Электролизер Советский патент 1982 года по МПК C25C7/00 

(54) ЭЛЕКТРОЛИЗЕР

I

Изобретение относится к аппаратуре для проведения электрохимических процессов и, в частности, может быть использовано в гидрометаллургической прОмышленности.

Известны электролизеры, выполненные в виде ящичных ванн с.большим количеством электродов, располагаемых на расстоянии нескольких десятков миллиметров друг от друга. Поскольку массопередача в электрохимических процессах интенсифицируется при перемешивании электролита, а itpi расположении электродов на близком расстоянии друг от друга установка в ваннах мешалок обычных типов не э фективна, для интенсификации массопередачи чаще всего используется циркуляция электролита с помощью насосов, установленных вне электролизера.

Известен электролизер, снабженный пульсатором, передающим импульс электролиту, который сообщается с полостью электролизера через отверстия перфорированной перегородки IJОцнако размытый при переходе сквозь перфорированную перегородку гидравлический импульс не обеспечивает интенсивного перемешивания электролита в междуэлектррдном промежутке.

Известен также электролизер, редставляющий ящичную ванну с погруженными под уровень электролита электродами. Ванна имеет ц куляционныЙ контур, включающий коллекторы, расположенtoные в ванне, сообщенные с транспортирующим устройством, помещенным вне ванны. Коллекторы расположены вдоль стен ванны, перпендикулярно к плоскостям электродов, и снабжены большим числом от

IS верстий07,5-1Д мм. При работе устройства электролит со скоростью 7-16 м/с поступает в ванну 2}.

распространение потока электролита в виде большого количества рас20средоточенных струй в узких щелевых каналах, какими являются межэлектродные пространства, интенсифицирует процесс массопереноса недостаточио. Кроме того. наличие перекачивающего насоса усложняет устройство и снижает его надежнос в эксплуатации, поскольку для электрохи мических производств характерна повыше ная коррозия оборудования. Цель изобретения - повышение фоизводительности электролизера. Указанная цель достигается тем, что в электролизере, включающем электроли|ТИческую ванну с электродами, заполнен|Ную электролитом и циркуляционный кон|тур, содержащий пульсатор, узел транспо тировки и коллектор с отверстиями, размещенный под уровнем электролита, узел транспортировки выполнен в. виде вертикальной камеры, соединяющей пульсатор с коллектором, коллектор снабжен соплами, размещенными у краев электродов, причем.гидравлический диаметр сопла составляет от 0,2 до 0,8 расстояния между электродами, а расстояние между соседними соплами одного межэлектродного промежутка не щэевыщает тридцати гидравлических диаметров сопла. При подведении энергии на перемешивание в межзлектродное пространство че рез сопла предлагаемого устройства процесс массопереноса интенсифицируется больше, чем пря подводе энергии через большое число рассредоточенных по коллектору отверстий. При этом скорости истечения электролита через сопла значительно меньше. Отсутствие движущихся частей в контакте с электролитом поBbmiasT надежность ра;боты устройства. Высокая интенсификация процесса массопереноса Б межэлектродном пространстве улучшает также качество осадков, получаемых при электрорафинировании и позволяет увеличить срок наращивания металла, что снижает трудозатраты на обслуживание электролизеров. На фиг. 1 изображен электролизер, щюцолъный разрез; на фиг. 2 - вариант выполнения электролизера с двумя коллекторами, вид в плане; на фиг. 3 - вар ант исполнения электролизера с двумя узлами транспортировки, вид в плане; на фиг. 4-7 показайы поперечные разрезы электролизера с размещением сопел и траектории спутных потоков. Электролизер (фиг. 1) состоит из ванны 1 с электродами 2, погруженными под уровень электролита 3. Вертикальная камера 4 сообщается снизу с коллектором 5, снабженным соплами 6, выходные отверстия которых располагаются у нижнего края электродов и нагфаВлены в межэлектродное пространство вдоль поверхности электродов. В верхней части камера 4 сообщается трубопроводом 7 с пульсатором 8. На фиг. 2 показан вид сверху на вариaiiT выполнения электролизера с двумя коллекторами 5, расположенными под электродами 2 и сообщенными с камерой 4 в ее нижней части. Сечения сопла 6 могут иметь разную форму, так при малых межэлектродных расстояниях удобна форма сопла в виде овала. На фиг. 3 показан вид сверху на вариант электролизера, снабженный двумя камерами 4, сообщенными между собой в нижней части коллектором 5 с соплами 6. На фиг. 4-7 показаны поперечные разрезы через межэлектродное пространство вариантов исполнения электролизера, которые отличаются различным расположением и ориентацией сопел в зависимости от соотношения размеров электродов. На этих же фигурах пунктиром показаны спутные потоки, которые генерируются пульсирующими струями, истекающими из сопел. Электролизер работает следующим образом. Перед началом работы электролизер и камера 4, как сосуды сообщающиеся через сопла 6, заполняются электролитом 3до уровня. Включается пульсатор 8, который поочередно сообщает пространство над уровнем электролита в камере 4со штуцерами 9 и Ю подачи сжатого воздуха и выхлопа. При поступлении сжатого воздуха через пульсатор и трубопровод 7 в камеру 4 уровень электролита в ней опускается в положение 11. Затем золотник 12 пульсатора поворачивается и сообщает пульсационную камеру со штуцером ib выхлопа, в результате, когда давление в камере 4 падает до атмосферного, уровень электролита в ней поднимается в положение 13. Таким образом, цикл повторяется с заданной частотой пульсации, которая определяется и регулируется числом оборотов золотника. На фиг. 3 показан другой вариант выполнения пульсатора, который представляет собой систему двух клапанов 14, например электромагнитных, котфая управляется специальным устройством 15, и поочередно сообщает трубопровод 7 со штуцерами 9 и 10 подачи сжатого воздуха и выхлопа. Соотношение длительности сообщения камеры 4 со штуцерами 9 и 10 в пределах цикла пульсации может регулироваться. При опускании уровня в камере 4 электролит по распределительному коллектору 5 поступает к соплам и истекает из них в межэлектроцное пространство в виде струй, направлецньпс вдоль поверхности электродов. Размены пульсационной камеры, распределительного коллектора и сопел, а также частот и продолжительности подачи сжатого воздуха в пульсационную камеру охфеделяют скорость истечения струй. Указанные параметры выбираются таким образом, чтобы средняя скорость в соплах при истечении струй составляла 0,5-5 м/с. При этом в межэлектродном щюстранстве возникает гидродинам ческая обстановка, обеспечивающая интенсификацию массопередачи с поверхности электрода на расстоянии 50 гидравлических диаметров сопла - в нагфав лении истечения струй и до 30 гидравлических диаметров сопла - в направлении, перпендикулярном направлению исте чения по обе стороны от сопла. Сравнительные испытания бьши щзовведены для двух моделей электролизер

ИзвестньШ:

коллектор с 10 отв. 0 5 мм. Отношение О отверстия к расстоянию между

электродами 0,01.

Предлагаемое устройство:

1 сопло 0 20 мм. Вертикальная полость сечением 7 см1, отношение 0 сопла к расстоянию между электродами

f - °

3,5

Скорость щэокачки через отверстия - 16 м/с 36 выполненных по гредлагаемому техническому решению и пЬ известному Г2. В обоих случаях модель состояла из двух электродов 1,О х 1,0м, расположенных на: расстоянии 5О мм друг от друга. В модели известного электролизера коллектор имел 10 отверстий диаметром 5 мм, в которых насосом , iqjoKaчивающим йлектролит, создавалась скорость 16м/с. Коллектор электролизера имел 1 сопло диаметром 20 мм, расположенное, как показано на фиг. 6, и сообщенное с вертикальной камерой сечением 7 см, присоединенной к пневматическому пульсатору. Проводили, гфоцесс электроосаждення меди из электролита, содержащего 2 г/л меди и 0,2 Н серной кислоты. Методом вольт-амперметрни определялся 1фе дельный ток к поверхности электрода в различных ее точках, который характеризует массопередачу. Результаты испытаний приведены в . таблице. 7 ,93554 Из таблицы видно, что при частоте , пульсации 1 Гц и скорости прокачки электролита через сопло со скоростью 1,52 м/с предлагаемая конструкция позволяет получить предельный ток почти вдвое боль-5 ший, чем. у известной конструкции. Это, в свою очередь, позволяет повысить нагрузки по току на единицу поверхности электрода, а следовательно, и производительность электролизера.

Формула изобретения

Электролизер, включающий электролитическую ванну с электродами, заполненную электролитом, и циркуляционный контур, содержащий пульсатор, узел транспортировки и коллектор с отверстиями, размещенный под уровнем электролита. 0

ет тридцати гидравлических диаметров сопла.

fSИсточники информации,

принятые во внимание при экспертизе

/ / /

Фиг.г

7

X

х

ФигЛ

Ъи