SU1720496A3

SU1720496A3 - Электролизер фильтр-прессного типа

Info

Publication number: SU1720496A3
Application number: SU864028423A
Authority: SU
Inventors: Миеси Кейдзи; Сато Масатоси
Original assignee: Асахи Касеи Когио Кабусики Кайся (Фирма)
Priority date: 1985-10-23
Filing date: 1986-10-22
Publication date: 1992-03-15
Also published as: DE3671763D1; CN1003180B; JPH0674513B2; US4734180A; EP0220659A1; CN86107225A; EP0220659B1; JPS6296688A

Abstract

Изобретение относитс к электрохимическому производству и позвол ет упростить монтаж электролизера. Электролизер бипол рного типа состоит из поддонооб- разного корпуса на стороне анода и из под- донообразного корпуса на стороне катода, каждый из которых, в свою очередь, состоит из крюкообразного фланца, стенки рамки и разделительной перегородки и которые устанавливаютс затылок в затылок; из штан- гообразных деталей, установленных в каждом корпусе в интервале между крюко- образным фланцем и стенкой рамки и из электролизера бипол рного типа, в котором большое количество упом нутых элементарных чеек располагаетс последовательно . 7 ил.

Description

Изобретение относитс к электролизеру и к конструкции его элементарных электролитических чеек, в частности к конструкции электролизера, котора легко собираетс и разбираетс . Описываемые электролитические чейки предназначены дл электролиза не только хлоридов щелочного металла с целью образовани хлора и окисей щелочного металла, но и также дл электролизера других соединений, например дл электролиза воды.

Цель изобретени - упрощение монтажа электролизера.

На фиг. 1 показан вертикальный разрез собранной элементарной чейки (предпочтительный вариант изобретени ), состо щей из анодных и катодных камер, и образуют электролизер; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - конструкци под- донообразных корпусов элементарной

чейки, которые образуют анодные и катодные камеры соответственно; на фиг. 4 - крю- кообразный фланец, который используетс в элементарной чейке; на фиг. 5 и б - процесс изготовлени поддонообразного корпуса; на фиг. 7 - блок бипол рного электролизера предпочтительного варианта изобретени , состо щий из многих элементарных чеек.

Электролизер содержит штангообраз- ную деталь 1, поддонорбразный корпус 2, ребро 3 дл образовани электрического соединени , электрод 4, отверстие 5, контактную деталь 6, крюкообразный фланец 7, стенку рамки 8, раздел ющую перегородку 9, электронную камеру 10, усиливающее ребро 11, впускное сопло 12, выпускное сопло 13, угловую часть 14, катионообменную мембрану 15, прокладки 16, 17, анодную камеру. 18, катодную камеру 19, боковую

N1

8

I

Ы

штангу 20, соединительную часть 21 или деталь , терминальную пластинку 22, пластинку 23, обеспечивающую соединение с помощью взрыва, бипол рную элементарную чейку 24, из которых и образуетс электролизер.

Поставленна цель достигаетс за счет использовани элементарной чейки, выполненной из поддонообраэного корпуса на стороне анода и поддонообразного кор- пуса на стороне катода, причем каждый из этих корпусов состоит из кркжообразнрго фланца, стенки рамки и разделительной перегородки , а сами корпуса располагаютс затылок в затылок; и из штангообразных рамок, установленных между крюкообраз- ным фланцем и стенкой рамки в каждом корпусе. Следовательно, предлагаемый бипол рный электролизере диафрагмой в виде ионообменной мембраны состоит из большого количества бипол рных элементарных или электролитных чеек, кажда из которых образована поддонообразным корпусом на стороне анода и поддонообраз- ным корпусом на стороне катода, причем каждый из этих корпусов состоит из крюко- образного фланца, стенки рамки разделительной перегородки, а сами корпуса располагаютс затылок в затылок; штанго- образными детал ми, установленными между крюкообразным фланцем и стенкой рамки в каждом корпусе; анодом и катодом, которые через электропроводимые ребра соедин ютс методом сварки с разделительной перегородкой, и катионообменной мембраной, установленной между корпусом на стороне анода и корпусом на стороне катода другой элементарной чейки, смежной упом нутому аноду, таким образом, чтобы не имеющие электродов стороны двух корпусов были обращены друг к другу, а также двух противоположных торцовых полу чеек , содержащих в себе соответственно анод и катод; двух электрических терминальных пластинок, жестко прикрепленных к противоположным торцовым полу чейкам; из большого количества упом нутых элементарных (электролитических) чеек, расположенных последовательно.

Известно, что электролиз воды может происходить без использовани ионнооб- менной мембраны.

Основными блоками упом нутого биопол электролизера вл ютс бипол рные элементарные чейки, образованные из поддонообразного корпуса на стороне анода и поддонообразного корпуса на стороне катода,каждый из которых состоит ид крю- кообразного фланца, стенки рамки и разделительной перегородки, причем эти корпуса

располагаютс затылок в затылок; из штангообразных деталей, кажда из которых вставл етс в канавку, образованную в интервале между крюкообразным фланцем и стенкой рамки в каждом корпусе, причем как верхн , так и нижн штангообразные горизонтальные детали снабжены двум отверсти ми , расположенными на противоположных концах этой детали. Упом нута элементарна чейка отличаетс исключительно легкостью ее сборки.

Поддонообразный корпус, выполненный из одного листа или пластины, имеет неоспоримые преимущества перед поддо- нообразными корпусами, выполненными из нескольких листов или пластин, не только в плане легкости его обработки, но и также в плане довольно значительного уменьшени веро тности утечки электролита, так как в данном случае можно будет значительно сократить количество свариваемых элементов . Кроме того, образование элементарной чейки отличаетс исключительной простотой . Дл этого нужно лишь расположить две штангообразные детали затылок в затылок и установить между крюкообразным фланцем и смежной стенкой рамки штангообразные детали.

Дл облегчени процедуры установки штангообразных деталей рекомендуетс выполн ть эти детали более короткими по сравнению с высотой самой элементарной чейки. Они должны выполн тьс короче высоты элементарной чейки на толщину штангообразных горизонтальных деталей. Штангообразные детали устанавливаютс вертикально, после чего устанавливаютс горизонтально те штангообразные детали, длина которых будет равна ширине элементарной чейки. Рекомендуетс также поочередно устанавливать штангообразные детали, длина которых будет короче на толщину рамки по сравнению с шириной и высотой соответствующей элементарной чейки, в результате чего будет образовыватьс двухмерна решетчатоподобна конструкци . Эта конструкци несомненно вл етс более эффективной как в плане ее прочности, так и в плане сборки.

Прочие устройства или элементы образовани элементарной чейки будут идентичны тем, которые используютс дл образовани обычных или уже известных элементарных чеек. В данном случае имеютс в виду прежде всего такие элементы чейки, как ионообменна мембрана, прокладки и т.д.

Среди хлоридов щелочных металлов, которые можно обрабатывать в предлагаемом электролизере, прежде всего следует

упом нуть хлористый натрий, хлористый калий и хлористый литий. Вполне пон тно, что наиболее важным дл промышленности вл етс хлористый натрий.

Предлагаемый электролизер можно также использовать и дл электролиза воды .

Элементарна чейка предлагаемого электролизера отличаетс исключительной простотой сборки и разборки, так как ее можно изготовить в результате простого расположени двух поддонообразных корпусов , в которых содержатс соответственно анод и катод, затылок в затылок с последующей установкой между крюкооб- разным фланцем и стенкой рамки штанго- образных деталей или элементов в каждом из упом нутых корпусов. Кроме того, каждый поддонообразный корпус можно изготовить из одного цельного листа или пластины, благодар чему сводитс к минимуму количество сварных элементов корпуса , что в свою очередь дает возможность свести к минимуму веро тность утечки электролита и остаточную деформацию, котора может возникнуть в процессе изготовлени элементарной чейки. При этом сооружение элементарной чейки обходитс очень дешево .

Ребра 3 дл образовани электрическо- го соединени (ниже будем просто называть электропроводимые ребра) привариваютс к поддонообразному корпусу 2, а электрод 4 привариваетс к противоположным сторонам ребер 3.

Поддонообразный корпус 2 образован крюкообразным фланцем 7 (фиг. 4), стенкой рамки 8 и разделительной перегородкой 9. Окруженное стенкой рамки 8 и разделительной перегородкой 9 пространство-вы- полн ет функцию анодной или катодной камеры. Анодные и катодные камеры герметизируютс с помощью соответствующих прокладок. Наиболее подход щим материалом дл изготовлени прокладок вл ютс этилен-пропиленовый каучук, полидетраф- торэтилен и т.д. Желательно, чтобы ширина каждой прокладки дл анодной или катодной камер была равна ширине уплотнени . Толщина прокладок дл анодной и катодной камер обычно колеблетс от 1,0 до 3,0 мм.

Кажда штангообразна деталь 1 вводитс или вставл етс в пространство, образуемое каждым крюкообразным фланцем 7 и смежной стенкой рамки 8, которые в данном случае соедин ютс между собой затылок в затылок. В каждой штангообраз- ной детали 1 образована канавка, -котора обеспечивает прочное соединение верхней части каждого кркжообразного фланца с

штангообразной деталью. Сам крюк каждого крюкообразного фланца 7 может иметь такую длину, чтобы после установки в канавке , образованной на каждой штангообразной детали, он не выдавалс за пределы этой канавки. Крюк также может иметь длину , котора будет необходимой дл выполнени какой-то операции изгибани . Рекомендуетс иметь длину крюка в пределах от 2 до 20, а лучше от 5 до 10 мм.

Длина в направлении прохождени электрического тока от стенки рамки 8 соответствует толщине анодной или катодной камеры и обычно находитс в пределах от 10 до 100мм.

Высота разделительной перегородки соответствует высоте анодной камеры, а также и высоте катодной камеры.

Эта высота обычно находитс в пределах от 50 до 200 см. Поперечна ширина разделительной перегородки соответствует поперечной ширине анодной камеры, а также поперечной ширине катодной камеры. Поперечна ширина обычно находитс в пределах от 20 до 400 см. Толщина поддо- нообразного корпуса 2 может выполн тьс такой, чтобы можно было выполн ть необходимое изгибание исходного листового материала (пластинки) этого корпуса, чтобы сам корпус легко выдерживал внутреннее давление и чтобы электропровод щие ребра можно было свободно приваривать к корпусу , т.е. желательно, чтобы эта толщина колебалась в пределах от примерно 1 до примерно 3 мм.

Электропровод щие ребра 3 привариваютс к поддонообразному корпусу 2. Каждое из этих ребер имеет п ть отверстий. через которые проходит электролит и конечный продукт электролиза. Толщина электропровод щих ребер выбираетс такой,чтобы зазор между ионообменной мембраной и каждым электродом был равен нулю или почти нулю. При выборе толщины электропровод щих ребер необходимо также учитывать длину стенки рамки 8, толщину уплотн ющих или герметизирующих прокладок 16 и 17 и толщину каждого электрода 4.

Если необходимо еще больше упрочить каждую электродную камеру, тогда рекомендуетс закрепл ть усиливающие ребра или просто ребра жесткости в центральной части упом нутых камер. В качестве исходного материала изготовлени ребер жесткости дл катодной камеры используетс тот же материал, что и дл изготовлени поддо- нообразного корпуса на стороне катода, т.е. железо, никель, нержавеюща сталь или сплав этих металлов. В качестве исходного

материала изготовлени ребер жесткости дл анодной камеры используетс тот же материал, что и дл изготовлени поддоно- образного корпуса на стороне анода, т.е. титан или титановый сплав. В цел х усилени всей конструкции желательно, чтобы две пластины, имеющие ту же форму, что и электропровод щие ребра, соедин лись вместе во многих точках соединени . Явл етс также желательным, чтобы любой элемент усилени или упрочени тесно контактировал со стенкой рамки и штанго- образными детал ми. Как и электропровод щие ребра жесткости или упрочени имеют по п ть отверстий, через которые свободно проход т электролит и конечный продукт электролиза.

Дл электродов 4 можно использовать металлические элементы практически любой формы, но с об зательным условием, чтобы они имели несколько отверстий. В качестве исходного металлического листового материала изготовлени электродов могут, например, выступать расширенные при застывании металлы, металлические листы в виде перфорированной плоской пластины , комбинированные прутки или проволочна металлическа сетка.

Что касаетс штангообразных деталей 1, то дл каждой элементарной чейки требуютс две горизонтальные и две вертикальные штангообразные детали. Кажда горизонтальна штангообразна деталь имеет отверстие дл сопла. Сам крюк каждого крюкообразного фланца 7 устанавливаетс в канавке. Длина каждой верхней и нижней штангообразных деталей 1 соответствует сумме поперечной ширины разделительной перегородки 9 и половине ширины лицевой стороны уплотнени крюкообразного фланца 7. Длина каждой вертикальной штангообразной детали 1 соответствует сумме высоты разделительной перегородки 9 и половины ширины лицевой стороны уплотнени крюкообразного фланца 7.

Форма поперечного сечени каждой штангообразной детали 1 идентична поперечному сечению пространства, образованному каждым крюкообразным фланцем 7 и смежной стенкой рамки 8. Желательно защитить поверхность штангообразных деталей 1 резиновой облицовкой, покрытием из эпоксидной смолы или другими подобными материалами, чтобы гарантировать образование хорошей электрической изол ции и предохранить поверхность от коррозии.

Исходными материалами изготовлени лоддонообраэных корпусов 2 и электропровод щих ребер 3 могут быть металлы или сплавы, которые будут антикоррозионными

в услови х электролиза. Например, титан и титановые сплавы можно использовать дл образовани поддонообразного корпуса на стороне анода, а железо, никель и нержавеющую сталь и сплавы этих металлов можно использовать дл изготовлени поддонообразного корпуса на стороне катода.

В качестве исходного материала анода можно использовать любой из трех материалов , которые используютс дл обычного электролиза водных растворов хлорида щелочных металлов, т.е. анод образуетс в результате обработки таких исходных металлов, как титан, цирконий, тантал, ниобий или любой сплав этих металлов с последующим покрытием исходного материала, которому уже придана нужна форма анода, анодно-активным материалом, состо щим главным образом из металлической окиси

платиновой группы, например из окими рутени .

Дл образовани катода можно использовать фасонное железо, никель или любой сплав этих металлов, причем эти металлы

используютс в своем первоначальном виде или предварительно покрываютс катодно- активным материалом, например скелетным никелевым катализатором гидрировани , родан-никелем или окисью

никел .

Дл изготовлени штангообразных деталей 1 можно использовать практически без ограничени такие металлы, как железо, нержавеющую сталь и прочие им подобные

металлы, а также такие пластические материалы , как полиэтилен, полипропилен, пол- ивинилхлорид и т.д. Однако предпочтение в данном случае отдаетс металлам, так как с их помощью обеспечиваетс необходима

прочность конструкции электролизера. При этом эти детали можно изготавливать как сплошными, так и полыми, однако с точки зрени прочности конструкции предпочтение отдаетс сплошным детал м.

Поддонообраэный корпус 2 изготавливаетс , например, следующим образом. Предварительно изогнута на всех четырех углах пластинка (фиг. 5} обрезаетс таким образом, чтобы она получила форму поддонообразного корпуса. Крюкообразный фланец 7 и стенка рамки 8 изгибаютс вдоль пунктирных и сплошных линий с конечным образованием нужной формы. Следовательно , в данном случае сварочные операции

будут необходимы только на четырех углах этой конструкции. Благодар этому значительно сокращаетс количество сварных деталей и элементов, а также намного уменьшаетс и остаточна деформаци ,

Кроме того, в соответствии с изобретением точки креплени электродов на электропровод щих ребрах, а также лицевые поверхности уплотнени крюкообразных фланцев, которые в соответствии с известным уровнем техники необходимо было подвергать механической обработке, чтобы устранить образованную в результате сварочных работ и прочих операций по сборке и монтажу остаточную деформацию, можно обрабатывать с высокой степенью точности без возникновени в них остаточной деформации и очень простой операцией.

При этом изобретение исключает необходимость механической обработки упом нутых точек креплени и лицевых поверхностей уплотнени , что значительно сокращает себестоимость изготовлени всей конструкции.

В соответствии с изобретением элементарна чейка образуетс .следующим образом . Устанавливают затылок в затылок предварительно изготовленные поддонооб- разные корпуса дл анодной и катодной камер . Эти корпуса можно соединить вместе с помощью сварки, например, в точках соединени , а можно и не соедин ть. Однако рекомендуетс соедин ть эти корпуса, так как в данном случае будет более низким электрическое сопротивление. Этого можно добитьс путем пр мого ультразвукового сваривани корпусов или с помощью точечной их сварки, дл чего предварительно нужно установить между корпусами титано- железную пластинку, причем два этих металла пластинки соедин ютс между собой путем взрыва.

Затем вставл ют штангообразные детали 1 в пространство, образованное между крюкообразным фланцем 7 и стенкой рамки 8, чтобы можно было прикрепить к корпусу верхнюю, правую, нижнюю и левую рамки. Далее вставл ют в верхнее отверстие дл сопла 25 и в нижнее отверстие дл сопла 25, которые выполнены в штангообразных детал х , соответственно сопло 12 дл впуска электролита и сопло 13 дл выпуска электролита и герметизируют зазор между впускным соплом и отверстием 26, которое просверлено через нижнюю стенку рамки 8, а также герметизируют зазор между выпускным соплом и отверстием 26, просверленным через верхнюю стенку рамки 8.

Согласно изобретению не существует каких-то специфических ограничений относительно типа используемой в данном случае катионообменной мембраны. В данном случае можно использовать любую мембрану , котора обычно используетс дл электролиза водного раствора хлорида щелочных 5 металлов.

Наиболее подход щими смолами дл изготовлени катионообменных мембран вл ютс смолы на основе сульфокислоты. карбоновой кислоты, полисульфамида и на

0 основе различных комбинаций карбоновой и сульфокислоты. В данном случае предпочтение отдаетс несомненно смоле на основе карбоновой кислоты - сульфокислоты, так как эта смола обеспечивает большой пере .5 нос и передачу ионов щелочного металла. Если катионообменна мембрана изготовлена из смолы комбинированного типа, тогда насто тельно рекомендуетс устанавливать ее между анодом и катодом

0 таким образом, чтобы анод был обращен в сторону, где присутствуют группы сульфокислоты упом нутой катионообменной мембраны , а катод будет обращен в сторону, где присутствуют группы карбоновой кислоты

5 этой же мембраны.

Что касаетс эффективности отвержда- ющегос св зующего вещества катионообменной мембраны, то с точки зрени стойкости по отношению к хлору предпочте0 ние следует отдать фтороуглеродным полимерам . С целью повышени механической прочности мембран их можно усилить (армировать ) тканью, сеткой и т.д.

Предлагаемое техническое решение по5 звол ет упростить монтаж по сравнению с известным.

Claims

Формула изобретени Электролизер фильтр-прессного типа, включающий монопол рные электроды,

0 между которыми размещены бипол рные электроды, анодные и катодные части, выполненные в виде электропроводных ребер, соединены с распределительной перегородкой , рамки с бипол рными электродами

5 образуют множество элементарных электрохимических чеек, отличающийс тем, что, с целью упрощени монтажа электролизера , распределительна перегородка выполнена в виде двух листов, торцы кото0 рых выполнены крюкообразными и загнутыми внутрь с образованием полости элементарной электрохимической чейки, листы соединены между собой сторонами, противоположными загнутым торцам, и в

5 пространстве между крюкообразными част ми листов установлена рамка.

Фиг.1

Фиг. 2.

7-е

8

-9

10

-3 4

-5

Фиг.З

Фиг. 4

Фи&5

1У

7

Фиг. 6

2

i9 . чз

22ftfU&t