ЭЛЕКТРОЛИЗЕР С ГОРИЗОНТАЛЬНЫМ РТУТНЫМ КАТОДОМ
ELECROLYTIC CELL WITH HORIZONTAL MERCURY CATHODE

Изобретение относится к области электрохимических производств - для получения хлора и каустической соды, а именно к конструкции электролизера с ртутным катодом.
Известен электролизер с горизонтальным ртутным катодом, анод которого включает анодные элементы в виде титановой сетки и прутков с нанесенным на них активным покрытием, скрепленных с токораспределительными титановыми планками, медные токоподводящие стержни с резьбовой частью и токораспределительные ребра, закрепленные между собой сваркой. Две токоподводящие планки и токораспределительные ребра образуют каркас анода. Анодные элементы образуют анодную решетку, которая служит рабочей поверхностью анода. Решетка выполнена из элементов круглого, овального, прямоугольного профиля, которые скреплены между собой поперечными связями методом сварки. Решетка приварена к каркасу [SU 1189142].
Эффективность процесса электролиза и энергопотребление электролизера зависят от напряжения на электролизере и выхода по току. Вышеуказанный анод электролизера с ртутным катодом позволяет работать электролизеру с напряжением, равным 4,54 B.
Основным недостатком данной конструкции анодов является то, что в процессе электролиза молекулы хлора образуют «пузырьковую оболочку» на конструктивных элементах анода. «Пузырьковая оболочка» увеличивает сопротивление электролита и снижает скорости выхода газов из аналита. Кроме того, при электролизе происходит образование четко выраженных зон - щелочной прикатодной и насыщенной газообразным хлором прианодной. Наличие этих зон способствует растворению газообразного хлора в подщелочной зоне с образованием его активных форм (гипохлорита и хлорноватистой кислоты), легко восстанавливающихся на катоде, что приводит к увеличению напряжения и к снижению выхода по току хлора и каустика и к увеличению коррозии анодного покрытия.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является анод электролизера с горизонтальным ртутным катодом, выполненный в виде решетки или сетки из металла с электрокаталитическим покрытием и перегородками, расположенными на стороне, противоположной катоду, причем соседние перегородки попарно наклонены одна к другой и угол между перегородками составляет 45-75°. Площадь анода внутри каждой пары перегородок относится к площади анода между каждой парой как (2-6):1 [Патент SU 1364243].
Принцип действия конструкции такого анода заключается в создании циркуляционного обмена электролита между основным его объемом в электролизере и межэлектродным пространством.
Задачей изобретения является увеличение интенсивного циркуляционного обмена электролита между основным его объемом и межэлектродным пространством.
Технический результат при использовании заявляемого изобретения выражается в снижении напряжения на электролизере.
Возможность получения вышеуказанного технического результата обеспечивается использованием электролизера, который состоит из корпуса, катода, анода с рабочей поверхностью, представляющей собой решетку, токораспределительных планок, токоразводящих ребер и гидродинамических перегородок в виде титановых пластин, попарно наклоненных к токоразводящим ребрам и расположенных на стороне, противоположной ртутному катоду, отличающегося тем, что решетка образована из элементов пруткового или пластинчатого типа, в качестве гидродинамических перегородок используют титановые пластины, поверхность которых гофрирована, и гофры имеют полукруглый профиль постоянного или переменного сечения, или титановые пластины в виде пластин с центральным продольным изгибом по всей длине пластины с углом изгиба 130-150°, или титановые пластины, которые на стороне, направленной к катоду, имеют поперечные стенки виде треугольников, расположенных на титановой пластине.
Диффузорные зоны между ребрами и гидродинамическими перегородками с гофрированной поверхностью, или с поперечными стенками, или с центральным продольным изгибом, перекрывающими 75-80% площади анодной поверхности, собирают основную долю выделяющихся электролитных газов, создают направленные потоки циркуляции электролита между объемом электролита над анодами и межэлектродным пространством за счет эффекта газлифта, что способствует в конечном итоге увеличению эффективности выделения хлоргаза из аналита. Увеличение контактной площади гидродинамических перегородок способствует полному выводу хлоргаза из межэлектродного пространства.
На Фиг.1 изображен электролизер с горизонтальным ртутным катодом, продольный разрез; на Фиг.2 - анодная конструкция, аксонометрия; на Фиг.3 - гофрированная гидродинамическая перегородка с полукруглым профилем постоянного сечения; на Фиг.4 - гофрированная гидродинамическая перегородка с полукруглым профилем переменного сечения; на Фиг.5 - гидродинамическая перегородка с поперечными стенками; на Фиг.6 - изогнутая гидродинамическая перегородка с центральным продольным изгибом; на Фиг.7 - гофрированная гидродинамическая перегородка с треугольным профилем; на Фиг.8 - гофрированная гидродинамическая перегородка с прямоугольным профилем.
Электролизер состоит из корпуса 11, крышки 10, ртутного катода 9, анодного днища 8, электролизер имеет входной 6 и выходной карманы 7 (Фиг.1). Ток подается к аноду через четыре проводящих медных стержня 1, титановые первичные токораспределительные планки 4 и восемь вторичных титановых токораздаточных ребра 5. К нижним кромкам токораздаточных ребер 5 приварена титановая анодная решетка 2, имеющая электрокаталитическое покрытие и служащая анодом. Титановые гидродинамические перегородки 3 выполнены в виде титановых пластин с гофрированной поверхностью (гофра с полукруглым профилем постоянного сечения - Фиг.3, или гофра с полукруглым профилем переменного сечения - Фиг.4), или в виде титановых пластин с поперечными стенками в виде треугольников 12 (Фиг.5), или в виде титановых пластин с центральным продольным изгибом по всей длине, угол изгиба составляет 130-150° (фиг.6). Титановые гидродинамические перегородки 3 устанавливают на аноде после нанесения на него каталитического покрытия. Фиксацию их относительно рабочей поверхности анода осуществляют сваркой к элементам анодной решетки 2 точечной сваркой в двух точках, расположенных по краям перегородки 3. Титановые пластины образуют чередующиеся ряды перегородок, попарно наклоненные к токораздаточным ребрам 5.
Поперечные стенки гидродинамических перегородок 3 выполняют из титана и крепят на титановых пластинах методом сварки.
Условия испытаний: плотность тока 10000 А/м, концентрация рассола NaCl 300 г/л, температура 85-90°С.
В вышеуказанных условиях были испытаны электролизеры с гидродинамическими перегородками: перегородки гофрированные, гофры имеют:
- полукруглый профиль постоянного сечения - Фиг.3;
- полукруглый профиль переменного сечения - Фиг.4;
- с поперечными стенками - Фиг 5;
- перегородки с центральным продольным изгибом по всей длине титановой пластины, с углом изгиба 130-150° - Фиг.6;
- треугольный профиль - Фиг.7;
- прямоугольный профиль - Фиг.8.
Результаты проведенных испытаний представлены в таблице.
Конфигурация испытуемых электролизеров с перегородками
Напряжение ячейки
Выход по току, %
Прототип
4,25
96,5
Фиг.3
4,17
98
Фиг.4
4,15
98
Фиг.5
4,21
98
Фиг.6
4,17
98
Как показали результаты испытаний, использование заявляемых гофрированных гидродинамических перегородок, перегородок с поперечными стенками и перегородок с центральным продольным изгибом позволяет усилить циркуляцию электролита между основным его объемом в электролизере и межэлектродным пространством. Интенсивная направленная циркуляция способствует быстрому выводу из него хлоргаза, выравниванию концентрации рассола и величины рН во всем объеме электролизера, создает в межэлектродном пространстве «жидкостную подушку», снижающую вероятность замыканий анодов с катодом, дает возможность уменьшить межэлектродное расстояние, т.е. снизить напряжение в электролизере.
Кроме того, авторами заявляемого технического решения были испытаны аноды с гидродинамическими перегородками в виде гофрированных титановых пластин, гофры которых имеют прямоугольный Д) и треугольный Е) профиль. В результате испытаний технический результат не подтвердился.