CN1306068C - 外部自然循环复极式离子膜电解装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及氯碱工业中的电解装置，为一种自然循环复极式离子膜电解装置。它主要由单元电解槽和离子膜及外部循环构件组成，多个单元电解槽串联供电组合成电解装置主体，相邻的单元电解槽由离子膜隔开，外部循环构件由阴、阳极介质导入、导出管、气液分离器及循环总管组成，气液分离器位于装置上部与循环总管连通，气液分离器下端分别设置有产出物排放管，阴、阳极气液导出管分别将阴、阳极气液分离器与各单元电解槽阴、阳极室出口接管连通，阴、阳极液导入管分别将循环总管下部的分液管与各单元电解槽的阴、阳极室入口接管连通，循环总管上带有补充液口。本发明结构合理，电解反应室内循环条件理想，运行稳定，可广泛应用于氯碱行业中。

Description

外部自然循环复极式离子膜电解装置

技术领域

本发明涉及一种自然循环式的离子膜电解装置，属于化学工业中氯碱工业中的电解设备领域。

背景技术

目前，在氯碱工业中离子膜电解装置以其生产效率高、产品质量好而越来越受到用户的青睐。然而现有强制循环的离子膜电解装置，存在压力高、压差大、运行操作工艺复杂等缺点，正逐步为自然循环方式所取代。现有的复极式自然循环离子膜电解装置主要为内部自然循环方式，其工作方式是将原料介质按一定的流速和流量直接注入电解反应室，通过电解反应室内部温度、浓度、比重等的变化和差异，以及气体生成时的气举效应，再加之电解反应室内部的导流结构，力求达到电解反应室内介质浓度和气液分布的均衡。由此可见复极式内部自然循环式的离子膜电解装置对内部结构设计的科学性及合理性及工作流程的要求较高，很难达到内部设计的完美。必须通过大量的运行试验和科学分析才能逐步达到较理想的结构设计，需要不断的进一步完善。

而外部自然循环的离子膜电解装置可以得到稳定的运行效果。但目前的外部自然循环离子膜电解装置主要是将电解单元并联供电组合的单极式离子膜电解装置，要满足电流均布的必要条件，需用较多的贵金属材料，制造成本高，结构复杂，占地面积大。

上述的无论是何种循环方式的复极式或单极式电解装置，在具体结构设计上均存在不利于稳定运行等缺陷。另外，在总体设计上，往往忽略对防止电化学腐蚀措施的合理考虑。

发明内容

本发明的目的是设计一种外部自然循环复极式离子膜电解装置，其结构合理，运行过程中使电解反应室内状态稳定，可靠性强，气液分布和电流分布均匀，温度、浓度及压力等差异小，能提高装置的运行性能和离子膜的使用寿命，降低成本。

本发明所设计的外部自然循环复极式离子膜电解装置主要由单元电解槽和离子膜及外部循环构件组成，单元电解槽由背靠背配置的阴、阳极电解反应室构成一体，在阴、阳极电解反应室靠近离子膜部位设置有阴、阳极，阴、阳极通过导电支撑筋板分别固定在阴、阳极电解反应室内；多个单元电解槽串联供电组合成电解装置主体，相邻的单元电解槽由离子膜隔开，外部循环构件由与各单元电解槽对应设置的阴、阳极液导入管及阴、阳极气液导出管、阴、阳极气液分离器、阴、阳极分液管、阴、阳极循环总管组成，阴、阳极气液分离器位于电解装置主体或外部循环构件的上部，与阴、阳极循环总管对应连通，阴、阳极气液分离器下端还分别设置有产出物排放管，各单元电解槽阴、阳极室出口接管用相对应的阴、阳极气液导出管与阴、阳极气液分离器连通，阴、阳极液导入管分别将阴、阳极循环总管下部的阴、阳极分液管与各单元电解槽的阴、阳极电解反应室的入口接管连通。在阴、阳极循环总管上还带有补充液口。

本发明中的单元电解槽的阴、阳极电解反应室的上部分别带有集气管，集气管顶部带有出口接管，集气管下部有孔或通道与电解反应室相通。

本发明中的单元电解槽的阴、阳极电解反应室的下部均设有液分散部件，液分散部件上分布有液分散孔。

本发明中的单元电解槽的液分散部件可为阴、阳极电解反应室下部的边框或设置在阴、阳极电解反应室内下部的液分散挡板。

为减少贵金属用量，降低成本，本发明中的单元电解槽的下边框由不同的金属材料拼装固定而成，其阳极密封面为抗间隙腐蚀的贵金属材料。

为减少贵金属用量，降低成本，本发明中的单元电解槽的上边框为不同材质的金属拼装固定而成，其阳极密封面为抗间隙腐蚀的贵金属材料。

本发明中的单元电解槽的侧边框为矩形管状，阳极电解反应室的一侧的密封面为抗间隙腐蚀的贵金属板面与侧边框固定，以防止间隙腐蚀。

为防止该装置中的电化学腐蚀，在本发明中的连接管口端设置有牺牲电极。

为减少杂散泄漏电流引起的电化学腐蚀，阴、阳极电解反应室与外部循环构件之间的阴、阳极液导入管及阴、阳极气液导出管采用耐腐蚀的非金属连接管。

为有效消除电化学腐蚀的危害，将串联供电组合成该装置的全部单元电解槽中设置零电位点，与外部循环构件等电位。

本发明所设计的外部自然循环复极式离子膜电解装置在应用时，通电运行后，电解反应室内产生大量的气体，气体上升时带动液体上行，形成“气举”效应，使反应物具有较大的动力，以较高的速度从电解反应室上部通过相对应配置连接的阴、阳极气液导出管喷溢分别进入阴、阳极气液分离器，在此进行气液分离后，电解液进入阴、阳极循环总管。一部分阴极液经过产物排放管进入其他设备中，如成品贮槽中，另一部分仍留在阴极循环总管内，与从补充液口进入的纯水充分均匀混合后，通过与阴极循环总管下部连通的阴极分液管进入各阴极液导入管，由阴极液导入管持续导入相对应的阴极电解反应室继续进行电解反应；与此同时，一部分阳极液淡盐水从排放管排出，另一部分留在阳极循环总管内，与从补充液口进入的浓盐水充分均匀混合后，通过与阳极循环总管下部连通的阳极分液管进入各阳极液导入管，由阳极液导入管导入相对应的阳极电解反应室继续进行电解反应。由于单元电解槽下部均带有液分散部件，因此液体能够很均匀分布到电解反应室内各部位，又由于单元电解槽上部设置有集气管，在反应过程中大量的气体通过集气管汇总导出，避免了气体集中于电解反应室内上部形成气阻，而导致的电解反应室内局部压力波动和气液浓度差过大，使昂贵的离子膜受损。

本发明所设计的外部自然循环复极式离子膜电解装置与现有的离子膜电解装置相比具有如下优点：

1.结构更合理，电解反应室内的各部位气液浓度、温度等差异极小，阴、阳极电解反应室内压力和相对压差小而稳定，介质的反应条件十分理想，离子膜的使用寿命较长。

现有的内部自然循环复极式离子膜电解槽，是将原料介质按一定的流速和流量直接注入电解反应室，通过电解反应室内部温度、浓度比重等的变化和差异，以及气体生成时的气举效应和内部导流结构，力求达到电解反应室内介质浓度和气液分布的均衡。因此现有装置内部结构设计的合理性及精确性要求较高，一般是很难达到的。现有的内部自然循环复极式离子膜电解槽均存在槽内电解液浓度不均，影响装置的性能和离子膜使用寿命等问题。

本发明的外部自然循环复极式离子膜电解装置通过外部循环构件及单元电解槽内部结构的合理设计，运行时介质进行大流量快速的循环，基本消除了电解反应室内由于气液分布不均所造成的不良后果，可以使电解反应室内各部位气液浓度、温度差异极小。而且阴、阳极电解反应室的内压力和相对压差可控制在小而稳定的状态，使电解反应室内介质反应条件十分理想，离子膜的使用寿命高。

2.结构简单，安装方便，占地面积小。

现有的外部自然循环式单极离子膜电解装置各电解单元并联供电组合，为满足电解反应室内电流均匀分布和导电连接的条件，需要用较多的贵金属材料，结构繁琐，成本高，占地面积大。

而本发明通过合理的结构设计，使结构简化，节约了贵金属材料的使用，降低制造成本，且体积相对较小，减少占地空间。

3.能够较好地控制电解反应室内的循环条件，运行稳定。

本发明从外部向电解反应室导入持续稳定的电解液，以及电解反应室内部设置的液分散部件、上部的集气管，都使得循环充分和稳定，气液分布均匀，防止电解反应室内形成反应死区，改善运行状态，提高性能，减少对离子膜的损坏，延长装置的使用寿命。

现有的无论何种循环方式的复极式或单极式的离子膜电解装置，在结构设计上都存在有不利于稳定运行等缺陷，间接影响装置的性能和使用寿命。

4.本发明对电化学腐蚀有完善的防护措施，以保障装置的使用寿命。

本发明所设计的外部自然循环复极式离子膜电解装置主要应用于氯碱工业生产中。

附图说明

图1是本发明所设计的外部自然循环复极式离子膜电解装置的总体结构示意图。

图2是图1中单元电解槽的结构示意图。

图3是图2的侧剖面图。

图4是图2的A-A向视图。

图5是另一种单元电解槽的结构示意图。

图6是图5的侧剖视图。

具体实施例

下面根据附图结合具体实施例对本发明所设计的外部自然循环复极式离子膜电解装置的结构及运行反应过程作进一步详细说明。

实施例1

如图1所示的外部自然循环复极式离子膜电解装置，主要由多个单元电解槽和离子膜组成的电解单元及外部循环构件组成。多个电解单元串联组合成电解装置主体1。外部循环构件与电解装置主体1中的各电解单元对应连接。外部循环构件由与各电解反应室相对应配置的阴、阳极液导入管8、9、阴、阳极气液导出管13、14、阴、阳极气液分离器3、4及阴、阳极循环总管6、7及其下部的阴、阳极分液管37、38组成。阴、阳极气液分离器3、4位于外部循环构件的顶部，与阴、阳极循环总管6、7对应连通。阴、阳极气液分离器3、4的上部带有排气出口39、40，可与外部的输气设备连接。阴、阳极气液分离器3、4下端还分别设置有产出物排放管2、5。与电解装置主体1中各电解单元中的阴、阳极电解反应室连通的各阴、阳极气液导出管13、14通至阴、阳极气液分离器3、4中。阴、阳极气液导出管13、14为耐介质腐蚀的氟塑料管。阴、阳极循环总管6、7的中部带有补充液口10、11。阴、阳极循环总管6、7与其下部的阴、阳极分液管37、38连通，每个单元电解槽的阴、阳极液导入管8、9分别与阴、阳极分液管37、38连通。阴、阳极液导入管8、9为耐介质腐蚀的氟塑料管。另外在连接管口处设有牺牲电极17，以防止电化学腐蚀。

构成电解装置的单元电解槽如图2、3、4所示，由背靠背配置的阴、阳极电解反应室20、21构成一体，在阴、阳极电解反应室20、21靠近离子膜部位设置有阴、阳极43、44，阴、阳极43、44通过阴、阳极导电支撑筋板45、46分别固定在阴、阳极电解反应室内；阴、阳极电解反应室20、21的上、下及侧部的边框22、23、24均为矩形管状组合体。上边框22为两个互相独立的集气管32、33组成，分别由多个孔47、48与阴、阳极电解反应室对应连通，与阴、阳极电解反应室对应的集气管32、33上部分别有阴、阳极出口接管15、16，分别与阴、阳极气液导出管13、14连接。下边框23为矩形管组合体，底部带有阴、阳极电解反应室入口接管18、19，分别与阴、阳极液导入管8、9对应连接。下边框23由两个互相独立的矩形液分散管41、42组成，其上面与阴、阳极电解反应室对应处分别设置有液分散孔25、25’，能够使进入电解反应室的液体均匀分布。为防止间隙腐蚀，在上、下及侧部的边框22、23、24阳极一侧分别固定有贵金属密封面26、27、28。

上述结构的外部自然循环复极式离子膜电解装置在应用时，如前所述，通电运行后，各电解反应室内通过产生大量的气体形成“气举”效应，带动液体上行，通过各阴、阳极气液导出管13、14导入阴、阳极气液分离器3、4，进行气液分离。液体进入阴、阳极循环总管6、7。阴极的一部分产物经过排放管2进入其他设备，另一部分在阴极循环总管6内与从补充液口10补入的纯水充分均匀混合后，进入各阴极液导入管8，由液导入管8持续导入相对应的阴极电解反应室20继续进行电解反应；与此同时，阳极的产物一部分淡盐水经过阳极循环总管7连接的排放管5排出，另一部分与从补充液口11补入的浓盐水充分混合均匀后，进入各阳极液导入管9，由液导入管9持续导入阳极电解反应室继续进行电解反应。

该电解装置结构紧凑，体积小；通过合理的结构设计，使电解反应室内气液浓度、温度、压差等的差异极小，电解反应室内反应条件稳定，多种保护设计提高了装置的性能和离子膜的使用寿命，且有效防止电化学腐蚀，从而使该装置性能可靠有较长使用周期。其中合理地使用贵金属材料，又使成本降低，有较好的应用前景。

实施例2

如实施例1所述的外部自然循环复极式离子膜电解装置，其单元电解槽还可采用如图5、6所示的结构，阴、阳极电解反应室20’、21’的上、下边框22’、23’均由不同材质的金属拼装而成，阴、阳极盘30、31分别与其固定密封形成阴、阳极电解反应室20’、21’，在上边框22’的上方分别对应设置有集气管32’、33’。在阴、阳极电解反应室20’、21’和集气管32’、33’之间的上边框22’上对应有多个气液通道36、36’，将阴极电解反应室20’与其上方的集气管32’相连通，将阳极电解反应室21’与其上方的集气管33’相连通。集气管32’、33’的上部分别有阴、阳极电解反应室出口接管15’、16’。下边框23’底部带有入口接管18’、19’。在上、下边框22’、23’的阳极密封侧面分别固定有抗间隙腐蚀的贵金属密封面26’、27’。在阴、阳极电解反应室内的下部对应处设置有液分散挡板34、35，液分散挡板34、35为折弯结构，其上分布有液分散孔49、49’，能够使进入电解反应室的液体均匀分布。

本实施例的外部自然循环复极式离子膜电解装置同样具有与实施例1相同的优点，使电解反应室内气液分布均匀，气体能够充分汇集到集气管32’、33’内及时排出，保证正常运行，保护离子膜不受损伤。

另外，在上述的两个实施例中，根据泄漏电流的原理，在装置运行时，串联供电组合的全部单元电解槽中设置零电位点，与外部循环构件等电位，可有效地防止电化学腐蚀。

若将两台或两台以上的电解装置串联组合使用，则在所有的电解装置主体1中全部单元电解槽中设置零电位点，同时与各台电解装置中的外部循环构件等电位，可有效地防止电化学腐蚀。

上述实施例仅为具体实施方案，保护范围以权利要求为限。

Claims (10)

1.一种外部自然循环复极式离子膜电解装置，主要由单元电解槽和离子膜及外部循环构件组成，单元电解槽由背靠背配置的阴、阳极电解反应室构成一体，在阴、阳极电解反应室靠近离子膜部位设置有阴、阳极，阴、阳极通过导电支撑筋板分别固定在阴、阳极电解反应室内；多个单元电解槽串联供电组合成电解装置主体，相邻的单元电解槽由离子膜隔开，其特征是：外部循环构件由与各单元电解槽对应设置的阴、阳极液导入管、阴、阳极气液导出管、阴、阳极气液分离器、阴、阳极分液管及阴、阳极循环总管组成，阴、阳极气液分离器位于电解装置主体或外部循环构件的上部，与阴、阳极循环总管对应连通，阴、阳极气液分离器下端另外分别设置有产出物排放管，各单元电解槽的阴、阳极室出口接管用相对应的阴、阳极气液导出管与阴、阳极气液分离器连通；阴、阳极液导入管分别将阴、阳极循环总管下部的阴、阳极分液管与各单元电解槽的阴、阳极电解反应室的入口接管连通；在阴、阳极循环总管上还带有补充液口。

2.根据权利要求1所述的外部自然循环复极式离子膜电解装置，其特征还在于：单元电解槽的阴、阳极电解反应室的上部分别带有集气管，集气管顶部带有出口接管，集气管下部有孔或通道与对应的电解反应室相通。

3.根据权利要求1所述的外部自然循环复极式离子膜电解装置，其特征还在于：单元电解槽的阴、阳极电解反应室的下部均设有液分散部件，液分散部件上分布有液分散孔。

4.根据权利要求3所述的外部自然循环复极式离子膜电解装置，其特征还在于：单元电解槽的液分散部件可为阴、阳极电解反应室下部的边框或设置在阴、阳极电解反应室内下部的液分散挡板。

5.根据权利要求1所述的外部自然循环复极式离子膜电解装置，其特征还在于：单元电解槽的下边框由不同的金属材料拼装固定而成，其阳极密封面为抗间隙腐蚀的贵金属材料。

6.根据权利要求1所述的外部自然循环复极式离子膜电解装置，其特征还在于：单元电解槽的上边框为不同材质的金属拼装固定而成，其阳极密封面为抗间隙腐蚀的贵金属材料。

7.根据权利要求1所述的外部自然循环复极式离子膜电解装置，其特征还在于：单元电解槽的侧边框为矩形管状，阳极电解反应室一侧的密封面为抗间隙腐蚀的贵金属板面与侧边框固定。

8.根据权利要求1所述的外部自然循环复极式离子膜电解装置，其特征还在于：连接管口端设置有牺牲电极。

9.根据权利要求1所述的外部自然循环复极式离子膜电解装置，其特征还在于：阴、阳极电解反应室与外部循环构件之间的阴、阳极液导入管及阴、阳极气液导出管采用耐腐蚀的非金属连接管。

10.根据权利要求1所述的外部自然循环复极式离子膜电解装置，其特征还在于：将串联供电组合的全部单元电解槽中设置零电位点，与外部循环构件等电位。

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