Диафрагменный горизонтальный электролизер

Полезная модель относится к электрохимическим производствам, в частности, к конструкциям электролизеров, и касается электролизера для получения хлора методом электролиза насыщенного раствора хлорида натрия. Техническая задача заключается в создании электролизера, лишенного указанных недостатков и обеспечивающего достижение технического результата. Технический результат заявляемой полезной модели заключается в повышении выхода по току и снижении количества остаточного содержания токсичного хлората в выходящем из электролизера растворе электролитической щелочи. Поставленная задача обеспечивается благодаря созданию электролизера, содержащего корпус, внутри которого расположены горизонтально последовательно по высоте и параллельно друг другу перфорированный анод, пористая диафрагма и перфорированный катод, отверстия которого выполнены с переменным по толщине катода поперечным сечением с его увеличением в сторону анода. Задача решается также тем, что отверстия в катоде выполнены в виде усеченных конусов, причем угол между образующей конуса и большим основанием выбирается в пределах от 55° до 65°. Выполнение катодного отверстия с уменьшением диаметра в направлении к аноду позволяет повысить выход по току до 95-97%, повысить производительность по хлору до 1,0 кг/м².ч и снизить остаточное содержание примесей (хлораты NaClO₃) в электролитической щелочи до 0,1-0,15%. 1 н.з.п.ф., 1 з.п.ф., 2 фиг.

Полезная модель относится к электрохимическим производствам, в частности, к конструкциям электролизеров, и касается электролизера для получения хлора методом электролиза насыщенного раствора хлорида натрия.

Известен диафрагменный электролизер, содержащий ячейку, внутри которой расположены параллельно друг другу анод, выполненный из титана с покрытием из окислов металлов платиновой группы, асбестовая диафрагма и катод (GB 1443690, МПК C25B 1/46).

Недостатком данного электролизера является низкое качество получаемой электролитической щелочи из-за примеси хлората натрия.

Известен также диафрагменный электролизер для получения хлора и каустической соды, содержащий сетчатые или перфорированные анод и катод и две диафрагмы, одна из которых изготовлена из ткани из полимерного материала и размешена на аноде, а вторая, осажденная на катоде - из асбеста. (Патент РФ 1528815, МПК C25B 1/46).

Данный электролизер обладает низким выходом по току до 89% и низким качеством получаемой электролитической щелочи.

Наиболее близким техническим решением к заявляемой полезной модели является электролизер для электролиза водного раствора хлорида натрия, содержащий горизонтально расположенные перфорированные анод и катод с электролитическим покрытием, между которыми размещена диафрагма, по обе стороны которой для снижения расхода электроэнергии и уменьшения кислорода в получаемом хлоре размещены пористые экраны, снабженные средствами прижатия для улучшения электрического контакта. (патент РФ 2054050, МПК C25B 1/46).

Недостатком данного электролизера является относительно невысокий выход по току, не превышающий 94%, и повышенное содержание токсичного хлората в растворе электролитической щелочи - 0,3% и выше.

Техническая задача заключается в создании электролизера, лишенного указанных недостатков и обеспечивающего достижение технического результата.

Технический результат заявляемой полезной модели заключается в повышении выхода по току и снижении количества остаточного содержания токсичного хлората в выходящем из электролизера растворе электролитической щелочи.

Поставленная задача обеспечивается благодаря созданию электролизера, содержащего корпус, внутри которого расположены горизонтально последовательно по высоте и параллельно друг другу перфорированный анод, пористая диафрагма и перфорированный катод, отверстия которого выполнены с переменным по толщине катода поперечным сечением с его увеличением в сторону анода.

Задача решается также тем, что отверстия в катоде выполнены в виде усеченных конусов, причем угол между образующей конуса и большим основанием выбирается в пределах от 55° до 65°.

Выполнение катода с отверстиями, с переменным по толщине катода поперечным сечением с его уменьшением в сторону анода позволяет за счет нарушения неразрывности потока и исключения переноса гидроксильных ионов в анодное пространство повысить выход по току хлора, улучшить качество электролитической щелочи.

Заявляемый электролизер для получения хлора методом электролиза насыщенного раствора хлорида натрия поясняется чертежом, где на фиг. 1 схематично изображен продольный разрез электролизера, а на фиг. 2 - часть диафрагмы с примыкающими к ней электродами.

Электролизер, расположенный на бетонном полу 1 на подставках 2, выполненных из электроизоляционного материала, содержит корпус 3 с крышкой 4, внутри которого горизонтально расположены перфорированный анод 5 (сверху) и перфорированный катод 7 (снизу). Анод 5 и катод 7 подсоединены токоподводящими шинами 6 и 8 к источнику постоянного тока. Между анодом 5 и катодом 7 помещена пористая диафрагма 14, которая может быть выполнена из асбеста или асбополимера. В анодное пространство 13 в верхнюю часть подают в качестве рассола раствор хлорида натрия через штуцер 9 подачи рассола. Образующийся газообразный хлор отводится через штуцер 10 выхода хлора. Газообразный водород, выделяемый на катоде, выводится из электролизера через штуцер 11 выхода водорода. Сливное устройство 12 служит для слива электролитической щелочи, образующейся в процессе электролиза и протекающей сквозь перфорацию катода 7 под давлением рассола в анодном пространстве 13 электролизера.

Электролизер работает следующим образом. Через штуцер 9 подачи рассола в анодное пространство 13 под крышку 4 электролизера подается горячий (90°C) рассол - раствор хлорида натрия (электролит) с концентрацией 300 г/л. Под воздействием постоянного электрического тока от 1 до 4 КА образуется электролитическая щелочь - гидроксид натрия, при этом на аноде 5 выделяется газообразный хлор, который выводится из электролизера через штуцер 10 выхода хлора, а на катоде 7 выделяется газообразный водород, который выводится из электролизера через штуцер 11 выхода водорода. Под воздействием постоянного электрического тока происходит процесс электролиза с образованием электролитической щелочи, которая накапливается в корпусе 3 электролизера, откуда сливается через сливное устройство 12.

Часть рассола протекает из анодного пространства 13 электролизера сквозь отверстия 15 анода 5, отверстия пористой диафрагмы 14 и отверстия 16 катода 7.

Поскольку сквозные отверстия 16 катода 7 выполнены переменного сечения, например, в виде усеченных конусов, то при протекании через них рассола из анодного пространства 13 электролизера за счет краевого эффекта нарушается неразрывность потока электролита, что затрудняет обратный перенос гидроксильных анионов к аноду 5, что способствует повышению выхода по току и хлору и повышению качества электролитической щелочи за счет снижения концентрации побочной реакции образования хлората натрия.

Диафрагменный электролизер с горизонтально расположенными анодом 5 и катодом 7 площадью 1 м² эксплуатировался в рабочем режиме при нагрузке 1 кА. Толщина анода и катода составляла 2 мм. Использовались сменные катоды с различной конфигурацией отверстий перфорации, в том числе и конической формы. В качестве предпочтительного материала анод был выполнен из титана с покрытием из окислов металлов платиновой группы, катод из стали, а диафрагма из асбеста. Изготовлено было шесть катодов с различными диаметрами входного и выходного отверстий по отношению к направлению прохождения рассола. Результаты испытаний сведены в таблицу.

Как видно из таблицы выход по току в пределах от 96-97% и содержание хлората в электролитической щелочи в пределах 0,1-0,15% при производительности по хлору 1,0-1,01 кг/м².ч достигаются при D₁=2 мм D₂ =4 мм и угле =60°. Результаты испытаний показали, что выполнение катодного отверстия с уменьшением диаметра в направлении к аноду позволяет повысить выход по току до 95-97%, повысить производительность по хлору до 1,0 кг/м².ч и снизить остаточное содержание примесей (хлораты NaClO₃) в электролитической щелочи до 0,1-0,15%.

1. Диафрагменный электролизер для получения хлора методом электролиза насыщенного раствора хлорида натрия, содержащий корпус, внутри которого расположены горизонтально и последовательно по высоте параллельные друг другу перфорированный анод, пористая диафрагма и перфорированный катод, отличающийся тем, что отверстия в катоде выполнены с переменным по толщине катода поперечным сечением с его уменьшением в сторону анода.

2. Диафрагменный электролизер по п. 1, отличающийся тем, что отверстия в катоде выполнены в виде усеченных конусов.

3. Диафрагменный электролизер по п. 1 или 2, отличающийся тем, что отверстия в катоде выполнены в виде усеченных конусов с углом между образующей конуса и большим основанием, лежащим в пределах от 55° до 65°.