ЭЛЕКТРОЛИЗЕР
ELECTROLYTIC CELL

Изобретение относится к технологии электрохимических производств, в частности к конструкциям электролизеров.
2
Как известно, окисление меркаптанов с целью получения органических дисульфидов возможно проводить электрохимическим путем на переменном и постоянном токе. Процесс на постоянном токе ведут в диафрагменных электролизерах, при этом целевой дисульфид выделяется на аноде. Так, в патенте [Пат.4032416 США, МПК С25В 3/02. заявл. 10.03.1976; опубл. 28.06.1977] предложен электролизер для синтеза тетраалкилтиурамдисульфидов на постоянном токе. Электролизер представляет собой прямоугольный бак, разделенный горизонтальной диафрагмой на катодный и анодный отсеки. Анод выполнен из платины, отполированной до зеркального блеска, что позволяет уменьшить налипание целевого продукта на электрод. Катод может быть изготовлен из стали или другого подходящего металла, стойкого в условиях синтеза. Плотность тока поддерживают вблизи 0,2 А/см.
Для решения проблемы налипания целевого дисульфида на анод при постояннотоковом электролизе был предложен электролизер с вращающимся анодом [Пат.2140194 USA, МПК С10G 19/08. заявл. 19.08.1936; опубл. 13.09.1938]. Аппарат выполнен в виде цилиндрической емкости, корпус одновременно играет роль катода. Анод может быть изготовлен из платины, золота и других металлов, не разрушающихся при ведении процесса, и представляет собой цилиндрическую трубу внутри корпуса аппарата. Для вращения анода электролизер снабжен электродвигателем.
Конструкция электролизера с вращающимся анодом предложена и в работе [Пат.53766 СССР, класс 12о, 23. заявл. 28.05.1936; опубл. 31.08.1938.]. Анод в указанном электролизере представляет собой железную трубу, покрытую никелем. Своей нижней частью анод погружен в корыто, играющее роль катодного сосуда. Расстояние между внутренней полостью корыта и поверхностью анода равно 5 мм. Внутри корыта выложен тонкий слой асбеста, играющий роль диафрагмы. Вращение анода осуществляется с соответствующей скоростью электромотором. Положительный полюс источника тока подключают к вращающемуся цилиндру - аноду, а отрицательный непосредственно к корыту. Готовый продукт откладывается на аноде и снимается с него при помощи специального скребка, расположенного по всей длине анода.
Таким образом, основные недостатки описанных выше процессов синтеза дисульфидов на постоянном токе - это налипание продукта на анод и невысокий съем продукта с единицы объема аппарата. В то же время, решение проблемы налипания продукта путем организации вращающегося электрода усложняет конструкцию аппарата, в частности требует специальных приспособлений для подачи тока на вращающийся анод.
Лишены указанных недостатков процессы синтеза на переменном токе. Применение переменного тока позволяет избежать налипания продукта на электродах и работать на более высоких плотностях тока, что увеличивает съем продукта. Так, в работе [Пат.2385410 США, МПК С25В 3/10. заявл. 21.07.1941, опубл. 25.09.1945] для синтеза 2,2'-дибензтиазолилдисульфида был использован переменный ток промышленной частоты. Описанная в патенте конструкция электролизера предельно проста - электролизер представляет собой стакан со стержневыми электродами из платины или графита. Авторами отмечается, что для поддержания высокого выхода по току требуется включение в технологическую схему стадии корректировки раствора электролита.
С целью организации непрерывного процесса синтеза 2,2'-ди-бензтиазолилдисульфида окислением натриевой соли 2-меркаптобензтиазола была предложена технологическая схема процесса с прокачкой электролита через электролизер [Килимник. А.Б. Научные основы экологически чистых электрохимических процессов синтеза органических соединений на переменном токе: монография / А.Б. Килимник, Е.Э. Дегтярева. - Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2008. - 116 с.]. При осуществлении этого процесса в аппарат подается суспензия с избытком нерастворенного в щелочи 2-меркаптобензтиазола. Избыток 2-меркаптобензтиазола в суспензии рассчитывался, исходя из ориентировочного значения выхода по току в данных условиях электролиза, а скорость прокачки суспензии выбиралась такой, чтобы скомпенсировать расход 2-меркаптобензтиазолатного аниона в зоне электродов путем растворения всего взятого избыточного количества 2-меркаптобензтиазола из твердой фазы суспензии. Для проведения такого синтеза предложен электролизер колонного типа, состоящий из корпуса, рубашки, мешалки и электродного блока. В верхней части электролизера расположен патрубок для вывода суспензии, содержащей целевой продукт.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является электролизер, предложенный в работе [Килимник. А.Б. Научные основы экологически чистых электрохимических процессов синтеза органических соединений на переменном токе: монография / А.Б. Килимник, Е.Э. Дегтярева. - Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2008. - 116 с.]. Недостатком описанного электролизера является высокая зависимость чистоты получаемого в аппарате продукта от колебаний условий технологического процесса. При отклонении выхода по току от расчетного значения в целевой продукт попадает твердый 2-меркаптобензтиазол, что осложняет стадию его отмывки.
Предлагаемый нами электролизер позволяет решить эту проблему, путем организации подпитки реакционного раствора 2-меркаптобензтиазолом, поступающим в зону электродов через мембрану из размещенной вокруг нее дополнительной емкости, содержащей твердый 2-меркаптобензтиазол.
Изобретение поясняется чертежом.
Предлагаемый электролизер колонного типа состоит из корпуса 1, теплообменника 2 и устойчивых в условиях синтеза металлических (например, платиновых) электродов 3, в виде проволочных спиралей, между которыми устанавливаются изоляторы 4. Корпус изготовлен из нержавеющей стали. Для устранения токов утечки внутренняя поверхность корпуса электролизера покрыта резиной. В нижней части электролизера имеется входной штуцер 5 для ввода реакционного раствора, а в верхней части тангенциально расположенный патрубок 6 для вывода суспензии, содержащей целевой продукт. Электролизер снабжен двухъярусной мешалкой. Нижний ярус 7 служит для перемешивания электролита в зоне электродов; верхний ярус 8 - для облегчения удаления суспензии, содержащей целевой продукт, из электролизера через верхний патрубок 6. В зоне электродов расположен специальный отсек 9 для подпитки реакционного раствора 2-меркапто-бензтиазолом, 2-меркаптобензтиазол подается в отсек 9 через загрузочный люк 10. Отсек 9 отделяется от основного объема электролизера устойчивой в рабочих условиях мембраной, закрепленной на ребрах жесткости 11, препятствующей проникновению твердого реагента (например, 2-меркаптобензтиазола) в реакционный раствор. Контроль температуры реакционного раствора осуществляется термопарой, вводимой в аппарат через штуцер 12.
Отличительной особенностью заявляемого электролизера является установка вокруг зоны электродов отделенного мембраной специального отсека для подпитки реакционного раствора реагентом (например, 2-меркаптобензтиазолатным анионом).
Электролизер работает следующим образом.
Для пуска электролизера в работу через штуцер для ввода реакционного раствора 5 подается исходный насыщенный раствор натриевой соли 2-меркаптобензтиазола с заданной температурой, которая поддерживается с помощью теплоносителя, подаваемого в теплообменник 2. В отсек подпитки 9 загружается 2-меркаптобензтиазол. На электроды 3 подается переменное напряжение, включается мешалка. Израсходованное в ходе электросинтеза количество 2-меркаптобензтиазолатного аниона компенсируется поступающим через мембрану из отсека 9 в зону электродов 2-меркаптобензтиазолатным анионом, образующимся путем взаимодействия твердого 2-меркаптобензтиазола со щелочью, проникающей в отсек 9 из реакционного раствора. Суспензия, содержащая целевой продукт, выводится из электролизера через верхний патрубок 6.
Предлагаемый электролизер высокоэффективен и может найти широкое применение в производстве различных органических и неорганических соединений.