CN1042659C

CN1042659C - 垂直供电棒单极压滤机式电解槽

Info

Publication number: CN1042659C
Application number: CN94103112A
Authority: CN
Inventors: 王国诚
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-03-23
Filing date: 1994-03-23
Publication date: 1999-03-24
Anticipated expiration: 2014-03-23
Also published as: US5500104A; CN1091478A

Abstract

垂直供电棒单极压滤机式电解槽，属于氯碱工业设备。它由多个阳极元件与上有阴极网的阴极元件多个交替排列，两端设置有阴极网的封头阴极元件，元件间放置膜和垫片，经拉紧杆成整体，阳极元件内有与阳极框架网相联的垂直供电棒其下端伸出与阳极汇流排连接，阴极网上端有部分伸出与阴极汇流排连接。可用沉积隔膜电解槽改制而用于离子膜法，可逐台转换。在3000A/m²生产30%NaOH，槽电压3.0V，电流效率95.5%。也可作隔膜电解槽用。

Description

垂直供电棒单极压滤机式电解槽

一种垂直供电棒单极压滤机式电解槽，属于电解碱金属的氯化物溶液生产碱和氯的专用设备。

目前，氯碱工业已应用多种类的电解槽，其中汞阴极电解槽已因汞污染问题逐渐被淘汰，现在普遍采用的为隔膜法的沉积隔膜电解槽。八十年代以来新发展的离子膜法以其能耗低和产品除能满足一般需要外，尚可满足人造丝用等特殊需要有取代现有沉积隔膜电解槽的趋势。因离子膜法的离子膜价格高和易损坏，故要求电解槽的制造精度高。压滤机式电解槽可达到要求，但现有压滤机式电解槽只有水平供电棒或有倾斜供电棒，有的则无供电棒，投资大，而且不能用沉积电解槽改制，取代沉积隔膜电解槽时必需全系统多台电解槽一次取代而不能在系统运行时将其中任一单台电解槽切换而取代，且在高度增加时，水平或倾斜供电棒数量多，对流体上下循环时的阻力增大，故不利于向高度方向发展，占地面积大。如将现有沉积隔膜电解槽改为离子膜用电解槽的技术是改成箱式槽，制作及安装均达不到高精度，而且用膜多，多用40％～150％，电流密度低20％～60％。英国专利BR-8103008提供了无供电棒电解槽，电解槽内电流流经的距离就不能太长而被限制在25厘米以内，即阳极尺寸受限制，为了使阳极尺寸不受限制，中国专利其专利号为91101030.0，日本专利250303/90设置了与汇流排连接将电流送入电解槽内的水平供电棒、中国专利90107777.1和比利时专利BE8900867提供的专利则采用水平的和倾斜的供电棒，它对电解反应时产生的气体而形成的流体循环有较大的阻力，这些电解槽为便于流体的流动要加上形成通道的附件，对向高度方向发展有不利影响，而且在隔膜法转换为离子膜法时均不能利用原有沉积隔膜电解槽，不能在运行中逐台转换。可用沉积隔膜电解槽改制的离子膜法用电解槽如中国专利CN86105810A、日本专利-160134/85所揭示，其改进形式在中国氯碱杂志1993年第五期也有详述，都为单极箱式电解槽而不是单极压滤机电解槽，由于仍保持像沉积隔膜槽一样的箱式结构，所以是将离子膜粘结袋状，则因离子膜用量多和运行电流密度为2000～2500A/m²较低而在生产技术、经济指标上较压滤机式槽为差。

本发明的目的在于避免上述现有技术的不是而提供一种具有垂直供电棒的垂直供电棒单极压滤机式电解槽，用于离子膜法时，可新制也可用沉积隔膜电解槽来改制以降低投资和逐台转换，且达到制作和安装为高精度，而各项生产、技术、经济指标类似其它单极压滤机式电解槽，并在高度方向发展不受限制又可节约占地面积，可做为一种比沉积隔膜电解槽电耗低的隔膜电解槽来使用。

本发明以如下技术方案实现：电解槽由在有阳极汇流排的底板上直立放置相互平行的多个阳极元件，每个阳极元件内设置有供电棒和表面上有活性涂层的阳极框架网，相邻阳极元件之间放置阴极元件，阴极元件与阳极元件之间放置有表面上有活性涂层的阴极网，在最外侧的阳极元件外放置封头阴极元件，封头阴极元件靠阳极元件侧有阴极网，另一侧为封头板，各阴极网与阳极框架网相平行并在二者之间放置膜和垫片，用拉紧杆将上述放置在底板上的各部件连接成整体，阳极元件的供电棒并联于阳极汇流排，阴极元件并联于阴极汇流排而组成；所述的阳极元件内设置的供电棒为垂直供电棒，垂直供电棒上连接阳极框架网，垂直供电棒的下端伸出阳极元件而与下面的汇流排连接；所述的阴极元件的上端有部分伸出并与侧面的阴极汇流排相连接；所述的膜可为无离子交换作用的可渗透膜，也可为各种类型的离子交换膜；所述的垫片可有不同厚度，以调整阳极元件表面，膜与阴极元件间的间距；所述的阳极框架网可直接涂活性涂层或覆盖有活性涂层的多孔板或网；所述的阳极元件和阴极元件均设置有流体通道。该垂直供电棒单极压滤机式电解槽可用沉积隔膜电解槽来改制。

工作原理：当溶液进入阳极元件内，同时通入直流电，氯离子在阳极表面放电而生成氯气，氢离子在阴极表面放电而生成氢气，余下的溶液流入阴极成为碱溶液而流出，阳极和阴极中有膜使两极产物分开，当膜为离子交换膜时，尚可大量减少阳极向阴极流去的氯离子和水，使碱溶液的浓度高及含氯少。

本发明所具有的有益效果；1、由于设置了垂直供电棒，所以高度增加时，棒只增高度而不增加数量，由垂直供电棒的设置提供了阻力小的循环通道，因此，对流体上下循环时阻力小且不受限制，可减小占地面积。2、在将隔膜法改为离子膜法时，这种结构的单极压滤机电解槽可以用沉积隔膜电解槽来改制，因此可用沉积隔膜电解槽的供电棒来作垂直供电棒，其钛阳极片改制成阳极框架网，垂直供电棒是下端伸出与阳极汇流排连接，所以可用原有的阳极和底板，而阴极元件上的阴极网上端有部分伸出阴极元件外与侧面的阴极汇流排连接，则可利用原有阴极汇流排，而且改造后的电解槽的安装尺寸和与系统电路连接的方式和尺寸均与沉积隔膜电解槽相同，故可在系统不停的情况下如同沉积隔膜电解槽正常的切换方式一样来替换，因此，垂直供电棒单极压滤机式电解槽造价低。3、本发明的电解槽因是分为较小尺寸的多个元件，所以易于安装制作，且安装精度高，并可由每台电解槽使用元件数量的不同改变其容量和电流密度，因而克服了箱式电解槽的膜用量大和电流密度低的缺点。

下面结合附图和实施侧详细描述本发明。

图1为垂直供电棒单极压滤机式电解槽正视局剖图；

图2为垂直供电棒单极压滤机式电解槽俯视局剖图；

图3为垂直供电棒单极压滤机式电解槽俯视局剖图A处放大图。

图1～图3给出了用中国北京化工机械厂制C₃₀-Ⅲ型或美国大祥公司制MDC-29型沉积隔膜电解槽改制为离子膜用垂直供电棒单极压滤机式电解槽的一种最佳实施例。图中1为阳极汇流排、2底板、3绝缘座、4封头阴极元件、5阳极元件、6拉紧杆、7阳极垫片、8阳极框架网、9离子交换膜、10阴极垫片1号、11阴极网、12阴极垫片2号、13阴极元件、14阴极汇流排、15绝缘垫、16垂直供电棒。它是将原有的阳极片从中间切开，切开后将间距加大，并在中间加装垂直间隔构成矩形阳极框架网8、阳极框架网8间隔与垂直供电棒16连接，每两个阳极片及所带的两根垂直供电棒16成一组再与用钛制成的阳极元件5联为一体，阳极元件5上有气液进出通道，阳极元件5也可用其它的耐腐蚀材料如氟塑料或特种橡胶等来制作。封头阴极元件4可用碳钢或铸铁制成封头板，向内一面用耐碱腐蚀材料如镍、不锈钢、耐温塑料等覆盖，此覆盖层上有同样耐碱材料作成的有气、液用出入通道的矩形框，在矩形框无底板的一面上放置阴极网11，阴极网11由导电材料如铜、镍、不锈钢等制作，其四周为无孔框而中心为多孔板或者网，如不用镍制作则表面需镀镍，有孔部分表面有活性涂层且背面有筋，在阴极网11与封头阴极元件4间加入阴极垫片2号12以保证贴合紧密，也可将阴极网11与封头阴极元件4连接成一体。在阴极网11的另一面加装阴极垫片1号10，再放入经处理合格的离子交换膜9，在离子交换膜9的另一面加装阳极垫片7，再放置阳极元件5、阳极框架网8及与其连接的垂直供电棒16，并与阳极元件5、阳极框架网8的一面相贴合，在阳极元件5，阳极框架网8的另一面上类似上述放置情况依次放置阳极垫片7、离子交换膜9，阴极垫片1号10、阴极网11，阴极垫片2号12，在阴极垫片2号12的另一面放置阴极元件13，阴极元件13为与封头阴极元件4相同耐碱材料制作的同样的框但无封头板，两面均为开口，在阴极元件13的另一面再依次放置阴极垫片2号12，阴极网11、阴极垫片1号10、离子交换膜9、阳极垫片7及阳极元件5，阳极框架网8，垂直供电棒16，如此反复放置，可根据容量及电流密度需要进行10～20次，当电流为45000A、电流密度为3000A/m²时重复14次，最后再放置一块封头阴极元件4，并将位置调整适当后，用拉紧杆6将其拉紧成整体放置在底板2上，其间夹装绝缘座3，将垂直供电棒16与阳极汇流排连接，再将阴极汇流排14放置在底板2上，其间放置绝缘垫15，阴极汇流排14与阴极网11连接即成整台电解槽，试压合格后备用。其中阴极汇流排14可用沉积隔膜电解槽的阴极汇流排，阳极汇流排1及底板2均为原有部件，其安装孔可修改或重开。所述的阳极垫片7及阴极垫片1号10的厚度尺寸数据可根据所用离子交换膜9的牌号而定，可使阴、阳极元件表面间距离不同。安装合格的电解槽，放入生产场所的相应位置，与系统的电路、管路和分离装置等连接，通入盐水、循环碱液和水进行运行。当通入盐水浓度为含Na C1300克/升，离子交换膜9采用NX-962阳离子交换膜，在90℃，电流密度3000A/m²时，得到碱液含，NaOH＞30％，维持封头阴极元件4及阴极元件13的上部的压力较阳极元件5上部的压力高0.5～9千帕时，槽电压为30V，电流效率≥95.5％。当所述的离子交换膜9采用NX-90209时，相应改变阴极垫片1号10的厚度，槽电压为3.1V、电流效率≥96.0％。

当封头阴极元件4、阴极网11、阴极元件13均用炭钢制，膜9为耐腐蚀而无离子交换作用的可渗透膜、厚度为1～2mm，增加阻极垫片7的厚度至1～3mm，使阳极元件5上部的压力高于封头阴极元件4及阴极元件13上部压力0.5～3千帕，注入阳极元件5的盐水含NaCl＞310克/升，碱液含NaOH10～12％。电流密度2000～2500A/m²，95℃时槽电压31～3.3V，电流效率≥96.0％。

Claims

1、一种垂直供电棒单极压滤机式电解槽，由在有阳极汇流排的底板上直立放置相互平行的多个阳极元件，每个阳极元件内设置有供电棒和表面上有活性涂层的阳极框架网，相邻阳极元件之间放置阴极元件，阴极元件与阳极元件之间放置有表面上有活性涂层的阴极网，在最外侧的阳极元件外放置封头阴极元件，封头阴极元件靠阳极元件侧有阴极网，另一侧为封头板，各阴极网与各阳极框架网相平行并在二者之间放置膜和垫片，用拉紧杆将上述放置在底板上的各部件连接成整体，阳极元件的供电棒并联干阳极汇流排，阴极元件并联于阴极汇流排而组成，其特征在于：

a、阳极元件内设置的供电棒为垂直供电棒，垂直供电棒上连接阳极框架网，垂直供电棒的下端伸出阳极元件而与下面的阳极汇流排连接；

b、阴极元件的上端有部分伸出并与侧面的阴极汇流排相连接。

2、根据权利要求1所述的垂直供电棒单极压滤机式电解槽，其特征在于阳极元件与阴极元件间是无离子交换作用的可渗透膜。

3、根据权利要求1或2所述的垂直供电棒单极压滤机式电解槽，其特征在于阳极元件表面、膜与阴极元件间可填放不同厚度的垫片。