CN111058055B - 一种离子膜电解槽的阴极结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种离子膜电解槽的阴极结构，包括竖立设置的阴极底盘、连接在所述阴极底盘内部阴极室内的阴极筋板，所述阴极室的下部设置有阴极进液分散管，在位于所述阴极底盘的盘口上依次向外包覆有阴极底网组件、弹性网和阴极面网；其中，所述阴极底网组件包括按照上中下位置依次连接的上部阴极循环网板、中部阴极循环板和下部阴极循环网板；其中，所述中部阴极循环板的下端设置有一段向着所述阴极底盘的内部盘底方向进行折弯的折弯段，所述下部阴极循环网板的上端连接在所述中部阴极循环板的折弯顶角位置。本发明提高了离子膜的使用寿命，降低了电槽电压，减少了电解槽能耗和生产成本。

Description

一种离子膜电解槽的阴极结构
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槽的阴极结构。
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。
现有技术中的离子膜电槽在使用时还存在以下问题：一是离子膜电解槽内部的压力波动较大，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，且电解槽内存在较多的气体滞留现象，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槽的阴极结构，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：
一种离子膜电解槽的阴极结构，包括竖立设置的阴极底盘、连接在所述阴极底盘内部阴极室内的阴极筋板，所述阴极室的下部设置有阴极进液分散管，在位于所述阴极底盘的盘口上依次向外包覆有阴极底网组件、弹性网和阴极面网；其中，所述阴极底网组件包括按照上中下位置依次连接的上部阴极循环网板、中部阴极循环板和下部阴极循环网板；其中，所述中部阴极循环板的下端设置有一段向着所述阴极底盘的内部盘底方向进行折弯的折弯段，所述下部阴极循环网板的上端连接在所述中部阴极循环板的折弯顶角位置。
工作时，电解液从阴极进液分散管流出，电解液经过中部阴极循环板时，一部分电解液经过折弯段的分流从阴极底网外侧表面循环流通，另一部分电解液从阴极底盘底部通道循环流通。
上述技术方案中，通过将阴极底网组件设置为上部阴极循环网板、中部阴极循环板和下部阴极循环网板的组合连接结构，并在中部阴极循环板上设置折弯段，通过折弯段的分流而形成了电解液的双通道上升流，由此提高了电解液在电解槽内上升时的扩散能力，并增加了电解液的内部循环量，从而能有效的降低溶液上部的溶度和温度梯度，从而降低了电槽电压。而且，稳定、可靠的内循环有效的提高了离子膜的使用寿命。
优选的，所述中部阴极循环板的折弯段与所述下部阴极循环网板之间形成的夹角＞0°且＜180°。
更优选的，所述中部阴极循环板的折弯段与所述下部阴极循环网板之间形成的夹角＞30°且＜150°。
优选的，所述中部阴极循环板的折弯段的端部距离所述阴极底盘的内部盘底的距离为1mm～50mm。
优选的，所述上部阴极循环网板、下部阴极循环网板的网孔均为菱形网孔，且所述菱形网孔的网孔面与所述阴极循环网板的其中一个网板面形成锋利锐角。
上述阴极循环网板上的特殊菱形网孔结构，可以改善消泡效果，减少电槽电压，并且能够减少气体滞留。
优选的，所述阴极循环网板为整张阴极底网的1/10-1/2范围。
优选的，所述弹性网为采用镍金属丝经铺网和针刺形成的整体呈波浪形的弹性网。
相比常规编织的弹性网，通过针刺形成波浪形的弹性网能形成较大空隙率的厚网，其消泡效果更好。
优选的，所述弹性网的厚度为1mm～10mm。
优选的，所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，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。
上述阴极室上阴极底网组件、弹性网和阴极面网形成了弹性网组合结构，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，所述阴极底盘为采用整张镍板冲压折弯而成的阴极底盘。
上述整板冲压折弯后形成阴极底盘的盒式结构，其强度高、内部电解液泄漏风险小。
本发明中，所述阴极筋板为采用镍板制作的阴极筋板，所述阴极筋板通过多点电阻焊焊接连接在所述阴极底盘的内壁上，所述阴极底网组件与所述阴极筋板焊接连接。
上述阴极筋板起到导电作用，并有利于增加电解槽的抗变形能力。另外，阴极筋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，
本发明中，所述上部阴极循环网板、下部阴极循环网板均为镍材质的阴极循环网板，所述中部阴极循环板为镍材质的阴极循环板，所述阴极面网为镍丝编织网。
本发明中，所述阴极筋板上位于与所述阴极底盘的底部连接处设置有间隔分布的若干开口槽。
阴极筋板上的开口槽设置使得电解液在电解槽中的浓度分布更加均匀。
本发明的有益效果是：通过对现有电解槽阴极结构的多处改进，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10～50毫伏。
附图说明
图1是本发明的一种离子膜电解槽的阴极结构的结构示意图；
图2是图1中的阴极筋板的结构示意图；
图3是阴极底网组件的结构示意图；
图4是在上部阴极循环网板、下部阴极循环网板上设置菱形网孔的结构示意图；
图5是电解液的流动方向示意图。
图中：1、阴极底盘，2、阴极室，3、阴极筋板，4、阴极进液分散管，5、折弯段，6、弹性网，7、阴极面网，8、上部阴极循环网板，9、中部阴极循环板，10、下部阴极循环网板，11、折弯顶角，12、菱形网孔，13、锋利锐角，14、开口槽，15、阴极底网组件。
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5所示为本发明的一种离子膜电解槽的阴极结构的实施例，包括竖立设置的阴极底盘1、连接在所述阴极底盘1内部阴极室2内的阴极筋板3，所述阴极室2的下部设置有阴极进液分散管4，在位于所述阴极底盘1的盘口上依次向外包覆有阴极底网组件15、弹性网6和阴极面网7；其中，所述阴极底网组件15包括按照上中下位置依次连接的上部阴极循环网板8、中部阴极循环板9和下部阴极循环网板10；其中，所述中部阴极循环板9的下端设置有一段向着所述阴极底盘1的内部盘底方向进行折弯的折弯段5，所述下部阴极循环网板10的上端连接在所述中部阴极循环板9的折弯顶角11位置。
工作时，电解液从阴极进液分散管4流出，电解液经过中部阴极循环板9时，一部分电解液经过折弯段5的分流从阴极底网外侧表面(通道一)循环流通，另一部分电解液从阴极底盘1底部通道(通道二)循环流通。
上述技术方案中，通过将阴极底网组件15设置为上部阴极循环网板8、中部阴极循环板9和下部阴极循环网板10的组合连接结构，并在中部阴极循环板9上设置折弯段5，通过折弯段5的分流而形成了电解液的双通道上升流，由此提高了电解液在电解槽内上升时的扩散能力，并增加了电解液的内部循环量，从而能有效的降低溶液上部的溶度和温度梯度，从而降低了电槽电压。而且，稳定、可靠的内循环有效的提高了离子膜的使用寿命。
优选的，所述中部阴极循环板9的折弯段5与所述下部阴极循环网板10之间形成的夹角＞0°且＜180°。
更优选的，所述中部阴极循环板9的折弯段5与所述下部阴极循环网板10之间形成的夹角＞30°且＜150°。
优选的，所述中部阴极循环板9的折弯段5的端部距离所述阴极底盘1的内部盘底的距离为1mm～50mm。
优选的，所述上部阴极循环网板8、下部阴极循环网板10的网孔均为菱形网孔12，且所述菱形网孔12的网孔面与所述阴极循环网板9的其中一个网板面形成锋利锐角13。
上述阴极循环网板9上的特殊菱形网孔12结构，可以改善消泡效果，减少电槽电压，并且能够减少气体滞留。
优选的，所述阴极循环网板8、9为整张阴极底网的1/10-1/2范围。
优选的，所述弹性网6为采用镍金属丝经铺网和针刺形成的整体呈波浪形的弹性网。
相比常规编织的弹性网，通过针刺形成波浪形的弹性网6能形成较大空隙率的厚网，其消泡效果更好。
优选的，所述弹性网6的厚度为1mm～10mm。
优选的，所述阴极面网7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，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。
上述阴极室2上阴极底网组件15、弹性网6和阴极面网7形成了弹性网组合结构，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1为采用整张镍板冲压折弯而成的阴极底盘。
上述整板冲压折弯后形成阴极底盘1的盒式结构，其强度高、内部电解液泄漏风险小。
本实施例中，所述阴极筋板3为采用镍板制作的阴极筋板，所述阴极筋板3通过多点电阻焊焊接连接在所述阴极底盘1的内壁上，所述阴极底网组件15与所述阴极筋板3焊接连接。
上述阴极筋板3起到导电作用，并有利于增加电解槽的抗变形能力。另外，阴极筋板3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，
本实施例中，所述上部阴极循环网板8、下部阴极循环网板10均为镍材质的阴极循环网板，所述中部阴极循环板9为镍材质的阴极循环板，所述阴极面网7为镍丝编织网。
本实施例中，所述阴极筋板3上位于与所述阴极底盘1的底部连接处设置有间隔分布的若干开口槽14。
阴极筋板3上的开口槽14设置使得电解液在电解槽中的浓度分布更加均匀。
本实施例的有益效果是：通过对现有电解槽阴极结构的多处改进，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10～50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)

1.一种离子膜电解槽的阴极结构，其特征在于，包括竖立设置的阴极底盘、连接在所述阴极底盘内部阴极室内的阴极筋板，所述阴极室的下部设置有阴极进液分散管，在位于所述阴极底盘的盘口上依次向外包覆有阴极底网组件、弹性网和阴极面网；其中，所述阴极底网组件包括按照上中下位置竖立设置并依次连接的上部阴极循环网板、中部阴极循环板和下部阴极循环网板；其中，所述竖立设置的中部阴极循环板的下端设置有一段向着所述阴极底盘的内部盘底方向进行倾斜折弯的折弯段，所述下部阴极循环网板的上端连接在所述中部阴极循环板的折弯顶角位置；所述中部阴极循环板对所述阴极室内的电解液进行分流，一部分电解液经过所述折弯段的分流从阴极底网外侧表面循环流通，另一部分电解液从阴极底盘底部通道循环流通。
2.根据权利要求1所述的一种离子膜电解槽的阴极结构，其特征在于，所述弹性网为采用镍金属丝经铺网和针刺形成的整体呈波浪形的弹性网。
3.根据权利要求1所述的一种离子膜电解槽的阴极结构，其特征在于，所述中部阴极循环板的折弯段与所述下部阴极循环网板之间形成的夹角＞0°且＜180°。
4.根据权利要求1所述的一种离子膜电解槽的阴极结构，其特征在于，所述中部阴极循环板的折弯段的端部距离所述阴极底盘的内部盘底的距离为1mm～50mm。
5.根据权利要求1所述的一种离子膜电解槽的阴极结构，其特征在于，所述上部阴极循环网板、下部阴极循环网板的网孔均为菱形网孔，且所述菱形网孔的网孔面与所述阴极循环网板的其中一个网板面形成锋利锐角。
6.根据权利要求1所述的一种离子膜电解槽的阴极结构，其特征在于，所述弹性网的厚度为1mm～10mm。
7.根据权利要求1所述的一种离子膜电解槽的阴极结构，其特征在于，所述阴极底盘为采用整张镍板冲压折弯而成的阴极底盘。
8.根据权利要求1所述的一种离子膜电解槽的阴极结构，其特征在于，所述阴极筋板为采用镍板制作的阴极筋板，所述阴极筋板通过多点电阻焊焊接连接在所述阴极底盘的内壁上，所述阴极底网组件与所述阴极筋板焊接连接。
9.根据权利要求1所述的一种离子膜电解槽的阴极结构，其特征在于，所述上部阴极循环网板、下部阴极循环网板均为镍材质的阴极循环网板，所述中部阴极循环板为镍材质的阴极循环板，所述阴极面网为镍丝编织网。
10.根据权利要求1所述的一种离子膜电解槽的阴极结构，其特征在于，所述阴极筋板上位于与所述阴极底盘的底部连接处设置有间隔分布的若干开口槽。
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