SU1524810A3 - Электролизер фильтр-прессного типа - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к конструкции электролизеров фильтрпрессного типа и позвол ет упростить конструкцию. Упрощение достигаетс  в электролизере фильтрпрессного типа, включающий бипол рные электроды, состо щие из анодов, катодов и основных листов, анодные и катодные стороны которых снабжены выступами, верхнее основание которых параллельно поверхности листа, ионообменные мембраны с уплотнительным элементом, причем основной лист с выступами выполнен цельным из металла, аноды и катоды соединены с выступами основного листа непосредственно или через металлические обкладки, повтор ющие формой основной лист с выступами, соединенные с выступами основного листа сваркой. 3 ил.

Description

Изобретение относитс  к электрохимическим производствам, в частности к конструкци м электролизеров фильтр-прессного типа.

Цель изобретени  - упрощение конструкции .

Па фиг. 1 представлен электролизер в разобранном виде с частичны вырывом с приложенными детал ми, образующими один бипол рньш электрод; па фиг. 2 - три секции электролизера, поперечное сечение (секции  чеек показаны так, как они представлены в пос-педовательном р де электролизера); на фиг. 3 - разобранна  конструкци   чейки, вид сбоку, сечение.

Электролизер содержит бипол рный электрод, состо щий из основного листа 1. Материал основного листа 1

выбираетс  из р да: железо, сталь нержавеюща  сталь, никель алюминий, хром, магний, титан, тантал, кадмий, цирконий, свинец, цинк, вaнaдиЙJ вольфрам, иридий, радий, кобальт и их сплавы.

Основной лист 1 выполнен с выступами 2 на поверхности и периферийным фланцем 3, выполненным вдоль сторон основного листд 1. Фланец 3 расположен на рассто нии от выступов 2. Основной лист 1 выполн етс  цельным из металла, что устран ет его коробление, протекание жидкости, улучшаетс  распределение электрического тока по поверхности электрода и уменьшаютс  затраты.

СП

4

00

СМ

OcHOJ uoH лист 1 соединен с амо- дом 4 и катодом 5 через анодную ь еталлическую обкладку 6 и через ка- .4i,iiyio металлическую обкладку 7, Катодна  металлическа  обкладка 7 выполн етс  из металла, выбранного из никель, его сплавы, хром, тан- Tj:i, титан, кадмий, цирконий, свинец , цинк, ванадий,.вольфрам, ири- ди, кобальт. Анодна  металлическа  обкладка 6 выполн етс  из металла , выбранного из р да: тантал, ти- т;ч1, ккс би, гафний, цирконий и их силаны.

Обк,ги1дка 6 Бьтолн етс  дл  защиты осионного листа 1 со стороны ано- лигл от коррозии.

Предпочтительно титановую обкладку 7 циполп ть так, чтобы в ней не 6;L:;n напр жений дл  того, чтобы обе- сп(.ч1п-ь обкладку, на которую ато- водород не мог бы быстро 1ю; деГ(стр,овлть с образованием хруп- jiiij;, пе провод щих электрического тока, пгдридов титана. Известно, что птомарпый водород пзаимодейст- LyiiT с напр женным титаном более, быстро. Исключение таких напр жений н 1.1бкладкс осуществл етс  при помо- гор чего формоизменени  обкладки IB прессе при повышенной твьсперату- ре 482-533 С. Как обкладку, так и пр icc пах резают до этоГг попьшгенной те. 11С1.атуры перед прессованием об- кладк до требуемо} конфигурации. Затем обкладка выдерживаетс  в иагр .гго;--: прессе в течение, примерно , 45 мин дл  предотвра1;;ени  создани  в ней напр лсений при ее ох- Ji,-:i ciin i до комнатноГг тe mepггтypы,

Об -ладка 6 соединети со сталь111 : I ОСНОБК Ь Ь; листом 1 при ,И

сварки сопротивлением,, Это осу- 11;ествл етс  не пр мо, а при noMonin приваривани  обкладки 6 к выступам 2 усеченно-конической конфигуращш через ванадиевые 8 Ванадий представл ет собой металл, которьп свариваетс  сам по себе и который сварочно совместим с титаном и ста- .лью. Иод сварочной совместимостью подразу неваетс , что один свариваемый металл образовывает пластичный твердый раствор с другим сваривае- мь:- меташшм при сварке двух металл В1:есте, Титан и сталь свариваемо не ссвместимы с ванадием. Следовательн ванадиевые ва(11ли 8 используютс  как

0 5

-

0

5

0

5

промежуточный металл между стальными анодными выступами 2 и титановой обкладкой 6 дл  осуществлени  сварки их вместе с образованием электрического соединени  между обкладкой 6 и основным листом 1 так, же, как дл  образовани  механического поддерживающего устройства.

Предпочтительное сопр жение аНо- литной боковой обкладки 6 с основным листом 1 видно из фиг. 2. Обкладки 6 и 7 имеют углублени  или полые колпачки 9, образованные вдавливанием. Эти колпачки 9 имеют усеченную коническую конфигурацию и  вл ютс  полыми , а не сплошными, как выступы 2. Колпачки 9 имеют такие размеры и расположены так, что они надеваютс  на выступы 2. Глубина вдавливани  колпачков така , что их внутренние торцы прилегают к ванадиевым вафл м 8, когда вафли 8 прилегают к плоским торцам анодных выступов 2, и затем эти элементы свариваютс  вместе. По конфигурации выступы и колпачки могут быть пр моугольны ш или любой другой подход щей формы. Однако их торцы целиком должны быть плоскими и целиком должны лежать в одной и той же воображаемой геометрической плоскости , Анодные выступы и колпачки должны иметь такую конфигурацию и должны быть расположены так, чтобы направл ть циркул цию газа и анолита.

Анод 4 представл ет собой по существу плоский лист из раскатанного металла или из сотканой проволоки, изготовленный из титана, предпочтительно имеющего на себе рутеневое оксидное каталитическое покрытие. Он приварен пр мо к внутренней стороне плоских торцов углубленных колпачков

9обкладки 6. Эти сварные соединени  образуют электрическое соединение

и механическое опорное устройство дл  анода 4. Может быть использовано другое каталитическое покрытие.

Па фиг. 2 между анодом 4 одной секции  чейки и катодом 5 следующей соседней секции  чейки расположена мембрана 10 так, чтобы образовывать электролизную  чейку.

Расположение анода 4 внутри ано- литной  чейки относительно мембраны

10и основным листом с обкладкой определ етс  взаимодействием между фланцем 3, выступаюощм в сторону от основного листа 1, выступов 2 основ51

ного листа, толщиной ванадиевых вафель 8, толщиной обкладки 6 и т.п.

Анод 4 может быть смещен с положени : прилегани  к мембране 10 в положение с определенным значительным зазором между мембраной 10 и анодом 4 путем изменени  высоты выступов 2 основного листа 1. Однако предпочтительно, чтобы фланец 3 на анолитной стороне основного листа выступал на такое рассто ние, на какое выступают анодные выступы 2. Это гфиводит к упрощению конструк- ции элемента  чейки, то же самое можно сказать о католитном отделении .

С целью создани  непроницаемого дл  жидкости уплотнени  между мембраной 10 и фланцем 3 предпочтитель- но изготавливать обкладки в виде поддона с отход щим краем 11, расположенным по периферии. Край 11 прилегает вровень к фланцу 3. Перифери  мембраны 10 прилегает вровень к краю 11 обкладки и периферийна  про- 1спадка 12 прилегает вровень к другой стороне периферии мембраны 10. В собранных последовательно  чейках (фиг. 2) прокладка 12 прилегает вро- вень к фланцевой поверхности 3 ка- толитной стороны следующего соседнего элемента  чейки.

Хот  показана только одна прокладка 12, изобретение также предусматривает использование прокладок с обеих сторон мембраны 10. Оно также включает ситуацию, когда не предусматриваетс  край 11.

Наличие двух боковых обкладок ино гда желательно, а иногда пет. Более часто металл, из которого отлит основной лист 1, также подходит дл  использовани  1ши дл  католитного отделени , или дл  анолитного отделе- ни . Например, при последовательном соединении  чеек, где электролизу поп- вергаютс  водные растворы хлористого натри/1,дл  образовани  в католитном отделении каустика и/или водорода в виде газа вполне подход т железосодержащие материалы, такие как сталь, дл  металлических компонентов католитного отделени  дл  большинства рабочих тe mepaтyp  чейки и концентрацией каустика, например, ниже примерно 22% концентрации каустика и ниже примерно 85°С дл  рабочих TeNme ратур. Следовательно, если основной

ю 15

20 25 ЗО

дд .,- CQ

35

5

106

лист 1 изготовлен из железпсодор-Ьс -- щего материала, например стали, и если каустик производитс  npii Концентраци х ниже, чем примерно 22%, и  чейка должна работать ниже, чем примерно 85°С, то тогда пет необходимости в защитной обкладке а като- литной стороне листа 1 дл  защипл стали от коррозии. Однако на, анолитной стороне необходима титанова  Рокова  анолитна  обкладкл 0. Вм - сто этого плоский перфорированньш металлический катод 5 (также изготовленный из стали дл  этого варианта) приварен пр мо сваркой соиротивле иеь к торцам катодных выступов 2.

На фиг. 2 и 3 католитна  стсро л показана как зеркальное отра:+:сиио CI-D анолитной стороны. Фланец 3 образует периферийную границу католитного отделени , тогда как основной лист 1 и мембрана 10 образуют его остальные границы. Расположенные на рассто нии катодные выступы 2  вл ютс  сплошными , имеющими конфигурацию усеченного конуса, выступами, отход щими наружу от основного листа 1 в католитное отделение. Имеюща  плоскую поверхность перфорированна  стальна  пластина катода 5 приварена пр мо к торца,м катодных выступов 2.

На фиг. 2 и 3 католитна  бокова  сторона обкладки изготовлена из металла, которьй высокое сопротивление коррозионно гу де11ствию среды католитного отделени . Металл должен иметь достаточную пластичность и обрабатываемость так, чтобы вьптрессо- выватьс  из одного листа металла в виде неплоскостпой формы. Это включает в себ  возможность иметь углублени  или колпачки 9, вь.трессованные в листе Колпачки 9 расположены так, что они могут надеватьс  на и вокруг расположенных на рассто нии катодных выступов 2.

Если эти металлы несовместимы сваркой, тогда должны быть использованы металлические вафли или промежуточные элементы, или комбинаци  промежуточных элементов, которые совместимы сваркой с металлом обкладки 7 и основного листа 1. Эти вафли 8 расположены между плоскиьп торцами катодных выступов 2 и внутренними тор- цаш колпачков обкладки 7, которые соответствуют торцам выступов 2 и приварены к торцам катодных выстуiioii 2. 1)лтем католитиа  обкладка 7 iipiii а; шаетс  к торцам катодных вы- стугои 2 через метагшические вафли 8 К агС Д 5 затем привариваетс  к паруж- илм торцам колпачков 9. Соединение каладого колпачка обкладки 7 через металлическую вафлю 8 с торцом катодного выступа 2 может быть осуществлено только одним сварным соединена ем, . м1:;талл1-гческа  вафл  сама не должна .раньше быть приварена.

При подаче в  чейку рассола,  чейка гпботаст следующим образом. Пода- Н11111ц ч, р.ассол непрерывно вводитс  в ill олигиг.с от;пглеиие через трубо- npui.ojt,, тогда ксп: свелса  вода может BDo;,;iTi;CM в каголитпое отделение чс.рс;з трубопроводе Элвктрический ток (пр моГ; ток) пропускаетс  через coc,r,iUieH ibie последовательно  чейки так, что анод каждой электролиэер- ной r;ciiKii полоиа1телен относительно катода 3Tofi электролизорной  чейки.

Г1скл : ча  ;,е пол   риз о ванные катоды или анод., электролиз происходит г.ло;г.1. 1 ,;:1:;; образом. Га ообра.пый хлор :г Прс рм ;}:о Hojryi-астс  Ui uiiionej ка- TuoHLi натри  проход т через ; ;ембра- 11V 0 1 католитиос отделение за счет з. 1е)чтг ост,тичаского притл: ;е 1и  ка- Г :-да. Т гголитном отделении ненре- Р -;г. ; .. бр ; .тс  газообрпзньш подо- P ;:i; : ,i- . раствор гидроокиси пат- pji;; r, ;iOoC:i4L;ji:i- H хлор И истощенный расгмл .; i;cp ::iiHo питокают Т1з ано- литго) )i.i,Mfciib i через трубоирюлод, тр1 ;л,  как т азообраэныГ; водород и гидроокис. натри  непрерывно выход т из като.чптного отделе1 и  чспез трубопровод .. / ;епс1л ризован}.. тлект- р:-:м;, crjrn необх ; :ти.го, т;-; - 1 сиоль 1,с/: дл  1ода1 лени  о // чзсмкхнил 1зо;-сро;:а или , или оГ). ;пх

Ири работе соединенных ocj-ie;.i,oBa-  чеек в виде послед.овательшлх элсктролизерных  чеек дл  рассола Natl иредпочтителыш определенные раЕ:очие услови . оВ анолитном отделе- желательно поддерживать вел1гчи- ну рН 0,5-5,0, Подающийс  рассол рсд ючтительно содержит только не- бо; ;ы1П1е количества многовалентных катионов (менее, чем примерно 0,8 г/л D пересчете на калыцп) . Больша  концентраци  многовалентных катионов дог устима с такими же успешными ре- зу.льтата;-п1., если подающи-Г рассол содержит двуокись углерода н концент . - Q

5248108

ращ1Н ниже, чем примерно 70 ипн- , когда рП подающегос  рассола ниже, чем 3,5 Рабочие температуры могут быть в интервале 0-250 С, но предпочтительно вьпле 60°С. Рассол, очищенный от многовалентных катионов при помощи ионообменных смол, после осуществлени  обычной обработки рассола особенно полезен дл  увеличени  срока службы мембраны. Желательно иметь в подающемс  рассоле низкое содержимое железа дл  продлени  срока службы мембраны. Предпочтительно рН подающегос  рассола устанавливаетс  ниже 4,0 при помощи добавлени  сол ной кислоты.

Когда металлическа  обкладка используетс  на обеих сторонах конструкции  чейки в хлор-щелочной  чейке , то католитна  сторона обкладки 7

5

20

концентраци  каустика в католитном отделении поддерживаетс  выше примерно 22 мас.% и рабоча  температура электролита  чейки поддерживаетс  Bbmie примерно , Така  1икелеБа  обкладка 7 изготовлена по размеру и установлена на основном листе 1 таким же способом, как титанова  об- кла.цка 6 на анолитной стороне. Однако , так как никель и сталь сварочно совместимы, нет необходимости в расположении меж,п,у.ни№-т. металлического промех;уточного элемента 1ши вафли. Но это не значит, что в предлагаемом изобрстешп исключено использование сварочно совместимых металлических вафель между катодными выступами и католитиой обкладкой, когда имеетс  анолитна  обкладка, соединенна  с анол11 г и выступами, или соединенна  через металлические промежуточные зле -енть или без них. Обкладка может быть иенользована на одной сто- po}i(}, на обеих сторонах или ни на одной из сторон единого элемента  чейки.

В известном основной лист выполнен из пластмассы и выступы выполнены из пластмассы, эти выступы не  вл ютс  электропроводными, поэтому необходимо соединить электрически анод и катод, что делаетс  бытовым соединением и усложн ет конструкцию .

В предлагаемом изобретен1ш выполнение основного листа электропровод

Фиг. 2.

Фиг.

Claims (1)

1. Формула изобретения

   Электролизер фильтр-прессного типа для электролиза водных растворов хлоридов щелочных металлов, включающий биполярные электроды, состоящие из анодов, катодов и основных листов, анодные и катодные стороны которых снабжены выступами, верхнее основание которых параллельно поверхности листа, ионнообменные мембраны с уплотнительными элементами, отличающийс я тем, что, с целью упрощения конструкции, основной лист с выступами выполнен цельным из металла, аноды и катоды соединены с выступами основного листа непосредственно или через металлические обкладки, повторяющие формой основной лист с выступами, соединенные с выступами основного листа сваркой через металлические пластины, свариваемые с металлом _v основного листа, и обкладки, и установленные на верхних основаниях выступов, причем металл основного листа выбран из ряда: железо, сталь, нержавеющая сталь, никель, алюминий, медь, хром, магний, титан, тантал, кадмий, цирконий, свинец, цинк, ванадий, вольфрам, иридий, радий, кобальт и их сплавы, металл обкладки со стороны катода выбран из ряда: никель, его сплавы, хром, тантал, титан, кадмий, цирконий, свинец, цинк, ванадий, вольфрам, иридий, кобальт, а металл прокладки со стороны анода выбран из ряда: тантал, титан, ниобий, гафний, цирконий и их сплавы»

   Фиг.1