RU222378U1 - Filter-press electrolyzer for the production of peroxodisulfuric acid - Google Patents
Filter-press electrolyzer for the production of peroxodisulfuric acid Download PDFInfo
- Publication number
- RU222378U1 RU222378U1 RU2023128706U RU2023128706U RU222378U1 RU 222378 U1 RU222378 U1 RU 222378U1 RU 2023128706 U RU2023128706 U RU 2023128706U RU 2023128706 U RU2023128706 U RU 2023128706U RU 222378 U1 RU222378 U1 RU 222378U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- anode
- cathode
- electrolyzer
- working area
- filter
- Prior art date
Links
- JRKICGRDRMAZLK-UHFFFAOYSA-N peroxydisulfuric acid Chemical compound OS(=O)(=O)OOS(O)(=O)=O JRKICGRDRMAZLK-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 19
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 9
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 claims abstract description 19
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims abstract description 11
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 claims abstract description 7
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 claims abstract description 7
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 239000010955 niobium Substances 0.000 claims abstract description 4
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 7
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 12
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 9
- 229920000915 polyvinyl chloride Polymers 0.000 description 8
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 6
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 5
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 4
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 4
- UUWCBFKLGFQDME-UHFFFAOYSA-N platinum titanium Chemical compound [Ti].[Pt] UUWCBFKLGFQDME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 4
- WSFSSNUMVMOOMR-UHFFFAOYSA-N Formaldehyde Chemical compound O=C WSFSSNUMVMOOMR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 210000002445 nipple Anatomy 0.000 description 3
- -1 peroxide compounds Chemical class 0.000 description 3
- 150000004968 peroxymonosulfuric acids Chemical class 0.000 description 3
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003011 anion exchange membrane Substances 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 210000001520 comb Anatomy 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 2
- 238000007086 side reaction Methods 0.000 description 2
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 1
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 description 1
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 description 1
- BZHJMEDXRYGGRV-UHFFFAOYSA-N Vinyl chloride Chemical compound ClC=C BZHJMEDXRYGGRV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000002848 electrochemical method Methods 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 238000001513 hot isostatic pressing Methods 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 239000003014 ion exchange membrane Substances 0.000 description 1
- BAUYGSIQEAFULO-UHFFFAOYSA-L iron(2+) sulfate (anhydrous) Chemical compound [Fe+2].[O-]S([O-])(=O)=O BAUYGSIQEAFULO-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910000359 iron(II) sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002572 peristaltic effect Effects 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 239000004800 polyvinyl chloride Substances 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 125000000391 vinyl group Chemical group [H]C([*])=C([H])[H] 0.000 description 1
- 229920002554 vinyl polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 1
Abstract
Полезная модель относится к устройствам для получения пероксодисерной кислоты и может быть использована в различных областях народного хозяйства и специальной техники. Фильтр-прессный электролизёр для получения пероксодисерной кислоты включает корпус электролизёра, камеру анодного пространства, камеру катодного пространства, штуцера ввода и вывода раствора электролита, анод из платинированного ниобия, катод из нержавеющей стали марки 12X18Н10Т, полиуретановые кольцевые уплотнения, болтовые соединения. Новым, согласно предложенной полезной модели, является то, что электролизёр дополнительно содержит камеры циркуляции хладагента, оснащённые штуцерами для ввода и вывода раствора хладагента, а вместо лабиринтного уплотнения используется кольцевое полиуретановое уплотнение между анодной, ионообменной и катодной камерами, при этом соотношение рабочей площади катода к рабочей площади анода составляет 4 : 1, а соотношение величины межэлектродного расстояния к рабочей площади катода и рабочей площади анода составляет 1 : [1,52-1,55] : [0,75-0,8] соответственно. Конструкция фильтр-прессного электролизера позволяет увеличить выход по току пероксодисерной кислоты в среднем на 10% и уменьшить напряжение на ячейке примерно на 4,5 В, что приводит к увеличению эффективности процесса и снижению общих энергозатрат. The utility model relates to devices for producing peroxydisulfuric acid and can be used in various fields of the national economy and special equipment. The filter-press electrolyzer for producing peroxydisulfuric acid includes an electrolyzer body, an anode space chamber, a cathode space chamber, inlet and outlet fittings for the electrolyte solution, an anode made of platinized niobium, a cathode made of stainless steel grade 12X18N10T, polyurethane ring seals, and bolted connections. What is new, according to the proposed utility model, is that the electrolyzer additionally contains refrigerant circulation chambers equipped with fittings for inlet and outlet of the refrigerant solution, and instead of a labyrinth seal, an annular polyurethane seal is used between the anode, ion exchange and cathode chambers, while the ratio of the working area of the cathode to the working area of the anode is 4: 1, and the ratio of the interelectrode distance to the working area of the cathode and the working area of the anode is 1: [1.52-1.55]: [0.75-0.8], respectively. The design of the filter-press electrolyzer makes it possible to increase the current output of peroxodisulfuric acid by an average of 10% and reduce the cell voltage by approximately 4.5 V, which leads to an increase in process efficiency and a reduction in overall energy costs.
Description
Предлагаемая полезная модель относится к устройствам для получения пероксодисерной кислоты и может быть использована в различных областях народного хозяйства и специальной техники.The proposed utility model relates to devices for producing peroxodisulfuric acid and can be used in various fields of the national economy and special equipment.
Известен электролизёр фильтр-прессного типа для получения пероксо- и пергалоидных соединений [Патент RU 2025544 C1 C25B 1/28, 9/00; заявл. 15.11.1990; опубл. 30.12.1994], включающий попеременно расположенные, снабжённые подводами электролита катоды и аноды, выполненные из кубических полых тел. Активная поверхность анода состоит из вентильной металлической основы и находящейся в ней платиновой фольги. A filter-press type electrolyzer is known for producing peroxo- and perhalide compounds [Patent RU 2025544 C1 C25B 1/28, 9/00; appl. 11/15/1990; publ. 12/30/1994], including alternately located cathodes and anodes equipped with electrolyte inlets, made of cubic hollow bodies. The active surface of the anode consists of a valve metal base and a platinum foil located in it.
Недостатком данной конструкции является невозможность её организации в каскадном исполнении, высокая сложность изготовления электродов в виде кубических полых тел и последующее нанесение платиновой фольги на анод методом горячего изостатического прессования. The disadvantage of this design is the impossibility of organizing it in a cascade design, the high complexity of manufacturing electrodes in the form of cubic hollow bodies and the subsequent application of platinum foil to the anode using hot isostatic pressing.
Известен способ получения пероксосоединений [Патент RU 2121526 C1 C25B1/28; заявл. 18.03.1997; опубл. 10.11.1998], включающий получение пероксодисерной кислоты и пероксида водорода в монополярном диафрагменном электролизёре с электродами (анодом и катодом) из углеродных материалов. There is a known method for producing peroxo compounds [Patent RU 2121526 C1 C25B1/28; application 03/18/1997; publ. 10.11.1998], including the production of peroxydisulfuric acid and hydrogen peroxide in a monopolar diaphragm electrolyzer with electrodes (anode and cathode) made of carbon materials.
Недостатком данного способа является применение углеродных электродных материалов, которые имеют заметно более низкий верхний предел рабочей плотности тока, а также гораздо меньший срок службы, чем аноды на основе платины. Описанный способ предполагает непрерывную подачу озон-кислородной смеси, что усложняет конструкцию электролизёра.The disadvantage of this method is the use of carbon electrode materials, which have a noticeably lower upper limit of operating current density, as well as a much shorter service life than platinum-based anodes. The described method involves the continuous supply of an ozone-oxygen mixture, which complicates the design of the electrolyzer.
Известен электролизёр для получения неорганических перекисных соединений [Патент RU 110750 U1 C25B 9/00; заявл. 31.03.2011; опуб. 27.11.2011], включающий электропроводный корпус электролизёра, выполненный из 2-х половин, на которые нанесено каталитическое активное покрытие. Внутренняя сторона корпуса является анодом из Ti с припаянными полосками Pt фольги.An electrolyzer is known for producing inorganic peroxide compounds [Patent RU 110750 U1 C25B 9/00; application 03/31/2011; publ. 11.27.2011], including an electrically conductive electrolyzer body made of 2 halves, on which a catalytic active coating is applied. The inside of the housing is a Ti anode with soldered strips of Pt foil.
Недостатком данного электролизёра является необходимость дополнительного нанесения дорогостоящих каталитически активных покрытий, небольшая производительность.The disadvantage of this electrolyzer is the need for additional application of expensive catalytically active coatings and low productivity.
Известен [А.с. СССР № 167492 С25В 9/00, 11/02, Аджемян Ц.Н. и др.] электролизёр для промышленного получения надсерной кислоты и её солей с платиновыми анодами в виде окантованной сетки и с охлаждаемыми пропитанными графитовыми катодами. Платиновая окантованная сетка соединена короткими платиновыми штырями с металлическими шинами, защищёнными от воздействия электролита обкладками из коррозионностойкого материала. Для создания высокой объёмной плотности тока анод электролизёра помещают в узкую винипластовую раму, окна в которой закрыты прикреплённой к ней силикатированной микропористой диафрагмой плоскими параллельными полосками. В данной конструкции электролизёра сливной ниппель для анолита расположен несколько ниже сливного ниппеля для католита, что несколько повышает выход по току надсерной кислоты. Электродные элементы помещены в корпус, снабжённый крышкой, имеющей бортовой отсос, что предотвращает выделение вредных продуктов в атмосферу. Существенным недостатком данной конструкции электролизёров является значительные эксплуатационные расходы, в частности расход дорогостоящей валютной платины.Known [A.s. USSR No. 167492 C25V 9/00, 11/02, Adzhemyan T.N. etc.] electrolyzer for the industrial production of persulfuric acid and its salts with platinum anodes in the form of an edged mesh and with cooled impregnated graphite cathodes. The platinum edged mesh is connected by short platinum pins to metal busbars, protected from the effects of electrolyte by linings made of corrosion-resistant material. To create a high volumetric current density, the anode of the electrolyser is placed in a narrow vinyl plastic frame, the windows of which are closed by flat parallel strips of a silicated microporous diaphragm attached to it. In this design of the electrolyzer, the drain nipple for the anolyte is located slightly lower than the drain nipple for the catholyte, which slightly increases the current output of persulfuric acid. The electrode elements are placed in a housing equipped with a lid with an on-board suction, which prevents the release of harmful products into the atmosphere. A significant disadvantage of this design of electrolysers is the significant operating costs, in particular the consumption of expensive hard currency platinum.
Известен ["Химия и технология перекиси водорода" под редакцией Г. А. Серышева, Изд-во Химия, Л. 1984 г.] промышленный электролизёр с охлаждаемым титан-платиновым анодом для получения растворов надсерной кислоты и её солей. В корпус электролизёра, состоящего из винипластовой прямоугольной коробки, помещают охлаждаемый титан-платиновый анод и катод из графитовой плиты. Охлаждаемый титан-платиновый анод имеет вид плоской коробки, изготовленной из титана. Внутри которой проходят две токопроводящие шины из алюминия. Выступающая из коробки часть алюминиевых шин облицована листовым титаном и образует каналы для подачи и слива охлаждающей воды. Для улучшения условий распределения тока по поверхности анода внутри имеются алюминиевые гребёнки, которые приварены к алюминиевым токоподводам и титановой коробке. Гребенки также выполняют роль направляющих охлаждающей воды. К наружным стенкам коробки приварены полоски платиновой фольги шириной 3-4 мм. Отношение площади, занятой платиной, к площади титана составляет 1:4. Титан-платиновый анод-холодильник помещён в винипластовую ячейку. Ячейка имеет верхний и нижний штуцеры для анолита и газоотделительную воронку в верхней части. Боковые стороны ячейки закрыты силикатированными винипоровыми диафрагмами, армированными стеклосеткой. Объем анодной ячейки 4 л, объёмная плотность тока 500 А/л.Known ["Chemistry and Technology of Hydrogen Peroxide" edited by G. A. Seryshev, Khimiya Publishing House, Leningrad, 1984] is an industrial electrolyzer with a cooled titanium-platinum anode for producing solutions of persulfuric acid and its salts. A cooled titanium-platinum anode and a graphite plate cathode are placed in the electrolyzer body, which consists of a vinyl plastic rectangular box. The cooled titanium-platinum anode has the appearance of a flat box made of titanium. Inside which there are two conductive aluminum busbars. The part of the aluminum tires protruding from the box is lined with sheet titanium and forms channels for supplying and draining cooling water. To improve the conditions for current distribution over the anode surface, there are aluminum combs inside, which are welded to aluminum current leads and a titanium box. The combs also act as cooling water guides. Strips of platinum foil 3-4 mm wide are welded to the outer walls of the box. The ratio of the area occupied by platinum to the area of titanium is 1:4. The titanium-platinum anode-refrigerator is placed in a vinyl plastic cell. The cell has upper and lower fittings for anolyte and a gas separating funnel in the upper part. The sides of the cell are covered with silicated vinyl pore diaphragms reinforced with fiberglass mesh. The volume of the anode cell is 4 l, the volumetric current density is 500 A/l.
Катод - графитовая плита, склеенная из четырёх блоков, пропитанных формальдегидной смолой. Катод помещён в чехол из хлорвиниловой ткани, прикреплённой к винипластовому колоколу для сбора катодного газа. В верхней части колокола имеется ниппель для выхода водорода. Для фиксации хлориновой диафрагмы на поверхности графитового катода приклеены винипластовые полоски или прутки. Торцовые стороны катода облицованы винипластом и образуют боковой и нижний каналы для циркуляции электролита. Токоподвод к катоду осуществляется через медные лужёные шины.The cathode is a graphite plate glued together from four blocks impregnated with formaldehyde resin. The cathode is placed in a vinyl chloride fabric case attached to a vinyl plastic bell to collect the cathode gas. At the top of the bell there is a nipple for the release of hydrogen. To fix the chlorine diaphragm on the surface of the graphite cathode, vinyl plastic strips or rods are glued. The end sides of the cathode are lined with vinyl plastic and form side and bottom channels for electrolyte circulation. Current supply to the cathode is carried out through tinned copper busbars.
Электродный пакет из шести или семи анодных ячеек и семи или восьми катодов соответственно помещён в винипластовый корпус, имеющий каналы бортового отсоса и коллектор для сбора катодного газа. На торцевой стенке корпуса на кронштейне укреплён коллектор для подачи в аноды охлаждающей воды. На противоположной торцевой стенке имеется коллектор отработанной воды. Электролит поступает в корпус электролизёра по трубке или карману, не доходящему до дна электролизёра, и затем с зеркала электролита через переливную трубку подаётся в нижнюю часть первой анодной ячейки.An electrode package of six or seven anode cells and seven or eight cathodes, respectively, is placed in a vinyl plastic housing with on-board suction channels and a collector for collecting cathode gas. A collector for supplying cooling water to the anodes is mounted on a bracket on the end wall of the housing. There is a waste water collector on the opposite end wall. The electrolyte enters the electrolyzer body through a tube or pocket that does not reach the bottom of the electrolyzer, and then from the electrolyte mirror through an overflow tube it is supplied to the lower part of the first anode cell.
Существенные недостатки данных конструкций электролизёров состоят в сложности конструкции, высокой материалоёмкости, высоких капитальных и эксплуатационных затратах, их высокой стоимости изготовления, в образовании пожаро-взрывоопасного молекулярного водорода, в получении только одного окислителя.Significant disadvantages of these electrolyzer designs are the complexity of the design, high material consumption, high capital and operating costs, their high manufacturing cost, the formation of fire-explosive molecular hydrogen, and the production of only one oxidizer.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является электролизер фильтр-прессного типа, состоящий из двух камер, разделенных ионообменной мембраной, при этом в анодной циркулирует раствор серной кислоты и образовавшаяся в процессе электролиза пероксодисерная кислота, в катодной камере - раствор серной кислоты, при этом начальная концентрация серной кислоты в камерах составляла 600 г/л (Абакумов М.В., Колесников А.В., Исаев М.К., Ньеин Ч.М. Получение пероксодисерной кислоты электрохимическим методом // Химическая промышленность сегодня. 2022. № 4, с. 36-43).The closest in technical essence and achieved result is a filter-press type electrolyzer, consisting of two chambers separated by an ion-exchange membrane, while a solution of sulfuric acid and peroxydisulfuric acid formed during electrolysis circulates in the anode chamber, and a solution of sulfuric acid circulates in the cathode chamber, while the initial concentration of sulfuric acid in the chambers was 600 g/l (Abakumov M.V., Kolesnikov A.V., Isaev M.K., Nyein Ch.M. Preparation of peroxodisulfuric acid by the electrochemical method // Chemical industry today. 2022. No. 4 , pp. 36-43).
Существенным недостатком способа является недостаточно высокий выход по току целевого продукта и относительно большие значения падения напряжения в растворе электролита. A significant disadvantage of the method is the insufficiently high current efficiency of the target product and the relatively large voltage drop in the electrolyte solution.
Технической задачей и результатом, на решение которых направлено заявляемое устройство, является увеличение выхода по току пероксодисерной кислоты и уменьшение значений падения напряжения в растворе электролита. The technical problem and result to be solved by the claimed device is to increase the current efficiency of peroxodisulfuric acid and reduce the voltage drop in the electrolyte solution.
Технический результат достигается тем, что фильтр-прессный электролизёр для получения пероксодисерной кислоты включает корпус электролизёра, камеру анодного пространства, камеру катодного пространства, штуцера ввода и вывода раствора электролита, анод из платинированного ниобия, катод из нержавеющей стали марки 12X18Н10Т, полиуретановые кольцевые уплотнения, болтовые соединения. Новым, согласно предложенной полезной модели, является то, что электролизёр дополнительно содержит камеры циркуляции хладагента, оснащённые штуцерами для ввода и вывода раствора хладагента, а вместо лабиринтного уплотнения используется кольцевое полиуретановое уплотнение между анодной, ионообменной и катодной камерами, при этом соотношение рабочей площади катода к рабочей площади анода составляет 4 : 1, а соотношение величины межэлектродного расстояния к рабочей площади катода и рабочей площади анода составляет 1 : [1,52-1,55] : [0,75-0,8] соответственно. The technical result is achieved by the fact that the filter-press electrolyzer for producing peroxydisulfuric acid includes an electrolyzer body, an anode space chamber, a cathode space chamber, inlet and outlet fittings for the electrolyte solution, an anode made of platinized niobium, a cathode made of stainless steel grade 12X18N10T, polyurethane ring seals, bolted connections. What is new, according to the proposed utility model, is that the electrolyzer additionally contains refrigerant circulation chambers equipped with fittings for inlet and outlet of the refrigerant solution, and instead of a labyrinth seal, an annular polyurethane seal is used between the anode, ion exchange and cathode chambers, while the ratio of the working area of the cathode to the working area of the anode is 4: 1, and the ratio of the interelectrode distance to the working area of the cathode and the working area of the anode is 1: [1.52-1.55]: [0.75-0.8], respectively.
Предлагаемая полезная модель фильтр-прессной конструкции электролизёра для получения пероксодисерной поясняется фигурами чертежей. На фиг. 1, 2 изображён общий вид предлагаемого электролизёра, на фиг. 3, 4 и 5 - его проекции с размерами элементов.The proposed utility model of a filter-press design of an electrolyzer for producing peroxydisulfur is illustrated by figures in the drawings. In fig. 1, 2 shows a general view of the proposed electrolyzer; Fig. 3, 4 and 5 - its projections with the sizes of the elements.
Электролизёр фильтр-прессного типа, выполненный из поливинилхлорида, состоит из корпуса 1; камер циркуляции хладагента 2 и 3, предназначенных для охлаждения электролита в приэлектродной зоне и оснащённых штуцерами ввода 4 и вывода 5 хладагента; камеры анодного пространства 6 и камеры катодного пространства 7, оснащённых штуцерами 8 ввода и вывода 9 раствора электролита; анионообменной мембраны МА-41 10, разделяющей анодное пространство от катодного; анода из платинированного ниобия с токоподводом 11, расположенного между камерой анодного пространства 6 и камерой циркуляции хладагента 2; катода из нержавеющей стали с токоподводом 12 марки 12X18Н10Т, расположенного между камерой катодного пространства 7 и камерой циркуляции хладагента 3; полиуретановых кольцевых уплотнений 13, расположенных между корпусом электролизёра 1, а также камерами 2, 3, 6 и 7 для обеспечения герметичности конструкции; болтовых соединений 14, предназначенных для скрепления между собой разъёмных соединений электролизёра. The filter-press type electrolyzer, made of polyvinyl chloride, consists of housing 1; refrigerant circulation chambers 2 and 3, designed for cooling the electrolyte in the near-electrode zone and equipped with refrigerant inlet 4 and outlet 5; chambers of the anode space 6 and chambers of the cathode space 7, equipped with fittings 8 for input and output 9 of electrolyte solution; anion exchange membrane MA-41 10, separating the anode space from the cathode; an anode made of platinized niobium with a current supply 11 located between the anode space chamber 6 and the refrigerant circulation chamber 2; a stainless steel cathode with current supply 12, grade 12X18N10T, located between the cathode space chamber 7 and the refrigerant circulation chamber 3; polyurethane ring seals 13 located between the body of the electrolyser 1, as well as chambers 2, 3, 6 and 7 to ensure the tightness of the structure; 14 bolted connections intended for fastening together the detachable connections of the electrolyser.
Электролизёр для получения пероксодисерной кислоты функционирует следующим образом: раствор анолита из промежуточной ёмкости анолита и раствор католита из промежуточной ёмкости католита, расположенных в термостате с раствором хладагента для их охлаждения, подаётся насосами в анодную 5 и катодную 6 камеры электролизёра через нижние штуцера 8 и выводится через верхние штуцера 9 в промежуточные ёмкости для анолита и католита. При этом циркуляция электролита в анодной и катодной камерах осуществляется независимо друг от друга, т.к. эти камеры разделены анионообменной мембраной 10 для предотвращения восстановления на катоде образовавшегося на аноде персульфат-аниона. В камеры циркуляции хладагента 2 и 3 от внешнего охладителя подаётся хладагент через нижние штуцера 4 и выводится через верхние штуцера 5 в охладитель. В результате непосредственного контакта хладагента с электродами со стороны камер циркуляции хладагента 2 и 3 происходит их эффективное охлаждение. После заполнения камер электролизёра раствором электролита, а также хладагентом анод 11 и катод 12 подключают к источнику питания и начинают проводить электролиз. В процессе электролиза в анодной камере 6 происходит образование целевого продукта - пероксодисерной кислоты, концентрацию которой в процессе электролиза устанавливают методом перманганатометрии. Электролиз проводят до концентрации пероксодисерной кислоты 200-250 г/л. При более высокой её концентрации в растворе электролита значительное влияние начинают оказывать побочные реакции, что приводит к значительному снижению выхода по току пероксодисерной кислоты.The electrolyzer for producing peroxodisulfuric acid operates as follows: the anolyte solution from the intermediate anolyte tank and the catholyte solution from the intermediate catholyte tank, located in a thermostat with a refrigerant solution to cool them, are pumped into the anode 5 and cathode 6 chambers of the electrolyzer through the lower fittings 8 and discharged through upper fittings 9 into intermediate containers for anolyte and catholyte. In this case, the circulation of the electrolyte in the anode and cathode chambers is carried out independently of each other, because These chambers are separated by an anion exchange membrane 10 to prevent the reduction of the persulfate anion formed at the anode at the cathode. Refrigerant is supplied to the refrigerant circulation chambers 2 and 3 from the external cooler through the lower fittings 4 and discharged through the upper fittings 5 into the cooler. As a result of direct contact of the refrigerant with the electrodes on the side of the refrigerant circulation chambers 2 and 3, they are effectively cooled. After filling the electrolyzer chambers with an electrolyte solution, as well as a refrigerant, the anode 11 and cathode 12 are connected to a power source and electrolysis begins. During the electrolysis process in the anode chamber 6, the formation of the target product occurs - peroxodisulfuric acid, the concentration of which during the electrolysis process is determined by permanganatometry. Electrolysis is carried out to a peroxodisulfuric acid concentration of 200-250 g/l. At a higher concentration in the electrolyte solution, side reactions begin to have a significant effect, which leads to a significant decrease in the current efficiency of peroxodisulfuric acid.
Технический результат при решении поставленной задачи достигается за счет следующих изменений.The technical result in solving the problem is achieved through the following changes.
Во-первых, осуществление внутреннего охлаждения электролита и электродов путём введения в состав электролизёра камер циркуляции хладагента позволяет более эффективно отводить джоулеву теплоту от электродов, чем при внешнем охлаждении электролита, за счёт непосредственного контакта хладагента с электродами со стороны камер циркуляции хладагента при проведении электролиза. В свою очередь, понижение температуры электролита в приэлектродной зоне приводит к замедлению реакции гидролиза пероксодисерной кислоты и протеканию побочных реакций. В результате этого выход по току целевого продукта – пероксодисерной кислоты увеличивается.Firstly, the implementation of internal cooling of the electrolyte and electrodes by introducing refrigerant circulation chambers into the electrolyzer makes it possible to more effectively remove Joule heat from the electrodes than with external cooling of the electrolyte, due to direct contact of the refrigerant with the electrodes from the side of the refrigerant circulation chambers during electrolysis. In turn, a decrease in the temperature of the electrolyte in the near-electrode zone leads to a slowdown in the hydrolysis reaction of peroxodisulfuric acid and the occurrence of side reactions. As a result, the current efficiency of the target product, peroxodisulfuric acid, increases.
Во-вторых, соотношение рабочей площади катода к рабочей площади анода, составляющее 4:1, которое достигается благодаря различным вырезам в катодной и анодной камерах электролизёра в соотношении диаметров вырезов 2:1 соответственно, позволяет установить в 4 раза большее значение анодной плотности тока по сравнению с катодной, а следовательно, снизить катодную поляризацию и в результате этого сократить общие энергозатраты на проведение электролиза.Secondly, the ratio of the working area of the cathode to the working area of the anode, which is 4:1, which is achieved thanks to various cutouts in the cathode and anode chambers of the electrolyzer in a ratio of cutout diameters of 2:1, respectively, allows you to set a 4 times higher value of the anodic current density compared with the cathode, and therefore reduce the cathodic polarization and, as a result, reduce the total energy consumption for electrolysis.
В-третьих, уменьшение межэлектродного расстояния до соотношения его величины к рабочей площади катода и рабочей площади анода, составляющее 1: [1,52-1,55]: [0,75-0,8] соответственно, приводит к уменьшению значения падения напряжения в растворе электролита. В результате этого общие энергозатраты на проведение электролиза снижаются. Thirdly, reducing the interelectrode distance to the ratio of its value to the working area of the cathode and the working area of the anode, amounting to 1: [1.52-1.55]: [0.75-0.8], respectively, leads to a decrease in the voltage drop value in an electrolyte solution. As a result, the overall energy consumption for electrolysis is reduced.
Для сравнения эффективности предлагаемого устройства с известным проведены эксперименты по получению пероксодисерной кислоты с использованием предлагаемой ячейки. Рабочими условиями эксплуатации конструкции являются: раствор электролита 500-800 г/л H2SO4 (хч), 1 г/л NH4SCN (хч) в растворе анолита; анодная плотность тока iа = 5-10 кА/м2; катодная плотность тока iк = 1-4 кА/м2; температура электролита t = 0-15°С; напряжение на ячейке Uя = 4-18 В.To compare the efficiency of the proposed device with the known one, experiments were carried out on the production of peroxodisulfuric acid using the proposed cell. The operating conditions for the design are: electrolyte solution 500-800 g/l H 2 SO 4 (reagent grade), 1 g/l NH 4 SCN (reagent grade) in an anolyte solution; anode current density i a = 5-10 kA/m 2 ; cathode current density i k = 1-4 kA/m 2 ; electrolyte temperature t = 0-15°C; cell voltage Ui = 4-18 V.
Выход по току в растворе анолита определяли методом перманганатометрии по сульфату железа (II) FeSO4. Температуру электролита измеряли ртутным термометром. Напряжение на ячейке фиксировали по показаниям источника тока. Циркуляция раствора электролита через камеры электролизёра осуществлялась перистальтическими насосами.The current efficiency in the anolyte solution was determined by permanganatometry using iron (II) sulfate FeSO 4 . The electrolyte temperature was measured with a mercury thermometer. The voltage on the cell was recorded according to the readings of the current source. The circulation of the electrolyte solution through the chambers of the electrolyzer was carried out by peristaltic pumps.
Основные конструктивные отличия предлагаемой конструкции фильтр-прессного электролизера, а также количественные характеристики эффективности электролиза по получению пероксодисерной кислоты H2S2O8 в сравнении с прототипом приведены в таблице 1.The main design differences of the proposed filter-press electrolyzer design, as well as quantitative characteristics of the efficiency of electrolysis for the production of peroxodisulfuric acid H 2 S 2 O 8 in comparison with the prototype are shown in Table 1.
Таблица 1Table 1
Основные конструктивные и количественные отличия предлагаемой конструкции фильтр-прессного электролизера от прототипаThe main design and quantitative differences between the proposed filter-press electrolyzer design and the prototype
Таким образом, предлагаемая конструкция фильтр-прессного электролизера по сравнению с прототипом позволяет: увеличить выход по току пероксодисерной кислоты в среднем на 10% и уменьшить напряжение на ячейке примерно на 4,5 В, что приводит к увеличению эффективности процесса и снижению общих энергозатрат.Thus, the proposed design of the filter-press electrolyzer, in comparison with the prototype, makes it possible to: increase the current output of peroxodisulfuric acid by an average of 10% and reduce the voltage on the cell by approximately 4.5 V, which leads to an increase in process efficiency and a decrease in overall energy costs.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU222378U1 true RU222378U1 (en) | 2023-12-21 |
Family
ID=
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU202317U1 (en) * | 2020-09-18 | 2021-02-11 | Общество с ограниченной ответственностью "Интеллект" | Electrolytic cell |
| CN213013121U (en) * | 2020-06-15 | 2021-04-20 | 中船重工（邯郸）派瑞特种气体有限公司 | Electrochemical fluorination embedded type external circulation series electrolytic cell |
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN213013121U (en) * | 2020-06-15 | 2021-04-20 | 中船重工（邯郸）派瑞特种气体有限公司 | Electrochemical fluorination embedded type external circulation series electrolytic cell |
| RU202317U1 (en) * | 2020-09-18 | 2021-02-11 | Общество с ограниченной ответственностью "Интеллект" | Electrolytic cell |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Абакумов М.В. и др. Получение пероксодисерной кислоты электрохимическим методом, Химическая промышленность сегодня. 2022, N 4, с. 36-43. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4416747A (en) | Process for the synthetic production of ozone by electrolysis and use thereof | |
| CA1077436A (en) | Membrane electrolytic cell with concentric electrodes | |
| US3836448A (en) | Frames for electrolytic cells of the filter-press type | |
| JPS62161974A (en) | Solution electrolyzing apparatus | |
| SU971110A3 (en) | Electrolyzer for producing chlorine and alkali | |
| CA2405570A1 (en) | Electrolytic cell and method for electrolysis | |
| US3287251A (en) | Bi-polar electrochemical cell | |
| FI79145C (en) | Bipolar electrolysis device with gas diffusion cathode. | |
| JP5069292B2 (en) | Equipment for electrochemical water treatment | |
| CN101792913B (en) | Paired electrolytic synthesis method for producing butanedioic acid and sulfuric acid | |
| US4139449A (en) | Electrolytic cell for producing alkali metal hypochlorites | |
| CN214361731U (en) | Ion waste liquid diaphragm electrolytic device | |
| CN211645405U (en) | Device for preparing hydrogen and oxygen by electrolyzing water | |
| RU222378U1 (en) | Filter-press electrolyzer for the production of peroxodisulfuric acid | |
| US5045162A (en) | Process for electrochemically regenerating chromosulfuric acid | |
| SE445562B (en) | electrolysis | |
| CA1175780A (en) | Internal downcomer for electrolytic recirculation | |
| JP2017524815A (en) | Non-divided electrolytic cell with narrow gap | |
| US5593553A (en) | Electrolytic cell and electrode therefor | |
| WO1988001310A2 (en) | Bipolar plate-system for use in electrochemical cells | |
| US2756201A (en) | Electrolysis of chloride solutions and cell therefor | |
| CN113388849A (en) | Hydrochloric acid electrolyzer by ion-exchange membrane method | |
| JPS634087A (en) | Electrolytic cell | |
| RU224709U1 (en) | MEMBRANE ELECTROLYZER FOR PRODUCTION OF PEROXODISULPHURIC ACID | |
| US4101406A (en) | Simplified electrolytic system |