CN112342560B - 一种新型的制氟电解槽液位控制装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型的制氟电解槽液位控制装置及控制方法，包括电解槽，所述电解槽内部包括阳极、阴极和隔板，电解槽设置有压力传感器及显示器、条形腔、弹性机构、阻值调节机构、往复机构、清理机构。本发明还提供了电解制氟液位控制工艺，在电解槽内加入电解质；待开始电解时，通入高压气体；记录进气管内的气体压力值；根据压力值折算成电解液液位深度。本发明利用电解槽鼓泡搅拌系统内气体的压力值来判定液位，实现了对电解槽内补加料情况的实时监控，解决了制氟电解槽难以实时在线监测液位及补料量控制的技术问题。

Description

一种新型的制氟电解槽液位控制装置及控制方法

技术领域

本发明涉及电化学制氟技术领域，尤其涉及一种新型的制氟电解槽液位控制装置及控制方法。

背景技术

目前，氟气主要是由电解法制备。所用原料为KHF₂和HF的混合物KF·2HF。生产过程中，需要持续通入HF以维持体系内KF·2HF的物料平衡。电解质中氟氢化钾的量是一定的，因此，液位实际与HF与KHF2的重量比直接相关。液位过低，低于隔板，容易导致阴阳极气体串气，发生燃烧甚至爆炸。液位过高则HF添加量过高，HF易挥发，阳极气成分有变化，甚至会加剧电解槽腐蚀。因此维持电解质的液位在合适范围，对电解生产的稳定尤其重要。

但是在实际生产过程中，由于电解槽为封闭系统，难以对电解质液位进行精准控制，大部分生产企业都是人工作业，选用探杆直接插入电解槽内，抽出后测量，再根据液位进行补料作业，难以对电解槽内液位进行实时控制，效率很低。

专利200820183470.6中提到电解槽中使用磁翻板液位计对电解槽内液位进行实时监控。但是电解时温度较高，90℃左右，且熔融盐的粘度较大，对液位计的精度影响很大，且电解质的强腐蚀性容易加剧液位计的损坏。

专利03133020.7中提到在液位的上下限各设两个传感器对液位进行控制。但是该传感器结构很复杂，对环境比较敏感，而电解槽内就是非常复杂的电磁和化学环境，容易测不准。且两个探测器需要在槽盖上额外多开两个孔，加大加工难度，且有导致泄露的可能。

因此有必要开发一种新型的电解槽液位控制装置及控制方法，对电解质液位进行实时监控，并及时补料，保证电解过程顺利稳定。

发明内容

本发明是鉴于密封电解槽内电解质液位无法实时检测问题，提供了一种新型的电解质液位控制装置及控制方法。利用电解槽鼓泡搅拌系统内气体的压力值来判定液位，实现了对电解槽内补加料情况的实时监控，解决了制氟电解槽难以实时在线监测液位及补料量控制的技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种新型的制氟电解槽液位控制装置，包括电解槽，所述电解槽内部包括阳极、阴极和隔板，所述隔板位于阳极和阴极之间，所述电解槽从阳极到阴极依次分为阳极区和阴极区；所述阴极区的侧面底部增设有进气管，所述进气管一端穿过电解槽侧壁位于阴极区内，另一端与高压气体输出装置相连；所述进气管上安装有压力传感器，所述电解槽的侧壁安装有与压力传感器电性连接的显示器；所述隔板内设有条形腔，所述条形腔内设有弹性机构；所述弹性机构连接有浮板，所述条形腔内设有与弹性机构连接的阻值调节机构；所述电解槽的底部内设有装置腔，所述装置腔的一侧设有柱形腔，所述装置腔内设有往复机构；所述柱形腔内设有与往复机构连接的补液机构；所述电解槽的底部安装有第一电机与第二电机，第一电机与往复结构连接，第二电机与升降结构连接；所述电解槽的两侧均设有安装腔，所述安装腔内设有升降机构，所述阳极与阴极上均设有与升降机构连接的清理机构。

优选地，所述弹性机构包括贯穿条形腔的N型杆，所述N型杆的一端固定有滑板，所述N型杆的另一端与浮板连接，所述N型杆上套设有第一弹簧，所述隔板的侧壁固定有标尺。

优选地，所述阻值调节机构包括安装在条形腔内的滑动变阻器，所述滑板上设有与滑动变阻器对应的开口，所述开口相对的内壁设有与滑动变阻器夹持的簧片，所述簧片与第一电机电性连接。

优选地，所述往复机构包括固定在第一电机一端的凸轮，所述柱形腔与装置腔间贯穿设有抵杆，所述抵杆的末端设有与凸轮外壁接触的滚轮。

优选地，所述补液机构包括固定在抵杆末端的活塞，所述抵杆上套设有第二弹簧，所述柱形腔内设有与电解槽底部连通的出液管以及外部连通的吸液管，所述出液管与吸液管内均安装有单向阀。

优选地，所述升降机构包括转动连接在安装腔内壁间的往复丝杠，所述往复丝杠上套设有与其配合的丝杠套，所述丝杠套的侧壁与安装腔内壁滑动连接，所述第二电机的另一端固定有第一皮带轮，所述往复丝杠的底端固定有转杆，所述转杆的末端固定有第二皮带轮，所述第一皮带轮与第二皮带轮上套设有皮带。

优选地，所述清理机构包括固定在丝杠套上端的连接杆，所述连接杆的末端延伸至电解槽内并固定有环形板，所述环形板的内壁固定有刮板。

一种新型的电解制氟液位控制方法，包括以下步骤：

S1、在电解槽内加入电解质，并升温至90℃；

S2、待开始电解时，通过进气管向电解槽内通入高压气体，并设定流量为3-50L/min；

S3、当电解稳定时开始收集气体时，记录进气管内的气体压力值；

S4、根据压力传感器显示压力值，折算成电解液液位深度，通过显示器显示；

S5、根据液位自动补料：开启第一电机，液位变化带动浮板高度升降，进而改变滑动变阻器阻值，改变第一电机的转速，实现自动的补料功能；

S6、自动清理阴极阳极：开启第二电机，第二电机带动升降机构升降，进而带动清理机构清理阴极与阳极。

优选地，所述高压气体为纯度大于90％的氮气、氩气、氦气或上述气体的混合气体。

优选的，所述进气管数量为一个或多个，通径为15-40mm，压力传感器为压力表或远传式压力传感器。

本发明与现有技术相比，其有益效果为：

1、本液位监控装置占地小，能耗低，不存在腐蚀现象，能够长时间使用；

2、能够在电解的过程中及时的清理掉阳极与阴极棒上的吸附的杂质，提高电解效率；

3、本液位监控装置对电解槽可以对电解槽内的液位实时监控，提高安全性；

4、本压力传感器使远端自动加料成为可能，可以通过对液面的监控，配合阻值控制机构、往复机构与补液机构控制加料量和加料速度。

附图说明

图1为本发明提出的一种新型的制氟电解槽液位探测装置的结构示意图；

图2为本发明提出的一种新型的制氟电解槽液位探测装置的A处结构放大示意图；

图3为本发明提出的一种新型的制氟电解槽液位探测装置的进气管压力值与电解液液位深度关系图。

图中：1阴极区、2阳极区、3进气管、4电解槽、5阴极、6阳极、7隔板、8压力传感器、9电解质液位、10往复丝杠、11安装腔、12显示器、13丝杠套、14连接杆、15环形板、16刮板、17浮板、18 N型杆、19条形腔、20柱形腔、21活塞、22第二弹簧、23抵杆、24凸轮、25装置腔、26第一电机、27第一皮带轮、28皮带、29第二皮带轮、30吸液管、31滑板、32簧片、33滑动变阻器、34第一弹簧、35标尺、36第二电机。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

参照图1-3，一种新型的制氟电解槽液位探测装置，包括电解槽4，电解槽4内部包括阳极6、阴极5和隔板7，隔板7位于阳极6和阴极5之间，电解槽4从阳极6到阴极5依次分为阳极区2和阴极区1，阴极区1的侧面顶部增设有进气管3，进气管3一端穿过电解槽4侧壁位于阴极区1内，另一端与高压气体输出装置相连，进气管3上安装有压力传感器8，电解槽4的侧壁安装有与压力传感器8电性连接的显示器12，隔板7内设有条形腔19，条形腔19内设有弹性机构，弹性机构连接有浮板17，弹性机构包括贯穿条形腔19的N型杆18，N型杆18的一端固定有滑板31，N型杆18的另一端与浮板17连接，N型杆18上套设有第一弹簧34，隔板7的侧壁固定有标尺35，浮板17会根据液面的高度进行升降，从而借助标尺35可以快速的记录下对应压力值下的液位高度。

条形腔19内设有与弹性机构连接的阻值调节机构，阻值调节机构包括安装在条形腔19内的滑动变阻器33，滑板31上设有与滑动变阻器33对应的开口，开口相对的内壁设有与滑动变阻器33夹持的簧片32，簧片32与第一电机26电性连接，浮板17高度升降时，滑板31高度随之改变，从而通过簧片32在滑动变阻器33上的滑动改变阻值，从而改变第一电机26的转速。

电解槽4的底部内设有装置腔25，装置腔25的一侧设有柱形腔20，装置腔25内设有往复机构，往复机构包括固定在第一电机26一端的凸轮24，柱形腔20与装置腔25间贯穿设有抵杆23，抵杆23的末端设有与凸轮24外壁接触的滚轮，柱形腔20内设有与往复机构连接的补液机构，补液机构包括固定在抵杆23末端的活塞21，抵杆23上套设有第二弹簧22，柱形腔20内设有与电解槽4底部连通的出液管以及外部连通的吸液管30，出液管与吸液管30内均安装有单向阀，活塞21右移时，从外界吸取液体，活塞21左移时，将柱形腔20内的液体通过出液管挤入电解槽4内，实现自动的补料功能。

电解槽4的底部还安装有第二电机36，电解槽4的两侧均设有安装腔11，安装腔11内设有与第二电机36连接的升降机构，升降机构包括转动连接在安装腔11内壁间的往复丝杠10，往复丝杠10上套设有与其配合的丝杠套13，丝杠套13的侧壁与安装腔11内壁滑动连接，第二电机36的另一端固定有第一皮带轮27，往复丝杠10的底端固定有转杆，转杆的末端固定有第二皮带轮29，第一皮带轮27与第二皮带轮29上套设有皮带28，阳极6与阴极5上均设有与升降机构连接的清理机构，清理机构包括固定在丝杠套13上端的连接杆14，连接杆14的末端延伸至电解槽4内并固定有环形板15，环形板15的内壁固定有刮板16。

一种应用新型的电解制氟液位探测装置的液位控制方法，包括以下步骤：

S1、在电解槽4内加入电解质，并升温至90℃；

S2、待开始电解时，通过进气管向电解槽4内通入高压气体，并设定流量为3-50L/min；

S3、当电解稳定时开始收集气体时，记录进气管3内的气体压力值；

S4、根据压力传感器8显示压力值，折算成电解液液位深度，通过显示器12显示；

S5、开启第一电机26，液位变化带动浮板17高度升降，进而改变滑动变阻器阻值，改变第一电机26的转速，实现自动的补料功能；

S6、开启第二电机36，第二电机36带动升降机构升降，进而带动清理机构清理阴极5与阳极6。

具体的，步骤2中通入的高压气体为纯度大于90％的氮气、氩气、氦气或上述气体的混合气体。

具体的，进气管3数量为一个或多个，进气管3通径为15-40mm，优选进气管3通径为15-25mm。压力传感器8为压力表或远传式压力传感器。

当电解稳定开始收集气体时，记录一定时间内的几组压力值，并测得该压力值下的液位深度的实际值，此时浮板17会根据液面的高度进行升降，从而借助标尺35可以快速的记录下对应压力值下的液位高度，借助计算机得出进气管3压力值与电解液液位深度关系图，进而得出折算关系，根据折算关系算出液位深度的折算值，并显示在显示器12上。

相关压力值、液位深度的折算值与液位深度实际值见表一。

表一压力值与液位深度数据表

序号	液位深度显示值/mm	液位深度实际值/mm
			1	140	137
2	200	193
			3	260	251
4	320	328
			5	380	376

浮板17高度升降时，滑板31高度随之改变，从而通过簧片32在滑动变阻器33上的滑动改变阻值，从而改变双轴电机26的转速，双轴电机26一端带动凸轮24转动，在第二弹簧22的弹性作用下，抵杆23与滚轮始终与凸轮24外壁相抵，从而带动活塞21左右移动，活塞21右移时，从外界吸取液体，活塞21左移时，将柱形腔20内的液体通过出液管挤入电解槽4内，实现自动的补料功能。

第二电机36带动第一皮带轮27转动，第一皮带轮27同时通过皮带28带动两个第二皮带轮29转动，通过转杆带动往复丝杠10转动，从而带动丝杠套13上下往复移动，带动环形板15以及刮板16将阳极6与阴极5表面吸附的物质刮除，提高电解效率。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种新型的制氟电解槽液位控制装置，包括电解槽(4)，所述电解槽(4)内部包括阳极(6)、阴极(5)和隔板(7)，所述隔板(7)位于阳极(6)和阴极(5)之间，所述电解槽(4)从阳极(6)到阴极(5)依次分为阳极区(2)和阴极区(1)；其特征在于，所述阴极区(1)的侧面顶部增设有进气管(3)，所述进气管(3)一端穿过电解槽(4)侧壁位于阴极区(1)内，另一端与高压气体输出装置相连；所述进气管(3)上安装有压力传感器(8)，所述电解槽(4)的侧壁安装有与压力传感器(8)电性连接的显示器(12)；所述隔板(7)内设有条形腔(19)，所述条形腔(19)内设有弹性机构；所述弹性机构连接有浮板(17)，所述条形腔(19)内设有与弹性机构连接的阻值调节机构；所述电解槽(4)的底部内设有装置腔(25)，所述装置腔(25)的一侧设有柱形腔(20)，所述装置腔(25)内设有往复机构，所述柱形腔(20)内设有与往复机构连接的补液机构；所述电解槽(4)的底部安装有第一电机(26)与第二电机(36)，第一电机(26)与往复结构连接，第二电机(36)与升降结构连接；所述电解槽(4)的两侧均设有安装腔(11)，所述安装腔(11)内设有升降机构，所述阳极(6)与阴极(5)上均设有与升降机构连接的清理机构。

2.根据权利要求1所述的一种新型的制氟电解槽液位控制装置，其特征在于，所述弹性机构包括贯穿条形腔(19)的N型杆(18)，所述N型杆(18)的一端固定有滑板(31)，所述N型杆(18)的另一端与浮板(17)连接，所述N型杆(18)上套设有第一弹簧(34)，所述隔板(7)的侧壁固定有标尺(35)。

3.根据权利要求2所述的一种新型的制氟电解槽液位控制装置，其特征在于，所述阻值调节机构包括安装在条形腔(19)内的滑动变阻器(33)，所述滑板(31)上设有与滑动变阻器(33)对应的开口，所述开口相对的内壁设有与滑动变阻器(33)夹持的簧片(32)，所述簧片(32)与第一电机(26)电性连接。

4.根据权利要求1所述的一种新型的制氟电解槽液位控制装置，其特征在于，所述往复机构包括固定在第一电机(26)一端的凸轮(24)，所述柱形腔(20)与装置腔(25)间贯穿设有抵杆(23)，所述抵杆(23)的末端设有与凸轮(24)外壁接触的滚轮。

5.根据权利要求4所述的一种新型的制氟电解槽液位控制装置，其特征在于，所述补液机构包括固定在抵杆(23)末端的活塞(21)，所述抵杆(23)上套设有第二弹簧(22)，所述柱形腔(20)内设有与电解槽(4)底部连通的出液管以及外部连通的吸液管(30)，所述出液管与吸液管(30)内均安装有单向阀。

6.根据权利要求1所述的一种新型的制氟电解槽液位控制装置，其特征在于，所述升降机构包括转动连接在安装腔(11)内壁间的往复丝杠(10)，所述往复丝杠(10)上套设有与其配合的丝杠套(13)，所述丝杠套(13)的侧壁与安装腔(11)内壁滑动连接，所述第二电机(36)的另一端固定有第一皮带轮(27)，所述往复丝杠(10)的底端固定有转杆，所述转杆的末端固定有第二皮带轮(29)，所述第一皮带轮(27)与第二皮带轮(29)上套设有皮带(28)。

7.根据权利要求6所述的一种新型的制氟电解槽液位控制装置，其特征在于，所述清理机构包括固定在丝杠套(13)上端的连接杆(14)，所述连接杆(14)的末端延伸至电解槽(4)内并固定有环形板(15)，所述环形板(15)的内壁固定有刮板(16)。

8.一种应用权利要求1-7任意一项所述的控制装置的制氟电解槽液位控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、在电解槽(4)内加入电解质，并升温至90℃；

S2、待开始电解时，通过进气管向电解槽(4)内通入高压气体，并设定流量为3-50L/min；

S3、当电解稳定时开始收集气体时，记录进气管(3)内的气体压力值；

S4、根据压力传感器(8)显示压力值，借助标尺(35)记录下对应压力值下的液位高度，借助计算机得出进气管(3)压力值与电解液液位深度关系图，得出折算关系，根据折算关系折算成电解液液位深度，通过显示器(12)显示；

S5、根据液位自动补料：开启第一电机(26)，液位变化带动浮板(17)高度升降，进而改变滑动变阻器阻值，改变第一电机(26)的转速，实现自动的补料功能；

S6、自动清理阴极阳极：开启第二电机(36)，第二电机(36)带动升降机构升降，进而带动清理机构清理阴极(5)与阳极(6)。

9.根据权利要求8所述的制氟电解槽液位控制方法，其特征在于，所述高压气体为纯度大于90％的氮气、氩气、氦气或上述气体的混合气体。

10.根据权利要求8所述的制氟电解槽液位控制方法，其特征在于，所述进气管(3)数量为一个或多个，通径为15-40mm，压力传感器(8)为压力表或远传式压力传感器。

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