Способ установки в электролизер ионообменной мембраны Советский патент 1989 года по МПК C25B13/08 

Изобретение относится к способам установки ионообменной мембраны в электролизере.

Цель изобретения - снижение напряжения на электролизере при проведении электролиза . за счет исключения складкообразования мембраны.

Предлагаемый способ установки в электролизер ионообменной мембраны позволяет исключить образование складок на мембранах. Цель достигается за счет того, что поверхность мембраны увеличивают на 35-330% путем растягивания ее по одной и/или двум осям при 20-210 С и после растягивания пленку выдерживают при температуре растягивания в течение 1-3 мин.

Растяжение мембраны может быть осуществлено путем пропускания мем- браны вокруг и между валков, вращающихся с разными окружными скоростями., путем приложения растягивающего усилия к противоположной рамке или машине . Мембрану можно растягивать вдоль одной или двух осей, при растягивании мембраны вдоль одной оси к противоположным кромкам ее следует прикрепить полоски жесткого материала, чтобы предотвратить сокращение мембраны в направлении, перпендикулярном направлению растяжения.

После того, как растянутая и натянутая мембрана установлена в электролизере и закреплена в нем, при контактировании с электролитом, особенно при повышенной температуре до 95 С, имеющей место в хлор-щелочном электролизере, фиксированная часть из удлинения или доля его освобождается и мембрана стреь1ится вернуться к не

С/4

315

ходному состоянию, чему препятствует ее крепление в электролизере. Стремление к сокращению компенсируется разбуханием мембраны при контактировании с электролитом и в результате мембрана остается в процессе эксплуатации несморщенной и натянутой.

Подвергнутая вытяжке мембрана, как правило, имеет толщину 0,1 - 2,0 мм. Температура, при которой проводится вытяжка мембраны, зависит от типа мембраны и обеспечивает плавление полимера мембраны. Растянутую мембрану подвергают отпуску, выдержи вая ее в течение 1-3 мин в натянутом состоянии при температуре растяжения После этого мембрану ,чают до комнатной температуры, при которой не происходит быстрой релаксации напряжений в мембране при снятии внешних изделий. Для уменьшения вероятности повреждения мембраны вытяжку можно повторить 1-2 раза.

Наиболее коррозионнострйкими в производстве хлора и щелочи являются мембраны из сополимера тетрафторэти- лена и перфторвинилового эфира с суль фокислотными или карбоксильными ионообменными группами.

Вытянутую и натянутую мембрану крепят путем зажима между прокладками или прикрепляют к рамке.

Пример 1. Прямоугольник 35х хЗО см вырезают из листа катионооб- менн ой мембраны толщиной 280 мкм, из готовленной из сополимера тетрафтор- этилена и перфторвинилового .эфира, содержащего группы карбоновой кисло- ты, обладающей ионообменной емкостью 1,3 миллиэквивалент на грамм.

К кромкам листа длиной 35 см при- крепляют полоски эластичной ПХЕ-лен- - ты, а к кромкам длиной 30 см прикрепляют полоски алюминия. Затем лист устанавливают в прибор Orienter Брюк нер Каро П и нагревают до 67 С в печи, связанной с прибором.

Затем лист растягивают за алюми- ниевые полосы со скоростью 1 м/мин до тех пор, пока расстояние между алюминиевыми полосами не увеличилось в 1,5 раза, причем ПХВ-ленты препятствуют сужению листа. Затем лист, оставаясь в приборе, вынимают из пе- чи и охлаждают до комнатной температуры в потоке воздуха.

Процедуру нагрева листа до 67 С и охлаждения до комнатной темпера

JQ 15 0

5 0

е Q

.

0

туры повторяют дважды, причем при первом повторении расстояние между алюминиевыми полосами увеличивается в 2,5 раза, а при втором повторении - в 4,2 раза по сравнению с исходным.

Полученную пленку катионообмен- ной мембраны вынимают из прибора. Пленка слегка релаксирована в сторону исходного размера листа, толщина пленки составляет 80 мкм,

Изготовленная таким образом пленка катионообменной мембраны закрепляется в растянутом состоянии между парой прокладок из тройного этилен- пропиленового каучука и устанавливается в электролизер, оборудованный никелевым сетчатым катодом диаметром 7,5 см и титановым сетчатым анодом с покрытием смесью RuG и TiO в отношении 35 65 TiO по массе.

В анодное отдаление, электролизера заливают водный раствор 310 г/л NaCl |С рН 8,0, в катодное - воду, после 1чего Nad подвергают электролизу при 190 С, причем концентрация NaCl ванод- ;ном отделении в процессе электролиза составляет 200 г/л.

Хлор и обедненный раствор NaCl выводятся из анодного отделения, а во- дород и водный раствор NaOH (35% по массе) выводятся из катодного отделения . Электролиз проводится при плотности тока 1 кА/м и при напряжении электролизера 3,01 Б.

После эксплуатации в течение 20 дн электролизер открывают ипроизводят осмотр катионообменной мембраны, которая оказалась натянутой и без морщин.

Для сравнения описанный процесс электролиза повторяют с катиснообмен- ной мембраной толщиной 280 мкм, т.е. не подвергнутой растяжению. При плотности тока 1 кА/м напряжение ляет 3,1 В, а мембрана оказалась сморщенной и не натянутой.

П р и м е р 2. Электролиз по приме-, ру 1 повторяют при плотности тока 2 кА/м. Напряжение при этом составляет 3,24 В, а мембрана оказалась натянутой и без морщин.

При той же плотности тока напряжение на электролизере с мембраной толщиной 280 мкм и не подвергавшейся растяжению составляет 3,4 В, а мембрана оказалась ненатянутой и сморщенной./

П.р и м е р 3. Электролиз по примеру 1 повторяют при плотности тока

еле охлаждения составляет в примсг е 5 11%, в примере 6 10% и в примере 7 9% Дальнейшее увеличение времени отпуска нецелесообразно, поскольку усадка

515107216

3 кА/м , В этом случае напряжение

составляет 3,52 В, а мембрана при

осмотре оказалась натянутой и без

морщин.

При сравнительном электролизе с не- образцов не уменьшается.

растянутой заранее мембраной толщиной П р и м е р 8. Мембраны, нзготов280 мкм напряжение составляет 3,7 В, ленные как описано в примерах 5-7,

испытывают в электролизере, описанном в примере 1, в течение 30 дн,- при плотности тока 3 кА/м, Среднее

а мембрана при осмотре оказалась ненатянутой и сморщенной.

П р и м е р 4. Образец катионооб- менной мембраны размером 11,5x11,5 см из сополимера тетрафторэтилена и пер- фторвинилового эфира, содержащего

10

напряжение на электролизере 3,3 В. Мембраны, которые извлекают через 30 дн из электролизера, оказались

напряжение на электролизере Мембраны, которые извлекают 30 дн из электролизера, ока

группы сульфокислоты в виде соли ка- 15 несморщенными, без складок.

ЛИЯ, оклеивают по кромкам ПХВ-лентой и зажимают в растяжной рамке. Мембрану нагревают до и вытягивают

Пример 9. Пленка кати обменной мембраны из сополиме рафторэтилена и перфторвинило эфира, содержащая группы карб

Пример 9. Пленка катионно- обменной мембраны из сополимера тетрафторэтилена и перфторвинилового эфира, содержащая группы карбоксильвдоль одной оси со скоростью

. , UU CpflVclmclTl it Yllllu IX с vys-- - - i

0,85 м/мин с коэффициентом 2,0. Затем 20 „„го эфира, имеющая толщину 290 мкм, мембрану охлаждают до комнатной тем- сдавливается мевду плитами гидравлипературы и вытягивают из растяжной рамки.

Эту мембрану устанавливают в электролизер по примеру 1 и проводят процесс электролиза по примеру 2, т.е. электролиз раствора NaCl при плотности тока 2 кА/м, в ходе которого получают раствор NaOH с концентрацией 25% при КПД по току 50%. Напряжение ячейки составляет 2,95 В.

При осмотре мембрана оказалась растянутой и без морщин.

Для сравнения проводят электролиз с описанной мембраной, которая не подвергается растягиванию. Ячейка работает при напряжении 3,1 В, а NaOH получают при КПД по току 57%.

При осмотре оказалось, что мембрана сморщена и нерастянута.

П р и м е р 5. Пленку катионооб- менной мембраны из сополимера тетрафторэтилена и перфторвинилового эфира с карбоксильными ионообменными группами, толщиной 300 мкм подвергают двухосному растягиванию при температуре: а) 20 С; б) в) 210 С.

ческого пресса в течение 1 мин при 220°С, а давление составляет 175 кг/ск Мембрану вынимают из пресса и под- . вергают охлаждению, толщина мембраны становится равной 215 мкм. Вследстви этого площадь поверхности, мембраны увеличивается на 35%.

30 Пример 10. Пленку катионооб- менной мембраны толщиной 290 мкм, ка в примере 10, растяггвают по двум осям при 67 С за счет приложения уси лия растяжения к противоположным сто ронам прямоугольной мембраны. После охлаждения и снятия усилия растяжения толщина мембраны оказалась равной 215 мкм, площадь поверхности уве личилась на 35%.

40

Пример 11. Мембраны, изготовленные , как описано в примерах 9 и 10, испытывают в электролизере, опи санном в примере 1, в течение 15 дн. д5 среднее напряжение на электролизере составляет 3,41 и 3,32 В при использовании мембраны по примерам 9 и 10 соответственно. Средний выход по току 96%. Через 15 дн. электролиз пре35

Пример 11. Мембраны, изгот ленные , как описано в примерах 9 и 10, испытывают в электролизере, о санном в примере 1, в течение 15 д д5 среднее напряжение на электролизер составляет 3,41 и 3,32 В при испол зовании мембраны по примерам 9 и 1 соответственно. Средний выход по т ку 96%. Через 15 дн. электролиз пр

Скорость растягивания составляет

0,25 м/мин. После растяжения мембра

ну выдерживают 1 мин при температуре , а мембрану извлекают из

растяжения. Увеличение площади по- электролизера.

верхности мембраны составляет: а) 43%; Мембрана, изготовленная методом

б) 50%; в) 161%.

Пример ы6и7. Процесс растягивания мембраны проводят, как в примере 5 за исключением того, что время отпуска при температуре растяжения составляет 2 мин (пример 6) и 3 мин (пример 7). Усадка образцов посдавливания, имеет складки, а мембр на, изготовленная методом растяже- се ния, оказалась без складок. Следов тельно мембрана, изготовленная рас гиванием пленки, обладает лучшими х рактеристиками, позволяющими исклю чить складкообразование.

еле охлаждения составляет в примсг е 5 11%, в примере 6 10% и в примере 7 9%. Дальнейшее увеличение времени отпуска нецелесообразно, поскольку усадка

образцов не уменьшается.

напряжение на электролизере 3,3 В. Мембраны, которые извлекают через 30 дн из электролизера, оказались

несморщенными, без складок.

Пример 9. Пленка катионно- обменной мембраны из сополимера тетрафторэтилена и перфторвинилового эфира, содержащая группы карбоксиль фПрЙ , UU CpflVclmclTl it Yllllu IX с vys-- - - i

„„го эфира, имеющая толщину 290 мкм, сдавливается мевду плитами гидравлического пресса в течение 1 мин при 220°С, а давление составляет 175 кг/ск . Мембрану вынимают из пресса и под- вергают охлаждению, толщина мембраны становится равной 215 мкм. Вследствие этого площадь поверхности, мембраны увеличивается на 35%.

0 Пример 10. Пленку катионооб- менной мембраны толщиной 290 мкм, как в примере 10, растяггвают по двум осям при 67 С за счет приложения усилия растяжения к противоположным сторонам прямоугольной мембраны. После охлаждения и снятия усилия растяжения толщина мембраны оказалась равной 215 мкм, площадь поверхности увеличилась на 35%.

0

Пример 11. Мембраны, изготовленные , как описано в примерах 9 и 10, испытывают в электролизере, описанном в примере 1, в течение 15 дн., 5 среднее напряжение на электролизере составляет 3,41 и 3,32 В при использовании мембраны по примерам 9 и 10 соответственно. Средний выход по току 96%. Через 15 дн. электролиз пре5

сдавливания, имеет складки, а мембрана, изготовленная методом растяже- ния, оказалась без складок. Следовательно мембрана, изготовленная растягиванием пленки, обладает лучшими характеристиками, позволяющими исключить складкообразование.

Таким образом, установка мембраны в электролизер по предлагаемому способу позволяет снизить напряжение на электролизере на 5-10% благодаря предотвращению провисания мембран и образования на них складок. Предлагаемые пределы увеличения поверхности мембраны при ее вытягивании обусловлены тем, что при увеличении поверхности меньше 35% положительный эффект не достигается, а при увеличении поверхности больше 330% теряется механическая прочность мембраны.Формулаизобретения

1. Способ установки в электролизер ионообменной мембраны из пленки сополимера тетрафторэтилена и перфторвц- 20 Иилового эфира с сульфокислотными или карбоксильными ионообменными груп

пами, включающий увеличение поверхности пленки при повышенной температуре, крепление ее в жесткую раму электролизера, отличающий- с я тем, что, с целью снижения напряжения на электролизере при проведении электролиза за счет исключения складкообразования мембраны, увеличение поверхности мембраны проводят путем растягивания пленки по одной и/ или двум ее осям до увеличения ее поверхности на 35-330%.

2.Способ по п. 1,отличаю- щ и и с я тем,что растягивание проводят при 20-210°С.

3.Способ по пп. 1 и 2, о т л и - чающийся тем, что после растягивания пленку выдерживают при тем- пературе растягивания в течение 1 3 мин.

Изобретение относится к способу установки в электролизер ионообменной мембраны из пленки сополимера тетрафторэтилена и перфторвинилового эфира с сульфокислотными или карбоксильными ионообменными группами. Способ включает растягивание пленки по одной и/или двум ее осям при 20-210°С до увеличения ее поверхности на 35-330% и выдержку в течение 1-3 мин после растягивания при той же температуре. После растягивания пленку закрепляют в жесткую рамку электролизера. Способ позволяет снизить напряжение на электролизере на 5-10% за счет исключения провисания мембраны и образования на ней складок. 2 з.п. ф-лы.

Составитель С.Барабаш Редактор Н.Яцола Техред Л.Олийнык Корректор С.Черни

Заказ 5831/58

Тираж 605

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г.Ужгород, ул. Гагарина,101

Подписное