CN2530957Y

CN2530957Y - 带有多层振动网板电极的电解槽

Info

Publication number: CN2530957Y
Application number: CN02216475.8U
Authority: CN
Inventors: 陈敏恒; 张瑞生; 周红
Original assignee: Shanghai Xinchen New Technology Co ltd
Current assignee: Shanghai Xinchen New Technology Co ltd
Priority date: 2002-03-29
Filing date: 2002-03-29
Publication date: 2003-01-15
Anticipated expiration: 2012-03-29

Abstract

本实用新型提出一种用于有机电化学合成的带有多层振动网板电极的电解槽，振动电极主要由多层金属平网板片或波纹网板片构成，每片金属网板上均接有限流电阻，以确保电极在较小的工作电流下工作。电极通过机械装置作振动，其振动方向与电流方向垂直，用电极的往复运动代替电解液的循环流动，以满足有机电化学合成过程对传质的要求。本实用新型提出的电极可广泛适用于有机物的电解合成，也适用于贵金属的回收和废水处理。

Description

带有多层振动网板电极的电解槽

技术领域

本实用新型涉及一种适用于有机物合成的电解槽。

背景技术

无机电解工业采用的电解槽比较成熟，一般为单片平板电极电解槽。在有机物的电解合成中，由于存在平行或串联的副反应，此类电解槽一般不能适用。因此国内外许多研究致力于开发适用于有机物合成的电解槽。

在有机电化学合成中，常常在进行电化学反应时对电极表面上的传质速度有要求。典型的例子是硝基苯(NB)电化学还原制对氨基苯酚(PAP)。其反应式如下：

电极表面

在该电化学反应中，主反应为NB还原生成PAP，副反应为进一步的还原生成苯胺(AN)。在该合成反应中，电化学还原的中间物羟基苯胺(PHA)应尽快通过传质脱离电极表面，以避免进一步还原成AN。进入溶液中的PHA经分子重排生成目的产物PAP。因此，传质成为影响反应选择性的重要因素。

由于有机电化学反应的速率一般较低，为了具有工业化价值，所用电解槽的电流密度通常要求在1000 A/m²左右。与该电流密度相适应，电解液的流动速度约需1m/sec以上，方能满足传质和选择性的要求。在这样的电解液流动速度下采用固定电极时，如果流道很窄，则电解液流动的压降过大；如果流道较宽，则所需电解液循环量过大。二者都会对工业装置造成很大的麻烦。

为了解决这个问题，提出了多项专利。专利ZL93119242.0采用旋转圆筒电极，专利USP5066369采用多层转盘电极，依靠电极的高速旋转强化传质，避免了电解液的循环问题。但是，旋转电极存在着大电流导入旋转电极的困难。同时，旋转电极妨碍了电解槽结构的紧凑化和大型化。

专利USP 4,963,241、USP 4,473,449和JP 8,114,155提出了固定床电解槽，采用电流方向与电解液流动方向平行的结构。在此类结构中，电极面积受到电解槽外形尺寸的限制，而且具有电极电势分布不均匀的缺点。专利DD 276,891和ZL 93112449.2提出了电流方向与电解液流动方向垂直的固定床电极电解槽，电解槽可以采用通常的板框式，但在电解室内填充颗粒状导电物或多层金属丝网，将工作电极由二维平面向三维立体空间扩展，使电极面积增加了数十倍。其意图是使表观电流密度仍为1000A/m²时实际的工作电流密度大幅度下降，从而对电解液的流动速度的要求可降到3～10cm/sec。

按专利ZL93112449.2的要求，作了工业装置的初步设计，发现该专利并未解决循环量过大的问题。所需循环量仍为反应量的万倍以上，3000吨/年的对氨基苯酚工业装置，循环量高达6000m³/h。对腐蚀性很大的电解液作如此大流量的循环输送，给工业装置带来了巨大的困难。

尤其是，三维电极引起了电流在丝网层上的均布问题。对该专利进行了实验考察，结果发现其电流分布是不确定的：从均布状态到“屏蔽”状态(电流集中在近离子隔膜的外表层)都可能发生，出现了多态操作问题；且很容易进入屏蔽状态，导致选择性的急剧降低。

发明内容

本实用新型的目的在于根据有机电解合成反应的要求，提供一种带有工作电极面积大，电流和电势分布均匀而且稳定同时传质性能良好的反应电极的结构紧凑的电解槽，以提高电解槽的生产强度和产品收率，降低电解槽的制作成本。

技术方案：

本实用新型所述电解槽主要由阴极室、阳极室、用于分隔阴极室和阳极室的离子交换膜、反应电极、非反应电极和实现反应电极在与电解电流方向垂直的方向上作振动的机械装置组成，其中所述的反应电极为由2～20片，优选3～10片的金属网板组、金属丝网片组或金属多孔板组通过板片连接件叠合而成，所述的金属网板组为平片和/或波纹片，网孔在10～100目之间，尤以20～60目为佳；所述的非反应电极为金属平板；所述的机械装置为反应电极通过与其固定连接的传动杆与偏心轮、凸轮或滑规导块相连。

附图说明图1为带有多层振动网板电极的电解槽示意图其中：1-反应电极，2-金属网板；3-绝缘垫片；4-限流电阻；5-偏心轮、凸轮或滑规导块；6-离子交换膜；7-非反应电极；8-电解槽壳体；101-板片连接件；102-传动杆。

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

本实用新型所述的电解槽包括电解槽壳体8、离子交换膜6、非反应电极7、反应电极1、传动杆102、偏心轮、凸轮或滑规导块5、金属网板2、绝缘垫片3、板片连接件101和限流电阻4。其中所述的反应电极1由片数为3～10片的金属网板2组通过板片连接件101和绝缘垫片3叠合而成，每块金属网板2均通过限流电阻4(其上的电压降为电极反应电压降的10-200％，尤以50-100％为佳)与电源相连，此外，所述的反应电极1通过与其固定连接的传动杆102与偏心轮、凸轮或滑规导块5相连。

本实用新型所述的电解槽是这样工作的：

在进行电解反应时其反应电极1在偏心轮、凸轮或滑规导块5和传动杆102作用下作垂直往复运动，电解槽中的电解液不再需要作循环流动。

本实用新型所述的电解槽优点：

采用本发明所提出的电极可以使电解槽的结构紧凑，生产强度提高，降低电解槽的制作成本，并使槽电压下降，减少了电化学合成所需的能耗。由于本发明采用多层电极，并通过限流电阻确保电流在各片网板上均匀分布，因此在相同表观电流密度下，电极上的实际工作电流密度较小(为表观电流密度的1/5～1/20)，反应电势较低，用于有机电化学合成能达到较高的反应选择性。对于硝基苯还原制对氨基苯酚的电化学过程，所得电解液中对氨基苯酚与苯胺的重量比可以达到6以上。本实用新型的另一个重要特征是用电极的垂直往复运动代替电解液的流动，来满足有机电化学合成过程对传质的要求。电解液不再需要作循环流动，便于实现工业化生产。

具体实施方法下面通过实施例对本实用新型作进一步说明：

实施例1

在一硝基苯还原制备对氨基苯酚的电解槽内，采用五层平片铜网板构成阴极，每片铜网板加接0.2Ω电阻，振动频率270次/分，振幅20mm，阴极与电解液之间的相对速度为9cm/sec。采用铅银合金平板作阳极。阴极室与阳极室之间有杜邦公司生产的F-46阳离子交换膜隔开。阴极液和阳极液均为浓度为20％的硫酸。阴极室和阳极室的温度均保持在85℃。表观电流密度为1000A/m²。硝基苯连续加入，加料速率为0.08ml/A.5min。反应结束后电解液中对氨基苯酚的浓度为60g/L，对氨基苯酚的收率为79％，苯胺的收率为12％，4，4’-二氨基二苯醚的收率为4％，偶氮苯的收率为5％。

实施例2

在与实施例1相同的电解槽内，操作条件亦相同。反应结束后电解液中对氨基苯酚的浓度为110g/L，对氨基苯酚的收率为76％，苯胺的收率为15％，4，4’-二氨基二苯醚的收率为4％，偶氮苯的收率为5％。

实施例3

在与实施例1相同的电解槽内，多层振动电极的振动频率为200次/分，其它操作条件与实施例1相同。反应结束后电解液中对氨基苯酚的浓度为60g/L，对氨基苯酚的收率为78％，苯胺的收率为17.5％，4，4’-二氨基二苯醚的收率为1.5％，偶氮苯的收率为3％。

比较例

在与实施例1相同的电解槽内，采用多层电极，但电极静止不振动，其它操作条件与实施例1相同。反应结束后电解液中对氨基苯酚的浓度为60g/L，对氨基苯酚的收率为44.6％，苯胺的收率为51.4％，4，4’-二氨基二苯醚的收率为1.8％，偶氮苯的收率为3.2％。

Claims

1、一种带有多层振动网板电极的电解槽，其包括阴极室、阳极室、用于分隔阴极室和阳极室的离子交换膜(6)、反应电极(1)和非反应电极(7)，其特征在于，所述的反应电极(1)通过与其固定连接的传动杆(102)与偏心轮、凸轮或滑规导块(5)相连，

其中：所述的反应电极(1)由2～20片的金属网板组、金属丝网片组或金属多孔板片组通过板片连接件(101)叠合而成。

2、如权利要求1所述的电解槽，其特征在于，其中所述的反应电极(1)由3～10片的金属网板(2)组通过板片连接件(101)叠合而成，所述金属网板(2)组由平片和/或波纹片组成，网孔在10～100目之间。

3、如权利要求2所述的电解槽，其特征在于，其中所述的反应电极(1)中每片金属网板片(2)均通过限流电阻(4)与电源相连，所述限流电阻(4)上的电压降为电极反应电压降的10-200％。

4、如权利要求1-3所述的任意一种电解槽，其特征在于，其中所述的反应电极(1)在与电解电流垂直的方向上作振动。