CN109957816A - 一种内置换热系统和排气系统的pe电解槽及组合式盖板 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种内置换热系统和排气系统的PE电解槽及组合式盖板，属于冶金行业的电解设备。通过优选的技术方案来解决电解精炼过程中的废气、毒气的处理排放和生产过程中电解液和换热介质的热量交换问题，从而改善工作环境，提高生产效率。本发明由电解槽本体、换热系统、排气系统和组合式电解槽盖板组成。电解槽本体由槽体外壳、保温层、槽钢框架和槽体内壳构成，换热系统是氟塑料管式换热器，其主体是由多根氟塑料薄壁微管组成的U形换热管束，置与电解槽内。排气系统置于电解槽上部两侧，主体是排风通道，其上设有与电解槽内腔相通的排气入口和排气出口及排液管。电解槽盖板由一组分盖板相互搭接而组成。本发明为电解设备，用于电解精炼金属提纯。

Description

一种内置换热系统和排气系统的PE电解槽及组合式盖板

技术领域

本发明涉及冶金行业的电解设备，特别涉及带换热和排气系统的PE电解槽。

背景技术

随着新型材料的发展和国家对环保的进一步重视，加之节能减排对企业的经济效益的影响，对冶金行业的电解设备提出越来越高的要求，包括电解设备的换热系统、电解设备的废气排放系统、电解槽及电解槽盖的设计提出更为科学合理的要求，具体要求为：结构简单、易于加工和操作、质量轻、耐腐蚀、耐用、密封效果好、易于热量交换、环保、适应性强的的特点。

目前，由于传统的金属材料(如碳钢、不锈钢、钛等)换热器在强酸碱性和强氧化性换热体系中易于腐蚀、结垢和使用寿命短等不利因素的影响，氟塑料换热器随着时代的要求应运而生。氟塑料换热器是近几年发展起来的用于强腐蚀介质中的防腐换热设备，目前的研究主要作为高效烟气换热器设备的换热元件，用于烟气余热深度回收和进一步除尘，取得了可喜的效果。氟塑料换热器采用氟塑料作为换热材质，主要是由于氟塑料具有优良的性能，如：具有极佳的耐腐蚀性能(除熔融金属钠和液氟外，可耐所有酸、碱、盐及其它一切化学药品)、表面不粘性(表面不易沾污结垢，具有自清洁作用)，耐热性能好(使用温度在-200～200℃范围)，耐老化性能好和使用寿命长(户外使用寿命长达20年)、质量轻、摩擦系数小等优点。氟塑料换热器的研究主要集中在高效烟气换热器设备的换热元件，开发新型的氟塑料换热设备已是国内外科研工作者研究的热点。但氟塑料换热器作为用于冶金行业电解及电镀生产中电解槽中具有强腐蚀电解液的恒高温或恒低温要求的热交换处理的氟塑料管式换热器还未见报道。化学惰性材料氟塑料换热器对加热溶液酸碱腐蚀性体系没有特殊要求，用氟塑料薄壁微管制作大容量恒体积强腐蚀液体的换热器具有广阔的应用前景。由于冶金行业的电解过程中所需的电解液几乎都是强酸性质的电解质溶液，在电解过程中会释放大量的有毒气体，如电解氯化钴溶液、氯化镍溶液、硫酸镍溶液、硝酸铜溶液、硫酸铜溶液等，这些电解液除本身具有强酸性释放挥发性有毒气体(如HCl、HNO3、H2SO4等)外，同时在电解过程中由于阳极还原反应所产生的大量的有毒气体释放出来(如Cl2、SO2、NO、NO2等剧毒性气体)，如果不及时排出，会对电解产品质量造成很大的影响或甚至电解不出金属产品，如果及时排出不能有效吸收处理，部分甚至全部释放到生产现场的大气环境中，不仅会造成生产现场环境的恶化或甚至不能正常生产的局面，同时还严重威胁到操作人员的健康甚至是生命。加之目前对环境保护的要求越来越高，在电解生产中绝对不允许把有毒气体释放到操作现场空间和外界的大气中，因此，必须确保在电解过程中阳极板副产的有毒气体及时由电解槽内负压抽出，并及时由车间外面的吸收塔吸收达标后才能外排到大气中。因此，在电解生产中必须有效合理的设计电解所产有毒气体及时从电解槽内排出和电解槽外及时并充分吸收的尾气吸收装置，确保电解槽内所产毒气不积存、车间空间无毒气的良性电解环境局面，为电解生产正常化保驾护航具有重要的现实意义。为防止电解过程中有毒气体释放到大气中，大都采用的最直接的办法是在电解槽上加设电解槽盖板。盖板虽然把毒气短时间内封闭在电解槽中，但是存在以下弊端：一是电解所产毒气的大量积存于电解槽内，破坏了阴阳极的电解平衡，易于形成极化电位，提高槽电压，降低电解效率；二是大量毒气的积存对电解产品质量造成很大的影响或甚至电解不出金属产品；三是电解槽内毒气的大量积存，也会使毒气易于泄露出来，尤其对槽内操作(如装槽安电极板、卸槽出产品、槽电压的测量等)时，槽内的富集毒气爆发式大量释放，严重影响环境和操作人员的健康。为防止电解过程中有毒气体释放到大气中，也有采用在整个车间四周安装排风系统，虽然在电解槽上加槽盖的情况下，排风系统使得车间操作环境有所改善，但还是没有实质性从源头上解决只装电解槽槽盖所存在的弊端。防止电解过程中有毒气体释放到大气中的最直接的首要办法是在电解槽上加设电解槽盖板。但是，单个体积庞大的电解槽设备和由多个(几十甚至几百个)电解槽组成的电解生产系统中，由于电解槽槽体是用水泥、水泥衬里(防腐塑料、树脂等高分子材料)、钢结构槽体衬里(防腐塑料、树脂等高分子材料)、甚至当前也有使用的防腐塑料等材料制作，这种电解槽体积庞大、笨重、取放不方便，一个电解槽重量可达几吨甚至十几吨，尤其在电解槽上加设一些附件非常不易；同时电解槽槽盖的设计和制作也很落后，一直沿用前期的整体式电解槽槽盖，用钢板衬胶或钢板喷塑制作，而且设计有起重吊耳，这种槽盖体积庞大、笨重、取放不方便，一个电解槽的槽盖重量少则几百斤，多则几吨，不借助行车单凭人力是无法取下和放到槽体上的。同时，这种电解槽槽盖由于取放不方便，导致查看电解槽内一些特殊情况和尤其定点测量槽电压就显得不及时和拖延情况时常发生，对生产和产品质量造成很大的影响。因此，根据电解行业的发展要求，开发一种操作方便的通用性的电解槽槽盖，具有重要的现实意义。也有实践工作者在研究和实践中，直接在电解槽上设置排风系统，之后毒气排入大气或由吸收塔吸收处理。包括在电解槽盖上设置排风口的排风系统和在电解槽侧面设计排风口的排风系统。前者在电解槽盖上设置排风口的排风系统，由于槽盖为一整体并且由钢板衬胶或钢板喷塑制作，而且设计有起重吊耳，这种槽盖体积庞大、笨重、借助行车取放，因此出现槽盖上的排风系统设计不方便，管口相接为活动式的，取放槽盖一次，相应出现排风口的管口相接拆装一次；后者在电解槽侧面设计排风口的排风系统，出现直接在电解槽侧面开孔并安装成排气孔，由于排气孔数量和有效排气截面积有限，容易造成排气管内和槽内形成的微负压区不均，进入排气管内雾沫夹带严重，进入排气管内的废毒气中夹带的电解液增多，造成废毒气中夹带的电解液的排出而浪费掉。由于高纯金属材料的飞跃发展，电解精炼提纯高纯金属的所需电解槽提出更高的要求，要在常规电解槽的基础上加以创新、改进和改造，才能适应高纯金属的发展需要，具体体现为：耐腐蚀、体积较小轻便、耐用、易于加工和操作、易于热量交换、环保(包括材料环保和及时排放毒气的环境环保)等需要和要求。

综上技术背景所述，根据目前电解行业的发展要求，开发一种用于电解精炼的具有换热系统和排气系统为一体的新型环保PE电解槽，具有重要的现实意义。

发明内容

根据冶金行业电解工艺的发展要求，本发明提供一种结构简单、易于加工和操作、经久耐用、具有良好的排气和热交换效果的用于电解精炼的内置换热系统和排气系统，具有组合式PE盖板的新型PE电解槽。

为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：内置换热系统和排气系统的PE电解槽及组合式盖板，包括电解槽本体及进出液管，还包括换热系统、排气系统和组合式PE盖板，所述电解槽本体包括槽体、进出液管口、水进口管、回水出口管和底流管口，所述槽体及侧面和底面从外向内依次有槽体外壳、保温层、槽钢框架和槽体内壳；所述换热系统主体是氟塑料管式换热器，换热器的主体是由多根氟塑料薄壁微管组成的U形换热管束，管束两端头分别设有进水管和回水管连接法兰，换热管束的竖直段有垂直保护框架，水平段有水平保护框架，水平段上方有保护盖板，底部有限位板；所述排气系统置于电解槽本体上部两侧，其主体为排风管道，排风通道沿长度方向设置在槽体侧面上部的阴极和阳极导电母排支撑平面的外侧，排风管道上设有排气入口，与槽体内腔相通，还有排气出口管和排液管；所述组合式PE盖板，由一组大小相同的相互搭接而成的分盖板组成，分盖板由盖板面和加强肋板构成。

和现有电解设备比较，本发明的有益效果在于：1、由于槽体内设有槽钢框架，提高了槽体的强度和刚性，从而增长了使用寿命，具有较高的经济效益；由于槽体中装有保温层，利于电解液温度的控制；2、排气系统的设置，有效的实现生产过程产生的废气、毒气的排放处理，改善了工作环境，做到了很好的环境保护，提高了工作人员的健康保障；3、电解槽内设置了换热系统，电解液在电解槽内加热或冷却，热交换效率高，节省能源；4、槽盖为组合式塑料盖板，依照电解槽上口面积的大小和单人操作方便的情况，确定分盖的大小和数量，便于单人取放，分盖板之间为搭接连接，密封性良好；5、排气系统设有排液管，便于回收废液中夹带的电解液，节约生产成本；6、结构简单，易于加工制造，重量轻，操作灵活方便，耐腐蚀，使用寿命长。

附图说明：

图1-带换热和排气系统的PE电解槽装配示意图

图2-换热系统结构示意图

图3-电解槽盖板结构示意图

图4-分盖板立体结构示意图

图5-本发明PE电解槽正视图

图6-本发明PE电解槽左视图

图7-图6中A-A剖视图

图8-图7中B-B剖视图

图9-PE电解槽轴测图

图10-槽钢框架轴测图

图面说明：图1-图10中：1-换热系统 2-电解槽本体 3-排气系统 4-电解槽盖板5-换热器热水(或冷水)进口管连接法兰 6-换热器回水管连接法兰 7-换热管束 8-垂直保护框架 9-圆孔 10-薄壁微管 11-水平保护框架 12-限位板 13-限位板中央穿孔 14-上端保护盖板 15-首端分盖板 16-中间分盖板 17-末端分盖板 18-盖板面 19-手柄 20-加强肋板 21-槽体外壳 22-保温层 23-槽体内壳 24-槽钢框架 25-进液管口法兰 26-进液管口 27-回水出口管 28-排气出口管法兰 29-排气出口管 30-排气入口 31-导电母线进口32-排液管阀门 33-排液管 34-热水(或冷水)进口管 35-出液管口 36-出液管口法兰 37-底流管口 38-底流管口法兰 39-排风通道 40-阴极导电母排支撑平面 41-阳极导电母排支撑平面 42-热水(或冷水)进口管连接法兰 43-回水出口管连接法兰 44-热水(或冷水)进口管连接法兰 45-回水出口管连接法兰。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式，带换热和排气系统的PE电解槽包括换热系统1、电解槽本体2、排气系统3和电解槽盖板4(如图1所示)、所述电解槽本体2(如图5-8所示)包括槽体，其上设有进液管口26、进液管口法兰25、出液管口35、出液管口法兰36，底部装有底流管口37和底流管口法兰38、热水(或冷水)进口管34和热水(或冷水)进口管连接法兰42和44，回水出口管27、热水(或冷水)出口管连接法兰43和45；所述槽体其侧面和底面从外向内依次有槽体外壳21、保温层22、槽钢框架24和槽体内壳23构成，保温层22铺设在槽体外壳21和槽钢框架24之间，槽钢框架24夹设在槽体外壳21和槽体内壳23之间，槽钢框架24上端到排风通道下端面为止，以形成槽体上部两侧的阴极和阳极导电母排支撑平面40和41，槽体外壳21和槽体内壳23用一定厚度的PE塑料板焊接制成，装于槽体上的各输液管用一定直径的PE管材制作，保温层22用保温材料制作；所述换热系统1为氟塑料管式换热器(如图2所示)其主体是多根氟塑料薄壁微管10组成的U形换热管束7，换热管束7两端垂直部分有长方体垂直保护框架8、水平段底面有长方体水平保护框架11和水平铺设的限位板12，限位板12用以支撑固定和限位，使1-3行/列换热管束7穿过限位板中央穿管槽13，限位板12和水平保护框架11焊接固定，换热管束7水平段上方有上端保护盖板14，保护框架8和11、限位板12、上端保护盖板14上均开有阵列圆孔9，换热器热水(或冷水)进口管连接法兰5和换热器回水管连接法兰6分别与电解槽内的热水(或冷水)进口管34的连接法兰42和热水(或冷水)出口管27的连接法兰43连接，所述氟塑料薄壁微管10直径在4-10mm之间，管壁厚度≤1.0mm，所述氟塑料换热器每台列管数为50-500根，电解槽内可并列放置3个换热器。所述排气系统3(如图5-9所示)包括排气入口30、排气出口管29、排气出口管法兰28、排风通道39、排风通道排液管33及阀门32，所述排风通道39呈长方体，沿长度方向贯穿悬挂在槽体侧面上部的导电母排支撑面40和41的外侧，排风通道39与导电母排支撑平面之间的槽体侧面中间段开有导电母线进口31，排风通道内侧开有一组长方形的排气入口30，排气入口30与槽体内腔相通，排风通道39的一端设有排气出口管29，与电解槽外的抽气系统(未示出)相连，继而与废气吸收塔相连，另一端设置有排风通道排液管33，与回收液收集罐相连。排风通道39沿长度方向有一定斜度，排气出口29的一端高，排液管33一端低，以利于气液分离和冷凝电解液回收。排风通道39用一定厚度的PE塑料板焊接制作。所述电解槽盖板4为组合式PE塑料盖板(如图3、4所示)，由一组大小相等的分盖板顺序排布、搭接连接、压紧密封而成，分盖板数量大小依电解槽上端口面积的大小和单人便于取放为依据来确定，分盖板15、16、17由盖板面18、加强肋板20和手柄19构成，加强肋板20呈长方形焊接在盖板面18下端面四周，加强肋板20外缘面距盖板面18的边缘有一定距离，以保证盖板盖在电解槽上后，加强肋板20的外缘与电解槽侧壁有一定间隙，以5-10mm为宜，盖板面18紧扣在电解槽上口四周侧壁上，盖板面上面中央焊有手柄19。盖板面18长度与电解槽宽度相等，其宽度依电解槽长度和分盖板数量确定，分盖板长边制有搭接边，分盖板15、17只一边有搭接边，其方向相反，分盖板16两长边制有搭接边，两边的搭接方向相反，搭接边的厚度为盖板面厚度的一半，板与板搭接后搭接处厚度为一个盖板面的厚度。盖板面18、手柄19和加强肋板20均用PE塑料板制作。

为实现本发明的目的，所采取的工艺连接是：电解槽外界的电解液循环槽(未示出)中的电解液在输液泵的作用下由进液管口26进入电解槽，换热介质加热或冷却槽(未示出)中的换热介质在输液泵作用下依次经加热或冷却槽的出液管、电解槽内外连通的热水(或冷水)进口管34、换热器热水(或冷水)进口管连接法兰5进入U形换热管束7中，由换热器回水管连接法兰6、电解槽内外连通的回水出口管27流出，经加热(或冷却)槽回水管口进入加热(或冷却)槽中，再次加热(或冷却)的闭式循环输送，实现换热介质与电解液的热量交换。与此同时，电解过程中阳极副产品有毒气体在电解槽由盖板密封的情况下由外界抽气系统负压作用下经槽内排气入口30进入排风通道39经排气出口管29进入抽气系统，处理后达标排放。

Claims (6)

1.一种内置换热系统和排气系统的PE电解槽及组合式盖板，包括电解槽本体及进出液管，其特征在于还包括换热系统、排气系统和组合式PE盖板，所述电解槽本体(2)包括槽体、进出液管口、水进口管、回水出口管和底流管口，所述槽体其侧面和底面从外向内依次有槽体外壳(21)、保温层(22)、槽钢框架(24)和槽体内壳(23)；所述换热系统(1)主体是氟塑料管式换热器，换热器的主体是由多根氟塑料薄壁微管组成的U形换热管束，管束两端头分别设有进水管和回水管连接法兰(5、6)，换热管束的竖直段有垂直保护框架(8)，水平段有水平保护框架(11)，底部有限位板(12)；所述排气系统(3)置于电解槽本体上部两侧，主体为排风通道(39)，排风通道(39)上设有排气入口(30)，与槽体内腔相通，还设有排气出口管(29)和排液管(33)；所述组合式PE盖板由一组大小相同的相互搭接而成的分盖板组成。

2.根据权利要求1所述的PE电解槽，其特征在于槽钢框架(24)夹设在槽体外壳(21)和槽体内壳(23)之间，其上端到排风通道(39)的下端面为止。

3.根据权利要求1所述的PE电解槽，其特征在于保护框架(8)和(11)、限位板(12)、上端保护盖板(14)上开有阵列圆孔(9)。

4.根据权利要求1所述的PE电解槽，其特征在于所述氟塑料薄壁微管(10)的直径在4-10mm之间，管壁厚度≤1mm。

5.根据权利要求1所述的PE电解槽，其特征在于所述排风通道(39)呈长方体，沿长度方向有一定斜度。

6.根据权利要求1所述的PE电解槽，其特征在于分盖板(15、16、17)由盖板面(18)、加强肋板(20)和手柄(19)构成，分盖板长边上制有搭接边，分盖板(15)和(17)只一边有搭接边，其方向相反，分盖板(16)两长边制有搭接边，两边的搭接方向相反。