CN1364204A - 用于碱金属氯化物水溶液电解槽的单元槽 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于双极、压滤式电解槽中的单元槽,该电解槽包括通过设置在相邻单元槽之间的阳离子交换膜串联排布的许多单元槽,每个单元槽包括,具有分别在阳极室和阴极室上部整个长度上延伸的阳极侧和阴极侧气液分离室的阳极侧和阴极侧盘状体,其中阳极侧和阴极侧气液分离室具有穿孔的底壁,分别将阳极侧和阴极侧气液分离室与所述阳极室和所述阴极室分开,其中气泡去除隔板至少设置在所述两侧气液分离室的阳极侧气液分离室中,并在气液分离室的穿孔底壁上方延伸,并沿气液分离室的整个长度延伸,从而将所述气液分离室分别分成在底壁的小孔区域和无小孔区域上形成的第一通道A和第二通道B,其中通道B与气体和液体出口嘴相连通,并且其中气泡去除隔板具有小孔部分,其小孔位于气液分离室的底壁内表面以上至少10mm处。

Description

用于碱金属氯化物水溶液电解槽的单元槽
                           背景技术
发明所属领域
本发明涉及一种用于双极、压滤式碱金属氯化物水溶液电解槽的单元槽。更具体地说，本发明涉及对用于双极压滤式碱金属氯化物水溶液电解槽的单元槽的改进，该电解槽包括许多通过设置在相邻单元槽之间的阳离子交换膜串联排布的单元槽，每个单元槽包括：具有阳极室和在阳极室上部整个长度上延伸的阳极侧气液分离室的阳极侧盘状体，以及具有阴极室和在阴极室上方整个长度上延伸的阴极侧气液分离室的阴极侧盘状体，其中阳极侧盘状体和阴极侧盘状体背对背设置，其中阳极侧和阴极侧气液分离室具有穿孔的底壁，分别将阳极侧和阴极侧气液分离室与阳极室和阴极室分开。该改进包括至少设置在阳极侧气液分离室和阴极侧气液分离室的阳极侧气液分离室的气泡去除隔板，并且它沿气液分离室的穿孔底壁向上延伸，其中气泡去除隔板沿气液分离室的整个长度方向延伸，从而将气液分离室分成在其穿孔区域的底壁上形成的第一通道A和在其无穿孔区域的底壁上形成的第二通道B第二通道B与气体和液体出口嘴连通，并且其中气泡去除隔板具有小孔部分，气泡去除隔板的小孔部分的小孔至少位于气液分离室底壁内表面以上10mm。
本发明的单元槽的优点在于，气体和电解液可以在下述情况下排出，即在气体和电解液基本上完全相互分开的情况下。因此，采用本发明单元槽的电解槽的优点在于，即使在高电流密度下电解时，也可避免由于电解槽中的振动导致离子交换膜发生破裂。
现有技术
通常，为了稳定地进行碱金属氯化物的电解，从而以低成本制备氯、氢和碱金属氢氧化物，需要设备的成本低，电解电压低，电解槽中的振动等不至于使离子交换膜破裂，并且电解液在电极室中的浓度分布窄，从而使离子交换膜在长时间工作时电压和电流效率稳定等等。
近年来，根据上述需求，在利用离子交换膜的碱金属氯化物的电解技术(即，离子交换膜法电解的技术)中业已取得了显著进步。在离子交换膜、电极和电解槽的性能方面已经取得了特别显著的进步。当离子交换膜法电解第一次被引入时，在电流密度为30A/dm2时，用离子交换膜法电解，每生产一吨NaOH的电耗高达2600kW。然而，作为上述近年来本领域中取得的巨大进步的结果，用离子交换膜法电解，在电流密度为30A/dm2时，每生产一吨NaOH的电耗减少到约2000kW或更低。另一方面，近来强烈希望增加进行电解的设备的尺寸，节能，以及增加效率。另外，还希望能够在电流密度高达50A/dm2或更高下进行电解，该值远高于上述电流密度30A/dm2，该值是引入离子交换膜法电解时可能的最大值。
但是，当在高电流密度下电解时，形成的气体量增加，导致电解槽内压力波动增加，因此在电解槽中有可能产生振动。当在高电流密度下长时间进行电解时，通常由于电解槽中的振动将导致离子交换膜破裂。
特别是，在碱金属氯化物电解槽的单元槽的阳极室中，气泡有着巨大的影响。例如，当在电流密度为40A/dm2，反应压力为0.1Mpa，且反应温度为90℃的电解条件下进行电解时，阳极室上部充满气泡，因此阳极室上部的电解液中很可能含有气泡的部分将占高达80％体积或更高。在电解液中此种气泡含量高的部分的比例将随着电流密度的增加而增加。
电解液中气/液比高的部分流动性差。因此，当槽中的电解液具有含高气/液比的部分时，该电解液循环性差，由此不仅电解液的浓度局部降低，而且气体也将在电解槽中滞留。电解液中具有高气/液比的部分的比例可以通过使电解压力增加或者大幅度增加循环的电解液量可在一定程度降低。然而，此种降低电解液中具有高气/液比部分的比例的方法带来的问题是牺牲了安全性并且设备的成本变高。
按照惯例，业已对用于碱金属氯化物离子交换膜电解的单元槽作出了许多提案，其中可以在高电流密度下生产出高纯度的碱金属氢氧化物。例如，在未审的日本专利申请公开说明书51-43377(相应于US4111779)，未审的日本专利申请公开说明书62-96688(相应于US4734180)，和日本专利申请未审公开(公表)62-500669(相应于US4602984)中作出这些提案。在这些专利文献中公开的单元槽的缺点是，在操作这些单元槽时，从槽的上部排出气体和液体的操作条件是气体和液体相互混合，因此在槽中产生振动并且该振动导致离子交换膜破裂。而且，这些单元槽不适用于促进电解液在其中循环。因此，为了使槽中的电解液的浓度分布变窄，需要循环大量的电解液。
未审的日本专利申请公开说明书61-19789和US4295953公开了一种单元槽，其中槽架具有空腔结构并且是画框状形状，导电分布器设置在电极板和电极片之间，其中分布器用作电解液向下流动的通道。未审的日本专利申请公开说明书63-11686公开了一种单元槽，其中槽架具有空腔结构并且是画框状形状，提供电流分布用的圆柱形元件，其中该圆柱形元件用作电解液向下流动的通道。在这些现有技术中，可改进槽中的电解液循环，但是当在高电流密度下电解时，在气体和液体的出口处发生振动，并且气体滞留在槽的上部。而且，这些技术的缺点是，槽的结构复杂。未审的日本实用新型申请公开说明书59-153376提出了一种防止在电解槽中发生振动的方法，包括设置网状体以防止气泡在电极室的上部生长(靠近电解液的液面)。但是，根据该方法，气液分离不能令人满意地进行，因此该方法不能完全防止由于电解槽中的压力波动导致振动的产生。
未审日本专利申请公开说明书4-289184(相应于US5225060)公开了一种采用单元槽的电解槽，该单元槽含有分别位于阳极侧和阴极侧无电流流动空间并在阳极室和阴极室的上部整个长度上延伸的阳极侧和阴极侧气液分离室，其中每个气液分离室具有气体和液体出口喷嘴，该出口喷嘴向下开放，以使被气液分离室相互分开的气体和液体能够排出，同时保持气液分离的状态。另外，上述未审日本专利申请公开说明书4-289184还教导了一种方法，其中将L形导管置于阳极室和阴极室的至少之一中，其中该导管用于促进电极室中电解液的循环。在使用上述电解槽的情况下，当电解在45A/dm2或更低下进行时，优点是振动的发生相当少，并且电极室中电解液的浓度分布窄。然而，例如，在电流密度高达例如50A/dm2或更高时，当使用上述电解槽进行电解时，在电解槽中产生相当大量的气泡。其结果是，不能实现满意的气液分离，因此大幅振动导致的问题将发生，于是对离子交换膜产生不利影响，并且电解液的浓度分布变宽。
未审日本专利申请公开说明书8-100286(相应于US5571390)提出将许多垂直延伸的导管(降液管)设置于含有气液分离室的单元槽的电极室中，例如上述已经描述过的单元槽。然而，即使该专利文献中提出的单元槽(含有降液管)也会带来问题，即当电解在电流密度高达50A/dm2或更高下进行时，气液分离变得不令人满意，并且导致发生大幅振动，因此对离子交换膜产生不利影响。
                            发明概述
在这种情况下，本发明人对用于进行离子交换膜法电解的双极、压滤式电解槽的单元槽进行了广泛而深入的研究，其中单元槽的优点在于，气体和电解液能够在气体和电解液基本上完全相互分开的情况下排出，因此即使在高达50A/dm2或更高的高电流密度下电解时，也可防止槽中的振动发生，因此防止了离子交换膜的破裂。其结果是，令人惊奇地发现，当使用双极、压滤式电解槽进行碱金属氯化物水溶液的电解时，可以在气液基本上完全分开的条件下排放气体和液体，其中该电解槽采用单元槽，该单元槽包括：具有阳极室和在阳极室上方整个长度上延伸的阳极侧气液分离室的阳极侧盘状体，以及具有阴极室和在阴极室上方整个长度上延伸的阴极侧气液分离室的阴极侧盘状体，其中阳极侧盘状体和阴极侧盘状体背对背设置，其中阳极侧和阴极侧气液分离室具有穿孔的底壁，分别将阳极侧和阴极侧气液分离室与阳极室和阴极室分开，其中具有小孔部分的气泡去除隔板至少设置在阳极侧气液分离室和阴极侧气液分离室的阳极侧气液分离室中，并且它从气液分离室的穿孔底壁向上延伸，其中气泡去除隔板沿气液分离室的整个长度方向延伸，从而将气液分离室分成在其穿孔区域的底壁上形成的第一通道A和在其无穿孔区域的底壁上形成的第二通道B，第二通道B与气体和液体出口嘴连通，并且其中气泡去除隔板的小孔部分的小孔位于气液分离室底壁内表面以上至少10mm。基于上述新发现完成了本发明。
因此，本发明的一个目的是提供一种用于双极、压滤式电解槽的单元槽，其中该单元槽的优点在于，在气体和液体基本上完全相互分开的条件下可以将气体和电解液排出，因此，即使当电解在高达50A/dm2的高电流密度下进行时，也可防止槽中的振动发生，从而防止了离子交换膜破裂的发生。
本发明的上述和其它目的，特征和优点将由下述详细说明和所附的权利要求书结合附图更清楚的说明。
                          附图说明
在图中：
图1是一种形式的本发明单元槽的气液分离室的放大截面示意图；
图2是另一种形式的本发明单元槽的气液分离室的放大截面示意图；
图3是再一种形式的本发明单元槽的气液分离室的放大截面示意图；
图4是又一种形式的本发明单元槽的气液分离室的放大截面示意图；
图5(对比例)是一种具有在其中水平延伸的多孔板代替用于本发明的气泡去除隔板的气液分离室的放大截面示意图；
图6是本发明单元槽一个实施方案的电极室上部的放大截面示意图，它具有设置在其中的挡板，并且气液分离室设置在电极室的上面；
图7是本发明单元槽另一个实施方案的电极室上部的放大截面示意图，它具有设置在其中的挡板，并且气液分离室设置在电极室的上面；
图8是本发明单元槽再一个实施方案的电极室上部的放大截面示意图，它没有挡板，并且气液分离室设置在电极室的上面；
图9是一种形式的电解液分布器的截面示意图；
图10是另一种形式的电解液分布器的截面示意图；
图11是再一种形式的电解液分布器的截面示意图(其中箭头表示电解液通过孔23流出分布器)；
图12是从阳极室侧观察的本发明单元槽又一个实施方案的正视图，显示出网状电极的剖面图；
图13是沿图12的II-II线的图12单元槽的截面示意图；以及
图14是双极、压滤式电解槽一个实施方案的侧视图，它是通过将许多本发明的单元槽通过设置在相邻各个单元槽之间的阳离子交换膜串联排布而成的，所示为一个槽壁部分剖开的单元槽，以展示单元槽内部。
对参考数字的说明
1 壁
2 气泡去除隔板的小孔部分
3 具有小孔部分2的气泡去除隔板
4A 穿孔的底壁
4B 侧壁
5 穿孔
6 肋板中的孔
7 分布器的进口嘴
8 阳极室的气体和液体出口嘴
8’阴极室的气体和液体出口嘴
9 导电肋
10 阳极室的进口嘴
10’阴极室的进口嘴
11 电极
12 增强肋
13 阳极
14 阴极
15 接线板
16 阴极侧垫圈
17 阳离子交换膜
18 阳极侧垫圈
19 双极单元槽
20 紧固框架
21 挡板
22 在挡板21的下端部和壁1的内表面之间形成的狭缝
23 电解液供入孔
24 钩状凸缘
25 框壁
26 接合杆
27 气液分离室
28 分布器
29 阳极侧单元槽
30 阴极侧单元槽
在图1～14中，相似的部件或部分用相似的数字和特征代表。
                          发明详述
根据本发明提供了一种用于双极、压滤式碱金属氯化物水溶液电解槽的单元槽，该电解槽包括许多通过设置在相邻各个单元槽之间的阳离子交换膜串联排布的单元槽，每个单元槽包括：
具有阳极室和阳极侧气液分离室的阳极侧盘状体，该分离室设置在位于阳极室上方的阳极侧无电流流动空间并在阳极室上方整个长度上延伸，以及
具有阴极室和阴极侧气液分离室的阴极侧盘状体，该分离室设置在位于阴极室上方的阴极侧无电流流动空间并在阴极室上方整个长度上延伸，
阳极侧盘状体和阴极侧盘状体背对背设置，
阳极侧和阴极侧气液分离室具有穿孔的底壁，分别将阳极侧和阴极侧气液分离室与阳极室和阴极室分开，并且
每个气液分离室在其一端具有气体和液体的出口嘴，
其中气泡去除隔板至少设置在阳极侧气液分离室和阴极侧气液分离室的阳极侧中，并且它沿气液分离室的穿孔底壁向上延伸，
气泡去除隔板沿气液分离室的整个长度方向延伸，从而将气液分离室分成在其穿孔区域的底壁上形成的第一通道A和在其无穿孔区域的底壁上形成的第二通道B，
气泡去除隔板具有小孔部分，
气泡去除隔板的小孔部分的小孔至少位于气液分离室底壁内表面以上10mm，
其中第二通道B与气体和液体出口嘴相连通，并且其中第二通道B通过小孔部分和第一通道A与阳极室连通。
为了便于理解本发明，本发明的主要特征和各种实施方案将在下面列举。
1、在用于双极、压滤式、碱金属氯化物水溶液电解槽的单元槽中，该电解槽包括许多通过设置在相邻单元槽之间的阳离子交换膜串联排布的单元槽，每个单元槽包括：
具有阳极室和阳极侧气液分离室的阳极侧盘状体，该分离室设置在位于阳极室上方的阳极侧无电流流动空间并在阳极室上侧整个长度上延伸，以及
具有阴极室和阴极侧气液分离室的阴极侧盘状体，该分离室设置在位于阴极室上方的阴极侧无电流流动空间并在阴极室上侧整个长度上延伸，
阳极侧盘状体和阴极侧盘状体背对背设置，
阳极侧和阴极侧气液分离室具有穿孔的底壁，分别将阳极侧和阴极侧气液分离室与阳极室和阴极室分开，并且
每个气液分离室在其一端具有气体和液体的出口嘴，
改进之处包括，至少设置在阳极侧气液分离室和阴极侧气液分离室的阳极侧气液分离室中的气泡去除隔板，并且它由气液分离室的穿孔底壁向上延伸，
气泡去除隔板沿气液分离室的整个长度方向延伸，从而将气液分离室分成在其穿孔区域的底壁上形成的第一通道A和在其无穿孔区域的底壁上形成的第二通道B，
气泡去除隔板具有小孔部分，
气泡去除隔板的小孔部分的小孔至少位于气液分离室底壁内表面以上10mm，
其中第二通道B与气体和液体出口嘴相连通，并且其中第二通道B通过小孔部分和第一通道A与阳极室连通。
2、根据上述第1项的单元槽，其中还包括，至少在阳极室和阴极室的阳极室中，挡板设置在阳极室的上部，其中挡板设置为使向上流动通道C在挡板和阳极之间形成，并且向下流动通道D在挡板和阳极室背侧内壁之间形成。
3、根据上述第2项的单元槽，其中：
挡板的高度为300mm～600mm，
向上流动通道C在其下端具有比其上端较宽的宽度，并且从挡板和阳极之间的最小距离测量，其宽度为5mm～15mm，以及
向下流动通道D在其上端具有比其下端较宽的宽度，并且从挡板和阳极室的背侧内壁之间的最小距离测量，其宽度为1mm～20mm。
4、根据上述第1-3项的单元槽，其中还包括，至少在阳极室和阳极室的阳极室中，电解液分布器具有管状形态并设置在阳极室的下部，
该分布器具有许多电解液供入孔，并具有与阳极室电解液进口嘴连通的进口，
其中每个电解液供入孔的截面积使得在单元槽操作过程中，当饱和盐水溶液作为电解液通过分布器以最小流速供入以便在电流密度为40A/dm2下进行电解时，每个电解液供入孔的压力损失为50mm·H2O～1000mm·H2O。
现在将详细描述本发明。
本发明的单元槽是用于双极、压滤式、碱金属氯化物水溶液电解槽的单元槽。
首先，结合本发明单元槽的基本结构进行说明，参看图12和13(对具有小孔部分2的气泡去除隔板3，挡板21和分布器28的说明在此处省略，参考不同的附图包括除图12和13以外的附图)。
图12是从阳极室侧展示的本发明单元槽的一个实施方案的正视图，所示为基本去除网状电极的剖面图。图13是沿图12的II-II线的图12的单元槽的截面图。
在本发明中，术语“单元槽”指的是单个双极槽包括：
具有阳极室和阳极侧气液分离室的阳极侧盘状体，该分离室设置在位于阳极室上方的阳极侧无电流流动空间并在阳极室上侧整个长度上延伸，以及
具有阴极室和阴极侧气液分离室的阴极侧盘状体，该分离室设置在位于阴极室上方的阴极侧无电流流动空间并在阴极室上侧整个长度上延伸，
阳极侧盘状体和阴极侧盘状体背对背设置，
阳极侧和阴极侧气液分离室具有穿孔的底壁，分别将阳极侧和阴极侧气液分离室与阳极室和阴极室分开，并且
每个气液分离室在其一端具有气体和液体的出口嘴。
如图13所示，每个阳极侧和阴极侧盘状体包括壁1，从壁1的外周延伸的框壁25，和具有Γ形截面并从框壁25伸出的钩状凸缘24。
阳极侧和阴极侧盘状体的钩状凸缘24，24与阳极侧和阴极侧盘状体的框壁25，25相配合，从而形成穿过盘状体外周部分延伸的凹口。在凹口中插入接合杆26，该接合杆沿图13中的深度方向延伸，从而使阳极侧和阴极侧盘状体背对背固定。
阳极侧盘状体的壁1具有通过许多导电肋9固定在其上的阳极13，以形成阳极室，该阳极室具有位于阳极室上面和阳极侧盘状体框壁25上部下面的阳极侧无电流流动空间。另一方面，阴极侧盘状体的壁1具有通过许多导电肋9固定在其上的阴极14，以形成阴极室，该阴极室具有位于阴极室上面和阴极侧盘状体框壁25上部下面的阴极侧无电流流动空间。上述每个肋9具有供液体和气体从中通过的孔6。
阳极侧气液分离室27设置在位于阳极室上方的上述阳极侧无电流流动空间内并在阳极室上部的整个长度上延伸，而阴极侧气液分离室27设置在位于阴极室上面的阴极侧无电流流动空间内并在阴极室上面的整个长度上延伸。
上述阳极侧和阴极侧气液分离室27，27具有穿孔的底壁4A，4A，该底壁分别将阳极侧和阴极侧气液分离室与阳极室和阴极室分开。每个底壁4A，4A具有穿孔5，通过该穿孔将含气泡电解液从电极室引入气液分离室27，27。
上述阳极侧和阴极侧气液分离室27，27分别具有气体和液体出口嘴8，8’。
在本发明中，具有上述气液分离室27的单元槽的基本结构(即，图12和13中所示的单元槽结构，其中图12和13中省略了具有小孔部分2的气泡去除隔板3、挡板21和分布器28)可能与那些常规单元槽的相同。作为常规单元槽的例子，可述及在所示未审日本专利申请公开说明书4-289184(相应于US5225060)中描述的单元槽。关于上述未审日本专利申请公开说明书4-289184和相应的US5225060，其内容结合入本文以供参考。
另外，关于本发明单元槽除具有小孔部分2的气泡去除挡板3、挡板21和分布器28以外的部件，此种部件可以通过使用在上述未审日本专利申请公开说明书4-289184(相应于US5225060)中描述的材料和方法制备。
下文中，参考图1～4说明本发明单元槽的气液分离室。图1～4是本发明单元槽各种形式的气液分离室的放大截面图。
在本发明的单元槽中，气泡去除隔板3至少设置在阳极侧和阴极侧气液分离室27，27的阳极侧气液分离室27中，并且沿气液分离室的穿孔底壁4A向上延伸。
其中气泡去除隔板3沿气液分离室27的整个长度延伸，从而将气液分离室27分隔为在其穿孔区域的底壁4A上形成的第一通道A，和在其无穿孔区域的底壁4A上形成的第二通道B。
更具体地说，气泡去除隔板3至少设置在阳极侧和阴极侧气液分离室27，27的阳极侧气液分离室27中，并沿气液分离室27的穿孔底壁4A向上延伸，其中穿孔底壁4A局部穿孔(也就是，穿孔5位于底壁4A的局部)，从而使底壁4A具有穿孔区域和无穿孔区域，该区域通过气泡去除隔板3分开。气泡去除隔板3沿气液分离室27的整个长度延伸，从而将气液分离室27分成在其局部穿孔区域中的局部穿孔的底壁4A上形成的第一通道A，和在其无穿孔区域中的局部穿孔的底壁4A上形成的第二通道B。
气泡去除隔板3具有小孔部分2，其中气泡去除隔板3的小孔部分2的小孔位于至少高于气液分离室27底壁4A的内表面以上10mm处。第二通道B与气体和液体出口嘴连通，并且通过小孔部分2和第一通道A与阳极室连通。
在本发明的单元槽中，使其中设有气泡去除隔板3的气液分离室27，适于在单元槽操作过程中，含气泡的液体从阳极室通过局部穿孔底壁4A的穿孔区域(具有穿孔5)引入气液分离室27的第一通道A中，并使其通过气泡去除隔板3的小孔部分2的小孔，同时使小孔部分2的小孔保持在高于第二通道B的液面的位置，从而使含气泡的液体中的气泡破裂，并通过使气泡破裂而产生气体，并将基本上无气泡的液体引入气液分离室27的第二通道B中，其中引入第二通道B的气体和基本上无气泡的液体通过气液分离室27的气体和液体出口嘴8(如图12所示)从其中排出。
这种能够通过气泡的破裂将含气泡的液体分离为气体和液体的原因尚不清楚，但是认为是由于下述原因。在第一通道A中的含气泡的电解液通过气泡清除隔板3的小孔部分2的小孔与第一通道A上部存在的气体一起引入第二通道B。此时，所示气体和含气泡的电解液在小孔中相互混合，从而使含气泡的电解液中的气泡的尺寸增加，因此含气泡的电解液中的气泡容易破裂。在第二通道B中，气泡清除隔板3的小孔部分2面向气相，因此从含气泡的电解液中通过气泡的破裂排出的气体被气相吸收，由此除去了气泡的电解液在第二通道B的底部收集。分离的气体和无气体的电解液通过气体和液体出口嘴8由气液分离室排出，其中所述气体和电解液保持相互分开。因此，在本发明单元槽的操作过程中，可以避免由于压力损失导致的振动，因此可以防止离子交换膜的破裂。
在图1中，气液分离室27包括壁1，框壁25、侧壁4B和底壁4A。在此种气液分离室的情况下，从生产气液分离室27的难度和成本的角度考虑，其横截面积通常为10～100cm2。在第二通道4的底部收集的电解液通过气体和液体出口嘴8(如图12所示)排出，同时保持与气体分开。
在图1中，具有底壁4A的穿孔5的第一通道A在壁1的侧面上形成。然而，如图2所示，具有底壁4A穿孔5的第一通道A可以在侧壁4B的侧面形成。关于气泡去除隔板3，其除小孔部分2以外的部分(即，没有小孔的部分，在下文中通常指“无小孔部分”)作为将第一通道A中的含气泡液体与第二通道B中的去除气泡液体分隔开的隔板。因此，需要小孔部分2的小孔的位置高于第二通道B中的液体的液面。特别的，要求距底壁4A内表面，小孔部分2的小孔的位置的高度(H’)至少为10mm。当气泡去除隔板3为如图1和2所示的板状时，毋庸置疑，气泡去除隔板3的无小孔部分的高度也应至少为10mm，此外，如图3所示，当气泡去除隔板3的无小孔部分的高度相当高，气泡去除隔板3可能具有下述结构，其中小孔部分2由无小孔部分的第二通道B侧的侧壁延伸。还在该情况下，需要相对侧壁4A内表面，小孔部分2的小孔的位置高于第二通道B中的液面。特别的，要求相对侧壁4A内表面，小孔部分2的小孔的位置的高度(H’)至少为10mm。
如果小孔部分2的小孔位于低于第二通道B中的液面的位置，则其中将造成缺陷，即使当含有气泡形式的气体的液体通过此种低于第二通道B中的液面的小孔时，气体不释放进入气相中，而是保留在液体中，因此在第二通道B中的液体含有气泡，这导致在出口嘴处的压力波动。
关于第二通道B中的液面的高度，用于电解的电流密度越高，第二通道B中的液面越高。例如，当电解在电流密度高达50～80A/dm2下进行时，第二通道B中的液面高度有时达到20～30mm。因此，气泡去除隔板3的小孔部分2的小孔的高度(H’)优选为20mm或更高，更优选为30mm或更高，最优选为40mm或更高。
关于气泡去除隔板3的无小孔部分的高度，没有特别的限制，只要可以有效地进行上述气泡去除即可。例如，当具有小孔部分2的气泡去除隔板3为基本上垂直地由底壁4A延伸的板状时，优选无小孔部分的高度为气液分离室27高度(H)的90％或更低。当无小孔部分的高度超过气液分离室27高度(H)的90％时，将有电解液从第一通道A引入第二通道B时压力损失变大和单元槽中电流流动空间的发生气体滞留的危险，因此对离子交换膜有不利影响。
在图1中，关于第一通道A的宽度(W)，该宽度(W)是气泡去除隔板3和壁1之间的距离；并且，在图2～4的每个中，宽度(W)是侧壁4B和气泡去除隔板3之间的距离。优选的该宽度(W)为2～20mm，这是由于当宽度(W)在该范围内时压力损失变小。另外，侧壁4B和气泡去除隔板3之间的距离不象图2～4中的那样均匀时，将最短距离限定为宽度(W)。当该宽度超过20mm时，第二通道B的宽度变得太小，因此压力损失变大。在此种情况下，有下述危险，即分离的气体和无气体的液体再次混合，并且所得到的含气体的液体导致在出口嘴处压力波动增加从而导致单元槽中产生振动。另一方面，当宽度(W)小于2mm时，将有下述危险，即含气泡的液体从第一通道A引入第二通道B的压力损失变大，并且气体滞留在单元槽的电流流动空间，从而对离子交换膜产生不利影响。
用于去除气泡的气泡去除隔板3可以通过在单个板的上部形成小孔的方法或者通过使小孔板与无小孔板相连接的方法形成。另外，气泡去除隔板3可以与气液分离室27的底壁4A整体形成，或者可以与气液分离室27的底壁4A通过焊接等相连接。气泡去除隔板3与底壁4A整体形成可以按照下述方法获得。例如，当想要制备气液分离室的部件时可通过模塑树脂来实现，模塑可通过使用能够形成下述部件的模具来进行，该部件具有在其上整体形成的隔板3的底壁4A。关于用于制备气泡去除隔板3的材料，没有特别的限制，只要该材料对氯和氢氧化钠耐蚀即可。作为可用于制备设置在阳极侧气液分离室27的气泡去除隔板3的材料的例子，可提及钛和钛合金。作为可用于制备设置在阴极侧气液分离室27用于气泡去除隔板2的材料的例子，可提及铁、镍和不锈钢。另外，作为制备气泡去除隔板3的材料，除上述材料以外，可以使用塑料和陶瓷，只要此种材料对氯和氢氧化钠耐蚀即可。
当由上述金属制备的小孔板与无小孔板相连接以获得气泡去除隔板3时，多孔金属网，具有圆形小孔或方形(squire)小孔的冲压金属，金属丝网(wire net)，金属线网(wire mesh)或泡沫金属等可以用作小孔板。
另外，当小孔板与无小孔板相连接以获得气泡去除隔板3时，对于将小孔板与无小孔板相连的方法没有特别限制。例如，小孔板可以通过下述任何方式与无小孔板相连：
(1)一种方法，其中小孔板基本上垂直地与无小孔板的顶部相连，小孔板还基本上垂直地在底壁4A上形成，以便获得如图1和2所示的板状气泡去除隔板3；
(2)一种方法，其中小孔板与无小孔板(其基本上垂直在底壁4A上形成)在其面对第二通道B的侧面上端部相连，其中小孔板基本上水平延伸，以获得具有Γ形截面的隔板3，如图3所示，或沿与无小孔板侧面垂直的方向略向上或向下倾斜地延伸；以及
(3)一种方法，其中小孔板与无小孔板(其基本上垂直在底壁4A上形成)在其面对第二通道B的侧面中部相连，其中小孔板基本上水平延伸，以获得具有|-形截面的隔板3，如图4所示，或沿与无小孔板侧壁垂直的方向略向上或向下倾斜地延伸。
在上述任一种方法中，应将小孔板固定到无小孔板上，以防止单元槽操作的过程中，小孔板从无小孔板上分开。为了这一目的，例如，当无小孔板和小孔板均由金属制成时，优选通过焊接使小孔板与无小孔板相连。
另外，气泡去除隔板3可以是通过在无小孔板的中部形成小孔部分2获得的。作为此种气泡去除隔板3的例子，可以提及在其中部形成有小孔的金属板。
关于气泡去除隔板3的小孔部分2，优选小孔部分2的空隙率在10～80％范围内，基于小孔部分2的面积计。另外，从压力损失减少和气泡去除效率的角度考虑，最优选空隙率为30～70％。关于气泡去除隔板3的空隙率，优选该空隙率在4～60％范围内，基于气泡去除隔板3的面积计。关于小孔部分2的小孔尺寸，没有特别限制。然而，当小孔部分2的小孔尺寸太大时，有下述危险，即当第一通道A中的含气泡的电解液流过小孔部分2并且引入第二通道B中时，电解液中的气泡不破裂，因此在第二通道B中收集的是仍含有气泡的电解液。因此，小孔部分2的每个小孔的面积优选为150mm2或更低，更优选为80mm2或更低。小孔部分2的小孔的平均面积优选为0.2～80mm2，更优选为3～60mm2。适当选择小孔的数量依赖于上述空隙率和小孔的平均面积。
关于小孔部分2中小孔的分布，没有特别限制，只要气泡去除能够有效进行即可。然而，优选小孔的分布尽可能均匀。作为形成小孔的方法的特别实例，可提及一种方法是其中每个直径为2mm的十九(19)个圆孔以2mm的孔距在每1cm2的小孔部分2上形成，和一种方法/其中每个对角线为7mm和4mm的三十五(35)个菱形小孔在每10cm2的小孔部分2上形成。
小孔部分2还可通过将两片板相结合形成，所述板的小孔比不同。
关于气泡去除隔板3的厚度，没有特别限制，只要隔板3的强度是满意的，并且气泡去除可在不增加压力损失下进行即可。特别地，优选气泡去除隔板3的厚度为0.1～5mm。
关于气泡去除隔板3和底壁4A之间的角度，没有特别限制，只要在第一通道A中的含气泡的电解液能够通过小孔部分2的小孔引入第二通道B中的气相即可。无小孔部分和小孔部分2与底壁4A可有不同的角度。特别地，例如，如图1和2所示，小孔部分2可由无小孔部分的顶部基本上垂直地延伸，它还基本上垂直位于气液分离室27中。可替代的是，如图3所示，小孔部分2可由无小孔部分的表面上端部(该表面面对第二通道B)，基本上水平地延伸，或可相对水平方向以略向上或向下倾斜地延伸。然而，如上所述，需要将小孔部分2的小孔保持在第二通道B中液面的上方。
另外，气泡去除隔板3可具有许多小孔部分2。例如，气泡去除隔板3不仅可具有由无小孔部分的顶部基本上垂直延伸的小孔部分2，如图1和2所示，还可具有沿第二通道B侧的无小孔部分的表面的上端部基本上水平延伸的小孔部分2。
关于上述小孔部分2，其一端需要与上述无小孔部分相连；但是，小孔部分2的另一端无需与气液分离室的内壁相连。例如，在如图1和2所示的基本上垂直的小孔部分2的情况下，优选小孔部分2的高度是气液分离室的高度(H)与无小孔部分的高度(H’)之间高度差的1/2或更高。从有效进行气泡去除的角度考虑，即使当电解在高电流密度下进行时，优选小孔部分2的高度尽可能大。另外，从制备单元槽的难易度方面考虑，优选小孔部分2的高度与上述高度(H)和高度(H’)之间的差相等(也就是，小孔部分2沿无小孔部分的顶部向气液分离室的上框壁25延伸，如图1和2所示)。在如图3和4所示的基本上水平的小孔部分2的情况下，优选如图3和4所示，小孔部分2延伸至气液分离室27的内侧壁(壁1)，由此气泡去除隔板3完全将第二通道B与第一通道A分开。在基本上水平的小孔部分2的情况下，如果气泡去除隔板2不完全将第二通道B与第一通道A分开，则将导致下述缺陷，即其中含气泡的液体从第一通道A通过小孔部分2和气液分离室27的内壁之间的缝隙流入第二通道B，因此不能获得有效的气泡去除。
由上文明显可见，气泡去除隔板3可以有各种形式，并可以有各种尺寸，只要第一通道A中的含气泡的电解液能够通过小孔部分2的小孔流入第二通道B中的气相即可。然而，从制备单元槽的难易度和有效的气泡去除考虑，优选气泡去除隔板具有任何下述结构：
(1)板状结构，其中如图1和2所示，气泡去除隔板3具有由底壁4A向上和基本上垂直延伸的小孔部分2，其中气泡去除隔板3的高度与气液分离室27的高度(H)相等，
(2)倒L形结构，其中如图3所示，无小孔部分由底壁4A向上并基本上垂直延伸，小孔部分2由无小孔部分的上端部基本上水平延伸至壁1的内表面，并且
(3)|-形结构，其中如图4所示，无小孔部分由底壁4A向上并基本上垂直延伸，并且小孔部分2由无小孔部分的中部基本上水平延伸至壁1的内表面。
如图5所示，如果气液分离室27仅具有在其中水平延伸的多孔板，代替气泡去除隔板3，则几乎不能获得去除气泡的作用(参见下文中的对比例1)。
关于底壁4A的穿孔5的尺寸，例如，在图1和2的情况下，需要该尺寸不超过上述宽度(W)，其中气体、电解液和气泡通过该穿孔引入气液分离室27。穿孔5的形状没有特别限制，并且可以是例如，圆形、椭圆形、正方形、矩形或菱形。底壁4A的穿孔比优选为10～80％，基于第一通道A的底壁面积计(即，第一通道A的宽度(W)×气液分离室的长度)。当穿孔比低于10％时，气体和液体流过穿孔5进入气液分离室27时将发生压力损失，由此气体将滞留在电极室的上部，形成气体区。如此形成的气体区将对离子交换膜产生不利影响。另一方面，当穿孔比超过80％时，将产生下述缺陷，即当通过电极和垫圈将许多单元槽结合和固定来组装电解槽时，气液分离室27的强度将不利地变得低，因此气液分离室27将变形。
在本发明的单元槽中，上述气泡去除隔板3至少设置在阳极侧和阴极侧气液分离室27，27的阳极侧气液分离室27中。特别地，在阳极侧气液分离室27中，电解液含的气泡具有巨大影响力，因此即使当气泡去除隔板3仅设置在阳极侧气液分离室27中时，也可获得满意的去除气泡作用。
气液分离室27的侧壁4B可具有平坦表面，但是优选具有如图1～4所示的结构，其中侧壁4B的下部向外伸出。通过使底壁4B存在此种下部伸出部分，图14所示的气液分离室27和垫圈16、18之间接触的密闭性可增强。另外，当每个垫圈16，18的宽度是均匀的，在电解槽组装过程中，通过垫圈在其不同表面部分保持的压力变得均匀。
在本发明中，如图6和7所示，优选单元槽还包括，至少在阳极室和阴极室的阳极室内，挡板21设置在阴极室的上部，其中挡板21设置成使向上流动通道C在挡板21和阳极11之间形成，并且向下流动通道D在挡板21和阳极室的背侧内壁(壁1的内表面)之间形成。
例如，当挡板21设置在阳极室的上部时，它不仅能够使电解液流回单元槽的下部，从而使电解液在阳极室中循环，而且还可有效地将电解液引入气液分离室27中，而不导致气体滞留在阳极室的上部。
另外，当挡板21设置在阳极室的上部时，狭缝22在挡板21的下端部和壁1之间形成。此时，流过挡板21顶部且引入向下流动通道D中的电解液，通过狭缝22返回到阳极室的下部，而后通过向上流动通道C流入阳极室的上部，因此电解液在阳极室中循环。
关于在顶部21和阳极11之间形成的向上流动通道C，电解液、气泡和气相的混合物从其中流过。电解液、通过电解产生的气体与气泡的混合物流过挡板21的顶部和电极室顶壁之间的缝隙，其中电解液的一部分和气体的一部分进入气液分离室27，并且剩余的电解液和剩余的气体向下沿向下流动通道D流动，而后通过狭缝22返回到电极室的下部。
因此，通过挡板21的作用，能够使电解液在电极室中循环，所以可防止电解液和气体的滞留，并且即使当在高达50A/dm2或更高的高电流密度下进行电解时，也可获得电极室中均匀的电解液浓度分布。
关于挡板21，其厚度优选为0.5～1.5mm，其长度优选为300～700mm。挡板的宽度优选为尽可能接近单元槽的宽度，并且最优选为挡板21的宽度等于单元槽的宽度，如图12所示。作为用于阳极室中的挡板21的材料的例子，可提及诸如钛和树脂(如，特氟隆(Teflon))，它们耐氯化物腐蚀。作为用于阴极室中的挡板21的材料的例子，可提及诸如不锈钢和镍，它们耐碱的腐蚀。
关于在电极室中设置挡板的方法，没有特别限制。作为此种方法的例子，可提及一种方法，其中宽度等于肋9间距的挡板21通过焊接等固定在肋9上，以及一种方法，其中使用具有用于接受挡板21的边缘部分的凹槽的肋9，挡板21通过将挡板21的边缘部分插入肋9的凹槽中而与肋9相连。
关于向下流动通道D的截面积，从制备单元槽的难易度和成本角度考虑，该截面积通常为10cm2～200cm2。挡板21还具有将向上流动通道C中的含气泡电解液与向下流动通道D中的电解液分开的功能，因此电解液可以在通道C中向上流动，并可通过在电解液中气泡形式的裹入气体的升力引入气液分离室27中。端部21的高度(H2)优选为300～700mm。其原因如下。为了增加电极室中循环的液体的量，需要增加向上流动通道C顶部周围液体与向下流动通道D顶部周围液体之间组成的差异。为此目的，挡板1的高度大是优选的。
挡板顶部和电极室顶壁之间的缝隙S优选为5～200mm。当该缝隙S太窄时，气体将滞留在电极室的上部。另一方面，当该缝隙S太宽时，电极室上部的电解液不能满意地搅拌，因此对离子交换膜有不利影响。
当向上流动通道C的宽度限定为挡板21和电极11之间的距离(W2)时，为了有利地抑制压力损失，优选宽度(W2)为5～15mm。当该宽度(W2)超过15mm时，向上流动通道C中的电解液向上流动的速率将变慢，因此难以获得电解液的有效搅拌，从而导致诸如电解液局部浓度降低等问题。另一方面，当宽度(W2)小于5mm时，由于使气体和液体在向上流动通道C中流动而导致的压力损失大，因此流过向上流动通道C的电解液的量下降。
关于挡板21的下端部和壁1的内表面之间的狭缝的宽度(W’)，该宽度(W2’)优选为1～20mm，更优选为1～10mm。当该宽度(W2’)小于1mm时，将产生下述缺陷，即流过上述狭缝的电解液的压力损失变大，因此电解液的循环变为在向下流动通道D中的滞留。另一方面，当该宽度(W2’)超过20mm时，产生的缺陷是，引入电极室中的电解液和气体不仅直接流入向上流动通道C中，而且通过狭缝流入向下流动通道D中，因此在电极室中没有电解液的循环。
关于挡板21的截面形状，可采用各种形状。例如，可采用弯曲板状挡板，如图6所示，以及平坦板状挡板，如图7所示。当挡板21具有不均匀的表面时，则气体和液体向上流动的速率受到影响，因此，例如，阳极室中电解液的浓度分布变得不均匀。因此，优选挡板21具有平坦的表面。
因此，通过在电极室用提供挡板21，不仅能够搅拌电极室上部的富气泡的电解液，而且还可使电极室中的电解液循环。因此，即使当电解在高达50A/dm2或更高的电流密度下进行时，不仅能够使电极室中电解液的浓度分布保持均匀，而且没有对离子交换膜的不利影响。
如果需要，本发明的单元槽还可包括电解液分布器。电解液分布器的例子如图12和13所示，其中分布器由参考数字28表示。
图9是一种形式的电解液分布器的截面图。图10是另一种形式的电解液分布器的截面图。图11是再一种电解液分布器的截面图(其中箭头代表电解液通过孔23流出分布器)。通过使用电解液分布器，能够使电解液的浓度分布沿水平、纵向延伸的线条均匀分布(在图12中的侧向)。
也就是说，在本发明优选的实施方案中，本发明的单元槽还包括，至少在阳极室和阴极室的阳极室中，具有管状形状并设置在阳极室下部的电解液分布器，
该分布器具有许多电解液供入孔并具有与阳极室的电解液进口嘴相连通的进口，
其中每个电解液供入孔的截面积使得在单元槽操作过程中，当饱和盐水溶液作为电解液通过分布器以最小流速供入以便在电流密度为40A/dm2下进行电解时，每个电解液供入孔的压力损失为50mm·H2O～1000mm·H2O。
电解液分布器的截面形状没有限制，并且可以是圆形或方形。关于电解液供入孔(通过该孔分布器中的电解液流出)，从沿着电极室水平、纵向延伸的线条保证均匀供入的角度考虑，优选电解液供入孔23的数量尽可能多。然而，当电解液供入孔23的量太大时，分布器的制备工艺变难。因此，电解液供入孔23的数量适当地约为10～50，优选为15～40。
为了将电解液由电解液分布器均匀地供入电极室中，优选每个电解液供入孔23的压力损失超过特定水平。根据本发明人的实验，在每个电解液供入孔的压力损失小于50mm·H2O的条件下，当电解在电流密度为40A/dm2下进行时，电解液不能均匀供入电极室中。因此，本发明人对能够使电解液均匀供入电极室的电解液供入孔23的截面积进行了研究。其结果是，他们发现，此种均匀供料可以在下述情况下获得，当每个电解液供入孔的截面积使得在单元槽操作过程中，当将饱和盐水溶液作为电解液通过分布器以最小流速供入以在电流密度为40A/dm2下进行电解时，每个电解液供入孔的压力损失为50mm·H2O～1000mm·H2O。另外，还发现，在上述条件下进行电解时，当每个电解液供入孔的压力损失超过1000mm·H2O时，每个供入孔23的截面积太小，因此，不利之处是供入孔被细小杂质颗粒等阻塞，因此不能获得电解液的均匀供料。从实际角度考虑，最优选的压力损失在100mm·H2O～600mm·H2O范围内。
对电解液分布器的每个电解液供入孔23的截面形状没有限制，但是从生产分布器的难易度出发考虑，优选为圆形或方形。供入孔23的适当截面积根据压力损失、供入孔23的数量、电解液的供入速率等而异。然而，通常，优选每个供入孔23的截面积在10mm2～1mm2范围内。
关于电解液分布器空腔部分的截面积，没有特别限制。但是，通常，优选该截面积在1～20cm2范围内。电解液分布器的长度没有限制，只要该分布器能够装入电极室。但是，一般的，电解液分布器的长度为单元槽电极室水平、纵向长度的70～100％。作为在阳极室中用作电解液分布器的材料的例子，可提及耐氯腐蚀的材料，如钛和聚四氟乙烯(teflon)。作为在阴极室中用作电解液分布器的材料的例子，可提及耐碱腐蚀的材料，如镍和不锈钢。
在如图12和13(图13是图12的单元槽沿II-II线的截面图)所示的本发明单元槽的实施方案中，在电极室中有挡板21和电解液分布器28。
在如图13所示的本发明单元槽的实施方案中，其气液分离室27具有气泡去除隔板3，其沿穿孔的底壁4A向上延伸并具有小孔部分2。
图14是双极、压滤式电解槽的一个实施方案的侧视图，它是通过将许多本发明的单元槽19通过设置在各相邻单元槽之间的阳离子交换膜17串联排布而成的，示出了一个单元槽的框壁部分剖开的图以便展示该单元槽的内部。在图14所示的实施方案中，五(5)个单元槽19通过设置在相邻单元槽之间的阳极侧垫圈18，阳离子交换膜17和阴极侧垫圈16串联排布，并且单极槽(阳极槽29和阴极槽30)分别设置在串联排布的这五个单元槽19的两侧，以便形成槽组。该槽组通过紧固框架20紧固。分别由两个单极槽支持的两个电流接线板15，15设置在该槽组的两侧。电压通过电流接线板15，15输送给单元槽。
本发明的单元槽可以优选用于双极、压滤式电解槽中，这是因为，即使当电解在高达诸如50A/dm2或更高的电流密度下进行时，气体和电解液可以在气体与电解液基本上完全相互分开的条件下排放，因此可显著抑制槽中的振动，由此防止振动带来的不利影响，如发生离子交换膜的破裂。所以，本发明的单元槽具有良好的经济性。
                         实施本发明的最佳方式
在下文中，将参考实施例和对比例更为详细地说明本发明，但是并不解释为对本发明范围的限制。
实施例1
按照下面的描述组装如图14所示的双极、压滤式电解槽。提供八个双极电解单元槽19，每个单元槽具有如图2所示的气液分离室，如图7所示的挡板21，如图9和11所示的电解液分布器28，并且其中的每个具有如图12所示的正面形状和如图13所示的截面。8个单元槽19通过设置在相邻单元槽之间的阴极侧垫圈16、离子交换膜17和阳极侧垫圈18串联布置以形成双极-单元-槽组，并且阳极单元槽29和阴极单元槽30分别通过阴极侧垫圈、离子交换膜和阳极侧垫圈设置在双极-单元-槽组的两侧，从而形成最终的槽组。两个电流接线板15，15设置在最终槽组的两侧。
每个单元槽19的宽度为2400mm且高度为1280mm。单元槽的阳极室的内部厚度为34mm(其中内部厚度指的是阳极室中阳极的内表面和背侧内壁(壁1的内表面)之间的距离)。单元槽的阴极室的内部厚度为22mm(其中内部厚度指的是阴极室中阴极的内表面与背侧内壁(壁1的内表面)之间的距离)。单元槽的电流流动面积为2.7m2。阳极侧气液分离室27的长度为2362mm，高度(H)为86mm，宽度为30mm，截面积为25.8cm2。阴极侧气液分离室27的长度为2362mm，高度为86mm，宽度为18mm，截面积为15.48cm2。在阳极侧和阴极侧气液分离室中，仅阳极侧气液分离室27具有图2所示的结构。具有此种结构的阳极侧气液分离室27按下述方法生产。首先，提供长度与气液分离室整个长度相等的钛板(无小孔)，其高度(H’)为50mm，且厚度为1mm，并且该钛板的纵向边缘通过焊接沿气液分离室整个长度固定到阳极侧气液分离室27的穿孔的底壁4A(具有局部穿孔5)上，从而第一通道A的宽度(W)将是5mm。而后，提供开孔面积比为约59％且厚度为1mm的钛多孔金属网2(其中钛多孔金属网2是相对于10cm2面积开孔密度为35个开孔的穿孔板，其中每个开孔的垂直对角线长度为4mm，并且水平对角线长度为7mm)。钛多孔金属网2通过焊接垂直固定到上述钛板的上边缘(固定到穿孔底壁4A上)，从而使钛多孔金属网2沿气液分离室的整个长度由钛板的上边缘垂直延伸至阳极侧气液分离室27的上端。因此，通过使用气泡去除隔板3(包括钛板和穿孔板2)，阳极侧气液分离室27被分隔为在其穿孔区域(具有局部穿孔5)中的底壁4A上形成的第一通道A和在其无穿孔区域中的底壁4A上形成的第二通道B。
阳极侧气液分离室27的穿孔底壁4A的穿孔5是通过下述方法形成的，其中短轴为5mm且长轴为22mm的每个椭圆形孔以37.5mm的孔距形成。阳极侧气液分离室27的穿孔底壁4A的开孔面积比为56％，基于第一通道A的底部面积计(它由下述公式表示：“第一通道A的宽度(W)×气液分离室的长度”)。
阴极侧气液分离室27的穿孔底壁4A的穿孔5通过下述方法形成，其中直径为10mm的每个圆孔以20mm的孔距形成。
采用的挡板21是具有图7所示截面的钛板，且厚度为1mm。挡板21仅设置在阳极室中。挡板21的高度(H2)为500mm。挡板21设置成使向上流动通道C在挡板21和阳极11之间形成，并使向下流动通道D在挡板21和阳极室背侧内壁(壁1的内表面)之间形成，其中向上流动通道C在其上端部的宽度(W2)为10mm，并且向下流动通道D在其下端部的宽度(W2’)为3mm。挡板21的上端和阳极室上部之间的距离(S)为40mm，按垂直方向测量。
采用的电解液分布器28是方形的管状体，其形状如图9和11所示。分布器28的长度为220cm，且在其空腔部分的截面积为4cm2，并且具有24个直径为2mm的电解液供入孔23，每个供入孔以固定间距形成。分布器28在其两端封闭且具有设置在其端部侧壁上的进口嘴7。分布器28在阳极室下部以上50mm处水平设置，并且分布器28进口嘴7与阳极室的进口嘴10(用于电解液)的进口相连。分布器28的每个电解液供入孔23的截面积使得在单元槽操作过程中，当将饱和盐水溶液作为电解液通过分布器28以150升/小时的流速(它是在电流密度为40A/dm2下进行电解的最小流速)供应时，每个电解液供入孔23的压力损失为约150mm·H2O。
阳极13按照下述方法制备，其中将包括含钌、铱和钛的氧化物的阳极活性物质涂覆到钛多孔金属网上。阴极14按照下述方法制备，其中将含镍氧化物的阴极活性物质等离子喷涂到镍多孔金属网上。
离子交换膜17为阳离子交换膜ACIPLEX(注册商标)F4202(由日本的Asahi Kasei Kogyo K.K.生产并销售)。每对阳极13和阴极14之间的距离约为2mm。
使用如此组装的双极、压滤式电解槽，将300g/l盐水溶液(作为阳极液)加入到阳极室中进行电解，从而使电解槽出口处的氯化钠的浓度变为200g/l，并将稀释的氢氧化钠水溶液供入阴极室从而使电解槽出口处氢氧化钠的浓度变为32％重量。在电解温度为90℃，根据绝对压力，电解压力为0.14MPa，电流密度为30A/dm2～60A/dm2的条件下，进行10天电解。
在电解过程中，阳极液中的浓度分布(即阳极液的氯化钠溶液的不均匀度)通过在阳极室的下述9个点对阳极液取样来测量，测量所得样品的氯化钠浓度并将最大浓度与最小浓度之差作为不均匀度。该9个取样点是低于阳极室上部150mm的3个点，其中一个点位于该室两侧之间距离的中点处，而另两个点分别处于距离其一侧100mm和距离其另一侧100mm；在低于阳极室上部600mm处的3个点，其中的一个点位于该室两侧距离中点处，而另两个点分别处于距离其一侧100mm和距离其另一侧100mm处；以及在低于阳极室上部1000mm处的3个点，其中的一个点位于该室两侧距离中点处，而另两个点分别处于距离其一侧100mm和距离其另一侧100mm处。
在电解过程中电解槽中的振动通过下述方法确定。压力检测管的一端插入阳极室中，并且压力检测管的该端处于阳极侧气液分离室底壁下面10mm处(即，低于阳极室上部10mm处)。压力检测管的另一端与压力传感器相连。操作压力传感器，并通过分析记录器3655E(由日本Yokogawa Electric Corp.生产并销售)分析压力传感器输出的数据。将测得压力的最大值和最小值之差作为振动。
在电解槽中振动的测量结果和对阳极液中氯化钠浓度不均匀度(浓度差)的测量结果如表1所示。如表1所示，发现即使当电流密度高达60A/dm2时，电解槽中的振动(以水柱的高度计)也小于5cm H2O，并且阳极液中的浓度差为0.35N。
实施例2
提供电解单元槽，其中的每个具有与实施例1相同的结构，所不同的是进行了下述改变。阳极侧气液分离室27构造为具有图3所示的结构。特别地，阳极侧气液分离室27按照下述方法构造，其中在按照与实施例1相同的方式将与实施例1相同的钛板固定到穿孔底壁4A上之后，将与第二通道B宽度相同的钛多孔金属网2(它是具有与实施例1相同开孔面积比和相同开孔尺寸的穿孔板)水平固定到所示钛板的上边缘，如图3所示，其中钛多孔金属网2从壁1的钛板的上边缘水平延伸。另外，挡板21的高度(H2)(具有如图7所示的结构)变为400mm。
使用此种单元槽，按照与实施例1相同的方式组装电解槽。
使用所获得的电解槽，在与实施例1相同的条件下进行电解。
电解槽中的振动的测量结果和阳极液的氯化钠浓度不均匀度(浓度差)的测量结果如表1所示。如表1所示，发现即使当电流密高达60A/dm2时，电解槽中的振动也小于5cm·H2O(以水柱高度计)，并且阳极液中的浓度差为0.32N。
实施例3
提供电解单元槽，其中的每个具有与实施例1相同的结构，所不同的是，不使用挡板21和分布器28。
用此种单元槽，按照与实施例1相同的方式组装电解槽。
使用所获得的电解槽，按照与实施例1相同的条件进行电解。
电解槽中的振动的测量结果和阳极液中氯化钠浓度的不均匀度(浓度差)测量结果如表1所示。如表1所示，发现即使当电流密度高达60A/dm2时，电解槽中的振动(根据水柱的高度)也小于5cm·H2O，并且阳极液中的浓度差为0.95N。
对比例1
提供电解单元槽，其中的每个具有与实施例1相同的结构，所不同的是，进行下述改变。
阳极侧气液分离室27构造为具有如图5所示的结构。特别是，阳极侧气液分离室27按照下述方法构造。阳极侧气液分离室27的穿孔底壁4A的穿孔5通过下述方法形成，其中每个直径为10mm的圆孔以20mm的孔距沿底壁4A的纵向中心轴形成。阳极侧气液分离室27的穿孔底壁4A的开孔面积比为11％。另外，如图5所示，与实施例1相同的穿孔板(钛多孔金属网2)水平地固定到阳极侧气液分离室27的内壁上，以使钛多孔金属网2水平保持于阳极侧气液分离室27的穿孔底壁4A以上2mm的位置处。
另外，没有采用挡板21和分布器28。
使用此种单元槽，按照与实施例1相同的方式组装电解槽。
使用所获得的电解槽，在与实施例1相同的条件下进行电解。
电解槽中的振动的测量结果和阳极液中氯化钠浓度的不均匀度(浓度差)的测量结果如表1所示。如表1所示，有下述发现。当电流密度为50A/dm2时，电解槽中的振动(根据水柱的高度)高达15cm·H2O。当电流密度为60A/dm2时，电解槽中的振动高达32cm·H2O。而且，当电流密度为60A/dm2时，阳极液中的浓度差高达0.93N。结果表明，对比例1中使用的电解槽的缺陷是，当在高电流密度下进行电解时，产生巨大的振动，并且阳极液振动浓度分布(即，浓度中的不均匀度)变宽。
对比例2
提供电解槽，其中的每个具有与实施例1相同的结构，所不同的是，进行下述改变。
在阳极侧气液分离室27中不设置任何隔板。另外，阳极侧气液分离室27的穿孔底壁4A的穿孔5按照下述方法形成，其中每个直径为10mm的圆孔以20mm的孔距沿底壁4A的纵向中心轴形成。阳极侧气液分离室27的穿孔底壁4A的开孔面积比为11％。
(采用与实施例1相同的挡板和分布器。)
使用上述单元槽，按照与实施例1相同的方式组装电解槽。
使用所获得的电解槽，在与实施例1相同的条件下进行电解。
电解槽中振动的测量结果和阳极液中氯化钠浓度的不均匀度(浓度差)的测量结果如表1所示。如表1所示，有下述发现。当电流密度为50A/dm2时，电解槽中的振动(根据水柱的高度)高达21cm·H2O。当电流密度为60A/dm2时，电解槽中的振动高达38cm·H2O。而且，当电流密度为60A/dm2时，阳极液中的浓度差为0.37N。这些结果表明，对比例2中使用的电解槽的缺陷是，当在高电流密度下进行电解时，产生巨大的振动。
                                        表1
                电流密度(A/dm2)
   30   40   50   60
振动(cm·H2O) 实施例1    小于5   小于5   小于5   小于5
实施例2    小于5   小于5   小于5   小于5
实施例3    小于5   小于5   小于5   小于5
对比例1    小于5   5   15   32
对比例2    小于5   9   21   38
阳极液中的浓度差(N)*) 实施例1    0.17   0.21   0.27   0.35
实施例2    0.16   0.21   0.26   0.32
实施例3    0.49   0.68   0.81   0.95
对比例1    0.52   0.66   0.78   0.93
对比例2    0.19   0.23   0.27   0.37
*)“阳极液中的浓度差”指的是阳极液中最大浓度与最小浓度之差。
                      工业实用性
本发明用于双极、压滤式电解槽的单元槽的优点在于，气体和电解液可以在气体和电解液基本上完全相互分开的条件下排放，因此即使当电解在电流密度高达诸如50A/dm2或更高下进行时，也可显著抑制槽中振动的发生，从而防止了振动的不利影响，如离子交换膜发生破裂。
而且，当本发明的单元槽至少在阳极室和阴极室的阳极室具有挡板和/或电解液分布器，可有效促进在阳极室中电解液的循环，因此即使当电解在电流密度高达诸如50A/dm2或更高下进行时，阳极室中电解液的浓度分布也可保持狭窄，从而能够有效电解。

Claims (4)

1、用于双极、压滤式、碱金属氯化物水溶液电解槽的单元槽，该电解槽包括通过设置在各相邻单元槽之间的阳离子交换膜而串联排布的许多单元槽，每个单元槽包括：
具有阳极室和阳极侧气液分离室的阳极侧盘状体，该分离室设置在位于所述阳极室上方的阳极侧无电流流动空间并在所述阳极室上侧整个长度上延伸，以及
具有阴极室和阴极侧气液分离室的阴极侧盘状体，该分离室设置在位于所述阴极室上方的阴极侧无电流流动空间并在所述阴极室上侧整个长度上延伸，
所述阳极侧盘状体和所述阴极侧盘状体背对背设置，
所述阳极侧和阴极侧气液分离室具有穿孔的底壁，分别将阳极侧和阴极侧气液分离室与所述阳极室和所述阴极室分开，并且
每个所述气液分离室在其一端具有气体和液体的出口嘴，
改进之处包括，至少设置在所述阳极侧气液分离室和阴极侧气液分离室的所述阳极侧气液分离室中的气泡去除隔板，并且它由气液分离室的穿孔底壁向上延伸，
所述气泡去除隔板沿所述气液分离室的整个长度延伸，从而将所述气液分离室分成在其穿孔区域在所述底壁上形成的第一通道A和在其无穿孔区域在所述底壁上形成的第二通道B，
所述气泡去除隔板具有小孔部分，
该气泡去除隔板的所述小孔部分的小孔至少位于气液分离室底壁内表面以上10mm，
其中所述第二通道B与所述气体和液体出口嘴相连通，并且其中所述第二通道B通过所述小孔部分和所述第一通道A与阳极室连通。
2、根据权利要求1的单元槽，其中还包括，至少在阳极室和阴极室的阳极室中，设置在阳极室的上部的挡板，其中所述挡板设置为使向上流动通道C在所述挡板和阳极之间形成，并且向下流动通道D在所述挡板和阳极室背侧内壁之间形成。
3、根据权利要求2的单元槽，其中：
所述挡板的高度为300mm～600mm，
所述向上流动通道C在其下端具有比其上端更宽的宽度，并且按挡板和阳极之间的最小距离测量，其宽度为5mm～15mm，以及
所述向下流动通道D在其上端具有比其下端更宽的宽度，并且按挡板和阳极室的背侧内壁之间的最小距离测量，其宽度为1mm～20mm。
4、根据权利要求1-3中任一项的单元槽，其中还包括，至少在阳极室和阴极室的阳极室中，具有管状形态并设置在阳极室的下部的电解液分布器，
所述分布器具有许多电解液供入孔，并具有与阳极室的电解液进口嘴连通的进口，
其中每个所述电解液供入孔的截面积使得在单元槽操作过程中，当饱和盐水溶液作为电解液通过所述分布器以最小流速供入以便在电流密度为40A/dm2下进行电解时，每个电解液供入孔的压力损失为50mm·H2O～1000mm·H2O。
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