CN200992578Y - 10kA碳钢中温制氟电解槽 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种10kA碳钢中温制氟电解槽，它还包括泄压管、隔膜、阴极导电板；氟气出口管下端均设有一个隔膜，隔膜固定在大盖板的下表面，炭阳极板分装在隔膜形成的阳极腔内，炭阳极板与隔膜之间有一定间隙，大盖板上均设有若干个泄压管，且泄压管均贯穿大盖板，泄压管的下端与隔膜形成的阳极腔连通，槽体壁外的阴极导电连板一端位于槽体法兰的下端且与槽体法兰连接，阴极导电连板的另一端位于阴极法兰的下端且与阴极法兰连接。本实用新型的电解槽槽体为碳钢材质，阳极板的波纹板式结构利于气体的导出和降低极化现象的发生，直通式的冷却排管更利于槽温的控制，泄压管避免了因压力过大发生爆响而导致槽体和阴极的变形。
Description
一、技术领域
本实用新型涉及一种电解制氟装置，特别是一种10kA碳钢中温制氟电解槽。
二、背景技术
现有的电解制氟装置以蒙乃尔为槽体材料，价格昂贵，加工难度大，单台最高电流3000A。阴、阳极结构均为平板式，阳极炭板只有部分插入电解液中，导致有效电极面积小，电流不高，且每组炭板共用一套铜夹板，易造成每块炭板上的电流分布不均，在运行过程中容易造成阳极极化，降低炭板使用寿命，另外炭板部分暴露在F2氛围中还容易造成产品中CF4含量高，影响产品质量，单块炭阳极最高电流密度0.07A/cm2，阴极板式结构不利于电解质的离子迁移，每组阴极由4根导电杆引出槽外，阴、阳极气体逸出的路径长；热交换系统采用槽内敷设蛇管或列管，管程长、阻力大，换热效果差，且焊缝处易腐蚀穿孔；因阴阳极区压力过大发生爆响容易损坏槽体和阴极等部件，槽体未加任何防腐蚀措施。
申请号为92105835.7的专利申请，公开了一种“改进的电解制氟方法及专用的电解槽”，它包括槽体、炭阳极、阴极兼换热部件、载热流体通道、F2出口、H2出口、阴极导电管、阳极导电杆、电解槽盖、绝缘填料、绝缘垫片或绝缘接管、电解质液面、载热流体通道连通管、HF通入口。其阴极本身具有热交换器的结构，其内部具有能允许载热流体经过的通道，不存在与槽体等电位的换热器，阴极与槽体之间有绝缘材料隔开，阴极与载热流体输送管道之间有绝缘垫片或绝缘接管隔开。
申请号为US4511440的专利申请，公开了一种制氟电解槽的改进装置，其阳极具有一内部通道，或具有水平凹槽，使得阳极的工作面积得到充分的扩大，从而有能力排出内部的氟气。阴极为一种百叶窗结构，该装置能够有效的通过阴极通道抽出氟气，并通过阴极的百叶窗结构排出同时产生的氢气。
三、发明内容
本实用新型的目的在于提供一种10kA碳钢中温制氟电解槽，该电解槽槽体为碳钢材质，阳极板的波纹板式结构利于气体的导出和降低极化现象的发生，直通式的冷却排管更利于槽温的控制，泄压管避免了因压力过大发生爆响而导致槽体和阴极的变形。
实现本实用新型目的的技术方案：一种10kA碳钢中温制氟电解槽，槽体上设有阴极法兰和大盖板，大盖板上设有与槽体相通的取样管、吹氮管、HF加料管、氟气出口管、氢气出口管和阳极导电杆，槽体上设有贯穿其侧壁的热交换循环水管，在槽体内的阳极导电杆的下端设有炭阳极板，槽体内大盖板下方依次设有阴极吊架、阴极连板、阴极板；其特征在于它还包括泄压管、隔膜、阴极导电板；每个氟气出口管下端均设有一个隔膜，隔膜垂直固定在大盖板的下表面，隔膜呈马鞍形，炭阳极板分装在隔膜形成的阳极腔内，炭阳极板与隔膜之间有一定间隙，每块大盖板上均设有若干个泄压管，且泄压管均贯穿大盖板，泄压管的下端与隔膜形成的阳极腔连通，槽体壁外的阴极导电连板一端位于槽体法兰的下端且与槽体法兰连接，阴极导电连板的另一端位于阴极法兰的下端且与阴极法兰连接。
本实用新型的效果：(1)槽体结构全部采用低碳钢加阴极保护运行，电解槽内设有阴极组件，阴极组件包括阴极吊架、阴极板、阴极连板，阴极组件连接在槽体内两端壁上，槽体外壁设有阴极导电板、阴极法兰和阴极导电连板，使整槽体成为负电荷载体，形成电解槽运行通电性能可靠和槽体在电解运行中负电荷保护下减少槽体电化学腐蚀和电解液化学腐蚀的双重作用。(2)炭阳极板为波纹板式结构，有利于氟气导出；由于氟和碳的作用使阳极表面生成一层不导电的氟碳化物薄膜，减少了阳极上附着扁平的氟气泡数量，从而降低了电极的电阻，减少了阳极极化现象的发生几率；炭阳极板全部浸入电解液，增加了导电面积，降低了极间电压，炭阳极板与铜阳极导电杆连接引出槽外，这种导电方式可降低能耗并利于散热。(3)通过对炭阳极板结构的改进，降低了同等电流条件下的槽电压，提高了电流效率；改进前电流为10000安培时，槽体的极间电压平均为10V，电流效率为80％；改进后电流为10000安培时，槽体的极间电压为8.95V，电流效率为90％，相同电流强度下极间电压降低了1.05V，电解槽相应能耗降低了10.5％。(4)槽内热交换循环水管为10排钢管组成，管程短，热交换面积大，有利于散热，使得槽体内电解液的温度均衡、稳定，易于控制。而且纵向的相互连通的直通式排管排列方式，增加了槽体的强度。(5)隔膜把炭阳极板和阴极板分成两个区域，阴阳极间距为25cm～70cm，阴阳极气体通过各自不同的通道导出。(6)槽体由碳钢材质构成，单槽运行电流10000A～12000A，经过预处理后的炭阳极板最高电流密度可达0.15A/cm2。(7)氟气出口管与泄压管连通，避免电解槽因故障发生爆响对槽体和阴极板等造成的损坏，提高了设备的安全性。
四、附图说明
图1为10kA碳钢中温制氟电解槽主剖视图。
图2为10kA碳钢中温制氟电解槽左剖视图。
图3为10kA碳钢中温制氟电解槽俯视图。
图4为炭阳极板结构示意图。
图5为阴极板结构示意图。
图中：1.取样管；2.吹氮管；3.阳极导电杆；4.泄压管；5.HF加料管；6.氟气出口管；7.氢气出口管；8.大盖板；9.阴极导电连板；10.阴极法兰；11.炭阳极板；12.热交换循环水管；13.槽体；14.循环水出口管；15.循环水入口管；16.紧固卡；17；密封胶条；18.膈膜；19.阴极板；20.槽体法兰；21.阴极导电板；22.螺栓；23.阴极连板；24.阴极吊架。
五、具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。
如图1、图2、图3所示，10kA碳钢中温制氟电解槽包括取样管1、吹氮管2、阳极导电杆3、泄压管4、HF加料管5、氟气出口管6、氢气出口管7、大盖板8、阴极导电连板9、阴极法兰10、炭阳极板11、热交换循环水管12、槽体13、循环水出口管14、循环水入口管15、紧固卡16、密封胶条17、隔膜18、阴极板19、槽体法兰20、阴极导电板21、螺栓22、阴极连板23、阴极吊架24。槽体13上端为槽体法兰20，其上设有阴极法兰10、大盖板8，槽体法兰20、阴极法兰10、大盖板8之间均设有密封胶条17；大盖板8是两块大小相等的10kA碳钢板，两块大盖板8之间通过一块钢板相连，两块大盖板8与此钢板通过螺栓连接；槽体法兰20、阴极法兰10、大盖板8通过紧固卡16固定连接；槽体13壁外的呈“”字型的阴极导电连板9一端位于槽体法兰20的下端且与槽体法兰20螺栓连接，阴极导电连板9的另一端位于阴极法兰10的下端且与阴极法兰10螺栓连接；阴极法兰10位于槽体13侧壁外的一端上设有阴极导电板21且其与阴极导电板21通过螺栓22连接；阴极吊架24为一块长方形钢板且焊接在大盖板8下端，阴极连接板23的一端与阴极板19连接，阴极板19位于炭阳极板11两侧，阴极连接板23的另一端焊接在阴极吊架24的下端；十六个阳极导电杆3均贯穿大盖板8，阳极导电杆3与槽体大盖板8之间设有绝缘材料，其中每两个阳极导电杆3的下端焊接在同一块铜板上，铜板下端设有一块镁板、三块炭阳极板11，铜板与镁板之间留有缝隙，镁板直接覆盖在炭阳极板11上，铜板、镁板和炭阳极板11通过铜螺杆连接，铜螺杆依次贯穿铜板和镁板且穿入炭阳极板11内部；两块大盖板8上均设有一个取样管1，且取样管1依次贯穿大盖板8、阴极吊架24，每个取样管1的一侧均设有一排共三个吹氮管2；每块大盖板8上均设有将其贯穿的一排共两个氟气出口管6和一个氢气出口管7；每个氟气出口管6下端均设有一个隔膜18，隔膜18垂直固定在大盖板8的下表面，隔膜18呈马鞍形，炭阳极板11分装在隔膜18形成的阳极腔内，炭阳极板11与隔膜18之间有一定间隙；每块大盖板8上均设有一排共两个泄压管4，且泄压管4均贯穿大盖板8，泄压管4的下端与隔膜18形成的阳极腔连通；槽体13内设有贯穿其侧壁的均匀分布的共十排自下而上依次相互连通的直通式热交换循环水管12，并将其上的所有焊缝置于槽体13外，每排热交换循环水管12的最上端水管的自由端设有循环水入口管15，每排热交换循环水管12的最下端水管的自由端设有循环水出口管14。
如图4所示，炭阳极板11为波纹板式结构，波纹板式的结构特征在于表面刨成“V”型槽，增大炭板的有效电解面积。
如图5所示，阴极板19的结构为百叶窗结构，该结构增加阴极表面积，阴极产生的氢气通过斜板的导流，减少氢气进入阳极腔的几率，避免或减少氢气与氟气混合，百叶角度为15°～60°。
炭阳极板11和阴极板19之间的距离为25cm～70cm。阴阳极出口管径为100mm，爆破片设计压力为0.1MPa。
槽体13由碳钢材质构成，外形尺寸为2400mm×1660mm×1500mm；热交换循环水管12总换热面积为5m2～10m2。
Claims (7)
1.一种10kA碳钢中温制氟电解槽，槽体(13)上设有阴极法兰(10)和大盖板(8)，大盖板(8)上设有与槽体(13)相通的取样管(1)、吹氮管(2)、HF加料管(5)、氟气出口管(6)、氢气出口管(7)和阳极导电杆(3)，槽体(13)上设有贯穿其侧壁的热交换循环水管(12)，在槽体(13)内的阳极导电杆(3)的下端设有炭阳极板(11)，槽体(13)内大盖板(8)下方依次设有阴极吊架(24)、阴极连板(23)、阴极板(19)；其特征在于它还包括泄压管(4)、隔膜(18)、阴极导电板(9)；每个氟气出口管(6)下端均设有一个隔膜(18)，隔膜(18)垂直固定在大盖板(8)的下表面，炭阳极板(11)分装在隔膜(18)形成的阳极腔内，炭阳极板(11)与隔膜(18)之间有一定间隙，每块大盖板(8)上均设有若干个泄压管(4)，且泄压管(4)均贯穿大盖板(8)，泄压管(4)的下端与隔膜(18)形成的阳极腔连通，槽体(13)壁外的阴极导电连板(9)一端位于槽体法兰(20)的下端且与槽体法兰(20)连接，阴极导电连板(9)的另一端位于阴极法兰(10)的下端且与阴极法兰(10)连接。
2.如权利要求1所述的10kA碳钢中温制氟电解槽，其特征在于所述的隔膜(18)呈马鞍形。
3.如权利要求1所述的10kA碳钢中温制氟电解槽，其特征在于所述的阴极导电连板(9)呈“
”字型。
4.如权利要求1所述的10kA碳钢中温制氟电解槽，其特征在于所述的碳阳极板(11)为波纹板式结构，表面成“V”型槽。
5.如权利要求1所述的10kA碳钢中温制氟电解槽，其特征在于所述的槽体(13)内设有贯穿其侧壁的均匀分布的共十排自下而上依次相互连通的直通式排热交换循环水管(12)，并将其上的所有焊缝置于槽体(13)外。
6.如权利要求1所述的10kA碳钢中温制氟电解槽，其特征在于所述的槽体法兰(20)、阴极法兰(10)、大盖板(8)之间均依次密封胶条(17)。
7.如权利要求1所述的10kA碳钢中温制氟电解槽，其特征在于所述的阳极导电杆(3)的下端固定连接在铜板上，铜板下端依次设有镁板、炭阳极板(11)，铜板与镁板之间留有缝隙，镁板直接覆盖在炭阳极板(11)上，铜板、镁板和炭阳极板(11)通过铜螺杆连接，铜螺杆依次贯穿铜板和镁板且穿入炭阳极板(11)内部。
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