CN103469245B - 离子膜电解槽 - Google Patents

Abstract

一种离子膜电解槽，其每个阳极边框内的二个阳极之间设有均匀液体消除气泡装置，均匀液体消除气泡装置包括位于阳极边框内的多个沿竖直方向设置的导流管和多个导流循环板夹，多个导流管沿左右方向排列成一排，每个导流管的侧壁上沿左右方向自上而下设有多个长条形的穿孔，多个导流循环板夹分别从不同的高度位置沿左右方向穿孔处穿过一排多个导流管上的穿孔，每对导流循环夹板包括沿前、后方向并列设置的2个导流循环板，循环板的板面位于左右方向，2个导流循环板下边缘之间的间距小于2个导流循环板上边缘之间的间距。其目的在于提供一种可提高离子膜的使用寿命，减少电能消耗，降低生产成本的离子膜电解槽。

Description

离子膜电解槽

技术领域

本发明涉及一种离子膜电解槽。

背景技术

现有的用于生产烧碱的单极式离子膜电解槽，含有电解液外循环结构，在通电运行时，由于没有内部循环结构，导致阳极单元内部电解液浓度分布不均匀，造成通过电解液的电流密度分布也不均匀，进而导致电解液电阻升高，槽电压较高。另外，现有的离子膜电解槽阴极室结构属于有极距电解槽类型，电极网孔大，电流密度分布不均匀，极距的存在也会使电解液电阻增大，槽电压升高。而电解液电阻增大，槽电压升高会导致吨碱电耗也高，增加生产成本。

发明内容

本发明目的在于提供一种可提高离子膜的使用寿命，减少电能消耗，降低生产成本的离子膜电解槽。

本发明的离子膜电解槽，包括一个以上的阳极单元和一个以上的阴极单元，阴极单元和阳极单元按照一个阴极单元、一个阳极单元、再一个阴极单元、再一个阳极单元的顺序并列紧贴设置，每个所述阴极单元分别包括一个沿左右竖直方向设置的阴极边框，阴极边框的底端设有进口，阴极边框的顶端设有出口，每个阴极边框内的前、后侧分别设有一个拉网板制成的支撑板，支撑板的板面位于左右竖直方向，支撑板朝里的板面与多道阴极筋板固定相连，多道阴极筋板的侧端分别与所在的阴极边框的内壁固定相连，每个阴极边框内沿前后方向分别设有多个弹性支撑柱，每个弹性支撑柱的二端分别顶在支撑板朝里的板面上，每个弹性支撑柱的侧壁通过固定杆与所在的阴极边框内的筋板或阴极边框的内壁固定相连，每个阴极边框的前、后端面上分别贴设有一个阴极垫片，每个支撑板朝外的板面上贴设有导电材料制成的网状的集电体，每个集电体的边缘处朝里的端面与一个阴极垫片朝外的端面相贴，每个集电体朝外的端面上贴设有镍金属丝编织制成的波纹状的缓冲网，缓冲网的周边位于阴极边框的内侧，每个缓冲网朝外的端面上贴设有镍金属丝编织制成的阴极网，阴极网的周边位于缓冲网边缘的外侧和阴极边框的内侧之间，阴极网的周边采用多个聚四氟乙烯制成的销钉固定在集电体上，每个集电体的一端向外延伸与阴极导电铜条相连，阴极导电铜条位于阴极边框的外侧；

每个所述阳极单元分别包括一个沿左右竖直方向设置的阳极边框，阳极边框的底端设有进口，阳极边框的顶端设有出口，每个阳极边框内分别设有多个导电复合条，每个导电复合条的一端向外延伸与阳极导电铜条相连，阳极导电铜条位于阳极边框的外侧；

每个阳极边框的前、后端面上分别贴设有一个阳极垫片，每个阳极边框内的前、后侧分别设有一个网状的阳极，阳极的网面位于左右竖直方向，每个阳极朝外的网面与一个离子膜的一个表面相贴，该离子膜的另一个表面和与其相邻的阴极边框上的阴极网朝外的表面相贴，阳极垫片朝外的表面离子膜的表面相贴，同一个阳极边框内的前、后阳极之间设有阳极筋板；每个阳极边框内的二个阳极之间设有均匀液体消除气泡装置，所述均匀液体消除气泡装置包括位于阳极边框内的多个沿竖直方向设置的导流管和多个导流循环板夹，多个导流管沿左右方向排列成一排，每个导流管的侧壁上沿左右方向自上而下设有多个长条形的穿孔，多个所述导流循环板夹分别从不同的高度位置沿左右方向穿孔处穿过一排多个导流管上的穿孔，每对导流循环夹板包括沿前、后方向并列设置的2个导流循环板，循环板的板面位于左右方向，2个导流循环板下边缘之间的间距小于2个导流循环板上边缘之间的间距。

本发明的离子膜电解槽，其中所述支撑板朝里的板面通过侧筋板与多道阴极筋板固定相连，所述导流管的顶端设有一排所述穿孔，一个所述导流循环夹板的下部插在导流管顶端的一排穿孔内，导流管的顶端位于所述阳极边框内的上部，导流管的底端位于阳极边框内的下部。

本发明的离子膜电解槽，其中每对所述导流循环夹板的2个所述导流循环板板面之间的夹角为5°—20°，所述阴极边框由耐高温高浓度烧碱腐蚀的310s不锈钢型材焊接制成，所述阴极垫片采用耐碱腐蚀的乙丙橡胶制成，阴极垫片的厚度为3.4mm。所述集电体采用厚度1mm的铜板制成，集电体表面覆盖0.2mm厚度的镀镍层，所述缓冲网采用0.15mm直径镍丝编织制成，缓冲网的波高4.5mm，波宽7.8mm，缓冲网通过电阻点焊固定在集电体上。

本发明的离子膜电解槽，其中每对所述导流循环夹板的2个所述导流循环板板面之间的夹角为10°—15°，所述阳极边框由耐间隙腐蚀的钛钯合金方管制成。

本发明的离子膜电解槽，其每个阳极朝外的网面与一个离子膜的一个表面相贴，该离子膜的另一个表面和与其相邻的阴极边框上的阴极网朝外的表面相贴，并且利用波纹状的缓冲网压住网状的阴极网和离子膜，让阴极网表面贴在离子膜上，离子膜的表面还贴在阳极上，由此降低了离子膜发生损坏的可能性，提高了离子膜的使用寿命，并且最大限度地减少了阴极网和阳极之间的距离，由此也明显降低了离子膜电解槽的单槽电压值，减少了电能消耗。此外，本发明的离子膜电解槽在通电运行时，阳极单元内导流循环板夹内的电解液不含气体，阳极单元内导流循环板夹外的电解液则会含有大量的气体，由此会造成内外部电解液存在一定的密度差，内部电解液由于密度大，导流循环板夹内的电解液会通过导流管向下流动，导流循环板夹外的电解液会从导流循环板夹上方进入导流循环板夹，但电解液中的气泡则会继续上升，从而在阳极单元形成内部电解液循环，使阳极单元内部液体浓度快速趋于均匀，并可让电解液中的气泡快速消除，进而可让电解液的电流密度变得更加均匀，电阻降低，由于电流分布均匀，电阻降低，在相同电流密度下，槽电压下降明显。运行3.5ka/m2电流密度，烧碱浓度32％，电解液温度小于85度，单槽电压低于2.9v，吨碱电耗仅为2000度。因此，本发明的离子膜电解槽具有可提高离子膜的使用寿命，减少电能消耗，降低生产成本的特点，具有突出的实质性特点和显著的进步。

本发明的离子膜电解槽的其他细节和特点可通过阅读下文结合附图详加描述的实施例便可清楚明了。

附图说明

图1为本发明的离子膜电解槽的一种实施方式的主视图；

图2为图1的俯视图；

图3为图1的阳极单元部分的侧视图；

图4为图2的右侧部分的放大视图；

图5为阴极单元左端部分的局部放大视图；

图6为图3的上半部分的局部放大视图。

具体实施方式

如图1、图2、图4和图5所示，本发明的离子膜电解槽，包括一个以上的阳极单元和一个以上的阴极单元，阴极单元和阳极单元按照一个阴极单元、一个阳极单元、再一个阴极单元、再一个阳极单元的顺序并列紧贴设置，图2仅示意性的画了一个阴极单元、一个阳极单元，每个阴极单元分别包括一个沿左右竖直方向设置的阴极边框1，阴极边框1的底端设有进口，阴极边框1的顶端设有出口，每个阴极边框1内的前、后侧分别设有一个拉网板制成的支撑板2，支撑板2的板面位于左右竖直方向，支撑板2朝里的板面与多道阴极筋板3固定相连，多道阴极筋板3的侧端分别与所在的阴极边框1的内壁固定相连，每个阴极边框1内沿前后方向分别设有多个弹性支撑柱4，每个弹性支撑柱4的二端分别顶在支撑板2朝里的板面上，每个弹性支撑柱4的侧壁通过固定杆5与所在的阴极边框1内的筋板3或阴极边框1的内壁固定相连，弹性支撑柱4用于缓冲支撑板2所承受的外界作用，每个阴极边框1的前、后端面上分别贴设有一个阴极垫片9，每个支撑板3朝外的板面上贴设有导电材料制成的网状的集电体6，每个集电体6的边缘处朝里的端面与一个阴极垫片9朝外的端面相贴，每个集电体6朝外的端面上贴设有镍金属丝编织制成的波纹状的缓冲网7，缓冲网7的周边位于阴极边框1的内侧，每个缓冲网7朝外的端面上贴设有镍金属丝编织制成的阴极网8，阴极网8的周边位于缓冲网7边缘的外侧和阴极边框1的内侧之间，阴极网8的周边采用多个聚四氟乙烯制成的销钉10固定在集电体6上，每个集电体6的一端向外延伸与阴极导电铜条11相连，阴极导电铜条11位于阴极边框1的外侧；

如图1、图2、图3和图5所示，每个阳极单元分别包括一个沿左右竖直方向设置的阳极边框20，阳极边框20的底端设有进口，阳极边框20的顶端设有出口，每个阳极边框20内分别设有多个导电复合条15，每个导电复合条15的一端向外延伸与阳极导电铜条14相连，阳极导电铜条14位于阳极边框20的外侧；

每个阳极边框20的前、后端面上分别贴设有一个阳极垫片19，每个阳极边框20内的前、后侧分别设有一个网状的阳极18，阳极18的网面位于左右竖直方向，每个阳极18朝外的网面与一个离子膜21的一个表面相贴，该离子膜21的另一个表面和与其相邻的阴极边框1上的阴极网8朝外的表面相贴，阳极垫片19朝外的表面离子膜21的表面相贴，同一个阳极边框20内的前、后阳极18之间设有阳极筋板13；每个阳极边框20内的二个阳极18之间设有均匀液体消除气泡装置，均匀液体消除气泡装置包括位于阳极边框20内的多个沿竖直方向设置的导流管17和多个导流循环板夹，多个导流管17沿左右方向排列成一排，每个导流管17的侧壁上沿左右方向自上而下设有多个长条形的穿孔，多个导流循环板夹分别从不同的高度位置沿左右方向穿孔处穿过一排多个导流管17上的穿孔，每对导流循环夹板包括沿前、后方向并列设置的2个导流循环板16，循环板16的板面位于左右方向，2个导流循环板16下边缘之间的间距小于2个导流循环板16上边缘之间的间距。本发明的离子膜电解槽在通电运行时，阳极单元内导流循环板夹内的电解液不含气体，阳极单元内导流循环板夹外的电解液则会含有大量的气体，由此会造成内外部液体存在一定的密度差，内部液体由于密度大，导流循环板夹内的电解液会通过导流管向下流动，导流循环板夹外的电解液会从导流循环板夹上方进入导流循环板夹，但电解液中的气泡则会继续上升，从而在阳极单元形成内部电解液循环，使阳极单元内部液体浓度快速趋于均匀，并可让电解液中的气泡快速消除，进而可让电解液的电流密度变得更加均匀，电阻降低，由于电流分布均匀，电阻降低，在相同电流密度下，槽电压下降明显。运行3.5ka/m2电流密度，烧碱浓度32％，电解液温度小于85度，单槽电压低于2.9v，吨碱电耗仅为2000度。

作为本发明的改进，上述支撑板2朝里的板面通过侧筋板与多道阴极筋板3固定相连，导流管17的顶端设有一排穿孔，一个导流循环夹板的下部插在导流管17顶端的一排穿孔内，导流管17的顶端位于阳极边框20内的上部，导流管17的底端位于阳极边框20内的下部。

作为本发明的进一步改进，上述每对导流循环夹板的2个导流循环板16板面之间的夹角为5°—20°，阴极边框1由耐高温高浓度烧碱腐蚀的310s不锈钢型材焊接制成，内部组焊多根筋板，在筋板上组焊有调整支撑板位置的侧筋板，支撑板用于支持集电体6，防止使用过程中变形。阴极垫片9采用耐碱腐蚀的乙丙橡胶制成，阴极垫片9的厚度为3.4mm。集电体6采用厚度1mm的铜板制成，集电体6表面覆盖0.2mm厚度的镀镍层，既保证了截面导电要求，又消除了碱腐蚀。缓冲网7采用0.15mm直径镍丝编织制成，缓冲网7的波高4.5mm，波宽7.8mm，缓冲网7通过电阻点焊固定在集电体6上。

作为本发明的进一步改进，上述每对导流循环夹板的2个导流循环板16板面之间的夹角为10°—15°，阳极边框20由耐间隙腐蚀的钛钯合金方管制成。

上述拉网板制成的支撑板2具有一定的刚度，可承受适度压缩缓冲网7所产生的载荷，从而可保证阴极网8贴在离子膜21上。

本发明的离子膜电解槽，其每个阳极18朝外的网面与一个离子膜21的一个表面相贴，该离子膜21的另一个表面和与其相邻的阴极边框1上的阴极网8朝外的表面相贴，并且利用波纹状的缓冲网7压住网状的阴极网8和离子膜21，让阴极网8表面贴在离子膜21上，离子膜21的表面还贴在阳极18上，由此降低了离子膜21发生损坏的可能性，提高了离子膜21的使用寿命，并且最大限度地减少了阴极网8和阳极18之间的距离，由此也明显降低了离子膜电解槽的单槽电压值，减少了电能消耗。此外，本发明的离子膜电解槽在通电运行时，阳极单元内导流循环板夹内的电解液不含气体，阳极单元内导流循环板夹外的电解液则会含有大量的气体，由此会造成内外部电解液存在一定的密度差，内部电解液由于密度大，导流循环板夹内的电解液会通过导流管向下流动，导流循环板夹外的电解液会从导流循环板夹上方进入导流循环板夹，但电解液中的气泡则会继续上升，从而在阳极单元形成内部电解液循环，使阳极单元内部液体浓度快速趋于均匀，并可让电解液中的气泡快速消除，进而可让电解液的电流密度变得更加均匀，电阻降低，由于电流分布均匀，电阻降低，在相同电流密度下，槽电压下降明显。运行3.5ka/m2电流密度，烧碱浓度32％，电解液温度小于85度，单槽电压低于2.9v，吨碱电耗仅为2000度。

上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明范围进行限定，在不脱离本发明设计精神前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (4)

1.离子膜电解槽，包括一个以上的阳极单元和一个以上的阴极单元，阴极单元和阳极单元按照一个阴极单元、一个阳极单元、再一个阴极单元、再一个阳极单元的顺序并列紧贴设置，其特征在于每个所述阴极单元分别包括一个沿左右竖直方向设置的阴极边框(1)，阴极边框(1)的底端设有进口，阴极边框(1)的顶端设有出口，每个阴极边框(1)内的前、后侧分别设有一个拉网板制成的支撑板(2)，支撑板(2)的板面位于左右竖直方向，支撑板(2)朝里的板面与多道阴极筋板(3)固定相连，多道阴极筋板(3)的侧端分别与所在的阴极边框(1)的内壁固定相连，每个阴极边框(1)内沿前后方向分别设有多个弹性支撑柱(4)，每个弹性支撑柱(4)的二端分别顶在支撑板(2)朝里的板面上，每个弹性支撑柱(4)的侧壁通过固定杆(5)与所在的阴极边框(1)内的筋板(3)或阴极边框(1)的内壁固定相连，每个阴极边框(1)的前、后端面上分别贴设有一个阴极垫片(9)，每个支撑板(3)朝外的板面上贴设有导电材料制成的网状的集电体(6)，每个集电体(6)的边缘处朝里的端面与一个阴极垫片(9)朝外的端面相贴，每个集电体(6)朝外的端面上贴设有镍金属丝编织制成的波纹状的缓冲网(7)，缓冲网(7)的周边位于阴极边框(1)的内侧，每个缓冲网(7)朝外的端面上贴设有镍金属丝编织制成的阴极网(8)，阴极网(8)的周边位于缓冲网(7)边缘的外侧和阴极边框(1)的内侧之间，阴极网(8)的周边采用多个聚四氟乙烯制成的销钉(10)固定在集电体(6)上，每个集电体(6)的一端向外延伸与阴极导电铜条(11)相连，阴极导电铜条(11)位于阴极边框(1)的外侧；

每个所述阳极单元分别包括一个沿左右竖直方向设置的阳极边框(20)，阳极边框(20)的底端设有进口，阳极边框(20)的顶端设有出口，每个阳极边框(20)内分别设有多个导电复合条(15)，每个导电复合条(15)的一端向外延伸与阳极导电铜条(14)相连，阳极导电铜条(14)位于阳极边框(20)的外侧；

每个阳极边框(20)的前、后端面上分别贴设有一个阳极垫片(19)，每个阳极边框(20)内的前、后侧分别设有一个网状的阳极(18)，阳极(18)的网面位于左右竖直方向，每个阳极(18)朝外的网面与一个离子膜(21)的一个表面相贴，该离子膜(21)的另一个表面和与其相邻的阴极边框(1)上的阴极网(8)朝外的表面相贴，阳极垫片(19)朝外的表面离子膜(21)的表面相贴，同一个阳极边框(20)内的前、后阳极(18)之间设有阳极筋板(13)；每个阳极边框(20)内的二个阳极(18)之间设有均匀液体消除气泡装置，所述均匀液体消除气泡装置包括位于阳极边框(20)内的多个沿竖直方向设置的导流管(17)和多个导流循环板夹，多个导流管(17)沿左右方向排列成一排，每个导流管(17)的侧壁上沿左右方向自上而下设有多个长条形的穿孔，多个所述导流循环板夹分别从不同的高度位置沿左右方向穿孔处穿过一排多个导流管(17)上的穿孔，每对导流循环夹板包括沿前、后方向并列设置的2个导流循环板(16)，循环板(16)的板面位于左右方向，2个导流循环板(16)下边缘之间的间距小于2个导流循环板(16)上边缘之间的间距。

2.根据权利要求1所述的离子膜电解槽，其特征在于所述支撑板(2)朝里的板面通过侧筋板与多道阴极筋板(3)固定相连，所述导流管(17)的顶端设有一排所述穿孔，一个所述导流循环夹板的下部插在导流管(17)顶端的一排穿孔内，导流管(17)的顶端位于所述阳极边框(20)内的上部，导流管(17)的底端位于阳极边框(20)内的下部。

3.根据权利要求2所述的离子膜电解槽，其特征在于每对所述导流循环夹板的2个所述导流循环板(16)板面之间的夹角为5°—20°，所述阴极边框(1)采用310s不锈钢型材焊接制成，所述阴极垫片(9)采用乙丙橡胶制成，阴极垫片(9)的厚度为3.4mm，所述集电体(6)采用厚度1mm的铜板制成，集电体(6)表面覆盖0.2mm厚度的镀镍层，所述缓冲网(7)采用0.15mm直径镍丝编织制成，缓冲网(7)的波高4.5mm，波宽7.8mm，缓冲网(7)通过电阻点焊固定在集电体(6)上。

4.根据权利要求3所述的离子膜电解槽，其特征在于每对所述导流循环夹板的2个所述导流循环板(16)板面之间的夹角为10°—15°，所述阳极边框(20)由耐间隙腐蚀的钛钯合金方管制成。