CN213013120U

CN213013120U - 一种电化学氟化串联电解槽

Info

Publication number: CN213013120U
Application number: CN202021097662.2U
Authority: CN
Inventors: 吝子东; 郝春晖; 冀延治; 李柄缘; 岳立平; 齐航; 李林; 曹红梅; 杨雷雷; 袁瑞玲
Original assignee: Peric Special Gases Co Ltd
Current assignee: Peric Special Gases Co Ltd
Priority date: 2020-06-15
Filing date: 2020-06-15
Publication date: 2021-04-20
Anticipated expiration: 2030-06-15

Abstract

本实用新型公开了一种电化学氟化串联电解槽，包括左端压板、右端压板、拉杆、碟形弹簧和紧固螺母；所述槽体内设置有左端极板、右端极板和中间极板，左端极板上焊接有用于连接电源负极的左接线柱，右端极板上焊接有用于连接电源正极的右接线柱，中间极板为双极性极板；在左端极板与右端极板通过若干双极性主极板分隔成若干个独立的电解小室；在每个电解小室中设置有用于隔离阴极和阳极的隔膜，隔膜表面覆盖有催化电极；所述中间极板的底部设置电解进液口、其顶部设置阳极气液出口和阴极气液出口。本实用新型采用串联式结构，具有小电流、高电压、结构紧凑、电流效率高、工作可靠、维修方便、耐腐蚀性强等特点，适合工业化生产。

Description

一种电化学氟化串联电解槽

技术领域

本实用新型涉及一种电化学氟化串联电解槽，属于电化学氟化技术领域。

背景技术

氟是最活泼的非金属元素，电负性最强及它的半径与氢原子半径相近。当药物中引入氟原子或含氟基团后，具有一系列特殊的性质如拟态效应、亲脂性、稳定性等。因此，不少含氟药物比不含氟的药物毒性要低、药效要高、代谢要强、药性更持久。近年来，随着在医药、农药等领域具有生理活性的含氟化合物的发现及成功的应用，促进了氟化学的快速发展。

电化学氟化是利用电极反应一步将氟原子引入有机或无机物的有效途径，最早由美国化学家西蒙斯在1941年发明，1946年美国3M公司开始将其应用于工业生产中。西蒙斯电解槽采用圆柱形或方形电极堆结构，由槽盖、绝缘密封垫、槽体、槽底板、阳极组件、阴极组件、蛇形冷却器、回流冷却器、给料管、下料管、电源引线板等组成，阴、阳极组件间隔绝缘交叉垂直悬放于电解槽中。其电解过程为：氟化氢与电解质的混合物在电解槽阴、阳极发生电化学氟化反应，阴极产氢气或其它还原性物质、阳极产低沸点气态物质。由于电化学氟化的电解介质是腐蚀性强的无水氟化氢，因而电解槽的槽体采用耐无水氟化氢腐蚀的材质，通常电解阳极选用镍材质，电解阴极可用镍或碳钢材质，用冷却夹套移去电解过程中产生的热量。西蒙斯电解槽是单极性电解槽，通过接线柱将各个电极组件并联连接到低压直流电源上，电极两面的极性相同，即同时为阴极或阳极。

西蒙斯电解槽极板的单极特性，规模化生产中需要将许多电解小室并联，导致电解槽供电低电压、大电流，需要供电线路、电源母线投入大，线路电损严重；同时，由于电流大，这种并联接法产生的热量也非常高，必须另外增加散热设备，造成额外的高功耗。西蒙斯电解槽将散热装置与电极放到一个容器中，存在电解液与冷媒互串的风险，且电解槽上部设有阴极、阳极气相空间，容易出现爆响现象。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本实用新型的目的在于提供一种电化学氟化串联电解槽。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：

一种电化学氟化串联电解槽，所述槽体包括平行设置的左端压板和右端压板、设置在左端压板和右端压板之间的若干拉杆，拉杆两端通过碟形弹簧和紧固螺母锁紧固定；所述槽体内设置有左端极板、右端极板和中间极板，靠近所述左端压板的左端极板上焊接有用于连接电源负极的左接线柱，靠近所述右端压板的右端极板上焊接有用于连接电源正极的右接线柱，所述中间极板为双极性极板；在左端极板与中间极板之间、右端极板与中间极板之间均并排设置有若干个双极性主极板，所述若干双极性主极板之间采用阳极电极板和阴极电极板间隔设置的方式排布，将电解槽分隔成若干个独立的电解小室；在每个电解小室中设置有催化电极。优选地，在每个电解小室中设置有用于隔离阴极和阳极的隔膜，隔膜表面覆盖上述催化电极；

所述中间极板的底部设置电解进液口、其顶部设置阳极气液出口和阴极气液出口，所述电解进液口连通至各电解小室的下部进液口，所述阳极气液出口、阴极气液出口分别连通至各电解小室的上部汽液出口。

本实用新型的进一步改进在于：在左端极板与左端压板之间、右端极板与右端压板之间均设置有绝缘板。

本实用新型的进一步改进在于：所述双极性主极板包括板框、阳极电极板、阴极电极板和催化支撑架，所述板框由设置在边缘的密封区、设置在中央的电解区组成，在电解区内开设有用于安装阳极电极板和阴极电极板的安装槽；催化支撑架设置在电解区的外表面。

本实用新型的进一步改进在于：所述密封区外部覆盖有防腐层，所述催化支撑架由间隔排布的凸起和沟槽组成。所述防腐层为聚四氟乙烯(PTFE)、四氟乙烯(PFA)、聚全氟乙丙烯(F46)、四氟乙烯共聚物(F40)中的一种或几种的混合物。

本实用新型的进一步改进在于：相邻两个所述双极性主极板之间设置有绝缘密封垫片。所述绝缘密封垫片的材质为聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯中的任意一种。

本实用新型的进一步改进在于：所述电解小室的极间距为1.5～10mm，电流密度在20～100mA/cm²。

本实用新型的进一步改进在于：所述电解区采用镍制成；密封区采用碳钢或不锈钢制成。

由于采用了上述技术方案，本实用新型取得的技术进步是：

本实用新型提供了一种电化学氟化串联电解槽，采用串联式结构代替原本的并联式结构，串联电解小室的电流相同、总电压为所有电解小室电压之和，电解电流大幅降低，即减少了供电线路数量，又降低了电解时所产生的热量和电解功耗，具有小电流、高电压、结构紧凑、电流效率高、工作可靠、维修方便等优点。同时，本实用新型具有良好的密封性和耐腐蚀性，适合工业化生产。

本实用新型降低了电解热量，因而得以在电解槽内不设换热通道，电解槽产生的电阻热可以通过外部冷却器进行交换；电解槽内部的电解液与冷媒不直接接触，不存在互混危险，保证电解过程可靠进行。

本实用新型采用双极性主极板作为电解小室的分隔板，并在双极性主极板外侧设置了催化支撑架，大大增加了两侧极板的接触面，有效保证了电极和隔膜之间的零间距，提高了电解效率。

附图说明

图1为本实用新型的主视结构示意图；

图2为图1中的局部剖视示意图；

图3为本实用新型实施例1～3的左视结构示意图；

图4为本实用新型实施例4的左视结构示意图；

图5为本实用新型双极性主极板的结构示意图；

其中，1、左端压板；2、绝缘板；3、左端极板；4、绝缘密封垫片；5、双极性主极板；51、板框；52、密封区；53、电解区；54、催化支撑架；55、防腐层；6、隔膜；7、催化电极；8、左接线柱；9、中间极板；11、碟形弹簧；12、紧固螺母；13、拉杆；14、右接线柱；15、右端压板；16、右端极板；17、电解液进口；18、阳极气液出口；19、阴极气液出口。

具体实施方式

下面将参考附图和实施例来详细说明本实用新型。

实施例1

一种电化学氟化串联电解槽，如图1所示，所述槽体包括平行设置的左端压板1和右端压板15，左端压板1与右端压板15之间垂直设置有若干拉杆13；所述拉杆13沿左端压板1和右端压板15的边缘均匀布置，其两端分别贯穿左端压板和右端压板、套装碟形弹簧11后用紧固螺母12锁紧，形成耐压性和密封性良好的槽体。所述左端压板1、右端压板15为碳钢镀镍板，在左端压板1、右端压板15上对应设置有拉杆穿孔，拉杆穿孔上连接接地装置。

在靠近所述左端压板1的一侧设置左端极板3，左端极板3上焊接有左接线柱8，用于连接整流电源负极；在靠近所述右端压板15的一侧设置右端极板16，右端极板16上焊接有右接线柱14，用于连接整流电源正极，从而为电解槽提供电解电能。在左端极板3与左端压板1之间、右端极板16与右端压板15之间均设置有绝缘板2，所述绝缘板2的材质为乙烯-四氟乙烯共聚物，可防止相邻的端压板与端极板连电发生短路，提高电解生产安全性。

在左端压板1、右端压板15的中央设置中间极板9，中间极板9为双极性极板；在左端极板3与中间极板9之间、右端极板16与中间极板9之间均并排设置有若干个双极性主极板5，双极性主极板5的一面为阳极电极板、另一面为阴极电极板；所述若干双极性主极板5之间采用阳极电极板和阴极电极板间隔设置的方式排布，即两个相邻的双极性主极板中，其中一个双极性主极板的阳极电极板与另一个双极性主极板的阴极电极板相对设置，将电解槽分隔成若干个独立的电解小室。

所述中间极板9是电解槽的气、液枢纽，在中间极板9的底部设置电解进液口17，其顶部设置阳极气液出口18和阴极气液出口19，其内部设置与电解液进口17相连通的进液通道、分别与阳极气液出口18和阴极气液出口19相连通的两个气液通道。所述进液通道位于中间极板9下部，其一端与电解进液口相连通，另一端分支为多个进液支管与各电解小室相连通，用于将电解液均匀分配至各个电解小室；所述阳极气液管道和阴极汽液管道位于中间极板9上部，阳极气液管道的一端通过各阳极气液支管与各电解小室连通、另一端连接阳极气液出口，阴极汽液管道的一端通过各阴极气液支管与各电解小室连通、另一端连接和阴极汽液出口，各个电解小室的阴极生成物收集汇总后经阴极汽液出口排出，各个电解小室的阳极生成物收集汇总后经阳极汽液出口排出。

所述双极性主极板5，如图2、图5所示，包括板框51、阳极电极板、阴极电极板和催化支撑架54；所述板框51由设置在边缘的密封区52、设置在中央的电解区53组成，所述电解区53内开设有安装槽，阳极电极板和阴极电极板并排固定在安装槽内；催化支撑架54设置在电解区53的外表面上，起电解液通道和支撑隔膜的作用。所述催化支撑架54由间隔排布的凸起和沟槽组成，其结构可以多种，例如图5所示的，催化支撑架由间隔排布的半圆形凸起和方形沟槽组成，例如图2所示的，催化支撑架由间隔排布的方形凸起和方形沟槽组成。在另一实施例中，电解区53中固定的阳极电极板和阴极电极板也可以替换为一体的双极性电极。

所述密封区52外部覆盖有防腐层，避免电解过程产生的离子腐蚀板框51。所述板框51的材质为镍、碳钢、不锈钢中的一种或其中的两种，通常来说，电解区53为镍制，密封区52为碳钢或不锈钢；所述防腐层为PTFE、PFA、F46、F40中的一种或几种的混合物。

在相邻两个双极性主极板5之间设置有绝缘密封垫片4，使各电解小室形成密闭、绝缘的电解空间。所述绝缘密封垫片4的材质为聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯中的任意一种。

在每个电解小室中均设置有隔膜6，将电解小室的阴极、阳极分开，便于生成物收集。在隔膜6的表面覆盖有催化电极7，可降低阴极、阳极之间的超电位。所述隔膜6的材质为聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、全氟磺酸树脂中的一种或几种复合而成；催化电极7为镍丝网、泡沫镍或拉伸网。

所述电解小室的极间距为1.5～10mm，电流密度在20～100mA/cm²。

在本实施例中，所述左端压板、左端极板、中间极板、右端极板、右端压板、双极性主极板均为如图3所示的圆形，十二根拉杆沿圆周均布固定。

实施例2

本实施例与实施例1结构基本相同，其区别在于：当电解阴极、阳极所生成的物质相对惰性时，去掉隔膜6。

当电解阴极、阳极所生成的物质相对惰性时，两种生成物之间不易发生反应，因而无需用隔膜来分离，可以去除；去除隔膜之后，将催化电极机械固定到双极性主极板5的表面即可。

去除隔膜之后，电解槽中没有隔膜电阻，因而更加省电节能，同时，槽体结构更为简单，结构更为紧凑，维修方便。

实施例3

本实施例与实施例1结构基本相同，其区别在于：所述左端压板、左端极板、中间极板、右端极板、右端压板、双极性主极板均为如图4所示的方形，十二根拉杆沿方形四周均布固定。

由于供货商提供的镍板多为方形，若加工成圆形会浪费大量的昂贵镍板，因此，可直接将电解槽设置为方形，以减少对镍板的浪费；但是，与实施例1的圆柱形电解槽相比，本实施例电解槽的耐压性稍低。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种电化学氟化串联电解槽，包括平行设置的左端压板(1)和右端压板(15)、设置在左端压板(1)和右端压板(15)之间的若干拉杆(13)，拉杆(13)两端通过碟形弹簧(11)和紧固螺母(12)锁紧固定，其特征在于：所述电解槽内设置有左端极板(3)、右端极板(16)和中间极板(9)，靠近所述左端压板(1)的左端极板(3)上焊接有用于连接电源负极的左接线柱(8)，靠近所述右端压板(15)的右端极板(16)上焊接有用于连接电源正极的右接线柱(14)，所述中间极板(9)为双极性极板；在左端极板(3)与中间极板(9)之间、右端极板(16)与中间极板(9)之间均并排设置有若干个双极性主极板(5)，若干所述双极性主极板(5)之间采用阳极电极板和阴极电极板间隔设置的方式排布，将电解槽分隔成若干个独立的电解小室；在每个电解小室中设置有催化电极(7)；

所述中间极板(9)的底部设置电解进液口(17)、其顶部设置阳极气液出口(18)和阴极气液出口(19)，所述电解进液口(17)连通至各电解小室的下部进液口，所述阳极气液出口(18)、阴极气液出口(19)分别连通至各电解小室的上部汽液出口。

2.根据权利要求1所述的一种电化学氟化串联电解槽，其特征在于：在左端极板(3)与左端压板(1)之间、右端极板(16)与右端压板(15)之间均设置有绝缘板(2)。

3.根据权利要求1所述的一种电化学氟化串联电解槽，其特征在于：所述双极性主极板(5)包括板框(51)、阳极电极板、阴极电极板和催化支撑架(54)，所述板框(51)由设置在边缘的密封区(52)、设置在中央的电解区(53)组成，在电解区(53)内开设有用于安装阳极电极板和阴极电极板的安装槽；催化支撑架(54)设置在电解区(53)的外表面。

4.根据权利要求3所述的一种电化学氟化串联电解槽，其特征在于：所述密封区(52)外部覆盖有防腐层(55)，所述催化支撑架(54)由间隔排布的凸起和沟槽组成。

5.根据权利要求4所述的一种电化学氟化串联电解槽，其特征在于：所述防腐层(55)为PTFE或PFA或F46或F40。

6.根据权利要求3所述的一种电化学氟化串联电解槽，其特征在于：所述电解区(53)采用镍制成；密封区(52)采用碳钢或不锈钢制成。

7.根据权利要求1所述的一种电化学氟化串联电解槽，其特征在于：相邻两个所述双极性主极板(5)之间设置有绝缘密封垫片(4)。

8.根据权利要求7所述的一种电化学氟化串联电解槽，其特征在于：所述绝缘密封垫片(4)的材质为聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯中的任意一种。

9.根据权利要求1所述的一种电化学氟化串联电解槽，其特征在于：所述电解小室的极间距为1.5～10mm，电流密度在20～100mA/cm²。

10.根据权利要求1所述的一种电化学氟化串联电解槽，其特征在于：在每个电解小室中设置有用于隔离阴极和阳极的隔膜(6)，隔膜(6)表面覆盖所述催化电极(7)；所述隔膜的材质为聚乙烯或聚丙烯或聚四氟乙烯或全氟磺酸树脂。