CN104532287B - 一种电化学氟化电解槽 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电化学氟化电解槽，包括槽体(1)，槽盖(2)，槽体侧壁控温夹套(3)，底部放料阀(4)，电极组(5)，阳极导电棒(6)，阴极导电棒(7)，导电横梁(8)，所述电极组的结构为：电极板通过穿过极板中心孔(19)的固定轴(15)进行固定，电极板间通过环形绝缘垫(17)控制极板间距，所述固定轴通过两端的绝缘螺帽(16)将电极板固定为一组电极组；导电横梁具有镂空结构，电极板上的电极螺棒(20)穿过镂空结构固定在导电横梁上，导电横梁通过阴、阳极导电棒与槽盖(2)组装在一起。该电解槽具有容量大、空间利用率高、有效电解面积大等特点。电极板与导电横梁活动连接，拆卸方便，组装简单。

Description

一种电化学氟化电解槽

技术领域

本发明涉及电化学领域，具体涉及一种电化学氟化电解槽。

背景技术

电解氟化法又称Simons法，是以镍为阳极，镍或铁为阴极，将有机反应物溶解在无水氟化氢中形成导电的电解液，在较低的温度下控制电压为4.5～6.0V，通过阳极电化学氟化将氟引入到有机物分子中的方法。电解氟化法目前广泛应用于全氟化合物的制备。

现有技术中，Simons式电解槽多采用圆柱型电解釜，采用电极堆式结构，其极间的电解液在电解过程中靠自然力循环流动，其中有冷热的交换，有气体的上升和液体的下降补充，从而产生气液交换，密度较大的液相氟化产品易于沉积在反应釜底部放料收集。

由于电极堆多为方形，圆柱型电解釜存在釜内空间利用率不高，有效电解面积不大等缺点。电解氟化过程中，电极表面发生有机物的断裂、碳化等反应，固体残渣沉积于电解槽底部容易导致底部放料口堵塞。极板发生腐蚀及固体残渣的沉积，阻碍电解的进行，导致电解效率逐渐下降，电解工艺需要定期拆检，对电极表面进行打磨，确保电极表面的光洁。目前电极板的连接大多采用固定连接，电极板不可单片拆卸，由于电解氟化工艺要求的电极板间距很小，拆检过程中往往需要将电极板切断后打磨再焊接，费时、费力。

现有技术每组电极组的电极板间距是固定的，但不同电解原料对电极板间距要求不同，生产不同产品，需要调整不同的电极板间距，现有技术中电极组必须整体更换，组装电解槽劳动量大。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种新型电化学氟化电解槽。该电解槽电极板活动连接、间距可调，电极板可以单片拆卸。

本发明所述的电化学氟化电解槽包括槽体1，槽盖2，槽体侧壁控温夹套3，底部放料阀4，电极组5，阳极导电棒6，阴极导电棒7，导电横梁8，所述电极组的结构为：电极板通过穿过极板中心孔19的固定轴15进行固定，电极板间通过环形绝缘垫17控制极板间距，所述固定轴通过两端的绝缘螺帽16将电极板固定为一组电极组；导电横梁具有镂空结构，电极板上的电极螺棒20穿过镂空结构固定在导电横梁上，导电横梁通过阴、阳极导电棒与槽盖2组装在一起。

每个电解槽可以装一组电极组，也可以装多组电极组。一个电解槽的不同电极组可固定在一组阴、阳极导电横梁上，也可分别固定在多组平行交错排列的阴、阳极导电横梁上，横梁应保证有足够的强度。每组电极组电极极板的使用数量与导电横梁的镂空长度及电极板间距相匹配，镂空长度应有余量。导电横梁多为镍或铜材质。

所述的固定轴优选采用两端带有外螺纹的聚四氟乙烯棒，为提高其强度可使用内部穿有不锈钢棒的聚四氟乙烯套棒，两端采用聚四氟乙烯垫片绝缘后紧固。

所述的电极板分为阳极极板和阴极极板，阳极极板为镍材质，阴极极板为镍材质或碳钢材质，优选电极板厚度为1～5mm。电极板宽长比为1∶1～1∶10，优选宽长比为1∶1～1∶3。

导电横梁、电极螺棒及导电螺帽采用铜或镍材质。

所述的环形聚四氟乙烯绝缘垫，厚度一般为0.1～100mm，优选1～20mm。

所述槽体、槽盖可采用不锈钢或碳钢材质。由于采用无水氟化氢作为电解液，电解槽内表面容易发生腐蚀穿孔，冷却液泄漏入电解槽内，影响电解的进行，通过在内表面覆盖的一层耐腐蚀绝缘喷涂层可有效避免腐蚀发生，延长电解槽的使用寿命。所述的耐腐蚀绝缘涂层成分可为聚四氟乙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、酚醛树脂、F-30、F-40、F-46或氟化盐等。

本发明电解槽进一步改进还包括液位计，电解槽壁板上、下端分别垂直设置两个液位计的固定口，液位计管可采用透明聚全氟乙丙烯塑料管制备。

本发明所述的电化学氟化电解槽与现有电化学氟化电解槽相比，具有容量大、空间利用率高、有效电解面积大等特点。本发明电极极板间通过绝缘垫控制极板间距，根据不同产品需要，调整间距即可，不需要将电极组整体更换，可满足同一电解槽多种电解产品的工业化生产，也易于完成新产品最优电解极板间距参数的考察。电极板与导电横梁活动连接，拆卸方便，组装简单，可实现电槽的快速拆检，大大降低劳动强度，使用寿命长，特别适用于如三氟甲基磺酰氟、三氟乙酰氟等气相氟化产品的工艺化生产。

附图说明

图1是电解槽内部结构示意图。

图2是电解槽内部结构左视图。

图3是电解槽俯视图。

图4是导电横梁俯视图。

图5是电极极板与电极螺棒示意图。

图6是电极组局部示意图。

图中：1.槽体2.槽盖3.槽体侧壁控温夹套4.底部放料阀5.电极组6.阳极导电棒7.阴极导电棒8.导电横梁9.气相出口10.HF通料口11.加料口12.阳极极板13.阴极极板14.导电横梁的中间镂空15.固定轴16.绝缘螺帽17.环形绝缘垫18.导电螺帽19.极板中心孔20.电极螺棒21.温度计套管22.压力计接口

具体实施方式

以下结合实施例对本发明做进一步说明。

实施例1

以甲基磺酰氯的电解氟化为例，使用前先使用钢丝轮刷将51片厚度为2mm的镍质电极极板、镍质横梁、极棒及镍质螺帽打磨光洁。共分3组电极组，一根阳极导电横梁，一根阴极导电横梁，每组电极组17片电极极板(9片阳极、8片阴极)，将带有螺纹的聚四氟乙烯固定轴15穿过极板中心孔19将电极极板进行固定，使用10mm厚度的环形聚四氟乙烯绝缘垫17对阴、阳极极板进行绝缘，电极板间距为10mm。固定轴两端用聚四氟乙烯绝缘螺帽16对电极进行固定，再将阴、阳电极极板顶部电极螺棒20分别穿过镍质导电横梁8的中间镂空结构，使用镍质导电螺帽18进行紧固，测量阴阳极绝缘性以及阳、阴极电极组的导电性能后与槽盖2进行组装。开展电解氟化甲基磺酰氯制备三氟甲基磺酰氟的生产，电解参数控制：电解质浓度10％，电流4.5～6.0V，电流密度15mA/cm²，温度为5℃，电解电极板间距10mm。电解过程中质子槽中一定浓度的甲基磺酰氯的氟化氢溶液通过加料口11加入，电解过程中生成的三氟甲基磺酰氟经水洗、干燥后冷冻收集，产品收率达83.5％。

实施例2

以环丁砜的电解氟化为例生产全氟丁基磺酰氟产品，电槽组装过程同实施例1，电极极板间距为5mm，电解参数控制：电解浓度7％，电流4.5～6.5V，电流密度20mA/cm²，温度为10℃。过程中质子槽中一定浓度的环丁砜的HF溶液通过加料口加入，电解过程中生成的全氟丁基磺酰氟层积于底部，通过底部放料阀收集粗品后经碱洗、水洗、干燥、蒸馏，产品收率达48.7％。

Claims (10)

1.一种电化学氟化电解槽，包括槽体(1)，槽盖(2)，槽体侧壁控温夹套(3)，底部放料阀(4)，电极组(5)，阳极导电棒(6)，阴极导电棒(7)，导电横梁(8)，所述电极组的结构为：电极板通过穿过极板中心孔(19)的固定轴(15)进行固定，电极板间通过环形绝缘垫(17)控制极板间距，所述固定轴通过两端的绝缘螺帽(16)将电极板固定为一组电极组；导电横梁具有镂空结构，电极板上的电极螺棒(20)穿过镂空结构固定在导电横梁上，导电横梁通过阴、阳极导电棒与槽盖(2)组装在一起。

2.根据权利要求1所述的电化学氟化电解槽，其特征在于该电极组是一组或多组。

3.根据权利要求1所述的电化学氟化电解槽，其特征在于固定轴采用两端带有外螺纹的聚四氟乙烯棒。

4.根据权利要求1所述的电化学氟化电解槽，其特征在于固定轴为内部穿有不锈钢棒的聚四氟乙烯套棒，两端采用聚四氟乙烯垫片绝缘后紧固。

5.根据权利要求1所述的电化学氟化电解槽，其特征在于所述阳极极板为厚度1～5mm的镍板，阴极极板为厚度1～5mm镍板或碳钢板，电极板宽长比为1∶1～1∶10。

6.根据权利要求1所述的电化学氟化电解槽，其特征在于所述导电横梁、电极极棒及固定螺帽采用铜或镍材质；环形聚四氟乙烯绝缘垫厚度为0.1～100mm。

7.根据权利要求1所述的电化学氟化电解槽，其特征在于所述槽体及槽盖内表面覆盖一层耐腐蚀绝缘喷涂层。

8.根据权利要求7所述的电化学氟化电解槽，其特征在于耐腐蚀绝缘喷涂层是聚四氟乙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、酚醛树脂、F-30、F-40、F-46或氟化盐。

9.如权利要求1所述的电化学氟化电解槽，其特征在于所述固定轴为两端带有外螺纹的聚四氟乙烯棒或者内部穿有不锈钢棒的聚四氟乙烯套棒，两端采用聚四氟乙烯绝缘螺帽固定。

10.如权利要求1～9之一所述的电化学氟化电解槽，其特征在于还包括液位计，电解槽壁板上、下端分别垂直设置两个液位计的固定口，液位计管采用透明聚全氟乙丙烯塑料管制备。