Электролизер" Советский патент 1977 года по МПК C25B9/04 C25B11/02 C25B1/34 

1

Изобретение относится к химическому оборудованию и, в частности, к электролизерам с твердыми электродами.

Изобретение может быть использовано в производстве получения хлора и щелочи, хлоратов, гйпохлоритов электролизом растворов хлоридов щелочных металлов.

Широко применяемые в промышленности электролизеры содержат твердый катод в виде металлической сетки, на которую нанесена диафрагма и аноды в форме графитовых плит. Аноды закреплены либо в крышке электролизера, либо, что на практике бывает значительно чаще, в днище электролизера.

Таким электролизерам присущ ряд недостатков, связанных с применением графита в качестве анодов и способом их крепления.

Широко распространенный способ закрепления анодов в днище заключается в установке анодных плит в пазы токопроводящих решеток. Затем решетки заливаются свинцом, который улучшает электроконтакт и одновременно прочно закрепляет анод в токопроводящей решетке. На этот токонроводящий слой укладывают слой асфальта, защищающий металл от соприкосновения с анолитом. На слой асфальта укладывают еще слой бетона. Таким образом, конструкция закрепления анодов получается очень громоздкой.

Часть активной поверхности анода оказывается закрытой материалами основания и не участвует в процессе. Слой бетона постепенно разрушается и его частицы засоряют диафрагму, что приводит к повыщению напряжения на электролизере.

В последние годы широкое распространение получили малоизнашивающиеся (стабильные) аноды. Они устранили недостатки, связанные

с применением в качестве анодов графитовых плит. Однако недостатки, связанные с закреплением анодов, были присущи и электролизерам с металлическими анодами. Известна конструкция электролизера, в котором днище электролизера выполнено из металла, хорошо проводящего ток и покрытого изоляционным листом, например из титана. В изоляционном листе и днище сделаны отверстия, в которые входят токоподводы анодов.

Токоподвод анода представляет собой сплошной стержень из титана или из титана с сердечником из меди. В нижней части токоподвод спабжен фланцем, которым анод опирается на изоляционное покрытие. Часть токоподвода,

располол енная под фланцем, проходит через отверстие в днище электролизера и снабжена резьбой, на которую навинчивается гайка, обеспечивая закрепление анода в днище .члектролизера.

Подвод тока к аноду осуществляется либо непосредственным нрисоединением токоподводящей шины к токоподводу анода, либо через динще электолизера.

Для предотвращения вытекания электролита в месте закренления анодов нредусмотрены ирокладкн.

Однако, поскольку дннще электролизера не представляет собой идеально ровной плоскости п фланцы анодов также не абсолютно перпендикулярны токоподводам анодов, то аноды пр.и их креплении на днище устанавливаются не строго вертикально, а под разными углами.

При большой высоте анодов даже незначительная неточность в устанавливании анодов ведет к значительным отклонениям верхней рабочей части анода от нужного положения. Если, например, отклонение от вертикального положения составляет 1°, то при высоте анода 1000 мм отклонение верхнего конца анода от правильного положения (от вертикальной оси) составит около 20 мм. Причем такие отклонения у разных анодов направлены в разные стороны. Для того чтобы на собранный анодный блок, состоящий из большого числа анодов, одеть единый катодный блок, необходимо предусматривать большие расстояния между электродами, что пеизбежно приводит к большим излишним расходам электроэнергии. Так как стоимость электроэнергии в большинстве крупнотоннажных электрохимических производств, например в производстве хлора и щелочи, составляет наиболее значительную часть всех расходов, то применение такой конструкции приводит к существенному увеличению себестоимости продукции.

Кроме того, известный способ крепления анодов делает необходимым принятие специальных мер по предотвращению вытекания электролита в месте крепления анодов. Вытекание электролита, хотя бы из из одного электролизера, при включенной нагрузке может привести к последствиям для, всего цеха электролиза.

Известен электролизер с металлическими анодами, в котором токоведущая основа, например днище электролизера, снабжена выступами, к которым крепятся аноды. Аноды выполнены в виде сплошной или перфорированной плиты. В этой конструкции устранена возможность вытекания электролита в месте крепления анодов. Однако и в данном электролизере невозможно достаточно точно установить аноды.

Целью настоящего изобретения является создание конструкции электролизера, позволяющей устанавливать аноды параллельно друг другу с необходимой точностью в плоскости, перпендикулярной к плоскости креиления анодов, независимо от качества изготовления поверхности, к которой крепятся аноды. Это позволит снизить расход электроэнергии при проведении электролиза за счет уменьшения межэлектродного расстояния.

В предлагаемом электролизере токоиодвод анода выполнен в виде двухгнбких иараллельных пластин, закрепляемых на фиксирующих выступах, а рабочая часть каждого анода выполнена из двух параллельных перфорированных листов, жестко соединенных армирующими деталями.

Целесообразно армирующие детали выполнить в виде поперечных планок между перфорированными листами, а верхние части токоподводящих пластин расположить между перфорированными листами и приварить к поперечным планкам.

Для улучшения распределения тока полезно одну из токоподводящих пластин расположить по всей высоте перфорированных листов, а другую - до половины.

В качестве токоведущей основы могут быть использованы днище электролизера или вертикальные перегородки, выполненпые заодно с днищем. В случае крепления анодов к вертикальным перегородкам армирующие детали выполняют в виде металлических стержней или трубок, расположенных мелоду перфорированными листами вертикально по всей высоте анодов, а токоподводящие пластины приваривают вдоль вертикальной кромки рабочей части анодов.

На фиг. 1 изображен электролизер с анодами, установленными на днище электролизера; на фиг. 2 - электролизер с анодами, установленными на вертикальных токонесущих перегородках;

на фиг. 3 изображен анод согласно изобретению;

на фиг. 4 - разрез по А-А фиг. 3; на фиг. 5 - вариант выполнения анода, устанавливаемого на вертикальных токонесущих перегородках;

на фиг. 6 схема установки анодов по шаблону.

Электролизер имеет крышку 1, корпус-катод 2 и днище 3, к которому приварены ф.иксирующие токоподводящие выступы 4.

Ца фиксирующих выступах закреплены аноды 5 (фиг. 1). Внутри электролизера могут быть установлены вертикальные токонесущие иерегородки бив этом случае аноды устанавливаются на токонесущих перегородках (фиг. 2).

Анод состоит из рабочей части и токоподвода. Рабочая часть анода представляет собой

два перфорированных листа 7, соединенных

для жесткостп поперечными планками 8

(фиг. 4).

Токоподвод анода выполнен в виде двух гибких металлических пластин 9 и 10.

Для улучшения распределения тока по высоте анода и снижения потерь электроэнергии верхние части пластин 9 и 10 (фиг. 3) проходят внутрь рабочей части анода и привариваются к поперечным планкам 8.

При этом пластина 9 проходит по всей высоте рабочей части анода, а пластина 10 только до ее середины. Таким образом, образуется токоподвод переменного сечения.

При выполнении анода для устанавливания на вертикальных токонесущих перегородках рабочая часть анода армирована для жесткости металлическими трубками 11, идущими снизу вверх по всей высоте анода (фиг. 5).

Пластины 9 и 10 анода закрепляют на фиксирующих выступах 4 с помощью болтов 12.

При сборке электролизера рабочие части анодов устанавливаются в нужном положении с помощью щаблона 13.

При установке анодов пластины 9 и 10 токоподвода одеваются на фиксирующие выступы 4, а рабочие части анодов 5 устанавливаются в нужном положении с помои1,ью щаблона 13.

После установки анодов пластины 9 и 10 токоподвода закрепляют на фиксирующих выступах, например с помощью болтов, и удаляют 1паблон. Так как фикснрующие выступы практически всегда имеют отклонение от строго вертикального положения, то прн установке анодов по шаблону и .при закреплент-ш токоподводов пластины токоподвода окажутся смен1еннымн относительно друг друга вдоль выступа. Благодаря этому после снятия щаблона рабочая часть анода останется в нужном положении.

Предлагаемая конструкция позволяет устанавливать рабочую часть анода в нужном положении независимо от того, насколько точно установлены фиксирующие выступы. Кроме того, такая конструкция электролизера отличается простотой и надежностью, так как не возникает проблемы предотвращения вытекания электролита в месте крепления анодов.

При эксплуатации известного электролизера в производстве хлора и щелочи при плотности

тока 1500 А./м напряжение составило 3,35 В, расход электроэнергии 2600 кВт/ч иа 1 т СЬ. При эксплуатации опытного образца электролизера предложенной конструкции при той же плотности тока напряжение составило 3,25 В, а расход электроэнергии-2510 кВт/ч на 1 т СЬ.

Формула изобретения

1.Электролизер, содержащий корпус, катод, металлические аноды и токоведущую ОСНОВУ, снабженную фиксирующими выступами, отличающийся тем, что, с целью цовыщения точности установки анодов и снижения расхода электроэнергии, токонодвод аиода выполнен в виде двух гибких параллельных пластин, закрепляемых иа фиксирующих выступах, а рабочая часть каждого анода выполнена из двух параллельных перфорированных листов, жестко соединенных армирующими деталями.

2.Электролизер по и. 1, отличающийся тем, что армирующие детали выполнеиы в виде металлических стержней или трубок, расположенных между перфорированными листами вертикально по всей высоте анодов, а токоподводящие иластнны приварены вдоль вертикальной кромки рабочей части анодов.

3.Электролизер по и. 1, отличающийся тем, что армирующие детали выполнены в виде поперечных планок между нерфорированиыми листами, а верхиие части токоиодводяихих пластин расположены между перфорированными листами и приварены к поперечным планкам.

4.Электролизер по пп. 1 и 3, отличающийся тем, что одна из токоподводящих пластии расположена по всей высоте перфорированных листов, а другая - до половины.

ZZ Z2Z22/22:7.7 S 6 ///7/y//4 ----,

: L

ш

J

Ji

Физ5

paf.6