Электролизер для получения ионогенных химических соединений Советский патент 1986 года по МПК C25B9/08 C25B9/10 

t1

Изобретение относится к области химии и может быть использовано для одновременного получения широкого ассортимента химикатов в приборостроении, радиоэлектронике и хими- ческой промьшленности.

Целью изобретения является повышение степени использования сырья при одновременном обеспечении возможности расширения ассортимента полу- чаемых соединений, а также сокращение времени на проведение процесса.

На чертеже изображено предлагаемое устройство.

Устройство имеет корпус 1 кольце- образной формы, внутри которого кон- центрично помещена ванна 2 с возможностью импульсного вращения в горизонтальной плоскости, В корпусе 1 и в ванне 2 в радиальном направлении размещены непроницаемые для ионов . перегородки 3 и 4. Кроме того, в корпусе 1 концентрично размещена ионитовая мембрана 5 марки МК-100, образующая вместе с мембраной 5 и стенками корпуса I камеры 6 и 7. Во всех камерах 6 помещено по одному графитовому аноду 8, заключенному в чехол из катионообменной мембраны МК-100. В камерах 10 размещено по одному графитовому катоду 9, находящемуся в чехле из анионообменной мембраны МА-100.

Соседние по линии радиуса камеры 7 и 10 ванны соединены коленообраз- ной съемной трубкой П (электролитическим ключом), в которую помещена анионообменная мембрана МА-100. Трубка 1 заполнена дистиллированной водой и опущена, концами в растворы ка- Мер 7 и 10. Импульсное вращение ванны 2 обеспечивается шаговым электромотором 12, ось которого соединена металлическими штангами 13 с корпусом ванны 2. Все электроды питаются от внешнего источника - постоянного гока,

Электролизер работает следуюпщм образом.

Во все ионитовые чехлы (ИЧ) и во все камеры 7 средней ванны, и в ко- ленообразные трубки заливают дистиллированную воду, во все камеры 6 и 10 крайних ванн заливают разные по химическому составу водные растворы исходных ионогенных соединений: А Х , и т.д. - в камеры 6;

,

.

fmR S

и т.д. - в каC Z +D EК Z

меры 10.

Включением шагового электромотогг ра 12 поворачивают ванну 2 таким образом, чтобы ее камеры с исходными соединениями остановились напротив камер с нужными исходными соединениями в камерах 6, которые могут образовать в камерах 7 средней ванны необходимый ассортимент новых химических ионогенных соединений: А, , , и т.д., которые .образуются при включении электродов 8 и 9 во всех камерах крайних ванн. Процесс ведут до достижения необходи мой концентрации целевых ионогенных соединений.

Одновременное образование новых химикатов происходит в результате протекания в камерах электрохимических ионообменных реакций

А Х +В У A Y +X +B

C E +Zr+D

.

Камер 6, 7 и 10 в каждой ванне может быть по меньшей мере три, а верхний предел количества этих камер может достигать в каждой ванне 15-20 ограничиваясь лишь конкретными решениями: практических задач производства и целесообразными экономически максимальными габаритами промьшшен- ного электролизера и максимальным количеством необходимого ассортимента получаемых химикатов.

При количестве камер от трех и более в каждой ванне с разными ис- кодными ионогенными соединениями в камерах каждой из крайних;ванн количество возможных сочетаний ионов с образованием новых ионогенных соединений в камерах средней ванны резко возрастает, т.е. возможно в одном электролизере одновременно получать широкий ассортимент различных новых химикатов - ионогенных химических соединений.

в предлагаемом электролизере в способной импульсно вращаться многокамерной ванне 2 все камеры вьтолне- ны съемными, идентичными друг другу и взаимозаменяемыми. Число камер во всех трех ваннах одинаково по количеству, будучи равным числу загруженных в каждую из крайних ванн исходных соединений. Благодаря такой конструкции путем простого вращения ван- ны 2 или механической перестановки

их в случае необ одимости на способной к вращению опорной раме ванны с гнездами для камер возможно одновременно получать большой набор новых соединений.

Так, например, из исходных соединений АХ

+ VC ZV

,

щихся в четырех анодных камерах,

находя- и Нтисходных соединений В X , , , находящихся в четырех катод- ньк камерах (чертеж), можно получить одновременно следущие четыре новых соединения, не переставляя камеры местами: , , , , а

10

внутренней 80 см. Объем камер элек ролизера с четырехкамерными ваннам 350 см у внешней ванны, 300 средней ванны, 280 см у внутренне ванны. Диаметр съемной коленообраз ной трубки 2 см. Растворы исходны соединений готовятся на дистиллиро ванной воде.

Начальное напряжение постоянног тока на клеммах ванн 120 В, конечн напряжение 80-90 В. Величина тока 0,2-0,3 А.

В четыре -камеры внешней ванны з литы на 0,75 объема 0,1 н. раствор

путем дополнительной перестановки ка-15 соединений NaCl, KNO,, LiF, CsOH;

мер на опорной раме ванны 2 (ванна 2 фактически состоит из ряда самостоятельных камер), можно последовательно за один технологический процесс получить по четыре новых соединения и дополнительно еще 12 новых соединений:

20

,

,

,

, , , , , , , ,

а в четыре камеры внутренней ванны 0,1 н. растворы соединений , NaCl, NaOH, RbCl. Начальное напряж ние 120 В, конечное 80 В. Продолжи тельность электролиза 6 ч. После окончания процесса в четырехкамер средней ванне одновременно получен с 96-98%-ным выходом по веществу новые ионогенные соединения NaBr, КС1, LiOH, CsCl. Соединением раств ров из камер внешней и внутренней ванн дополнительно получены с теми же выходами по веществу новые соед нения , NaNO,, NaF, RbOH.

Таким образом, из взятых исходных четырех катионов и четырех анионов можно получить в камерах средней ванны шестнадцать новых ионогенных соединений, а из пяти катионов и пяти анионов разной природы соответственно можно получить 25 новых ионогенных соединений, из шести разных по природе катионов и шести разных анионов можно получить уже 36 новых соединений и т.д., т.е. число новых соединений, получаемых в предлагаемо электролизере, равно произведению числа исходных катионов и анионов, участвующих во встречном электрохимическом синтезе. Помимо образующихся новых соединений в камерах средней ванны противоионы исходных соединений, накапливающиеся в камерах крайних ванн, также могут быть ис- - пользованы для получения новых ионогенных соединений путем физического смешения растворов из камер крайних ванн, спускаемых через донные краны в емкости-смесители, расположенные под электролизером, т.е. в предлагаемом электролизере возможно осуществление безотходной технологии со lOOZ-ным использованием исходного сырья.

Оптимальные габариты лабораторно- го электролизера: диаметр каждой из трех ванн 4 см, длина окружности внешней ванны 120 см, средней 100 см

внутренней 80 см. Объем камер электролизера с четырехкамерными ваннами: 350 см у внешней ванны, 300 средней ванны, 280 см у внутренней ванны. Диаметр съемной коленообраз- ной трубки 2 см. Растворы исходных соединений готовятся на дистиллированной воде.

Начальное напряжение постоянного тока на клеммах ванн 120 В, конечное напряжение 80-90 В. Величина тока 0,2-0,3 А.

В четыре -камеры внешней ванны залиты на 0,75 объема 0,1 н. растворы

0

5

0

,

5

0

а в четыре камеры внутренней ванны - 0,1 н. растворы соединений , NaCl, NaOH, RbCl. Начальное напряжение 120 В, конечное 80 В. Продолжительность электролиза 6 ч. После окончания процесса в четырехкамерной средней ванне одновременно получены с 96-98%-ным выходом по веществу новые ионогенные соединения NaBr, КС1, LiOH, CsCl. Соединением растворов из камер внешней и внутренней ванн дополнительно получены с теми же выходами по веществу новые соединения , NaNO,, NaF, RbOH.

Для получения тех же соединений в известном устройстве потребовалось ввести дополнительный электролизер с габаритами, аналогичныг 1и габаритам предлагаемого электролизера, причем на проведение процесса потребовалось 24 ч, т.е. в четыре раэа больше времени, чем в предлагаемом электролизе- ре.

Перестановкой камер внутренней ванны с новыми загрузками соединений , NaCl,NaOH, RbCl и соединением растворов из камер крайних ванн получены в Предложенном элект ролизере.. с 6-98%-ными выходами по веществу дополнительно восемь соединений.

В табл. 1 представлены сравнительные экспериментальные данные по получению ионогенных химических соединений в предложенном и известном электролизерах. Во всех опытах использовались водные растворы исходных ионогенных соединений с концентрацией 0,1 г/экв. Выход по веществу в предложенном электролизере 97-98%, в известном 87-90%.

Таким образом, предложенное техническое решение по сравнению с известным позволяет повысить степень использования сырья и одновременно

S12425506

обеспечивает возможность полученияКроме того, оно позволяет значительширркого ассортимента получаемыхно сократить время на проведение проионогенных химических соединений.цесса получения таких соединений.

Предлагаемый В камерах внелшей ванны:

KY, НаНО,, , КЬВг

& камерах внутренней вак

ны: НаОН, RbCl, LiF, Csl

Исходная разделяемая смесь катионов: К, На , ИН,Rb

Исходная разделяемая смесь анионов: ОН, СГ , F, 1

В камерах вкешнеЛ ванны: CaClj, NaF, RbBr, CsCl

В камерах внутренней ванны KNO,, , MgCl.HI

спаре«-

Исходная разделяемая смесь катионов: Са, N , ЙЪ , Cs

Исходная разделяемая смесь анионов; N0, Вг, Cl, I

Редактор Л, Гратилло

Составитель В. Банников

Техред Л.Олейник Корректор Л. Пилипенко

Заказ 3671/28 Тираж 615Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. А/5

Производственно-полиграфическое предприятие , г. Ужгород, ул. Проектная, 4

100

S.9

КОН, ИаС1, NH F, НЫ

50

23.6

ЮО 6,5

.Ca(NO,),, ,НаБ:г, RbCl, Csl

50

32,5