Диафрагменный электролизер с верхним токоподводом Советский патент 1985 года по МПК C25B9/06 C25B11/02 C25B11/06 

Изобретение относится к гидрометаллургии, в частности к устройствам для получения газообразного хлора ИЛИ гипохлорита. Известен диафрагменный электролизе с нижним токоподводом для электролиза растворов хлоридов щелочных металлов с анбдами из пленкообразующего металла или его сплава, имекщими электрокаталитически активное покрытие. Аноды изготовлены из проволоки или стержней. Нижние конШ)1 айодных стерж ней приварены к днищу электролизера. Анодные стержни размещены один за другим в параллельных плоскостях, Ка тод выполнен в виде перфорированного листа ли сетки, диафрагма изготовле на 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, образукядийся хлор содержит 98% хлора и менее 0,1% водо рода. Католит содержит 9 мас.% едког натра. Выход по току составляет 96%С 1 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 элек тролизер с верхним токоподводом, включающий корпус с крышкой, в корпу се размещен каркас с натянутым сетча тым катодом в виде гребенки с пустотелыми карманами, в которых помещены аноды L2 D. Недостатками известного электроли зера являются высокое газонаполнение электролита из-за недостаточной ско. рости циркуляции, невозможность обес печить при сборке заданной центровки анодного комплекта в катодных карманах, что приводит к повреждению диафрагмы, коротким замыканиям, прежде временному выходу из строя катода и диафрагмы и неравномерному распределению тока по длине анода. Операции по перемонтажу электролизных ванн очень громоздки и дорогостоящи. Цель изобретения - повышение надежности в работе диафрагменного электролизера путем обеспечения сохранности диафрагмы при сборке и обеспечения равномерного распределен ния тока по поверхности анодов. Поставленная цель достигается тем, что в диафрагменном электролизере с верхним токоподводом, включающем корпус с крьшпсой, в котором размещен каркас с натянутым сетчатым катодом в виде гребенки с пустотелыми карманами, в которых помещены аноды, каждьй из анодов выполнен из двух параллельно размещенных пластин из пленкообразукщего металла с электрокаталитическим покрытием, соединенных между собой по бокам токораспределительными шинами, вьшолненными 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, наприм гр, 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 при 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 уменьвения анодной поверхности, что в свою очередь вьиывает повьш1ение содержания кислорода в хлор-газе, тем самым снижает выход по току основного продукта - 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 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)t1, например, до 1,4:1 или 2,2:1, приводит к неравномерному распределению тока по телу анода, кроме того, изменение соотношения площадей вызьшает газонаполнение электролита. На фиг.1 приведен предлагаемый электролизер, общий вид на фиг,2 анод, общий вид. 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 виде гребенки с четырнадцатью плоскими пустотелыми карманами 4. Катодное и анодное пространство ванны разделены асбестовой диафрагмой 5, к катоду ток подводится с помощью, стальной шины. Между катодными карма нами в два ряда параллельно один к другому установлены четырнадцать коробчатых анодов 6, которые жестко прикреплены к титановой крышке 7. Анод состоит (фиг.2) из двух параллельно расположенных пластин рабочих поверхностей 8 из пленкообразующего металла, например титана, с электрокаталитически активным покрытием, имеющих форму прямоугольной трапеции с усечением 9 в нижней части со стороны тупого угла, приче1 площадь усеченной части рабочей поверхности анода в 17-22 раза меньше общей его рабочей площади, а высота усечения составляет 1/16-1717 высоты анода. Верхнее основание трапеции относится к нижнему как (1,1-1,2):1 соответственно. Боковые токораспределительные шины 10 имеют зигзагообразную форму и их площадь в 1,52,0 раза меньше площади рабочей поверхности коробчатого анода. Анодные пластины соединены между собой ,титановыми элементами 11 и бо ковой зигзагообразной токораспредел тельной шиной, изготовленной напри мер, из титанового проката диаметро 8-10 мм. В верхней и нижней частях анода расположены отверстия 12 для установки ограничителей из диэлектр ка, например асбестового жгута. К 1 04 крышке анод жестко прикреплен с помощью анодных стержней 13. Пример. Для испытания изготовили опытно-промышленный образец предлагаемого диафрагменного электролизера, состоящий из стального корпуса 1, выполненного в виде параллелепипеда со сторонами 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 четьфнадцатью плоскими пустотелыми карманами 4, образующими катодное и : анодное пространства. Катодное и анодное пространства разделены асбестовой диафрагмой 5. К катоду ток подведен стальной шиной. Между катодными карманами в два ряда параллельно один другому установлены четырнадцать коробчатых анодов 6, которые ; жестко прикреплены к титановой 7. Анод состоит (фиг.2) из двух параллельно расположенных пластин рабочих поверхностей 8 с площадью 0,374 м из пленкообразующего метал- ла, пористого титана с электрокаталитически активным покрытием, имеющих; форму прямоугольной трапеции с усечением 9 в нижней части со стороны тупого угла. Площадь усеченной части рабочей поверхности анода в 17 раз i 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 титановыьш элементами 11 и бо- ковой зигзагообразной токораспределительнс шиной из титанового.проката диаметром В ftM. В верхней и нижней частях анода расположены отверстия 12 щ аметром 8 мм, в которые установлены ограничители из ac6ectoBoro жгута, диаметром 8 мм и длиной 150 мм. К крышке анод жестко прикреплен с помощью анодных стержней 13 диаметром 200 мм и длиной 260 ю-i. Опытно-промыпйенный образец испытывали в течение 1 года. 11 в процессе испытаний сохранялось постоянное межэлектродное расстояние 12 мм и температура электролита 80 С В табл.1 приведены средние резуль таты замеров за один год работы образца, В табл.2 представлены данные по влиянию концентрации электролизера на показатели его работы. Как следует из данных,,приведенных 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 увеличение отношения верхнего основания трапеции к нижнему б.олее 1,1:1, например до -1,3:1, приводит к уменьше1гаю 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 вьюоты усечения, например, до 1/20 высоты анода, и уменьшение отношения верхнего основания трапеции к нижнем менее 1,1:1, например 0,9:1, усложняет операции сборки и перемонтажа электролизеров и может привести к частичному или полному нарушению целостности диафрагмы из-за того, что поверхность катода неровная (рихтовать сетку очень сложно) и при насасывании диафрагмы анодные карманы 0 имеют внизу утолщение. Частичное или полное нарушение целостности диафрагмы, в свою очередь, приводит к коротким замыканиям, прогоранию катода, увеличению протекаемости диафрагмы, снижается выход по току и .уменьшается срок службы диафрагмы (табл.2, примеры 3,5,6). Увеличение площади боковой зигзагообразной токораспределительной шины, т.е. умейьшение отношения площади анода к площади боковой шины, например до 1,4, приводит к увеличению газонаполнёния электролита (за счет уменьшения объема электролита в ванне) , и следовательно, к повьш1ению 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 йнергетический и тепловой баланс; за счет обеспечения сохранности диафрагмы, поддержания заданного межэлектродного расстояния, равномерного распределения тока, устранения коротких замыкаНИИ и упростить обслуживание ванн. Таблица 1

. 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

Известный3,61100,195,11,0

Предлагаемый 3,351100,195,22,0

94

2,0

Отсутст- 96 вует

w,

NaOH

Фиг..