CN111304682A - 一种氯碱工业用氧阴极离子膜电解槽 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氯碱工业用氧阴极离子膜电解槽，包括方管、阳极室、碱液室和氧气室，所述方管形成电解槽的外围框架，包括碱液室侧的方管和阳极侧的方管，所述阳极室包括阳极，所述氧气室包括氧阴极载体和导电丝网，所述电解槽的上部设置有进气管，下部设置有出气管，在所述阳极和氧阴极载体之间还设置有离子膜，其特征在于，还包括密封固定装置，所述密封固定装置将碱液室和氧气室密封固定于电解槽上。本发明的氯碱工业用氧阴极离子膜电解槽，不但电解槽密封效果更好，使用寿命长，且设备的结构更简单合理，电解槽的槽电压也更低。
Description
技术领域
本发明涉及电解领域，特别涉及一种氯碱工业用氧阴极离子膜电解槽。
背景技术
氯碱工业是国家化学工业的基础行业，氯碱工业生产的烧碱在化学工业上被大量使用。该烧碱是由电解法电解食盐水而生成的。在电解法电解食盐水中，吨碱电耗是关键的成本指标。而吨碱电耗又直接由电解槽的槽电压得以反映，其中，电压越低，电耗越低；相反，电压越高，电耗越高。
因此，为了降低槽电压，需要不断对现有电解槽结构进行改进，研究开发出吨碱电耗更低的电解槽。目前，氧阴极电解槽在行业中被公认可以从原理上降低电解槽的吨碱电耗。氧阴极的电解槽反应如下：
2NaCl+H2O+1/2O2 ＝ 2NaOH+Cl2 ↑
其中，在阳极：2Cl--2e ＝ Cl2
在阴极：2H2O+1/2O2+2e＝2OH-
采用氧阴极电解槽产生的槽电压比普通镍阴极电解槽的槽电压要小1/3左右。因此，开发新结构的氧阴极电解槽是降低生产烧碱成本的未来发展方向。
目前已有的氧阴极电解槽在使用中，氧气室和阴极室的连接固定处很容易产生泄漏等不良现象。虽然现有技术在防止氧阴极电解槽泄漏上也做了很多技术改进，例如通过胶黏后又通过螺钉紧固的方式实现密封和固定，但这些改进效果不是很好，电解槽运行后依然会经常出现泄漏,且该种密封固定方式工序较多。
此外，为了提高电解槽的产能，在降低电解槽的槽电压的同时，也使电解槽本身产生了其他的缺陷，比如使得电解槽的结构更复杂，尤其是密封处的结构和工序变得复杂和繁琐。
发明内容
本发明的目的是提供一种氯碱工业用氧阴极离子膜电解槽，采用本发明的氧阴极离子膜电解槽，不但电解槽密封效果更好，其结构更简单合理。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种氯碱工业用氧阴极离子膜电解槽，包括方管、阳极室、碱液室和氧气室，所述方管形成电解槽的外围框架，包括碱液室侧的方管和阳极侧的方管，所述阳极室包括阳极，所述氧气室包括氧阴极载体和导电丝网，所述电解槽的上部设置有进气管，下部设置有出气管，在所述的阳极和氧阴极载体之间还设置有离子膜，其特征在于，还包括密封固定装置，所述密封固定装置将碱液室和氧气室密封固定于电解槽上。
其中，所述密封固定装置包括密封带和碱液框架，所述密封带和碱液框架夹设于碱液室侧的方管和阳极侧的方管之间。
优选的，所述密封带紧贴碱液室侧的方管设置。
优选的，所述密封带为四氟带。
其中，还包括复合板和隔板，所述氧气室和阳极室之间通过复合板连接导电，所述隔板倒扣向复合板设置。
优选的，所述氧阴极载体和阳极间还设置有耐酸碱塑料丝网。
其中，所述阳极室内还设置有分散管。
优选的，所述阳极室的上部还设置有气液分离室。
更优选的，所述阳极室内还设置有阳极筋板和阳极堰板。
有益效果
本发明的氯碱工业用氧阴极离子膜电解槽，不但电解槽密封效果更好，使用寿命长，且设备的结构更简单合理，电解槽的槽电压也更低。
附图说明
图1 为本发明的氧阴极离子膜电解槽整体结构示意图；
图2 为本发明的氧阴极离子膜电解槽的单元槽侧视图；
图3为本发明的氧阴极离子膜电解槽的电解单元侧视图。
其中：1、方管；101、碱液室侧的方管；102、阳极侧的方管；2、氧阴极载体；3、集电体；4、隔板；5、复合板；6、进气管；7、阳极气液分离室；8、阳极堰板；9、阳极盘；10、筋板；11、分散管；12阳极；13、出气管；14、排液接管；15、密封带；16、离子膜；17、耐酸碱塑料丝网；18、碱液框架；19、进液接管。
具体实施方式
下面通过具体的实施方案叙述本发明的氯碱工业用氧阴极离子膜电解槽。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。
如图1～3所示，本发明的氯碱工业用氧阴极离子膜电解槽，包括阳极室、碱液室和氧气室。
其中，方管1形成电解槽的外围框架，阳极室主要由方管1、阳极盘9和阳极12包围而成，阳极盘9由薄钛板压弯成型，固定时，阳极盘9四周折弯覆盖于方管1上。在阳极室内还设置有分散管11、筋板10和堰板8。分散管11安装在阳极室底部，可以有效确保进入各筋板10间的进液分布均匀。多根筋板10通过电阻焊固定在阳极盘9底部。堰板8安装在阳极室中部，可促进电解时阳极室内电解液循环。阳极12通过电阻焊固定在筋板10上，阳极12以作为基材的钛制拉网板表面烧敷贵金属氧化物涂层制成，该结构的阳极12，可有效降低电解时的析氯电位。在阳极室的顶部，还设置有气液分离室7，其可有效分离电解产生的气液。
碱液室主要由碱液框架18、离子膜16和氧阴极载体2包围而成，碱液框架18分别设置于碱液室的四周，碱液框架18的材质优选耐碱性好的不锈钢或镍材。在碱液室顶端的碱液框架18外，连接设置有排液接管14，在碱液室底端的碱液框架18外，连接设置有进液接管19。
其中，碱液室内还设置有耐酸碱塑料丝网17，所述耐酸碱塑料丝网17的厚度为2～3mm，其可耐100℃的高温。该耐酸碱塑料丝网17的设置，不但可有效保证碱液进入碱液室的流通空间，还可防止阳极12和氧阴极载体2的接触，从而,避免了电解时短路现象的发生。
氧气室主要由方管1、隔板4、氧阴极载体2包围而成。其中，隔板4采用先将薄板四周折弯，后倒扣向复合板5，而后通过点焊固定在方管1上，之后以密封胶密封之的形式设置，其可在氧气室内实现很好的密封效果。此外，该种结构的设置，因在碱液室内不用密封胶密封，使电解槽抗泄漏能力增强，使用寿命更长。
本发明的氧阴极离子膜电解槽中，隔板4采用倒扣向复合板5的形式设置，使得点焊时不需要采用较多的焊点即可实现隔板4与方管1的焊接固定，即采用较少的焊点即可达到焊接固定的效果，而较少的焊点会使焊接处的变形少，从而使得电解槽在此处的焊接和密封性能更好，该处较小的变形也使得整个电解槽的变形更小，使得电解槽在组装时部件间更容易很好的配合，从而提高整个电解槽的运行性能。
其中，所述的氧阴极载体2是电极反应载体，基材为泡沫镍，表面覆盖有涂层。该结构使得氧阴极载体2具有疏水性和透气性，从而能更好的实现其功能。
此外，在氧气室内，还设置有集电体3，集电体3是一种丝网，具有一定缓冲能力和良好的导电性，其通过电阻点焊固定在隔板4上。所述氧阴极载体2四周通过搭接设置在方管1的密封面上，所述氧阴极载体2内部通过搭接设置在集电体3上，与集电体3接触导电。
其中，碱液室和氧气室采用密封固定装置将二者密封固定。所述密封固定装置包括密封带15和碱液框架18，所述密封带15紧贴碱液室侧的方管101设置，所述碱液框架18夹设于碱液室侧的方管101和阳极侧的方管102之间。优选，密封带15为四氟带。
本发明采用氧阴极载体2与方管1间贴合四氟带15，而后再用碱液框架18挤压固定密封，该种固定密封方式，不但使得密封固定更牢固可靠，且工序简单，成本低。
其中，氧气室和阳极室之间通过复合板5连接导电。复合板5是一种钛镍或钛钢复合板，与阳极盘9通过电阻点焊连接，同时与隔板4也进行电阻焊连接。
本发明的氧阴极离子膜电解槽，氧阴极载体2紧邻耐酸碱塑料丝网17设置，耐酸碱塑料丝网17紧邻离子膜16设置，离子膜16另一面又紧贴阳极12设置。通电电解时，收集相关数据测算出电解电压，进而确定出电解槽的运行效果。具体如下：
先在阳极室内充满205g/L的淡盐水，在氧气室内充入氧气，充入氧气的压力根据阳极室液相和气相压力之和确定；碱液室内充满碱液。通电后，阳极室内不断流入305g/L的浓盐水，阳极室的阳极12上会电解生成氯气，钠离子和部分水分子通过离子膜进入碱液室，氧气室的氧气透过氧阴极载体2在载体表面与水分子反应生成氢氧根离子，氢氧根离子再与进入碱液室的钠离子结合生成烧碱。当通电电流密度为3～4kA/m2时，测算出电解电压为2.05V左右，其电解电压比现有离子膜电解槽的电压明显降低。此外，将本发明的氧阴极离子膜电解槽运行一段时间，并未有泄露，其电解槽的使用寿命，耐用性也明显提高。
实施例1
阳极室不断充入305g/L的浓盐水，碱液室充入30%烧碱，氧气压力控制在1m水柱，使用国外产的阳离子选择性离子膜，通入3kA/m2电流，循环稳定后，测量得出电压稳定在2.04V。
实施例2
阳极室不断充入305g/L的浓盐水，碱液室充入30%烧碱，氧气压力控制在1m水柱，更换使用国外产的阳离子选择性离子膜，通入3kA/m2电流，循环稳定后，测量得出电压稳定在2.06V。
实施例3
阳极室不断充入305g/L的浓盐水，碱液室充入30%烧碱，氧气压力控制在1m水柱，使用国外产的阳离子选择性离子膜，通入3.5kA/m2电流，循环稳定后，测量得出电压稳定在2.05V。
Claims (9)
1.一种氯碱工业用氧阴极离子膜电解槽，包括方管、阳极室、碱液室和氧气室，所述方管形成电解槽的外围框架，包括碱液室侧的方管和阳极侧的方管，所述阳极室包括阳极，所述氧气室包括氧阴极载体和导电丝网，所述电解槽的上部设置有进气管，下部设置有出气管，在所述阳极和氧阴极载体之间还设置有离子膜，其特征在于，还包括密封固定装置，所述密封固定装置将碱液室和氧气室密封固定于电解槽上。
2.根据权利要求1所述的一种氯碱工业用氧阴极离子膜电解槽，其特征在于，所述密封固定装置包括密封带和碱液框架，所述密封带和碱液框架夹设于碱液室侧的方管和阳极侧的方管之间。
3.根据权利要求2所述的一种氯碱工业用氧阴极离子膜电解槽，其特征在于，所述密封带紧贴碱液室侧的方管设置。
4.根据权利要求3所述的一种氯碱工业用氧阴极离子膜电解槽，其特征在于，所述密封带为四氟带。
5.根据权利要求1所述的一种氯碱工业用氧阴极离子膜电解槽，其特征在于，还包括复合板和隔板，所述氧气室和阳极室之间通过复合板连接导电，所述隔板倒扣向复合板设置。
6.根据权利要求1所述的一种氯碱工业用氧阴极离子膜电解槽，其特征在于，所述氧阴极载体和阳极间还设置有耐酸碱塑料丝网。
7.根据权利要求1所述的一种氯碱工业用氧阴极离子膜电解槽，其特征在于，所述阳极室内还设置有分散管。
8.根据权利要求1所述的一种氯碱工业用氧阴极离子膜电解槽，其特征在于，所述阳极室的上部还设置有气液分离室。
9.根据权利要求1所述的一种氯碱工业用氧阴极离子膜电解槽，其特征在于，所述阳极室内还设置有阳极筋板和阳极堰板。
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