CN110965070A - 一种离子膜电解单元槽 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种离子膜电解单元槽，包括按照左右方向相互背靠连接的阳极底盘和阴极底盘，所述阳极底盘的下部设置有阳极室、上部设置有连通所述阳极室的阳极气液分离室，所述阴极底盘的下部设置有阴极室、上部设置有连通所述阴极室的阴极气液分离室；其中，在位于所述阳极气液分离室内的底部向上竖立设置有一段阳极通道隔板，且所述阳极通道隔板与所述阳极气液分离室的一侧侧面之间形成连通所述阳极室的阳极气液过流通道，所述阳极气液过流通道内设置有其一面连接所述阳极通道隔板、另一面连接所述阳极气液分离室一侧侧面的加强网。本发明提高了离子膜的使用寿命，降低了电槽电压，由此减少了电解槽能耗和生产成本。

Description

一种离子膜电解单元槽

技术领域

本发明涉及电解槽技术领域，具体涉及一种离子膜电解单元槽。

背景技术

离子膜电解槽一般由阳极室、阳极、阴极室、阴极等所组成，并采用离子膜将阳极室和阴极室隔开。其工作原理如下：将经过二次精制的饱和盐水加入电解槽的阳极室，在通电状态下，氯化钠被电离成钠离子和氯离子，溶液里的氯离子在阳极放电生成氯气从溶液中逸出，消耗部分氯化钠的饱和盐水则成为淡盐水流出电解槽，而钠离子则透过离子膜移向阴极。与此同时，向电解槽阴极室加入纯水，水被电解生成氢气和氢氧根离子，氢气从溶液中逸出，而氢氧根离子则和从阳极过来的钠离子结合成氢氧化钠。

离子膜电解槽按照单元槽的结构形式不同，分为单极式离子膜电解槽和复极式离子膜电解槽。单极式离子膜电解槽是指在一个单元槽上只有一种极，即单元槽是阳极单元槽或阴极单元槽，不存在一单元槽上既有阳极又有阴极的情况。复极式离子膜电槽是指在一个单元槽上，既有阳极又有阴极(每台离子电解槽的最端头的端单元槽除外)，是阴阳极一体的单元槽。

现有技术中的离子膜电槽在使用时还存在以下问题：一是阳极室的压力波动较大，导致离子膜的使用寿命较短；二是离子膜电解槽内电解液浓度不均匀，使得电解过程的电槽电压较高，导致能耗较大、生产成本较高。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种离子膜电解单元槽，旨在提高离子膜的使用寿命，降低电槽电压，减少电解槽能耗和生产成本。

具体的技术方案如下：

一种离子膜电解单元槽，包括按照左右方向相互背靠连接的阳极底盘和阴极底盘，所述阳极底盘的下部设置有阳极室、上部设置有连通所述阳极室的阳极气液分离室，所述阴极底盘的下部设置有阴极室、上部设置有连通所述阴极室的阴极气液分离室；其中，在位于所述阳极气液分离室内的底部向上竖立设置有一段阳极通道隔板，且所述阳极通道隔板与所述阳极气液分离室的一侧侧面之间形成连通所述阳极室的阳极气液过流通道，所述阳极气液过流通道内设置有其一面连接所述阳极通道隔板、另一面连接所述阳极气液分离室一侧侧面的加强网。

在上述结构的基础上进一步改进的方案是：在位于所述阴极气液分离室内的底部向上竖立设置有一段阴极通道隔板，且所述阴极通道隔板与所述阴极气液分离室的一侧侧面之间形成连通所述阴极室的阴极气液过流通道，所述阴极气液过流通道内设置有其一面连接所述阴极通道隔板、另一面连接所述阴极气液分离室一侧侧面的加强网。

工作时，电解液上升产生溢流，在经过气液过流通道后，进入气液分离室，液体在气液分离室的下部液区积聚流出，气体在气液分离室的上部气区积聚排出，从而实现了气液分离。

上述技术方案中，气液分离室采用通道隔板与加强网的组合结构，其优势如下：一是实现了电解液气体、液体的优导分离，从而降低了电槽电压；二是通道隔板采用向上竖立设置的悬伸结构，从而形成了较长的气液分离通道，可以提高了气液分离和消除泡沫的效果；三是加强网与通道隔板、分离室之间相互固定，一方面提高了气液分离通道的抗变形能力，从而可以减少电解槽内的压力波动，由此提高离子膜的使用寿命；另一方面增加了单元槽在靠近该处的阳极密封面、阴极密封面强度，克服了传统冲压结构的单元槽在气液分离室部位其密封面强度较低而存在泄露隐患的弊端，从而提高了电解槽的密封可靠性。

优选的，位于所述阴极气液分离室内的加强网为镍加强网；位于所述阳极气液分离室内的加强网为钛加强网，且所述钛加强网的表面设置有防腐涂层。

优选的，所述加强网为整体呈波浪形的加强网。

上述采用波浪形的加强网可以增大气液分离的过流面积，使得气液流动更顺畅，并有利于电解液在阳极室和阴极室内的稳定流动。

作为进一步的改进，本发明的一种离子膜电解单元槽其所述阳极通道隔板的上端还连接有向上竖立设置的消泡网。

上述阳极分离室内消泡网的设置，使得电解过程产生的大量气泡在阳极消泡网处得以消泡，气液分离更彻底，由此使得电解液溢流流出更加平稳，从而进一步减少了阳极室内和阴极室内的压力波动，提高了离子膜的使用寿命。

本发明中，所述阳极室的外侧连接有阳极网，所述阴极室的外侧连接有阴极网；其中，所述阴极网的外侧还依次连接的弹性网和阴极面网。

优选的，所述阳极网的网孔形状为菱形、材质为钛材；所述阴极网的网孔形状为菱形孔，所述弹性网整体呈波纹形状，所述阴极面网为编织网；所述阴极网、弹性网、阴极面网的材质为镍材。

上述阴极面网由特殊材质的镍丝编制而成，具有很好的韧性及强度，表面光滑、柔软，可以防止面网对离子膜的羧酸层过度挤压，起到保护离子膜的作用。

上述阳极网、阴极网采用菱形网孔，保证了电极表面电解液溶度分布均匀，从而降低电槽电压，并且能够减少气体停滞。且这种特殊的网孔导流结构，还可以使得电极表面的碱浓度均匀。

上述阴极室上阴极网、弹性网、阴极面网的弹性网组合结构具有以下优势：

一是弹性网组合结构有利于气体的排出，并在排除的过程中充分切割气泡，可以使气泡破碎，降低电槽内部的电阻。

二是弹性网组合结构能减轻离子膜的震动，延长离子膜的使用寿命。

三是弹性网组合结构能够有效防止压力波动而引起的弹性变化，使极距保持相对稳定。

四是弹性网组合结构的弹性更好更持久，电流密度均匀，电解液浓度、温度的梯度更小。

本发明中，所述阴极底盘由镍材板冲压而成，所述阳极底盘由钛材板冲压而成，且所述阳极底盘的密封面上设置有一层钛钯合金；所述阳极底盘和阴极底盘的内部表面分别冲压有波浪形的导流结构。

上述阳极底盘的密封面采用一层钛钯合金板可以防止阳极侧垫片的间隙腐蚀，离子膜换膜时不需要重涂(镀钯)处理，由此降低了维修费用。

本发明中，所述阳极室内通过多点电阻焊焊接有阳极筋板，所述阴极室内通过多点电阻焊焊接有阴极筋板。

上述阳极筋板、阴极筋板起到导电作用，并有利于增加单元槽的抗变形能力。

其中，所述阴极筋板材质为镍板，所述阳极筋板材质为钛板，特殊的结构能获得最短的导电距离，其电流分布均匀，具有8KA/m2以上的过流能力和较高的机械强度，阳极筋板、阴极筋板的设置使得电解液在电解槽中的浓度分布更加均匀。

本发明中，所述阳极底盘和阴极底盘之间通过钛钢复合销焊接结合，所述阳极底盘和阴极底盘通过不锈钢框架进行支撑加强固定；其中，所述钛钢复合销上设置有钛材层和镍材层，所述钛材层与所述阳极底盘焊接结合，所述镍材层与所述阴极底盘焊接结合。

作为进一步的改进，本发明的一种离子膜电解单元槽其所述阳极室内竖立设置有其上端向着所述阳极气液过流通道部位倾斜的阳极导流堰板，所述阳极导流堰板的表面冲压有波浪形的导流结构。

上述通过在阳极室内设置倾斜的阳极导流堰板，使得阳极室内电解液循环较为充分，有利于电解液的浓度和温度在整个离子膜表面上分布均匀、自然循环量增大，其优越的内循环生成等溶度的上升流，溶液分布更加均匀，从而降低电槽电压。

优选的，所述阳极气液分离室内和阴极极气液分离室内分别设置有带通孔的气液分隔板；其中，位于所述阳极气液分离室内的气液分隔板连接在所述阳极气液分离室内壁与所述阳极通道隔板之间，位于所述阴极气液分离室内的气液分隔板连接在所述阴极气液分离室内壁与所述阴极通道隔板之间。

本发明中，所述阳极室的底部设置有阳极进液分散管，所述阴极室的底部设置有阴极进液分散管。

上述进液分散管的作用是使得电解液进液流量均匀稳定。

本发明的有益效果是：通过对现有电解槽结构的多处改进，提高了离子膜的使用寿命，降低了电槽电压，由此减少了电解槽能耗和生产成本。经过实测，并与常规结构的离子膜电解单元槽相比较，其能够降低槽电压20～40毫伏。

附图说明

图1是本发明的一种离子膜电解单元槽的结构示意图；

图2是图1的上半部分的放大视图；

图3是图1的下半部分的放大视图；

图4是在阳极底盘上设置密封面的示意图；

图5是电解液的气液分离示意图；

图6是在阳极室内倾斜设置阳极导流堰板后的电解液循环流动示意图；

图7是阳极筋板的结构示意图；

图8是阴极筋板的结构示意图。

图中：1、阳极底盘，2、阴极底盘，3、阳极室，4、阳极气液分离室，5、阴极室，6、阴极气液分离室，7、阳极通道隔板，8、加强网，9、加强网，10、阴极通道隔板，11、消泡网，12、阳极网，13、阴极网，14、弹性网，15、阴极面网，16、阳极底盘的密封面，17、阳极筋板，18、阴极筋板，19、钛钢复合销，20、不锈钢框架，21、阳极导流堰板，22、气液分隔板，23、阳极进液分散管，24、阴极进液分散管。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1至8所示为本发明的一种离子膜电解单元槽的实施例，包括按照左右方向相互背靠连接的阳极底盘1和阴极底盘2，所述阳极底盘1的下部设置有阳极室3、上部设置有连通所述阳极室3的阳极气液分离室4，所述阴极底盘2的下部设置有阴极室5、上部设置有连通所述阴极室5的阴极气液分离室4；其中，在位于所述阳极气液分离室4内的底部向上竖立设置有一段阳极通道隔板7，且所述阳极通道隔板7与所述阳极气液分离室4的一侧侧面之间形成连通所述阳极室3的阳极气液过流通道，所述阳极气液过流通道内设置有其一面连接所述阳极通道隔板7、另一面连接所述阳极气液分离室4一侧侧面的加强网8。

在上述结构的基础上进一步改进的方案是：在位于所述阴极气液分离室6内的底部向上竖立设置有一段阴极通道隔板10，且所述阴极通道隔板10与所述阴极气液分离室6的一侧侧面之间形成连通所述阴极室5的阴极气液过流通道，所述阴极气液过流通道内设置有其一面连接所述阴极通道隔板10、另一面连接所述阴极气液分离室6一侧侧面的加强网9。

工作时，电解液上升产生溢流，在经过气液过流通道后，进入气液分离室4、6，液体在气液分离室4、6的下部液区积聚流出，气体在气液分离室4、6的上部气区积聚排出，从而实现了气液分离。

上述技术方案中，气液分离室4、6采用通道隔板1、10与加强网8、9的组合结构，其优势如下：一是实现了电解液气体、液体的优导分离，从而降低了电槽电压；二是通道隔板7、10采用向上竖立设置的悬伸结构，从而形成了较长的气液分离通道，可以提高了气液分离和消除泡沫的效果；三是加强网与通道隔板、分离室之间相互固定，一方面提高了气液分离通道的抗变形能力，从而可以减少电解槽内的压力波动，由此提高离子膜的使用寿命；另一方面增加了单元槽在靠近该处的阳极密封面、阴极密封面强度，克服了传统冲压结构的单元槽在气液分离室部位其密封面强度较低而存在泄露隐患的弊端，从而提高了电解槽的密封可靠性。

优选的，位于所述阴极气液分离室6内的加强网为镍加强网；位于所述阳极气液分离室4内的加强网为钛加强网，且所述钛加强网的表面设置有防腐涂层。

优选的，所述加强网8、9为整体呈波浪形的加强网。

上述采用波浪形的加强网可以增大气液分离的过流面积，使得气液流动更顺畅，并有利于电解液在阳极室3和阴极室5内的稳定流动。

作为进一步的改进，本实施例的一种离子膜电解单元槽其所述阳极通道隔板7的上端还连接有向上竖立设置的消泡网11。

上述阳极分离室4内消泡网11的设置，使得电解过程产生的大量气泡在阳极消泡网11处得以消泡，气液分离更彻底，由此使得电解液溢流流出更加平稳，从而进一步减少了阳极室3内和阴极室5内的压力波动，提高了离子膜的使用寿命。

本实施例中，所述阳极室3的外侧连接有阳极网12，所述阴极室5的外侧连接有阴极网13；其中，所述阴极网13的外侧还依次连接的弹性网14和阴极面网15。

优选的，所述阳极网12的网孔形状为菱形、材质为钛材；所述阴极网13的网孔形状为菱形孔，所述弹性网14整体呈波纹形状，所述阴极面网15为编织网；所述阴极网13、弹性网14、阴极面网15的材质为镍材。

上述阴极面网15由特殊材质的镍丝编制而成，具有很好的韧性及强度，表面光滑、柔软，可以防止面网对离子膜的羧酸层过度挤压，起到保护离子膜的作用。

上述阳极网12、阴极网13采用菱形网孔，保证了电极表面电解液溶度分布均匀，从而降低电槽电压，并且能够减少气体停滞。且这种特殊的网孔导流结构，还可以使得电极表面的碱浓度均匀。

上述阴极室5上阴极网13、弹性网14、阴极面网15的弹性网组合结构具有以下优势：

一是弹性网组合结构有利于气体的排出，并在排除的过程中充分切割气泡，可以使气泡破碎，降低电槽内部的电阻。

二是弹性网组合结构能减轻离子膜的震动，延长离子膜的使用寿命。

三是弹性网组合结构能够有效防止压力波动而引起的弹性变化，使极距保持相对稳定。

四是弹性网组合结构的弹性更好更持久，电流密度均匀，电解液浓度、温度的梯度更小。

本实施例中，所述阴极底盘2由镍材板冲压而成，所述阳极底盘1由钛材板冲压而成，且所述阳极底盘1的密封面上设置有一层钛钯合金；所述阳极底盘1和阴极底盘2的内部表面分别冲压有波浪形的导流结构。

上述阳极底盘1的密封面采用一层钛钯合金板可以防止阳极侧垫片的间隙腐蚀，离子膜换膜时不需要重涂(镀钯)处理，由此降低了维修费用。

本实施例中，所述阳极室3内通过多点电阻焊焊接有阳极筋板17，所述阴极室5内通过多点电阻焊焊接有阴极筋板18。

上述阳极筋板17、阴极筋板18起到导电作用，并有利于增加单元槽的抗变形能力。

其中，所述阴极筋板18材质为镍板，所述阳极筋板17材质为钛板，特殊的结构能获得最短的导电距离，其电流分布均匀，具有8KA/m2以上的过流能力和较高的机械强度，阳极筋板17、阴极筋板18的设置使得电解液在电解槽中的浓度分布更加均匀。

本实施例中，所述阳极底盘1和阴极底盘2之间通过钛钢复合销19焊接结合，所述阳极底盘1和阴极底盘2通过不锈钢框架20进行支撑加强固定；其中，所述钛钢复合销19上设置有钛材层和镍材层，所述钛材层与所述阳极底盘1焊接结合，所述镍材层与所述阴极底盘2焊接结合。

作为进一步的改进，本实施例的一种离子膜电解单元槽其所述阳极室3内竖立设置有其上端向着所述阳极气液过流通道部位倾斜的阳极导流堰板21，所述阳极导流堰板21的表面冲压有波浪形的导流结构。

上述通过在阳极室3内设置倾斜的阳极导流堰板，使得阳极室内电解液循环较为充分，有利于电解液的浓度和温度在整个离子膜表面上分布均匀、自然循环量增大，其优越的内循环生成等溶度的上升流，溶液分布更加均匀，从而降低电槽电压。

优选的，所述阳极气液分离室4内和阴极极气液分离室6内分别设置有带通孔的气液分隔板22；其中，位于所述阳极气液分离室4内的气液分隔板22连接在所述阳极气液分离室4内壁与所述阳极通道隔板7之间，位于所述阴极气液分离室6内的气液分隔板22连接在所述阴极气液分离室6内壁与所述阴极通道隔板10之间。

本实施例中，所述阳极室3的底部设置有阳极进液分散管23，所述阴极室5的底部设置有阴极进液分散管24。

上述进液分散管23、24的作用是使得电解液进液流量均匀稳定。

本实施例的有益效果是：通过对现有电解槽结构的多处改进，提高了离子膜的使用寿命，降低了电槽电压，由此减少了电解槽能耗和生产成本。经过实测，并与常规结构的离子膜电解单元槽相比较，其能够降低槽电压20～40毫伏。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种离子膜电解单元槽，其特征在于，包括按照左右方向相互背靠连接的阳极底盘和阴极底盘，所述阳极底盘的下部设置有阳极室、上部设置有连通所述阳极室的阳极气液分离室，所述阴极底盘的下部设置有阴极室、上部设置有连通所述阴极室的阴极气液分离室；其中，在位于所述阳极气液分离室内的底部向上竖立设置有一段阳极通道隔板，且所述阳极通道隔板与所述阳极气液分离室的一侧侧面之间形成连通所述阳极室的阳极气液过流通道，所述阳极气液过流通道内设置有其一面连接所述阳极通道隔板、另一面连接所述阳极气液分离室一侧侧面的加强网。

2.根据权利要求1所述的一种离子膜电解单元槽，其特征在于，在位于所述阴极气液分离室内的底部向上竖立设置有一段阴极通道隔板，且所述阴极通道隔板与所述阴极气液分离室的一侧侧面之间形成连通所述阴极室的阴极气液过流通道，所述阴极气液过流通道内设置有其一面连接所述阴极通道隔板、另一面连接所述阴极气液分离室一侧侧面的加强网。

3.根据权利要求1所述的一种离子膜电解单元槽，其特征在于，所述阳极通道隔板的上端还连接有向上竖立设置的消泡网。

4.根据权利要求1所述的一种离子膜电解单元槽，其特征在于，所述阳极室的外侧连接有阳极网，所述阴极室的外侧连接有阴极网；其中，所述阴极网的外侧还依次连接的弹性网和阴极面网。

5.根据权利要求4所述的一种离子膜电解单元槽，其特征在于，所述阳极网的网孔形状为菱形、材质为钛材；所述阴极网的网孔形状为菱形孔，所述弹性网整体呈波纹形状，所述阴极面网为编织网；所述阴极网、弹性网、阴极面网的材质为镍材。

6.根据权利要求1所述的一种离子膜电解单元槽，其特征在于，所述阴极底盘由镍材板冲压而成，所述阳极底盘由钛材板冲压而成，且所述阳极底盘的密封面上设置有一层钛钯合金；所述阳极底盘和阴极底盘的内部表面分别冲压有波浪形的导流结构。

7.根据权利要求6所述的一种离子膜电解单元槽，其特征在于，所述阳极室内通过多点电阻焊焊接有阳极筋板，所述阴极室内通过多点电阻焊焊接有阴极筋板。

8.根据权利要求6所述的一种离子膜电解单元槽，其特征在于，所述阳极底盘和阴极底盘之间通过钛钢复合销焊接结合，所述阳极底盘和阴极底盘通过不锈钢框架进行支撑加强固定；其中，所述钛钢复合销上设置有钛材层和镍材层，所述钛材层与所述阳极底盘焊接结合，所述镍材层与所述阴极底盘焊接结合。

9.根据权利要求1所述的一种离子膜电解单元槽，其特征在于，所述阳极室内竖立设置有其上端向着所述阳极气液过流通道部位倾斜的阳极导流堰板，所述阳极导流堰板的表面冲压有波浪形的导流结构。

10.根据权利要求1所述的一种离子膜电解单元槽，其特征在于，所述阳极气液分离室内和阴极极气液分离室内分别设置有带通孔的气液分隔板；其中，位于所述阳极气液分离室内的气液分隔板连接在所述阳极气液分离室内壁与所述阳极通道隔板之间，位于所述阴极气液分离室内的气液分隔板连接在所述阴极气液分离室内壁与所述阴极通道隔板之间。

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