CN218812124U - 可高电流密度运行的次氯酸钠电解生产装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可高电流密度运行的次氯酸钠电解生产装置，包括电解槽外壳和电极组，电极组设置于电解槽外壳内；所述电极组包括阴极板、阳极板、阴极导流件和阳极导流件；阴极板和阳极板交错设置，板面相对，自一端向另一端依次形成阴极板区域、双极板区域和阳极板区域，阴极板均与阴极导流件连接，阳极板均与阳极导流件连接；双极板区域的极板之间通过电极连接杆连接，且相邻极板之间设置绝缘隔板；阴极板为钛基氧化物电极；沿电解槽外壳的长度方向，在电解槽外壳上设置有电解小室隔板，将电解槽内部空间分隔为若干个电解小室；在靠近电解液流动路径的中间区域对应的电解槽外壳上设置有至少一个补水口。

Description

可高电流密度运行的次氯酸钠电解生产装置

技术领域

本实用新型涉及消毒剂电解制备技术领域，涉及一种可高电流密度运行的次氯酸钠电解生产装置，用于制备次氯酸钠，次氯酸钠一般用于在水处理过程中对水进行消毒。

背景技术

这里的陈述仅提供与本实用新型相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

次氯酸钠(NaClO)因其高效广谱的消毒性能被广泛应用于各种水处理消毒场所。目前国内次氯酸钠生产工艺为无膜法电解，即一定浓度的稀盐水在无膜电解槽中进行电解形成次氯酸钠溶液，因其原料安全易得，操作安全，使用方便，目前得到广泛应用。

根据法拉第电解定律可知，电解槽每通过1A.h的电量，有效氯的理论生成量为1.323g，因此考虑到电流效率，可得到单台设备有效氯产量公式

G＝1.323NITη                       (1)

其中G代表有效氯产量，g/h；N代表电解小室个数；I代表通入电流，A；T 代表电解时间，h；η代表电流效率，％。

因电流I＝Q*S，Q代表电流密度，A/m²；S代表电极面积，m²。

故公式(1)可写为

G＝1.323NQSTη                       (2)

由公式(2)可知，提高单位产能的方法主要由两种：一是增加电解面积或电解小室个数；二是提高运行的电流密度。增加电解面积或者小室个数不仅会增加设备制造成本，同时使得设备过于笨重，不利于设备加工组装及安全运行性。相比较而言，发展高电流密度的电解装置具有提高生产能力及性能，节省设备成本及设备轻量化发展等优点。

目前国内次氯酸钠电解槽运行的电流密度为600-900A/m²之间，实用新型人发现，在现有技术上直接提高电流密度会带来如下问题：

(1)国内次氯酸钠发生器阴极多为纯钛材质，纯钛阴极的析氢过电位随着电流密度升高而增大；此外，国内多采用极间距2-3mm左右，导致电极之间的溶液电阻也会增大，二者综合作用使槽压升高，电耗增大，用电成本增加。

(2)槽压升高使得电解槽发热量变大，槽内温度升高，次氯酸钠分解速度加快，消毒副产物氯酸盐含量增加，导致电流效率降低，同时需要额外增加热交换设备，增加了设备的成本。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的是提供一种可高电流密度运行的次氯酸钠电解生产装置，通过引入高催化钛基金属氧化物析氢电极来降低阴极部分析氢过电位，同时对整个电解槽结构进行优化，减小阴阳极之间的极间距降低溶液压降，增加一级补水工艺对电解槽内部进行降温，减小电解槽发热量。

为了实现上述目的，本实用新型是通过如下的技术方案来实现：

本实用新型提供一种可高电流密度运行的次氯酸钠电解生产装置，包括电解槽外壳和电极组，电极组设置于电解槽外壳内；

所述电极组包括阴极板、阳极板、阴极导流件和阳极导流件；

阴极板和阳极板交错设置，板面相对，自一端向另一端依次形成阴极板区域、双极板区域和阳极板区域，阴极板均与阴极导流件连接，阴极导流件与电解电源阴极端连接，阳极板均与阳极导流件连接，阳极导流件与电解电源阳极端连接；

双极板区域的极板之间通过电极连接杆连接，且相邻极板之间设置绝缘隔片；

阴极板为钛基氧化物电极；

沿电解槽外壳的长度方向，在电解槽外壳上设置有电解小室密封隔板，将电解槽内部空间分隔为若干个电解小室，使大部分盐水从电极之间流过；

在靠近电解液流动路径的中间区域对应的电解槽外壳上设置有至少一个补水口。

上述本实用新型的一种或多种实施例取得的有益效果如下：

1)本实用新型提供的一种可高电流密度运行的次氯酸钠电解装置，通过在阴极板引入高催化钛基金属氧化物析氢电极来降低阴极部分析氢过电位，降低电耗。

2)本实用新型将电极间距降为0.6-1mm，极大地降低了电极之间的溶液压降，进一步降低了电解能耗。

3)本实用新型采用一级补水工艺，降低了电解过程中内部的温度，减小电解槽的发热量。

附图说明

构成本实用新型的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

图1是本实用新型实施例的电解槽的整体结构示意图；

图2是本实用新型实施例的电极组结构示意图；

图3是图2中A处的放大图；

图4是本实用新型实施例的电极组的轴侧图结构示意图；

图5是本实用新型实施例的双极板的截面结构示意图；

图6是本实用新型实施例的一级补水工艺流程示意图；

图7是本实用新型实施例1的电解槽与常规型号电解槽槽压随电解时间的变化对比图；

图8是本实用新型实施例1的电解槽与常规型号电解槽温升随电解时间的变化对比图；

图9是本实用新型实施例1的电解槽与常规型号电解槽盐耗随电解时间的变化对比图；

图10是本实用新型实施例2的电解槽与常规型号电解槽槽压随电解时间的变化对比图；

图11是本实用新型实施例2的电解槽与常规型号电解槽温升随电解时间的变化对比图；

图12是本实用新型实施例2的电解槽与常规型号电解槽盐耗随电解时间的变化对比图；

图13是本实用新型实施例3的电解槽与常规型号电解槽槽压随电解时间的变化对比图；

图14是本实用新型实施例3的电解槽与常规型号电解槽温升随电解时间的变化对比图；

图15是本实用新型实施例3的电解槽与常规型号电解槽盐耗随电解时间的变化对比图。

其中：1、电解槽外壳；1-1、端密封法兰；1-2、可视管状外壳；

2、电解组；2-1、阴极板；2-2、双极板；2-3、阳极板；2-4、阴极导流件； 2-5、阳极导流件；2-6、电解小室隔板；2-7、电极连接杆；2-8、挡板；2-9、绝缘隔片；

3、进液口；4、补水口；5、出液口；

Ⅰ第一电解小室；Ⅱ第二电解小室；Ⅲ第三电解小室；Ⅳ第四电解小室；Ⅴ第五电解小室；Ⅵ第六电解小室。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本实用新型提供进一步的说明。除非另有指明，本实用新型使用的所有技术和科学术语具有与本实用新型所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

第一方面，本实用新型提供一种可高电流密度运行的次氯酸钠电解生产装置，包括电解槽外壳和电极组，电极组设置于电解槽外壳内；

所述电极组包括阴极板、阳极板、阴极导流件和阳极导流件；

阴极板和阳极板交错设置，板面相对，自一端向另一端依次形成阴极板区域、双极板区域和阳极板区域，阴极板均与阴极导流件连接，阴极导流件与电解电源阴极端连接，阳极板均与阳极导流件连接，阳极导流件与电解电源阳极端连接；

双极板区域的极板之间通过电极连接杆连接，且相邻极板之间设置绝缘隔片；

阴极板为钛基金属氧化物涂层电极；

沿电解槽外壳的长度方向，在电解槽外壳上设置有隔板，将电解槽内部空间分隔为若干个电解小室；

在靠近电解液流动路径的中间区域对应的电解槽外壳上设置有至少一个补水口。

电解小室隔板，将电解槽内部空间分隔为若干个电解小室，同时支撑整个电极组，防止电极组中间部分下坠，隔板底部的部分区域与电解槽底部留有一定间距，以允许电解液流过。

在一些实施例中，所述双极板区域位于各个电解小室内。

在一些实施例中，阴极板和阳极板之间的间距为0.6-1mm。极板之间的间距通过绝缘隔片厚度进行调节。

在一些实施例中，阴极板的电极涂层选自氧化铱、氧化钼、氧化镍、氧化钌、氧化镧、氧化铈或氧化钛中的一种或多种的混合物。

电极涂层用于提高阴极部分的析氢催化活性，降低阴极的析氢过电位，降低整个电解槽能耗。

在一些实施例中，双极板区域中的阴极板和阳极板之间对焊连接_，焊接方式为氩弧焊。

电解槽中包括三种电极，端头阳极，端头阴极，中间部分复合板，其中复合板上面包括阴极和阳极，复合板不与电源进行相连，通过溶液离子进行导通，端头的阴阳极分别于电源阴阳极端连接。

采用对焊连接的原因是阴阳极涂层的生产工艺条件不一致，这样可以方便加工阴阳极。传统电解槽因为阴极是纯钛，没有阴极涂层，因此不需要对焊，采用整片板即可。

在一些实施例中，电解小室的数量为5-7个，所述补水口与第三个电解小室连接，或与第四个电解小室连接，或与第五个电解小室连接。

可高电流密度运行的次氯酸钠电解生产方法，包括如下步骤：

通过电解槽外壳上的进液口向电解槽内通入设定浓度的盐水，向阴极板和阳极板通电，在盐水从进液口向出液口流动过程中，对盐水进行电解；

当盐水的温度升高到设定温度时，向电解槽内补水，对盐水进行降温。次氯酸钠电解生产过程中的电流密度为1400-1800A/m²。电解过程中还包括补液的步骤，补液的方法为：饱和盐水经过第一软化水稀释后通过电解槽的上游进液口进入电解槽内；第一软化水的体积、饱和盐水的体积以及补水体积制备为 10-15:1:2.5-15。

下面结合实施对本实用新型作进一步说明。

实施例1

如图1所示，一种可高电流密度运行的次氯酸钠电解装置，包括电解槽外壳 1和电极组2，所述电解槽外壳包括端密封法兰1-1、可视管状外壳1-2，所述的电极组2设置于电解槽外壳1正中心。

电解装置运行电流密度为1400A/m²。

如图2和图3所示，所述电极组2包括阴极板2-1、双极板2-2、阳极板2-3、阴极导流件2-4、阳极导流件2-5、电解小室隔板2-6、电极连接杆2-7、挡板2-8 和绝缘隔片2-9；所述阴极板2-1为具有高催化析氢活性的钛基氧化物电极；所述高催化析氢活性的钛基氧化物电极涂层中包括氧化铱和氧化钼，氧化铱和氧化钼的质量比为1:1；

所述的双极板包括阴极部分2-1和阳极部分2-2，如图5所示，所述阴极板2-1和阳极板2-3通过对焊进行连接，所述极板之间的间距通过绝缘隔片2-9厚度进行调节，如图3所示；所述绝缘隔片2-9厚度为0.6mm。

如图6所示，一级补水工艺为总软化水中的稀释水V3和饱和盐水总流量为 V2按10:1的比例混合后从进液口3进入第一电解小室Ⅰ，后依次流经第二电解小室Ⅱ、第三电解小室Ⅲ、第四电解小室Ⅳ、第五电解小室Ⅴ、第六电解小室Ⅵ，因每个小室都要进行电解，温度逐渐升高，在第四电解小室Ⅳ与从补水口4进来的补水V4进行混合，实现降温。所述稀释水流量V3和补水流量V4比例为2:1。图7-图9为实施例1与常规电解槽(常规电解槽是：阳极钌铱涂层，阴极纯钛涂层，极间距2mm，双极板是整片板，一半钌铱涂层为阳极，另一半纯钛为阴极) 槽压(图7)、温升(图8)和盐耗对比图(图9)。

实施例2

一种可高电流密度运行的次氯酸钠电解装置，包括电解槽外壳和电极组，所述电解槽外壳包括端密封法兰、可视管状外壳，所述的电极组设置于电解槽外壳正中心。

电解装置运行电流密度为1800A/m²。

所述电极组包括阴极板、双极板、阳极板、阴极导流件、阳极导流件、电解小室隔板、电极连接杆、挡板和绝缘隔片；所述阴极板为具有高催化析氢活性的钛基氧化物电极；所述高催化析氢活性的钛基氧化物电极涂层包括氧化铱、氧化钼、氧化镍、氧化钌、氧化镧、氧化铈和氧化钛，氧化铱、氧化钼、氧化镍、氧化钌、氧化镧、氧化铈和氧化钛的质量比为1:1:1:1:1:1:1；

所述的双极板包括阴极部分和阳极部分，所述阴极板和阳极板通过对焊进行连接，所述极板之间的间距通过绝缘隔片厚度进行调节；所述绝缘隔片厚度为 1mm。

一级补水工艺为总软化水中的稀释水V3和饱和盐水总流量为V2按15:1的比例混合后从进液口进入第一电解小室，后依次流经第二电解小室、第三电解小室、第四电解小室、第五电解小室、第六电解小室，因每个小室都要进行电解，温度逐渐升高，在第四电解小室与从补水口进来的补水V4进行混合，实现降温。所述稀释水流量V3和补水流量V4比例为4:1。图10-图12分别为实施例2与常规电解槽(常规电解槽是：阳极钌铱涂层，阴极纯钛涂层，极间距2mm，双极板是整片板，一半钌铱涂层为阳极，另一半纯钛为阴极)槽压(图10)、温升(图11)和盐耗(图12)对比图。

实施例3

一种可高电流密度运行的次氯酸钠电解装置，包括电解槽外壳和电极组，所述电解槽外壳包括端密封法兰、可视管状外壳，所述的电极组设置于电解槽外壳正中心。

电解装置运行电流密度为1600A/m²。

所述电极组包括阴极板、双极板、阳极板、阴极导流件、阳极导流件、电解小室隔板、电极连接杆、挡板和绝缘隔片；所述阴极板为具有高催化析氢活性的钛基氧化物电极；所述高催化析氢活性的钛基氧化物电极涂层为氧化铱；

所述的双极板包括阴极部分和阳极部分，如图5所示，所述阴极板和阳极板通过对焊进行连接，所述极板之间的间距通过绝缘隔片厚度进行调节；所述绝缘隔片厚度为0.8mm。

一级补水工艺为总软化水中的稀释水V3和饱和盐水总流量为V2按12:1的比例混合后从进液口进入第一电解小室，后依次流经第二电解小室、第三电解小室、第四电解小室、第五电解小室，因每个小室都要进行电解，温度逐渐升高，在第四电解小室与从补水口4进来的补水V4进行混合，实现降温。所述稀释水流量V3和补水流量V4比例为1:1。图13-图15分别为实施例3与常规电解槽(常规电解槽是：阳极钌铱涂层，阴极纯钛涂层，极间距2mm，双极板是整片板，一半钌铱涂层为阳极，另一半纯钛为阴极)槽压、温升和盐耗对比图。

通过各实施例可以看出，本实用新型的电解槽槽压、温升和盐耗均低于常规电解槽，说明本实用新型的电解槽具有良好电解性能。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种可高电流密度运行的次氯酸钠电解生产装置，其特征在于：包括电解槽外壳和电极组，电极组设置于电解槽外壳内；

所述电极组包括阴极板、阳极板、阴极导流件和阳极导流件；

阴极板和阳极板交错设置，板面相对，自一端向另一端依次形成阴极板区域、双极板区域和阳极板区域，阴极板均与阴极导流件连接，阴极导流件与电解电源阴极端连接，阳极板均与阳极导流件连接，阳极导流件与电解电源阳极端连接；

双极板区域的极板之间通过电极连接杆连接，且相邻极板之间设置绝缘隔片；

阴极板为钛基氧化物电极；

沿电解槽外壳的长度方向，在电解槽外壳上设置有电解小室隔板，将电解槽内部空间分隔为若干个电解小室，同时支撑整个电极组；

在靠近电解液流动路径的中间区域对应的电解槽外壳上设置有至少一个补水口。

2.根据权利要求1所述的可高电流密度运行的次氯酸钠电解生产装置，其特征在于：所述双极板区域位于各个电解小室内。

3.根据权利要求1所述的可高电流密度运行的次氯酸钠电解生产装置，其特征在于：阴极板和阳极板之间的间距为0.6-1mm。

4.根据权利要求1所述的可高电流密度运行的次氯酸钠电解生产装置，其特征在于：双极板区域中的阴极板和阳极板之间对焊连接。

5.根据权利要求1所述的可高电流密度运行的次氯酸钠电解生产装置，其特征在于：电解小室的数量为5-7个。

6.根据权利要求5所述的可高电流密度运行的次氯酸钠电解生产装置，其特征在于：所述补水口与第三个电解小室连接，或与第四个电解小室连接，或与第五个电解小室连接。

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