CN103993328B - 一种逆流接触式高效节能过硫酸盐电解设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种逆流接触式高效节能过硫酸盐电解设备。它包括槽壳、由数个石墨阴极方框组成的石墨阴极框架、与槽壳及石墨阴极框架四周密封连接的上盖板；每个石墨阴极方框由两组对称的互不相连接的石墨阴极组件组成，上盖板上设有下凹的集液器；每个集液器的正下方设有料液分配盒，料液分配盒的上平面上开有与集液器上开孔相对应的隔膜管通孔和阳极进料管下通孔，每个集液器与相对应的料液分配盒之间通过隔膜管、每个石墨阴极方框的阳极进料管上下连通。本发明的电解槽使阴极阳极两组物料在电解槽内通过隔膜管隔开，逆流接触以确保离子的导通和浓度差均衡、减少返混，这种动态、逆流接触的电解方法使电解槽的返混最小，电解效率最高。

Description

一种逆流接触式高效节能过硫酸盐电解设备

技术领域

本发明属于电解技术领域，涉及一种生产过硫酸盐的电解设备，具体涉及一种逆流接触式高效节能过硫酸盐电解设备。

背景技术

现有的用于电解法生产过硫酸盐的电解槽，大多为隔膜板式，电解液依靠位差来流动，由于阴极液和阳极液之间存在返混，造成电解效率差；且由于电解槽设计不合理，造成电解时槽压升高，耗电量大，另外电解中产生的氢气也无法收集回收利用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种逆流接触式高效节能过硫酸盐电解设备。

本发明的技术方案如下：

一种逆流接触式高效节能过硫酸盐电解设备，它是一种用于生产过硫酸盐的电解槽，包括一槽壳、由数个石墨阴极方框组成的石墨阴极框架、与槽壳及石墨阴极框架四周密封连接的上盖板；上盖板上一侧设有阳极料入口，另一侧设有阴极料入口；上盖板上中间部位设有氢气排放口；阴极料出口设在与阴极料入口相对的另一侧的槽壳中部；每个石墨阴极方框由两组对称的互不相连接的石墨阴极组件组成，每组石墨阴极组件又是由两块平行正对的石墨阴极板和一根石墨电极接线柱组成，两块石墨阴极板的一端均固定在石墨电极接线柱上；石墨电极接线柱的顶部高出石墨阴极板顶部，且与阴极铜排相连接；上盖板边缘设有刚好能使石墨电极接线柱顶部伸出上盖板的开槽；在每个石墨阴极方框围成的长方形空间内在两排石墨阴极板（即四块石墨阴极板）之间并排设置有两排上端与阳极铜排相连接、中下部插入隔膜管中的阳极电极；上盖板上与每个石墨阴极方框围成的长方形空间相对应的位置设有下凹的集液器；每个集液器底板上设有两排阳极插孔，每个集液器底板上中间部位设有可分别与每个石墨阴极方框的阳极进料管和阳极出料管连通的阳极进料管上通孔和阳极出料管上通孔；每个集液器的正下方设有料液分配盒（料液分配盒为一上部为平面、下部为弧面的半圆柱形容器），料液分配盒的上平面上设有与集液器底板上的两排阳极插孔和阳极进料管上通孔相对应的两排隔膜管下通孔和阳极进料管下通孔；两排隔膜管上、下端开口并分别与集液器底板上的阳极插孔四周和料液分配盒上的隔膜管下通孔四周密封连接，阳极电极从阳极插孔和隔膜管上端开口插入隔膜管中；每个石墨阴极方框的阳极进料管上、下端开口并分别与集液器底板上的阳极进料管上通孔四周和料液分配盒上的阳极进料管下通孔四周密封连接；每个集液器与相对应的料液分配盒之间通过隔膜管、每个石墨阴极方框的阳极进料管上下连通；前一个石墨阴极方框的阳极出料管上端开口并与集液器底板上的阳极出料管上通孔四周密封连接，下部弯折后与后一个石墨阴极方框的阳极进料管中部连通；位于电解槽一侧的上盖板上的阳极料入口与第一个石墨阴极方框的阳极进料管中部连通；最后一个石墨阴极方框的阳极出料管下部弯折后与位于电解槽另一侧的槽壳中部的阳极料出口连通；每个石墨阴极方框的阳极进料管管口高于集液器底板，每个石墨阴极方框的阳极出料管管口与集液器底板相平。

进一步的，每块石墨阴极板上部呈凸字形；上盖板下侧边设有一圈能插入每块石墨阴极板的凸块外边缘与石墨电极接线柱之间的缝隙中以此将石墨阴极框架上部密封包围的水封罩；上盖板上与阳极料入口同一侧设有罩外废气排出口。所述阳极电极为为钛包铜焊铂阳极电极棒。每个石墨阴极方框两侧均设有冷却水排管。

更进一步的，将每个石墨阴极方框的两排石墨阴极板之间的距离尽可能做到最小，以两排石墨阴极板之间能够设置两排隔膜管以插入两排阳极电极，并且两排石墨阴极板与两排隔膜管相互之间不触碰到为极限条件。这样可使阴阳极之间的电流路径尽可能缩短，从而将电解电压降减到最小。

本发明的有益效果：

本发明的逆流接触式高效节能过硫酸盐电解设备，具有如下特点：

1、阴极料、阳极料两组物料在电解槽内通过隔膜管隔开，逆流接触以确保离子的导通和浓度差均衡、减少返混，同时电解所产生的氢气通过上盖板上的开孔引出槽外回收、处理。采用这种动态、逆流接触的电解方法使电解设施的返混最小，电解效率最高。

2、其采用了特殊设计的石墨电极，即在每两排（四块）石墨阴极板围成的石墨阴极方框内并排设置两排阳极电极，并且将两排石墨阴极板之间的距离尽可能做到最小，使阴阳极之间的电流路径尽可能缩短，从而将电解电压降减到最小，由此使该电解生产达到极好的节能效果。

3、由于电解设施采用的材料为塑料、石墨、钛材，生产过程中不会产生对环保有害的重金属离子、废弃物等物质，从而达到了良好的环保效果。

4、生产过程中产生的氢气及时引出槽体外，通过回收和安全放空等措施使操作在常压下进行，达到良好的安全生产效果。

附图说明

图1是本发明一种逆流接触式高效节能过硫酸盐电解设备的结构示意图；

图2是本发明中电解槽除去槽壳后的外部视图；

图3是本发明中一组石墨阴极组件4的结构示意图；

图4是本发明中上盖板的俯视图；

图5是本发明中阳极料走向示意图；

图6是本发明中集液器的底板仰视图；

图7是本发明中料液分配盒的上平面俯视图。

图中：1、石墨阴极板2、石墨电极接线柱3、石墨阴极方框4、石墨阴极组件5、上盖板6、集液器7、槽壳8、隔膜管9、阳极电极（钛包铜焊铂阳极电极棒）10、料液分配盒11、石墨阴极方框的阳极进料管12、石墨阴极方框的阳极出料管13、阳极小铜排14、阳极铜排15、阳极料入口16、阴极料入口17、阳极料出口18、阴极料出口19、氢气排放口20、罩外废气排出口21、阳极插孔22、阳极进料管上通孔23、阳极出料管上通孔24、隔膜管下通孔25、阳极进料管下通孔26、开槽27、冷却水排管28、阴极铜排29、水封罩30、缝隙

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1-7所示，本发明一种逆流接触式高效节能过硫酸盐电解设备，它是一电解槽，包括一塑料槽壳7、由六个石墨阴极方框3组成的石墨阴极框架、与槽壳及石墨阴极框架四周密封连接的上盖板5；上盖板上一侧设有阳极料入口15，另一侧设有阴极料入口16；上盖板上中间部位设有氢气排放口19；阴极料出口18设在与阴极料入口相对的另一侧的槽壳中部（即与阳极料入口在同一侧）；每个石墨阴极方框3由两组对称的互不相连接的石墨阴极组件4组成；如图3所示，每组石墨阴极组件又是由两块平行正对的凸字形石墨阴极板1和一根石墨电极接线柱2组成；两块凸字形石墨阴极板的一端均固定在石墨电极接线柱上，石墨电极接线柱的顶部高出石墨阴极板顶部，且与阴极铜排14相连接；上盖板边缘设有刚好能使石墨电极接线柱顶部伸出上盖板的开槽26；在每个石墨阴极方框3围成的长方形空间内在两排石墨阴极板（即四块石墨阴极板1）之间并排设置有两排上端与阳极铜排相连接、中下部插入隔膜管8中的阳极电极9；上盖板上与每个石墨阴极方框围成的长方形空间相对应的位置设有下凹的长方形集液器6；每个集液器底板上设有两排阳极插孔21，每个集液器底板上中间部位设有可分别与每个石墨阴极方框的阳极进料管和阳极出料管连通的阳极进料管上通孔22和阳极出料管上通孔23；每个集液器的正下方设有料液分配盒10，料液分配盒10为一上部为平面、下部为弧面的半圆柱形塑料容器（从图5中可看出），料液分配盒的上平面上设有与集液器底板上的两排阳极插孔21和阳极进料管上通孔22相对应的两排隔膜管下通孔24和阳极进料管下通孔25；两排隔膜管8上、下端开口并分别与集液器底板上的阳极插孔21四周和料液分配盒上的隔膜管下通孔24四周密封连接，阳极电极从阳极插孔21和隔膜管上端开口插入隔膜管中；每个石墨阴极方框的阳极进料管11上、下端开口并分别与集液器底板上的阳极进料管上通孔22四周和料液分配盒上的阳极进料管下通孔25四周密封连接；每个集液器与相对应的料液分配盒之间通过隔膜管8、每个石墨阴极方框的阳极进料管11上下连通；前一个石墨阴极方框的阳极出料管12上端开口并与集液器底板上的阳极出料管上通孔23四周密封连接，下部弯折后与后一个石墨阴极方框的阳极进料管中部连通；位于电解槽一侧的上盖板上的阳极料入口15与第一个石墨阴极方框的阳极进料管中部连通；最后一个石墨阴极方框的阳极出料管下部弯折后与位于电解槽另一侧的槽壳中部的阳极料出口17连通；每个石墨阴极方框的阳极进料管管口高于集液器底板，每个石墨阴极方框的阳极出料管管口与集液器底板相平。

上盖板下侧边设有一圈能插入每块石墨阴极板的凸块外边缘与石墨电极接线柱之间的缝隙30中以此将石墨阴极框架上部密封包围的水封罩29，以使电解过程中产生的氢气收集在上盖板和电解液所组成的液封内后放空或回收。上盖板上与阳极料入口同一侧设有罩外废气排出口20，用于将水封罩外产生的废气（少量氢气、水蒸汽、空气等）抽出来。

每个石墨阴极方框两侧均设有耐腐蚀的冷却水排管27。

所述阳极电极为钛包铜焊铂阳极电极棒，其中铂是催化剂。

所述隔膜管由具有扩散作用的多孔陶瓷材料做成，便于阴阳极之间进行离子交换。

所述槽壳、集液器、料液分配盒、阳极进料管、阳极出料管均为耐腐蚀塑料材质。

上述逆流接触式高效节能过硫酸盐电解设备的安装使用方法如下：

将六个石墨阴极方框整齐排列在塑料槽壳内，盖上上盖板，上盖板边缘的开槽26刚好使石墨电极接线柱伸出上盖板，用于连接阴极铜排；上盖板下侧边的一圈水封罩29正好插入石墨阴极板的凸块外边缘与石墨电极接线柱之间的缝隙30中。在上盖板上正对着石墨阴极方框中间的集液器的位置留出六个用于插入阳极组件（包括料液分配盒、隔膜管和每个石墨阴极方框的阳极进、出料连接管）的开口，开口的大小正好是塑料料液分配盒的尺寸，将阳极组件从该开口中插入，并将集液器固定在上盖板上，所有的连接处均用胶粘剂粘上固定（起密封作用，防止气体泄露），牢固组成一个带物料进出管的电极组件。再将钛包铜焊铂阳极电极棒通过上盖板上的集液器的阳极插孔插入隔膜管中，钛包铜焊铂阳极电极棒9上部固定在阳极小铜排13上即可。

电解时，将六组阳极小铜排13并联后与阳极铜排14相连，六组石墨接线柱2并联后与阴极铜排28相连，然后以阴极铜排为负极、阳极铜排为正极，加上适当的直流电压并控制一定的电流进行电解。

用上述电解槽生产过硫酸铵的连续生产过程如下：以硫酸为主的阴极料从塑料槽壳一侧上部的阴极料入口16通入槽壳，阴极料进入槽壳内在阴极石墨板之间被电解后，从电解槽另一侧的槽壳中部的阴极料出口18排出；从阴极料出口排出的阴极液（主要是硫酸和少量的硫酸铵溶液），补加一定的硫酸以保证恒定的硫酸进料浓度后再返回阴极料入口循环使用；以硫酸铵溶液为主的阳极料（硫酸铵溶液中混合了过硫酸铵母液）从阴极料出口侧上部的阳极料入口15通入槽壳，然后从第一个石墨阴极方框的阳极进料管下流到料液分配盒中，再从两排隔膜管中回流上来汇集到集液器中，之后再从第一个石墨阴极方框的阳极出料管流下来，流到第一个石墨阴极方框的阳极进料管，这样逐级经过每一个石墨阴极方框，从最后一个石墨阴极方框的阳极出料管出来，最后从阴极料入口侧下方位于电解槽另一侧的槽壳中部的阳极料出口17排出；从阳极料出口排出的含过硫酸铵的电解液，经冷冻结晶、离心分离后，固体（过硫酸铵）作为成品，母液循环使用（过硫酸铵母液补加一定的硫酸铵以保证恒定的硫酸铵进料浓度后再返回阳极料入口）。

电解时，槽壳内的阴极料的液位控制在与集液器底板相平处。

电解时，在阴、阳极上发生如下的电化学反应：

在阴极石墨板和石墨电极接线柱上氢离子得到电子，形成氢气，反应式如下：

2H⁺+2e→H₂………………………………………………………式(1)

形成的氢气，收集在上盖板和电解液所组成的液封内后放空或回收。

在阳极上，硫酸根离子失去电子，形成过硫酸根离子，反应式如下：

2SO₄ ^2--2e→S₂O₈ ^2-…………………………………………………式(2)

形成的过硫酸根离子，溶解在电解液中。

上述电解槽的效果特点：

1、阴极料、阳极料两组物料在电解槽内通过隔膜管隔开，逆流接触以确保离子的导通和浓度差均衡、减少返混，同时电解所产生的氢气通过上盖板上的开孔引出槽外回收、处理。采用这种动态、逆流接触的电解方法使电解槽的返混最小，电解效率最高。

2、其采用了特殊设计的石墨电极，即在每两排（四块）石墨阴极板围成的石墨阴极方框内并排设置两排阳极电极，并且将两排石墨阴极板之间的距离尽可能做到最小，使阴阳极之间的电流路径尽可能缩短，从而将电解电压降减到最小，由此使该电解生产达到极好的节能效果。

3、由于电解设施采用的材料为塑料、石墨、钛材，生产过程中不会产生对环保有害的重金属离子、废弃物等物质，从而达到了良好的环保效果。

4、生产过程中产生的氢气及时引出槽体外，通过回收和安全放空等措施使操作在常压下进行，达到良好的安全生产效果。

Claims (9)

1.一种逆流接触式高效节能过硫酸盐电解设备，它是一种用于生产过硫酸盐的电解槽，其特征在于，它包括一槽壳、由数个石墨阴极方框组成的石墨阴极框架、与槽壳及石墨阴极框架四周密封连接的上盖板；上盖板上一侧设有阳极料入口，另一侧设有阴极料入口；上盖板上中间部位设有氢气排放口；阴极料出口设在与阴极料入口相对的另一侧的槽壳中部；

每个石墨阴极方框由两组对称的互不相连接的石墨阴极组件组成，每组石墨阴极组件又是由两块平行正对的石墨阴极板和一根石墨电极接线柱组成，两块石墨阴极板的一端均固定在石墨电极接线柱上；石墨电极接线柱的顶部高出石墨阴极板顶部，且与阴极铜排相连接；上盖板边缘设有刚好能使石墨电极接线柱顶部伸出上盖板的开槽；

在每个石墨阴极方框围成的长方形空间内在两排石墨阴极板之间并排设置有两排上端与阳极铜排相连接、中下部插入隔膜管中的阳极电极；上盖板上与每个石墨阴极方框围成的长方形空间相对应的位置设有下凹的集液器；每个集液器底板上设有两排阳极插孔，每个集液器底板上中间部位设有阳极进料管上通孔和阳极出料管上通孔；每个集液器的正下方设有料液分配盒，料液分配盒的上平面上设有与集液器底板上的两排阳极插孔和阳极进料管上通孔相对应的两排隔膜管下通孔和阳极进料管下通孔；两排隔膜管上、下端开口并分别与集液器底板上的阳极插孔四周和料液分配盒上的隔膜管下通孔四周密封连接，阳极电极从阳极插孔和隔膜管上端开口插入隔膜管中；每个石墨阴极方框的阳极进料管上、下端开口并分别与集液器底板上的阳极进料管上通孔四周和料液分配盒上的阳极进料管下通孔四周密封连接；每个集液器与相对应的料液分配盒之间通过隔膜管、每个石墨阴极方框的阳极进料管上下连通；前一个石墨阴极方框的阳极出料管上端开口并与集液器底板上的阳极出料管上通孔四周密封连接，下部弯折后与后一个石墨阴极方框的阳极进料管中部连通；位于电解槽一侧的上盖板上的阳极料入口与第一个石墨阴极方框的阳极进料管中部连通；最后一个石墨阴极方框的阳极出料管下部弯折后与位于电解槽另一侧的槽壳中部的阳极料出口连通；每个石墨阴极方框的阳极进料管管口高于集液器底板，每个石墨阴极方框的阳极出料管管口与集液器底板相平。

2.如权利要求1所述的逆流接触式高效节能过硫酸盐电解设备，其特征在于，每块石墨阴极板上部呈凸字形；上盖板下侧边设有一圈能插入每块石墨阴极板的凸块外边缘与石墨电极接线柱之间的缝隙中以此将石墨阴极框架上部密封包围的水封罩；上盖板上与阳极料入口同一侧设有罩外废气排出口。

3.如权利要求1或2所述的逆流接触式高效节能过硫酸盐电解设备，其特征在于，所述阳极电极为为钛包铜焊铂阳极电极棒。

4.如权利要求1或2所述的逆流接触式高效节能过硫酸盐电解设备，其特征在于，所述隔膜管由具有扩散作用的多孔陶瓷材料做成。

5.如权利要求1或2所述的逆流接触式高效节能过硫酸盐电解设备，其特征在于，料液分配盒为一上部为平面、下部为弧面的半圆柱形容器。

6.如权利要求1或2所述的逆流接触式高效节能过硫酸盐电解设备，其特征在于，所述石墨阴极框架由六个石墨阴极方框组成。

7.如权利要求1或2所述的逆流接触式高效节能过硫酸盐电解设备，其特征在于，每个石墨阴极方框两侧均设有冷却水排管。

8.如权利要求1或2所述的逆流接触式高效节能过硫酸盐电解设备，其特征在于，每个石墨阴极方框的两排石墨阴极板之间的距离尽可能达到最小，以两排石墨阴极板之间能够设置两排隔膜管以插入两排阳极电极，并且两排石墨阴极板与两排隔膜管相互之间不触碰到为极限条件。

9.如权利要求1或2所述的逆流接触式高效节能过硫酸盐电解设备，其特征在于，所述槽壳、集液器、料液分配盒均为耐腐蚀塑料材质。