ЭЛЕКТРОЛИЗЕР ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ГИПОХЛОРИТА НАТРИЯ

Полезная модель относится к электрохимической промышленности и касается получения электролитического гипохлорита натрия в электролизерах проточного типа.
В настоящее время при разработках электролизеров проточного типа спектр применяемых конструкционных материалов ограничен химической стойкостью этих материалов к агрессивной среде хлоридов и хлоратов. В качестве проводникового материала для изготовления электродов и токоподводов используется титан, а в качестве диэлектрика поливинилхлорид (ПВХ) - изготовление корпуса, уплотнителей, дистанционных элементов, перегородок. Применение титана имеет много плюсов благодаря малому весу и высокой химической стойкости. Но высокое удельное сопротивление титана создает определенные трудности в проектировании электролизеров с нетиповым расположением электродов.
В основном все конструкции проточных электролизеров имеют параллельное расположение пластин электродов вдоль корпуса - обычно в виде трубы из ПВХ. Наиболее близкое описание такого электролизера приведено в патенте GB 2068016 А, принятому за прототип настоящей полезной модели. Однако электроды в этом устройстве имеет прямоугольную форму, длинные стороны которой расположены вдоль корпуса, собраны в пакет, геометрия которого ограничена диаметром трубы. Размеры одной пластины электрода по ширине ограничиваются диаметром трубы корпуса, а по длине высоким удельным сопротивлением титана. Таким образом общая рабочая поверхность электродов одного пакета жестко привязана к диаметру трубы корпуса электролизера. Кроме того в данной конструкции электродный блок занимает меньше 50% внутреннего объема корпуса электролизера. Данное обстоятельство с одной стороны сильно увеличивает размеры электролизера, с другой - наличие большого количества свободного места, не занятого под процесс электролиза приводит к тому, что возникает необходимость строить внутри различные разграничительные перегородки с целью заставить раствор электролита двигаться строго между пластинами, иначе на выходе электролизера будет наблюдаться большое количество неотработанного раствора поваренной соли. Труба из ПВХ является самым удачным решением для корпуса электролизера благодаря ее стойкости к хлоридам, доступности широкого спектра типоразмеров, простоте в обработке.
Задача, на которую направлена полезная модель заключается в устранении указанных недостатков известного технического решения.
Получаемый при этом технический результат заключается в уменьшении размеров проточного электролизера без снижения производительности.
Данный технический результат достигается тем, что:
Электролизер проточного типа для получения гипохлорита натрия включает один или более монополярных пакетов электродов, включенных по биполярной схеме, помещенных в корпус, выполненный в виде трубы из поливинилхлорида (ПВХ), а также токоподводы. Пластины электродов расположены поперек упомянутой трубы из ПВХ и имеют форму круга с учетом технологических вырезов под токоподводы.
Кроме того:
- каждый из токоподводов выполнен в виде титановой трубы, внутрь которой вставлен медный стержень, залитый свинцом, а торцы трубы, имеющие непосредственный контакт с электролитом, герметично заварены заглушками, выполненными из титановых пластин..
- упомянутый корпус, выполненный в виде трубы из ПВХ, снаружи усилен трубой из нержавеющей стали с приваренными с торцов фланцами из нержавеющей стали для крепления торцевых крышек, при этом каждая из торцевых крышек уплотнена через силиконовый уплотнитель непосредственно к упомянутой трубе из ПВХ, чтобы не допустить контакт нержавеющей стали с раствором электролита.
Заявленная полезная модель поясняется графическими материалами, где представлено следующее:
Фиг.1 - схема электролизера (вид сбоку);
Фиг.2 - общий вид электролизера (в стереометрии)
Фиг.3 - вид электролизера в разрезе.
Под указанными позициями на представленных фигурах изображено следующее.
1 - титановые пластины для крепления электродов;
;
4 - дистанционные титановые втулки;
5 - титановые шпильки;
6 - труба внешней оболочки токопровода;
7 - труба внешней оболочки токопровода;
8 - патрубок подвода электролита;
9 - патрубок отвода готового продукта;
10 - дистанционные кольца из ПВХ;
11 - стержни из ПВХ;
12 - корпус электролизера (труба ПВХ);
13 - внешняя труба из нержавеющей стали;
14 - фланцы из нержавеющей стали;
15 - титановая пластина (заглушка);
16 - титановая пластина (заглушка) с отверстиями для стержней;
17 - внутренний медный стержень.
В предлагаемой конструкции электролизера Фиг.1 электроды катод 2 и анод 3 расположены поперек трубы 12 - корпуса электролизера, и имеют форму круга. При таком расположении геометрические размеры электрода определяются диаметром корпуса и технологическими выемками под токоподвод, но при этом количество пластин в электродном блоке может быть ограниченно только потерями на токоподвод. Делать токоподвод из титана не представляется возможным ввиду его высокого удельного сопротивления, в то же время использование титана необходимо, учитывая его химстойкость к хлоридам.
Для решения этой проблемы предлагается использовать титановую трубу 6 как внешнюю оболочку для токоподвода, во внутреннюю часть трубы помещается стержень 17 из меди диаметром меньше внутреннего диаметра трубы с таким расчетом, чтобы остался достаточный зазор между стержнем и внутренним диаметром трубы, труба заваривается с одной стороны титановой пластиной 15 и внутрь конструкции заливается расплавленный свинец. Далее в зависимости от назначения токоподвода: если токоподвод предназначен для соединения электродов в биполярной схеме внутри электролизера, медный стержень должен быть такой же или короче титановой трубки, а второй конец титановой трубки также заваривается титановой пластиной 15; если токоподвод используется для подключения к источнику питания, стержень делается длинее титановой трубки на длину, необходимую для подключения внешней шины, второй конец титановой трубки заваривается пластиной 16 с центровочным отверстием для стержня. Диаметры стержня и трубы для каждого электролизера выбираются с учетем максимальной энергетической эффективности. К титановой трубе 6 токоподвода привариваются титановые пластины 1, предназначенные для крепления электродов к токоподводу, электроды 2 и 3 скрепляются в электродные блоки стержнями 11 из ПВХ и дистанционными кольцами 10 из ПВХ с целью обеспечения равномерного межэлектродного расстояния. Электродные блоки закрепляются на токоподводах к пластинам 1 на титановых шпильках 5 через дистанционные титановые втулки 4. Раствор электролита подается через патрубок 8, расположенный в нижней части корпуса, готовый продукт отводится через патрубок 9 сверху.
Учитывая немалый вес электролизера, особенно на больших мощностях, для усиления конструкции предлагается трубу из ПВХ помещать внутрь трубы из нержавеющей стали 13, к этой трубе привариваются фланцы из нержавеющей стали 14, которые служат основой для крепления торцевых крышек 4 из ПВХ, которые уплотняются непосредственно к торцу внутренней трубы 12 из ПВХ через силиконовую прокладку. Таким образом, получается прочный стальной корпус без контакта стали с раствором.
Благодаря данной конструкции стало возможным уменьшить размеры проточного электролизера примерно в 2,5 раза в сравнении с аналогичными конструкциями такой же производительности, что даст возможность существенно уменьшить строительные размеры под электролиз. Такая конструкция позволяет использовать под электролиз практически весь объем электролизера, что будет способствовать более равномерному и полному протеканию процесса электролиза, практически весь раствор электролита будет находиться в межэлектродном пространстве одинаковое время.
Конструкция токоподводов дает широкие возможности для конструирования электролизных установок. Благодаря такой конструкции снижается внутреннее сопротивление электролизера, и тем самым снижаются потери мощности при электролизе. При замене титанового проводника на медный площадь поперечного сечения уменьшается примерно в 45 раз при сохранении тех же электротехнических показателей, при этом объемная стоимость титана и меди примерно одинаковая.
Заявленная полезная модель промышленно применима, поскольку применяемые материалы и технологии изготовления элементов конструкции электролизера известны из уровня техники.
Заявленная полезная модель не ограничивается представленными на графических материалах, в качестве примера, ее конструктивными особенностями и может быть выполнена в различных вариантах, содержащих совокупность признаков формулы.