CN115852395A - 大面积电解槽 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种大面积电解槽，包括机架、横梁和多个单元槽，横梁设置在机架上且沿着电解槽的长度方向延伸布置，多个单元槽挂设在横梁上，相邻的单元槽之间设置有离子交换膜；单元槽的截面积不小于3.0m²，单元槽包括阳极底盘、阴极底盘、阳极网、阴极面网和离子交换膜，阳极网设置在阳极底盘上以形成阳极室，阴极面网设置在阴极底盘上以形成阴极室，离子交换膜设置在阳极网和阴极面网之间；阳极网具有扇形结构的网孔及楔形结构的丝梗。扇形网孔可以增大电极投影面积，增加电极表面积，降低真实表面电流密度，降低槽电压，增加溶液体系传质，提高电解液流量，降低电极表面温度，减少气体在电极上的停滞。丝梗呈楔状结构，有利于电极表面的气体脱离。

Description

大面积电解槽

技术领域

本发明涉及电解应用技术领域，尤其涉及大面积电解槽。

背景技术

氯碱工业以电解饱和氯化钠溶液的方法来制取氯气、烧碱和氢气等，目前比较先进的电解制碱技术是离子交换膜法。

离子交换膜电解槽主要由阳极网、阴极面网和离子交换膜等组成。现有的阳极网通常采用菱形的网孔结构，相邻网孔之间的丝梗呈现截面尺寸大致相同的条形结构。传统的网状结构限制了阳极网的比表面积，电解液的溶液体系传质不足，增大了表面电流密度和槽电压，也使阳极表面的温度有所升高。而且，还会造成电解反应过程中生成的氯气和含氯盐水可能在阳极网上长时间停滞的问题，进一步影响电解效率。

并且，在现有的电解槽中，阴极面网与阴极底盘之间通常为非刚性连接，即阴极面网通过具有弹性的支撑件及阴极底网安装在阴极底盘上，但是现有的弹性支撑件存在弹性施力部分与阴极面网接触不均匀的问题，进而不利于电解槽电压的降低，影响电解效率，且还可能导致由于电解液波动而造成离子膜损伤。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种大面积电解槽，以提高电解效率。

根据本发明的一个方面，提供了一种大面积电解槽，包括机架、横梁和多个单元槽，所述横梁设置在所述机架上且沿着所述电解槽的长度方向延伸布置，所述多个单元槽挂设在所述横梁上，相邻的所述单元槽之间设置有离子交换膜；

所述单元槽的截面积不小于3.0m²，所述单元槽包括阳极底盘、阴极底盘、阳极网、阴极面网和离子交换膜，所述阳极网设置在所述阳极底盘上以形成阳极室，所述阴极面网设置在所述阴极底盘上以形成阴极室，所述离子交换膜设置在所述阳极网和所述阴极面网之间；

其中，所述阳极网具有扇形结构的网孔及楔形结构的丝梗。

在一种实施方式中，所述机架的两端还分别设置有固定挡板和驱动装置，所述横梁靠近所述驱动装置的一端设置有活动挡板，所述驱动装置被构造为能够驱动所述活动挡板并带动所述多个单元槽向所述固定挡板移动。

在一种实施方式中，所述阳极网的厚度为1.0mm至1.5mm。

根据上述三个方案，将阳极网加工成扇形网孔，可以增大电极的投影面积，增加电极的表面积，以使得电极的比表面积比传统的菱形网孔电极的比表面积提高1.2倍，从而降低真实表面电流密度，降低槽电压，还可以增加溶液体系传质，进而提高电解液流量，降低电极表面的温度。此外，扇形网孔还能够减少气体在电极上的停滞。并且，通过对阳极网孔冲切形状的优化，使得阳极网的丝梗呈现楔状结构，更加有利于在电极表面形成的气体脱离。

在一种实施方式中，所述单元槽还包括多个弹性体，在所述阴极底盘上设置多个筋板，所述弹性体架设在相邻的两个所述筋板之间，所述弹性体上包覆所述阴极面网；

所述弹性体具有底板和弹性片，所述弹性片的一端与所述底板保持连接，另一端与所述底板分离形成开口且突出于所述底板，所述弹性片具有与所述底板连接的直壁段和从所述直壁段的末端弯折形成的弧形段，所述弧形段的凸起部分与所述阴极面网弹性接触。

在一种实施方式中，所述弹性片包括第一弹性片和第二弹性片，所述第一弹性片和所述第二弹性片间隔布置，且所述第一弹性片的所述开口与所述第二弹性片的所述开口相对设置。

根据上述两个方案，改进后的弹性体结构具有强度高、导电能力强、弹性持久及抗反向压力能力强等优点，朝向阴极底盘的一侧无需设置阴极底网，且与阴极面网接触的弹性触点均匀致密，使得导电均匀、电阻小、内部结构简单，可以有效降低阴极面网与离子膜表面的碱浓度，进而能够有效降低槽电压，并且可以大幅提高离子膜后期的电流效率。

在一种实施方式中，所述阴极面网与所述离子交换膜接触的部分具有平坦结构。

根据本方案，阴极面网的表面经过平滑处理后，阴极面网的表面呈现出平坦结构，可以实现离子膜与阴极面网之间的平滑接触，有效避免了阴极面网对离子膜羧酸层造成损伤的问题。

在一种实施方式中，所述单元槽还包括进液分散板，所述进液分散板沿着所述阳极底盘和/或所述阴极底盘的宽度方向延伸设置且与水平面之间具有夹角，所述进液分散板被构造为能够在所述阳极底盘和/或所述阴极底盘的底部内侧形成封闭空间；

所述进液分散板上设置有至少两个布液孔，所述布液孔流体连通所述封闭空间及所述阳极室和/或阴极室，且沿着所述进液分散板的长度方向间距均匀地布置。

在一种实施方式中，所述布液孔的孔径沿着所述进液分散板的长度方向依次渐变设置。

根据上述两个方案，通过将布液孔间距均匀地布置在进液分散板的长度方向上，以及布液孔具有不同的孔径，尤其是在进液分散板的长度方向上依次渐变设置，可以改善进液管的电解液流量，使电解液在电极表面的浓度保持一致，提高电解效率。

在一种实施方式中，所述单元槽还包括设置在所述阳极底盘和/或所述阴极底盘顶部的气液分离盒；

所述气液分离盒包括加强网、通道板、气液分隔板和堰板；所述气液分离盒的底部还具有与所述阳极室和/或阴极室的内部连通的回流孔。

在一种实施方式中，所述设置在所述阳极底盘顶部的气液分离盒还包括消泡网；

所述消泡网设置在所述堰板上，用于使进入所述气液分离盒的气液混合物在经过所述消泡网时消泡。

根据上述两个方案，可以使气液混合物中的气体和液体优导分离，电解液溢流流出更加平稳、压力影响微小，气液分离盒内加入气液分隔板可以减少阳极室和阴极室内部的压力变动。并且，通过在气液分离盒中设置堰板，可以调整电解槽出口侧与反向侧的压力和液体流速，改善压力波动和气体积聚的现象。增加气液分离盒底部与电解槽内部的电解液交换通道，可以改善部份气体异常聚积的现象。

并且，通过在阳极气液分离盒中加入消泡网，可以使得流出的电解液清澈无泡沫。

在一种实施方式中，所述阳极底盘和/或所述阴极底盘的内部还设置有导流堰板；

所述导流堰板的形状为矩形状，表面具有波纹结构；

所述波纹结构包括至少一个呈“V”形且相对于所述导流堰板的中心线对称设置的单元波纹。

根据上述方案，带有波纹结构的导流堰板可以对上升过程中的电解液产生扰流作用，增大了自然循环量，优越的内循环可以产生等溶度的电解液上升流，使得电解槽内的电解液循环更加充分，电解液的溶度和温度在整个离子膜表面上的分布更加均匀。

附图说明

为了更好地理解本发明的上述及其他目的、特征、优点和功能，可以参考附图中所示的优选实施方式。附图中相同的附图标记指代相同的部件。本领域技术人员应该理解，附图旨在示意性地阐明本发明的优选实施方式，对本发明的范围没有任何限制作用，图中各个部件并非按比例绘制。

图1为本发明实施例的一种大面积电解槽的示意图；

图2为本发明实施例的一种大面积电解槽的阳极网的示意图；

图3为本发明实施例的一种大面积电解槽的弹性体的示意图；

图4为图3中弹性体的弹性片的示意图；

图5为本发明实施例的一种大面积电解槽的阴极面网的示意图；

图6为本发明实施例的一种大面积电解槽的进液分散板的示意图；

图7为图6中进液分散板的布液孔的示意图；

图8为本发明实施例的一种大面积电解槽的气液分离盒的示意图；

图9为本发明实施例的一种大面积电解槽的导流堰板的示意图；

图10为图9中导流堰板的波纹结构的示意图。

附图标记说明：

100–电解槽 101–左机架 102–右机架

103–横梁 104–单元槽 105–离子交换膜

106–驱动装置 107–固定挡板 108–活动挡板

1–阳极底盘 2–阴极底盘 3–阳极网

4–阴极面网 5–弹性体 51–底板51

52–弹性片 6–筋板 7–进液管

8–进液分散板 81–布液孔 9–气液分离盒

91–堰板 92–消泡网 10–导流堰板

具体实施方式

现在参考附图，详细描述本发明的具体实施方式。这里所描述的仅仅是根据本发明的优选实施方式，本领域技术人员可以在所述优选实施方式的基础上想到能够实现本发明的其他方式，所述其他方式同样落入本发明的范围。

图1示出的一种大面积电解槽100，是从长度方向看的视图。定义长度方向仅为了描述方便，并不限定电解槽100的实际长宽尺寸。大面积电解槽通常指有效电解面积达到3.0m²及以上的电解槽。增大电解槽的有效电解面积，相同产能下可以减少电解槽的单元槽数量，与此类似的，当单元槽数量相同时大面积电解槽可以具有更高的产能。

如图1所示，本发明实施例提供一种大面积电解槽，电解槽100可以包括机架、横梁103和多个单元槽104。机架可以包括左机架101和右机架102，分别架设在电解槽100长度方向上的两端。横梁103设置在左机架101和右机架102之间，且沿着电解槽100的长度方向延伸布置。多个单元槽104挂设在横梁103上，相邻的单元槽104之间设置有离子交换膜105。

左机架101上还可以设置有驱动装置106，右机架102上还可以设置有固定挡板107。在横梁103靠近左机架101，即靠近驱动装置106的一端上还可以设置有活动挡板108。驱动装置106可以被构造为能够驱动横梁103上的活动挡板108，并带动横梁103上的多个单元槽104向固定挡板107移动。

单元槽104可以包括阳极底盘1、阴极底盘2、阳极网3、阴极面网4和离子交换膜105。图3示出了单元槽104的阴极一侧的部分示意剖视图，其中示出了阴极底盘2与阴极面网4。单元槽104的形状可以为大致的长方体形状，单元槽的截面积不小于3.0m²。

阳极底盘1的形状呈板状，四周经弯折后形成阳极室，阳极网3设置在阳极底盘1上。阴极底盘2的形状呈板状，四周经弯折后形成阴极室，阴极面网4设置在阴极底盘2上。离子交换膜设置在阳极网3与阴极面网4之间，用于将单元槽分隔为阳极室和阴极室，并可以阻挡电解液中的Cl^-和电解反应生成的Cl²从阳极室迁移至阴极室。

如图2所示，阳极网3设置为网状结构。优选的，阳极网3的网孔设置为扇形结构，丝梗呈楔状结构。

阳极网3加工成扇形网孔，可以增大电极的投影面积，增加电极的表面积，以使得电极的比表面积比传统的菱形网孔电极的比表面积提高1.2倍，从而降低真实表面电流密度，降低槽电压，还可以增加溶液体系传质，进而提高电解液流量，降低电极表面的温度。此外，扇形网孔还能够减少气体在电极上的停滞。

并且，通过对阳极网3的网孔冲切形状的优化，使得阳极网3的丝梗呈现楔状结构，更加有利于在电极表面形成的气体脱离。

阳极网的厚度可以为1.0mm至1.5mm。

如图3所示，单元槽104还可以包括多个弹性体5。在阴极底盘2上设置多个筋板6，弹性体架设在相邻的两个筋板之间，弹性体上包覆阴极面网。

图4局部示意出了弹性体5的形状，弹性体5具有底板51和弹性片52。底板51为平板结构，一侧表面上布置有弹性片52，另一侧从底板51的边缘朝向阴极底盘2弯折形成支脚，该支脚与筋板6接合。筋板6大致垂直阴极底盘的表面延伸，并被构造成能够扣合在支脚的一侧，从而使得弹性体5相对于阴极底盘2固定。

如图4所示，弹性片52设置在底板51上。在底板51上可以设置两排相互间隔开的弹性片52。弹性片52通过对底板51冲压而形成，弹性片52的一端与底板51保持连接，另一端与底板51分离形成开口，且突出于底板51，使得弹性片52整体上与底板51所在平面形成夹角。弹性片52具有与底板51连接的直壁段和从直壁段的末端弯折形成的弧形段，弧形段的凸起部分53用于弹性接触阴极面网4。弹性片52可以包括第一弹性片和第二弹性片，第一弹性片和第二弹性片间隔布置，第一弹性片的开口与第二弹性片的开口可以相对设置，形成“X”形的交叉结构。

优选的，弹性体5可以是对镍板冲压成型。

本发明实施例中改进的弹性体结构，强度高、导电能力强、弹性持久及抗反向压力能力强等，朝向阴极底盘2的一侧无需设置阴极底网，且与阴极面网4接触的弹性触点均匀致密，使得导电均匀、电阻小、内部结构简单，可以有效降低阴极面网4与离子膜表面的碱浓度，进而能够有效降低槽电压，并且可以大幅提高离子膜后期的电流效率。

优选的，阳极底盘1的材质可以为钛，具有耐酸碱、防腐蚀特性。阳极底盘1的密封面优选为钛钯材质。

优选的，阴极底盘2的材质可以为镍，具有耐酸碱、防腐蚀特性。

参考图5，阴极面网4可以由特殊材质的镍丝编制而成，具有良好的韧性和强度，且表面光滑、柔软，可以防止阴极面网4对离子膜的羧酸层过度挤压，起到保护离子膜的作用。

阴极面网4的表面还可以经过平滑处理。经过处理后，阴极面网4表面上位于编织交叉点处的凸起呈现出平坦结构，可以实现离子膜与阴极面网4之间的平滑接触，有效避免了阴极面网4的编织交叉点处的凸起对离子膜羧酸层造成损伤的问题。

如图6和图7所示，单元槽104还包括进液管7和进液分散板8，共同用于向单元槽中通入电解液。

进液分散板8设置在阳极底盘1或阴极底盘2的底部内侧。进液分散板8的形状可以为平板状，沿着阳极底盘1或阴极底盘2的宽度方向延伸，且与水平面之间设有夹角，进而在进液分散板8与阳极底盘1或阴极底盘2之间形成了封闭空间。进液管7设置在阳极底盘1或阴极底盘2的底部外侧，且与上述的封闭空间连通。进液分散板8上设置有至少两个布液孔81，布液孔81可以流体连通上述的封闭空间及阳极室或阴极室，布液孔81优选设置为沿着进液分散板8的长度方向间距均匀地布置。

进液分散板8的材质可以为金属，优选为镍或不锈钢。

相比于传统的进液分散管，本发明实施例的进液分散板结构可以确保电解液内循环通畅，避免靠近阳极底盘1或阴极底盘2的底部的电解液循环形成死区。并且，当需要排空电解液时，还可以确保排液完全，无积液残留在阳极底盘1或阴极底盘2的底部。

在图7中，进液分散板8上的布液孔81之间还可以具有不同的孔径，优选的，布液孔81的孔径沿着进液分散板8的长度方向依次渐变设置。

通过在进液分散板8上设置不同孔径的布液孔81，尤其是布液孔81的孔径在进液分散板8的长度方向上依次渐变设置，可以改善进液管7远端的电解液流量，使电解液在电极表面的浓度保持一致，提高电解效率。

进一步的，进液管7包括阳极进液管和阴极进液管，进液分散板8包括阳极进液分散板和阴极进液分散板。其中，从阳极进液管通入的电解液通过阳极进液分散板进入阳极室，从阴极进液管通入的电解液通过阴极进液分散板进入阴极室。

阳极进液分散板与水平面之间的角度可以为20°至60°，阴极进液分散板与水平面之间的角度可以为20°至60°。其中，阴极进液分散板与水平面之间所形成的角度可以大于阳极进液分散板与水平面之间所形成的角度。优选的，阳极进液分散板与水平面之间的角度可以为34°，阴极进液分散板与水平面之间的角度可以40°。

如图8所示，单元槽104还可以包括气液分离盒9，其设置在阳极底盘1或阴极底盘2的顶部。电解液在气液分离盒9的液区积聚后流出，气体在气液分离盒9的气区积聚排出。气液分离盒9包括加强网、通道板、气液分隔板和堰板91。通道板用于使阳极室或阴极室中的气液混合物进入气液分离盒9。堰板91设置在气液分离盒9中，且沿着阳极底盘1或阴极底盘2的宽度方向延伸，堰板91被构造为能够使电解液上升后溢流进入气液分离盒9。气液分离盒9的底部还具有与阳极室或阴极室连通的回流孔，进入气液分离盒9的电解液的一部分通过回流孔回流至阳极室或阴极室中再次循环。

本发明实施例所提供的电解槽，可以使气液混合物中的气体和液体优导分离，电解液溢流流出更加平稳、压力影响微小，气液分离盒9内加入气液分隔板可以减少阳极室和阴极室内部的压力变动。并且，通过在气液分离盒9中设置堰板91，可以调整电解槽出口侧与反向侧的压力和液体流速，改善压力波动和气体积聚的现象。增加气液分离盒9底部与电解槽内部的电解液交换通道，可以改善部份气体异常聚积的现象。

气液分离盒9可以包括阳极气液分离盒和阴极气液分离盒，其中，阳极气液分离盒还包括消泡网92。消泡网92设置在堰板91上，被构造为能够使溢流进入阳极气液分离盒的气液混合物在经过该消泡网92时消泡。通过在阳极气液分离盒中加入消泡网92，可以使得流出的电解液清澈无泡沫。

优选的，阳极气液分离盒的材质可以为钛，阴极气液分离盒的材质可以为镍。

如图9和图10所示，单元槽还可以包括设置在阳极室或阴极室内部的导流堰板10。导流堰板10的形状可以为矩形，由上至下倾斜延伸，与水平面形成夹角。导流堰板10的表面具有通过挤压拉伸而形成的波纹结构，波纹结构包括至少一个呈“V”形且相对于导流堰板10的中心线对称设置的单元波纹。单元波纹的顶角可以为90°至135°，优选为130°。

在单元槽104的内部设置带有波纹结构的导流堰板10，可以对上升过程中的电解液产生扰流作用，增大了自然循环量，优越的内循环可以产生等溶度的电解液上升流，使得电解槽内的电解液循环更加充分，电解液的溶度和温度在整个离子膜表面上的分布更加均匀。

本发明的多种实施方式的以上描述出于描述的目的提供给相关领域的一个普通技术人员。不意图将本发明排他或局限于单个公开的实施方式。如上，以上教导的领域中的普通技术人员将明白本发明的多种替代和变型。因此，虽然具体描述了一些替代实施方式，本领域普通技术人员将明白或相对容易地开发其他实施方式。本发明旨在包括这里描述的本发明的所有替代、改型和变型，以及落入以上描述的本发明的精神和范围内的其他实施方式。

Claims (11)

1.一种大面积电解槽，其特征在于，包括机架、横梁和多个单元槽，所述横梁设置在所述机架上且沿着所述电解槽的长度方向延伸布置，所述多个单元槽挂设在所述横梁上，相邻的所述单元槽之间设置有离子交换膜；

所述单元槽的截面积不小于3.0m²，所述单元槽包括阳极底盘、阴极底盘、阳极网、阴极面网和离子交换膜，所述阳极网设置在所述阳极底盘上以形成阳极室，所述阴极面网设置在所述阴极底盘上以形成阴极室，所述离子交换膜设置在所述阳极网和所述阴极面网之间；

其中，所述阳极网具有扇形结构的网孔及楔形结构的丝梗。

2.根据权利要求1所述的大面积电解槽，其特征在于，所述机架的两端还分别设置有固定挡板和驱动装置，所述横梁靠近所述驱动装置的一端设置有活动挡板，所述驱动装置被构造为能够驱动所述活动挡板并带动所述多个单元槽向所述固定挡板移动。

3.根据权利要求1所述的大面积电解槽，其特征在于，所述阳极网的厚度为1.0mm至1.5mm。

4.根据权利要求1所述的大面积电解槽，其特征在于，所述单元槽还包括多个弹性体，在所述阴极底盘上设置多个筋板，所述弹性体架设在相邻的两个所述筋板之间，所述弹性体上包覆所述阴极面网；

所述弹性体具有底板和弹性片，所述弹性片的一端与所述底板保持连接，另一端与所述底板分离形成开口且突出于所述底板，所述弹性片具有与所述底板连接的直壁段和从所述直壁段的末端弯折形成的弧形段，所述弧形段的凸起部分与所述阴极面网弹性接触。

5.根据权利要求1所述的大面积电解槽，其特征在于，所述弹性片包括第一弹性片和第二弹性片，所述第一弹性片和所述第二弹性片间隔布置，且所述第一弹性片的所述开口与所述第二弹性片的所述开口相对设置。

6.根据权利要求1所述的大面积电解槽，其特征在于，所述阴极面网与所述离子交换膜接触的部分具有平坦结构。

7.根据权利要求1所述的大面积电解槽，其特征在于，所述单元槽还包括进液分散板，所述进液分散板沿着所述阳极底盘和/或所述阴极底盘的宽度方向延伸设置且与水平面之间具有夹角，所述进液分散板被构造为能够在所述阳极底盘和/或所述阴极底盘的底部内侧形成封闭空间；

所述进液分散板上设置有至少两个布液孔，所述布液孔流体连通所述封闭空间及所述阳极室和/或阴极室，且沿着所述进液分散板的长度方向间距均匀地布置。

8.根据权利要求7所述的大面积电解槽，其特征在于，所述布液孔的孔径沿着所述进液分散板的长度方向依次渐变设置。

9.根据权利要求1所述的大面积电解槽，其特征在于，所述单元槽还包括设置在所述阳极底盘和/或所述阴极底盘顶部的气液分离盒；

所述气液分离盒包括加强网、通道板、气液分隔板和堰板；所述气液分离盒的底部还具有与所述阳极室和/或阴极室的内部连通的回流孔。

10.根据权利要求9所述的大面积电解槽，其特征在于，所述设置在所述阳极底盘顶部的气液分离盒还包括消泡网；

所述消泡网设置在所述堰板上，用于使进入所述气液分离盒的气液混合物在经过所述消泡网时消泡。

11.根据权利要求1所述的大面积电解槽，其特征在于，所述阳极底盘和/或所述阴极底盘的内部还设置有导流堰板；

所述导流堰板的形状为矩形状，表面具有波纹结构；

所述波纹结构包括至少一个呈“V”形且相对于所述导流堰板的中心线对称设置的单元波纹。

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