 жестко соединены (например приварены) с коллектором 9 прямоугольного сечения (0,2-1,0)-(0,2-1,0) м, расположенным под подиной сборной ячейки 4. Коллектор 9 соединен с вентилятором для подачи воздуха. На кожухе 1 днища электролизера выполнены ребра 10 высотой 0,02-0,3 м. Между ребрами 10 размещены сопла 8. Минимальное количество сопел два, что соответствует числу анодов 6 в двух рабочих отделениях 3.

На фиг. 1-3 изображено размещение сопел 8 на коллекторе 9 относительно подины электролизера. Сопла расположены параллельно, перпендикулярно и под углом к подине электролизера.

Электролизер работает при температуре электролита 680±15^оС. При прохождении постоянного тока через электролит и электроды на катоде выделяется магний, на аноде хлор. Магний собирается в сборной ячейке, хлор отводится по газоходам к потребителю. Вследствие высокой теплопроводности графита и его большого сечения по анодам к подине отводится до 100 кВт тепла. Температура кожуха 1 под подиной рабочих отделений 3 достигает 260-300^оС, что является причиной проникновения электролита к чугунным головкам, к кожуху. В предлагаемой конструкции воздух по коллектору 10 вентилятором подается к соплам и через них продувается под днищем кожуха электролизера, охлаждая его и чугунные контактные головки 7. Ребра 10 увеличивают охлаждаемую поверхность, турбулизируют поток, сохраняют заданное направление воздушной струи. Изменением количества продуваемого под кожухом воздуха поддерживается и регулируется температура электролита.

Зависимость теплосъема от расположения сопел относительно днища и влияние его на производительность электролизера определены на горячей модели. Результаты приведены в таблице.

Исследования показали, что предложенное конструктивное выполнение охлаждения электролизера позволит снизить температуру днища кожуха под рабочими отделениями на 80-120^оС и отвести дополнительно 20-30 кВт тепла, что создаст условия для увеличения производительности электролизера на 8-10%

Формула изобретения

1. ЭЛЕКТРОЛИЗЕР ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МАГНИЯ И ХЛОРА, содержащий кожух, футеровку, рабочие отделения с катодами и анодами с контактными головками, размещенными в подине, сборную ячейку и устройство для охлаждения подины, отличающийся тем, что он снабжен коллектором для подвода хладагента с соплами, размещенными под днищем и направленными в сторону рабочих отделений, причем количество сопл равно количеству анодов в рабочих отделениях.

2. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что сопла расположены параллельно подине электролизера.

3. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что сопла расположены перпендикулярно подине электролизера.

4. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что сопла расположены под углом к подине электролизера.

5. Электролизер по пп.1 4, отличающийся тем, что коллектор размещен под подиной сборной ячейки.

6. Электролизер по пп.1 4 или 5, отличающийся тем, что кожух под подиной рабочих отделений выполнен с ребрами, между которыми размещены сопла.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5