Электролизер для получения хлора и щелочи Советский патент 1990 года по МПК C25B9/10 C25B1/46 

Изобретение относится к конструкции электролизеров, используемых для электролиза . и хлоридов щелочных металлов с получением хлора и щелочи.

Целью изобретения является снижение расхода электроэнергии за счет уменьшения падения напряжения на мембране.

На фиг,1 изображен электролизер, вид сбоку; на фиг.2 - график, показывающий взаимоотношение суммарной длины отверстий и падения напряжения.

Электролизер состоит из катионо- обменной мембраны 1, анода 2, катода 3, разделительной стенки биполярного электрода 4, состоящей из титановой пластины 5 и пластины 6, ребра 7, выполненного из титановой пластины, анодной камеры 8, ребра 9 из

железной пластины, катодной камеры 10, железной рамы 11, футерованной титановой пластиной 12, патрубков для подачи анолита 13, для вывода анолита 14,для ввода католита 15 и для вывода католита 16.

В аноде электролизера выполнены отверстия, причем суммарная длина окружностей на стороне анода, обращенной к катионообменной мембране, относится к площади поверхности той же стороны анода как 3-19,93 м/дм2, а площадь отверстий Яа поверхности анода обращенной к катионообменной мембране, к общей ппощади той же поверхности составляет 10,1-69, 8%. Во время измерения электролитического напряжения ячейки измерение падения напряжения в каждой части электролитической ячейки может быть сделано с помощью ка

см

пилляра Луггина. Потенциал перфорированной анодной пластины точно такой же, как у пористого металлического анода, следовательно, разница напряжения электролитической ячейки возникает только благодаря разнице падения напряжения на катионообменной мембране.

Когда общая периферическая длина отверстий увеличивается, пДцение напряжения на катионообменной мембране уменьшается. Когда общая периферическая длина отверстий перфорированной анодной пластины равна 3 м/дм или более, падение напряжения на катионообменной мембране, когда используют перфорированную анодную пластину становится меньше, чем когда используют пористый металлический анод.

Когда общая периферическая длина отверстий перфорированной анодной пластины равна 4 м/дм или более, даже если общая периферическая длина отверстий увеличивается, падение напря- жения на катионообменной мембране почти не меняется, но наблюдается слабое уменьшение падения напряжения. Однако в этом случае по сравнению с падением напряжения на катионообменной мембране, когда используют пористьй металлический анод, падение напряжения на катионообменной мембране при использовании перфорированной анодной пластины уменьшается при использовании перфорированной пластины с разницей порядка 0,15-0,2 В. Распределение тока в катионообменной мембране становится равномерным и, следовательно, падение напряжения на катионообменной мембране уменьшается, в результате чего снижается электролитическое напряжение ячейки.

Для проведения процесса электролиза готовят перфорированную анодную пластину следующим образом.

Штампуют титановую пластину 10 см 10 см толщиной 1,0 мм; получая перфорированную пластину, в которой круглые отверстия диаметром 2 мм расположены под углом 60° с шагом 3,0 мм„ Обезжиривают перфорированную пластину коммерчески доступным полировальным порошком, затем погружают ее в водный 20%-ный по весу раствор серной кислоты при 85°С на 3 ч для загрубления поверхности перфорированной пластины. Затем наносят раствор треххлорйстого рутения, имею

24194

щий содержание рутения 40 г/л, который приготовлен растворением треххлорйстого рутения в 10%-ном водном растворе соляной кислоты, на перед- нюю поверхность и поверхность внутренних стенок отверстий перфорирован

Q

0

5

0

5

0

5

ной пластины с помощью кисти, а затем обжигают при 450°С в течение 5 мин на воздухе. Такое покрытие и операцию обжига повторяют семь раз. На заднюю поверхность не наносят никакого покрытия. Толщина покрытия на передней поверхности и поверхностях внутренних стенок отверстий перфорированной пластины составляет примерно 1,9 мкм. Операции нанесения и обжига повторяют пять раз. В первой двухразовой операции покрывают всю поверхность перфорированной пластины, тогда как в следующей трехкратной операции покрывают только переднюю поверхность и поверхности внутренних стенок отверстий перфорированной пластины. Толщина покрытия на передней поверхности и внутренних поверхностях стенок отверстий равна примерно 1,6 мкм, тогда как толщина покрытия на задней поверхности составляет примерно 0,6 микрона. Общее количество покрытия является одинаковым и составляет примерно 190 мг. Когда покрытие не наносят на заднюю поверхность, протирают марлей, пропитанной четыреххлористым углеродом, содержащим 1 мас.% рапсового масла, растворенного в нем, а затем наносят покрытие на переднюю поверхность и поверхности внутренних стенок отверстий о Наконец покрытую перфорированную пластину подвергают термообработке при 500 С в течение 3 ч на воздухе.

Готовят катионообменную мембрану, Сополимеризуют тетрафторэтилен и перфтор-3,6-диокси-4-метил-7-октен- сульфонилфторид в 1,1,2-трихлор-1,2, 2-трифторэтане, используя в качестве инициатора полимеризации перекись перфторпропионила, получают первый полимер, имеющий эквивалентный вес 1350, и второй полимер, имеющий эквивалентный вес 1500, Эти эквивалентные веса измеряют путем промывки части- каждого из полимеров водой, а затем его омылением с последущиМ титрованием. Проводят горячее формование первого полимера и второго полимера, получая двухслойный слоистый

515

материал, в котором первый полимер имеет толщину 35 мкм, а второй поли- мер имеет толщину 100 мкм. Соединяют со слоистым материалом ткань Тефлон со стороны второго полимера по вакуумному методу для слоистых материалов, затем слоистый материал омылягот, получая катионообменную мембрану с суль- фогруппами. Поверхность только первого полимера мембраны подвергают восстановительной обработке для превращения сульфогрупп в карбоксильные группы.

Электролитическая ячейка имеет площадь прохождения тока 10 см. Рамка анодной камеры изготовлена из титана, тогда как рамка для катодной камеры - из нержавеющей стали. Позади анода и катода, которые находятся один против другого,соответственно, предусмотрены 3 см пространства.

В электролитической ячейке катионообменную мембрану располагают таким образом, чтобы первый полимер находился со стороны катода. В анодную камеру подают 3 н.водный раствор хлористого натрия, имеющий рН 2, в то время как в катодную камеру подают 5 н. водный раствор гидроокиси натрия

В это же время, поддерживая внутреннее давление в катодной камере на уровне на 1 м (имея в виду высоту водяного столба выше, чем в анодной камере), проводят электролиз- при плотности тока 50 А/дм и при 90°С, Электролиз проводят стабильно при электролитическом напряжении 3,88-. 3,92 и в электролитическом напряжении 3,85-3,90 В соответственно.

Через 15 мес после начала электролиза и через 16 мес после начала

0

41

5

0

5

0

5

0

96

электролиза электролитическое напряжег ние начинает расти, в это же время анодные потенциалы также начинают увеличиваться, тэе. указанные интервалы времени являются сроками службы анодов.

В табл.1 приведены данные по падению напряжения в катионообменной мембране при работе предлагаемого электролизера в зависимости от размера отверстий, а в табл.2 - разница падения напряжения на мембране между известным и предлагаемым электролиз ером в зависимости от размера отверстий.

Таким образом, предлагаемый электролизер позволяет вести процесс при меньшем расходе электроэнергии.

Формула изобретения

Электролизер для получения хлора и щелочи путем электролиза раствора хлорида натрия, включающий корпус, анод с анодно-активным покрытием и катод, разделенные катионообменной мембраной, отличающийся тем, что, с целью снижения расхода электроэнергии за счет уменьшения падения напряжения на мембране, в аноде выполнены отверстия, суммарная длина окружностей которых на стороне анода, обращенной к катионообменной мембране, относится к площади анода с той же самой стороны как 3-19,93 м/дм , а соотношение площади отверстий анода на его части, противоположной катионообменной мембране, и общей площади той же самой части, составляет с 10,1 до 69,8%.

Таблица 1

Таблица2

J

13N/5

Фиг.1

0 1 23456789 Ю

Фиг. 2

Изобретение относится к конструкциям электролизеров и позволяет снизить расход электроэнергии. Предлагаемый электролизер включает корпус, анод и катод, разделенные катионообменной мембраной. В аноде выполнены отверстия, суммарная длина окружностей которых на стороне анода, обращенной к катионообменной мембране, относится к площади анода с той же самой стороны как 3-19,93 м/дм², а соотношение площади отверстий на его части, противоположной катионообменной мембране, и общей площади той же самой части составляет 10,1-69,8%. 2 ил., 2 табл.