CN104694951B - 改进型低槽电压离子膜电解槽 - Google Patents

改进型低槽电压离子膜电解槽 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种改进型低槽电压离子膜电解槽，包括阴极室，阳极室，在阴极室有阴极支撑网，中间的弹性体，阴极室最上面覆盖有镍丝编织带涂层的阴极网，还包括支撑柱，支撑柱的凹坑里有定距销，其特征在于，所述定距销主要由以下部分组成，镍片和包括裹住镍片的四氟帽，定距销轴线上开有通孔，且镍片中心孔的直径大于四氟帽中心孔的直径，四氟钉通过开孔的阴极网和弹性体与定距销中间的通孔嵌合，所述定距销的长度为3‑8mm,所述四氟钉钉头的厚度小于1mm。本发明的改进型低槽电压离子膜电解槽既满足了定距销的定距、力的传导、很好的保护膜的作用，又满足了全面域弹性体零极距、均匀受力、抗逆压差能力强的作用，其提高了离子膜的使用寿命，减少电能消耗，还降低了生产成本。

Description

改进型低槽电压离子膜电解槽
技术领域
本发明涉及一种氯碱电解装置，特别涉及一种改进型低槽电压离子膜电解槽。
背景技术
一般的离子交换膜电解槽主要由阳极、阴极、离子交换膜、电解槽框和导电铜棒等组成，每台电解槽由若干个单元槽串联或并联组成。电解槽的阳极用金属钛网制成，为了延长电极使用寿命和提高电解效率，钛阳极网上涂有钛、钌等氧化物涂层；阴极由镍网等制成，上面涂有一定的涂层；阳离子交换膜把电解槽隔成阴极室和阳极室。阳离子交换膜有一种特殊的性质，即它只允许阳离子通过，而阻止阴离子和气体通过，也就是说只允许Na+通过，而Cl-、OH-和气体则不能通过。这样既能防止阴极产生的H2和阳极产生的Cl2相混合而引起爆炸，又能避免Cl2和NaOH溶液作用生成NaClO而影响烧碱的质量。
现有技术中有一种离子膜电解槽，该电解槽有高电流密度、极间距小的特点。该单元电解槽阴阳极上各有100多个蜘蛛爪形状的弹性体，阴极蜘蛛爪形状的弹性体有弹性作用，而阳极蜘蛛爪形状的弹性体基本上起不到弹性作用。阴极蜘蛛爪中心部位外面有支撑柱，里面的凹槽里有定距销，定距销比蜘蛛爪支撑的阴极网面矮0.8mm。阳极的蜘蛛爪中心部位外面也有支撑柱，里面的凹槽里有定距销，阳极定距销比蜘蛛爪支撑的阳极网面高0.3mm。在挤压状态时，阴极网因蜘蛛爪的弹性作用压缩0.5mm，这种弹性补偿使非理想平整的阴极网与离子膜的距离很小，即极间距很小，也使得阴阳极定距销隔着膜相互贴紧，起到定距和力的传导的作用。阴极弹性蜘蛛爪采用1mm厚的镍板冲压成型，弹性系数小，虽能起到弹性补偿，从而减小极间距的效果，但抗逆压差能力差。若出现反向压差，就会造成蜘蛛爪弹性体被压塌，失去弹性，从使极间距增大，使槽电压急剧上升。此外，此种形式的弹性体因是由100多个点状的蜘蛛爪组成，只在单个蜘蛛爪面域范围内产生弹性作用，其他面域内的弹性效果不是很好，达不到全面域内极间距减小的效果，而且这种结构也会使离子膜受力不均，因局部受力过大较易损伤离子膜。
基于上述缺陷，现有技术中提出了一种电解槽，该电解槽在支撑网上加镍丝编织、带波纹、具有抗逆压差能力的柔性弹性体，其上面再加上镍丝编织带涂层的阴极网。考虑到支撑柱上面的凹坑里不能没有定距销，若没有定距销，挤压力的传导会在此位置虚断，使得大的传导力将极网压变形，因此，在镍丝编织的弹性体里面加上定距销。这样虽然解决了支撑柱上面的传导力将极网压变形的缺陷，但是镍丝编织带涂层的阴极网是一种带涂层的金属网，在很大传导力的支撑柱位置，该阴极网直接与离子膜接触并挤压，极易损伤离子膜，导致离子膜破损。
发明内容
本发明的目的在于提供一种不但全面域内极间距可以减小，抗逆压差能力强，离子膜受力均匀，离子膜的使用寿命较长，而且能在电解槽运行过程中减少电能消耗，降低生产成本的改进型低槽电压离子膜电解槽。
本发明的改进型低槽电压离子膜电解槽是通过以下技术方案实现的：
本发明的改进型低槽电压离子膜电解槽，包括阴极室，阳极室，在阴极室有阴极支撑网和中间的弹性体，阴极室最上面覆盖有镍丝编织带涂层的阴极网，还包括支撑柱，支撑柱的凹坑里有定距销。其特征在于，所述定距销主要由以下部分组成，镍片和包括裹住镍片的四氟帽，定距销轴线上开有通孔，且镍片中心孔的直径大于四氟帽中心孔的直径，四氟钉通过开孔的阴极网和弹性体与定距销中间的通孔嵌合。
定距销的长度要和密封垫片压缩后的厚度相互匹配，定距销的长度如果太小，挤压力的传导会在此位置虚断，使得大的传导力将极网压变形，而且也起不到定距和力的传导的作用，长度也不能太长，太长会使得极间距增大，从而使槽电压增大，使得生产同样的烧碱耗费的电量较多。四氟钉钉头的厚度也不能太厚，太厚也会使得极间距增大，从而使得生产同样的烧碱耗费电量增多；四氟钉钉头的厚度也不能太薄，在很大传导力的情况下，太薄起不到隔开阴极网保护离子膜的作用。
因此，所述定距销的长度为3-8mm，所述改进型低槽电压离子膜电解槽的四氟钉钉头厚度小于1mm。
所述四氟钉钉头厚度优选0.2-1mm。
所述弹性体优选一种镍丝编制的弹性网。
本发明的改进型低槽电压离子膜电解槽，其特征在于，所述四氟帽的底座位置设有0.5mm的翻边，翻边在支撑网的凹坑位置与支持网嵌合在一起。
该改进型低槽电压离子膜电解槽四氟帽的底座位置设的0.5mm的翻边，使得其在支撑网的凹坑位置与支持网嵌合在一起，防止了定距销的掉出。
本发明的改进型低槽电压离子膜电解槽，支撑柱等间距排列，相邻竖向排列的支撑柱之间相隔150mm,其特征在于，还包括L型筋板，该L型筋板位于竖向排列的相邻支撑柱的中间，该L型筋板应选取导电和耐腐蚀性能好的材料，优选镍材，其厚度应该满足支撑网的抗逆压差增强的要求，其厚度优选为1.1-1.8mm，更优选L型筋板的厚度为1.5mm。
该结构不但增强了支撑网的抗逆压差能力，而且因为L型筋板通过电阻焊焊接在盘底，其与支撑网也采用电阻焊焊接的方法连接，增大了导电性，降低了结构电阻，使得电流分布更均匀。
本发明的改进型低槽电压离子膜电解槽，还包括一个蜘蛛爪3，所述蜘蛛爪3焊接在支撑柱2上，并与支撑网4焊接。由于加上蜘蛛爪3的结构，使得该改进型低槽电压离子膜电解槽在通过支撑柱加压的过程中，弹性更好，抗逆压差更好。
本发明的改进型低槽电压离子膜电解槽，其特征在于，先将镍丝编织的弹性体铺在支撑网上，把弹性体位于定距销位置的部分压平，使其失去弹性，阴极网在100多个定距销位置的部分预先压出浅凹坑，再在浅凹坑位置加上四氟钉。四氟钉头部的表面比周围阴极网表面矮1.6mm；最后将四氟钉穿过阴极网和弹性体与定距销中间的通孔嵌合。阳极相对于阴极的位置也有定距销，该定距销的厚度比阳极网高0.3mm。
本发明的改进型低槽电压离子膜电解槽在挤压状态时，阴极网因弹性体的弹性作用压缩1.3mm，这种弹性补偿使非理想平整的阴极网每个部位都与离子膜的距离很小，达到微极距的效果，而且因镍丝编制的弹性体是柔性体，具有一定的弹性，避免了局部压力过大而损伤离子膜。因阴阳极定距销隔着膜相互贴紧，其不但起到定距和力的传导作用，而且这种定距方式的在长期使用中很稳定，不会出现像用橡胶垫片定距那样，长期使用会老化变形，产生定距不稳定的情况。
本发明的改进型低槽电压离子膜电解槽，四氟钉穿过阴极网和镍丝编织的弹性体插入下面定距销的中心孔里，达到很好的嵌合。因为非金属光滑且有一定弹性的四氟钉头部直接与膜接触，所以使得在很大传导力的定距销位置，能够对膜起到很好的保护作用。四氟钉的尾部采用箭头形设计，加上塑料有一定的弹性，箭头形的尾部以过硬配合的方式穿过四氟帽的小孔到达孔稍大的镍片中心孔，达到了很好的嵌合，这样四氟钉就很好的把阴极网和弹性体固定到支撑网上。
本发明的改进型低槽电压离子膜电解槽，由于阴极网和镍丝编织的弹性体已经有100多个四氟钉将其固定到支撑网上，所以弹性体无需再用焊接的方法与支撑网连接，消除了镍丝编织的弹性体与支撑网焊接断丝的隐患，进而消除了断丝扎膜的隐患。阴极网也无需四周用镍带焊接封边，直接从支撑网与盘内侧的缝隙里折到支撑网下面，同时也消除了镍带封边阴极网断丝扎膜的隐患。
本发明的改进型低槽电压离子膜电解槽，既能达到全面域内使得极间距减小的效果，又能解决上述定距销位置因金属阴极网直接接触离子膜，极容易损伤离子膜的问题。
本发明的改进型低槽电压离子膜电解槽，由于增加了支撑筋板，使得阴极的抗逆压差能力增强，该结构也使得离子膜电解槽的结构电阻降低，电流分布更均匀。本发明的改进型低槽电压离子膜电解槽既达到了定距销的定距、力的传导、很好的保护膜的效果，又满足了全面域弹性体受力均匀、抗逆压差能力强，从而使得极间距减小的效果。总之，本发明的改进型低槽电压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。
附图说明
图1本发明的改进型低槽电压离子膜电解槽的主视图；
图2本发明的改进型低槽电压离子膜电解槽的侧视图；
图3图2 A处的放大图；
图4图3 B处的放大图。
具体实施方式
下面通过具体的实施方案叙述本发明的改进型低槽电压离子膜电解槽。除非特别说明，本发明中所用的技术手段均为本领域技术人员所公知的方法。另外，实施方案应理解为说明性的，而非限制本发明的范围，本发明的实质和范围仅由权利要求书所限定。对于本领域技术人员而言，在不背离本发明实质和范围的前提下，对本发明技术方案做出的各种变形和改进，也属于本发明的保护范围。
实施例1
如图1所示，本发明的改进型低槽电压离子膜电解槽，在150mm间距的支撑柱中间位置加了1.5mm厚的L型筋板15，增强了支撑网的抗逆压差能力。而且L型筋板是通过电阻焊焊接在盘底，筋板与支撑网也采用电阻焊焊接的方法连接，增大了导电性，降低了结构电阻，使得电流分布更均匀。
如图2、图3、图4所示，本发明的改进型低槽电压离子膜电解槽，阴极盘1上焊接有支撑柱2，阴极蜘蛛爪3位置的凹坑里装上新的定距销，此新的定距销主要由两部分组合成，镍片11和包裹住镍片的四氟帽12，所述定距销的长度为8mm。其轴线上有通孔，镍片11中心孔的直径大于四氟帽12中心孔的直径，四氟帽12的底座位置有0.5mm的翻边，翻边位置正好嵌合在支撑网4的凹坑里，防止其掉出。将100多个定距销嵌合在支撑网4的凹坑里，镍丝编织的弹性体5铺在支撑网4上，将弹性体5位于定距销位置的部分压平，使其失去弹性。阴极网在100多个定距销位置的部分预先压出浅凹坑，再在浅凹坑位置加上四氟钉13，所述改进型低槽电压离子膜电解槽的四氟钉钉头厚度为1mm。
本发明的改进型低槽电压离子膜电解槽，四氟钉13穿过阴极网6和镍丝编织的弹性体5插入定距销的中心孔里，达到很好的嵌合，这样由于在有很大传导力的定距销位置是非金属光滑的且有一定弹性的四氟钉13的头部直接与离子膜7接触，不会像金属阴极网直接接触离子膜那样，极易损伤离子膜7，对离子膜7起到很好的保护作用。四氟钉13的尾部是箭头形的设计，因塑料有一定的弹性，箭头形的尾部与定距销过硬配合穿过四氟帽12的小孔到达孔稍大的镍片11中心孔，形成一个卡台，达到了很好的嵌合，这样四氟钉13就很好的把阴极网6和弹性体5通过定距销很好的固定在支撑网上。
阳极盘10上面焊接有阳极蜘蛛爪9，阳极定距销14比阳极蜘蛛爪9支撑的阳极网8高0.3mm。在挤压状态时，阴极网6每个部位都与离子膜的间距很小，阳极网与离子膜的间距也很小，从而使得极间距很小。阴极定距销和阳极定距销14隔着膜相互贴紧，起到定距和力的传导作用。
本发明的改进型低槽电压离子膜电解槽，因阴极网6和镍丝编织的弹性体5已经有100多个四氟钉将其固定到支撑网4上，所以弹性网5无需再用焊接的方法与支撑网4连接，该结构消除了因镍丝编织的弹性网5与支撑网4采用焊接的方法连接导致焊接断丝的隐患，也消除了因焊接断丝导致断丝会扎膜的隐患。同时阴极网6也无需四周用镍带焊接封边，其只需直接从支撑网4与阴极盘1内侧的缝隙里折到支撑网4下面，因此也消除了镍带封边阴极网6断丝扎膜的缺陷。减少了工艺步骤，节省了生产成本，提高了工作效率。
将现有技术中的电解槽与本发明的改进型低槽电压电解槽同在电流为13.5kA条件下运行，其性能对比如下表所示：
原电解槽（13.5kA） 新电解槽(13.5kA）
电槽结构电阻（μΩ） 20 15
电槽电流分布差（A） 0.5 0.2
阴极抗逆压差（kPa） 20 50
槽电压（V） 3.15 3.05
从上表可以看出，本发明的改进型低槽电压电解槽电槽结构电阻以及电槽电流分布差明显低于现有技术的电解槽，其底网抗逆压差、弹性网抗逆压差的能力都比现有技术电解槽中的底网和弹性网的抗逆压差能力强，运行的槽电压也较低。
实施例2
本发明的改进型低槽电压离子膜电解槽，在150mm间距的支撑柱中间位置加了1.1mm厚的L型筋板15，所述定距销的长度为3mm，所述改进型低槽电压离子膜电解槽的四氟钉钉头厚度为0.5mm。
将现有技术中的电解槽与本发明的改进型低槽电压电解槽同在电流为13.5kA条件下运行，其性能对比如下表所示：
原电解槽（13.5kA） 新电解槽(13.5kA）
电槽结构电阻（μΩ） 20 18
电槽电流分布差（A） 0.5 0.3
阴极抗逆压差（kPa） 20 40
槽电压（V） 3.15 3.04
从上表可以看出，本发明的改进型低槽电压电解槽电槽结构电阻以及电槽电流分布差明显低于现有技术的电解槽，其底网抗逆压差、弹性网抗逆压差的能力都比现有技术电解槽中的底网和弹性网的抗逆压差能力强，运行的槽电压也较低。
实施例3
本发明的改进型低槽电压离子膜电解槽，在150mm间距的支撑柱中间位置加了1.8mm厚的L型筋板15，所述定距销的长度为5mm，所述改进型低槽电压离子膜电解槽的四氟钉钉头厚度为1mm。
将现有技术中的电解槽与本发明的改进型低槽电压电解槽同在电流为13.5kA条件下运行，其性能对比如下表所示：
原电解槽（13.5kA） 新电解槽(13.5kA）
电槽结构电阻（μΩ） 20 13
电槽电流分布差（A） 0.5 0.15
阴极抗逆压差（kPa） 20 55
槽电压（V） 3.15 3.03
从上表可以看出，本发明的改进型低槽电压电解槽电槽结构电阻以及电槽电流分布差明显低于现有技术的电解槽，其底网抗逆压差、弹性网抗逆压差的能力都比现有技术电解槽中的底网和弹性网的抗逆压差能力强，运行的槽电压也较低。

Claims (9)

1.一种改进型低槽电压离子膜电解槽，包括阴极室，阳极室，在阴极室有阴极支撑网和中间的弹性体，阴极室最上面覆盖有镍丝编织带涂层的阴极网，还包括支撑柱，支撑柱的凹坑里有定距销，其特征在于，所述定距销主要由以下部分组成，镍片和包括裹住镍片的四氟帽，定距销轴线上开有通孔，且镍片中心孔的直径大于四氟帽中心孔的直径，四氟钉通过开孔的阴极网和弹性体与定距销中间的通孔嵌合，所述定距销的长度为3-8mm，所述四氟钉钉头的厚度为1mm以下。
2.根据权利要求1所述的改进型低槽电压离子膜电解槽，其特征在于，所述四氟钉钉头的厚度为0.2-1mm。
3.根据权利要求2所述的改进型低槽电压离子膜电解槽，其特征在于，所述定距销的长度为3mm，所述四氟钉钉头的厚度为0.5mm。
4.根据权利要求1所述的改进型低槽电压离子膜电解槽，其特征在于，还包括L型筋板，该L型筋板位于竖向排列的相邻支撑柱的中间，其厚度为1.1-1.8mm。
5.根据权利要求4所述的改进型低槽电压离子膜电解槽，其特征在于，所述L型筋板的厚度为1.5mm。
6.根据权利要求1所述的改进型低槽电压离子膜电解槽，其特征在于，所述四氟帽的底座位置设有0.5mm的翻边，翻边在支撑网的凹坑位置与支撑网嵌合在一起。
7.根据权利要求1所述的改进型低槽电压离子膜电解槽，其特征在于，还包括一个阴极蜘蛛爪，所述阴极蜘蛛爪焊接在支撑柱上，并与支撑网焊接。
8.根据权利要求1至7中任一权利要求所述的改进型低槽电压离子膜电解槽，其特征在于，先将镍丝编织的弹性体铺在支撑网上，把弹性体位于定距销位置的部分压平，使其失去弹性，阴极网在100多个定距销位置的部分预先压出浅凹坑，再在浅凹坑位置加上四氟钉，四氟钉的表面比周围阴极网表面矮1.6mm，最后将四氟钉穿过阴极网和弹性体与定距销中间的通孔嵌合。
9.一种权利要求1至7中任一权利要求所述的改进型低槽电压离子膜电解槽的制造方法，其特征在于，先将镍丝编织的弹性体铺在支撑网上，把弹性体位于定距销位置的部分压平，使其失去弹性，阴极网在100多个定距销位置的部分预先压出浅凹坑，再在浅凹坑位置加上四氟钉，四氟钉的表面比周围阴极网表面矮1.6mm，最后将四氟钉穿过阴极网和弹性体与定距销中间的通孔嵌合。
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