Способ установки в электролизер ионообменной мембраны

(б 4 С 25 В 13 О ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИПРИ ГННТ СССР ЫИЯЙМ 3Т:" г ъ(1 ЫВО АОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ПАТЕНТ 3-2(56) атент СЫА й 4000057,4-296, 1977. кл,(71) Империал Кемикал Индастри,(72) Питер Джон Смит (СВ)(54) СПОСОБ УСТАНОВКИ В ЭЛЕКТРОЛИЗЕРИОНООБМЕННОИ МЕМБРАНЫ Изобретение относится к способам установки ионообменной мембраны в электролизере.Цель изобретения - снижение напряжения на электролизере при проведении электролиза , за счет исключения складкообраэования мембраны.Предлагаемый способ установки в электролизер ионообменной мембраны позволяет исключить образование складок на мембранах. Цель достигается за счет того, что поверхность мембраны увеличивают на 35-ЗЗОХ путем растягивания ее по одной и/или двум осямопри 20-210 С и после растягивания пленку выдерживают при температуре растягивания в течение 1-3 мин.Растяжение мембраны может быть осуществлено путем пропускания мембраны вокруг и между валков, вращаю 2(57) Изобретение относится к способу установки в электролизер ионообменной мембраны из пленки сополимера тетрафторэтилена и перФторвинилового эфира с сульФокислотными или карбоксильными ионообмецными группами. Способ включает растягивание пленки по однойо и/или двум ее осям при 20-210 С до увеличения ее поверхности на 35-ЗЗОХ и выдержку в течение 1-3 мин после растягивания при той же температуре, После растягивания пленку закрепляют в жесткую рамку электролизера. Способ позволяет снизить напряжение на электролизере на 5-10 Х за счет исключения провисания мембраны и образования наф ней складок. 2 з.п. Ф-лы. щихся с разными окружными скоростями путем приложения растягивающего усилия к противоположной рамке или машине, Мембрану можно растягивать вдоль одной или двух осей, при растягивании мембраны вдоль одной оси к противоположным кромкам ее следует прикрепить полоски жесткого материала, чтобы предотвратить сокращение мембраны в направлении, перпендикулярном направлению растяжения.После того, как растянутая и натянутая мембрана установлена в электролизере и закреплена в нем, при контактировании с электролитом, особенноО при повышенной температуре до 95 С, имеющей место в хлор-щелочном электролизере, Фиксированная часть из удлинения или доля его освобождается и мембрана стремится вернуться к ис 3 151072ходному состоянию, чему препятствуетее крепление в электролизере, Стремление к сокращению компенсируетсяразбуханием мембраны при контактиро 5вании с электролитом и в результатемембрана остается в процессе эксплуатации несморщенной и натянутой.Подвергнутая вытяжке мембрана,как правило, имеет толщину 0,1 - 102,0 мм. Температура, при которой проводится вытяжка мембраны, зависит оттипа мембраны и обеспечивает плавление полимера мембраны, Растянутуюмембрану подвергают отпуску, выдерживая ее в течение 1-3 мин в натянутомсостоянии при температуре растяжения.После этого мембрану охлаждают докомнатной температуры, при которойне происходит быстрой релаксации 20напряжений в мембране при снятиивнешних изделий, Для уменьшения веро".ятности повреждения мембраны вытяжкуможно повторить 1-2 раза.Наиболее коррозионностойкими в 25производстве хлора и щелочи являютсямембраны из сополимера тетрафторэтилена и перфторвинилового эфира с сульФокислотными или карбоксильными ионообменными группами. 30Вытянутую и натянутую мембрану крепят путем зажима между прокладкамиили прикрепляют к рамке.П р и м е р 1. Прямоугольник 35 хх 30 см вырезают из листа катионооб 3менной мембраны толщиной 280 мкм, изготовленной из сополимера тетрафторэтилена и перфторвинилового,эфира,содержащего группы карбоновой кислоты, обладающей ионообменной емкостью1,3 миллиэквивалент на грамм,К кромкам листа длиной 35 см прикрепляют полоски эластичной ПХВ-ленты, а к кромкам длиной 30 см прикрепляют полоски алюминия. Затем лист 45устанавливают в прибор Огепйег Брюконер Каро П и нагревают до 67 С в печи, связанной с прибором.Затем лист растягивают за алюминиевые полосы со скоростью 1 м/мин50до тех пор, пока расстояние междуалюминиевыми полосами не увеличилосьв 1,5 раза, причем ПХВ-ленты препятствуют сужению листа, Затем лист,оставаяс.ь в приборе, вынимают из пе 55чи и охлаждают до комнатной температуры в потоке воздуха,оПроцедуру нагрева листа до 67 Си охлаждения до комнатной темпера 1. 4туры повторяют дважды, причем припервом повторении расстояние междуалюминиевыми полосами увеличиваетсяв 2,5 раза, а при втором повторении -в 4,2 раза по сравнению с исходным.Полученную пленку катионообменной мембраны вынимают из прибора.Пленка слегка релаксирована в сторону исходного размера листа, толщинапленки составляет 80 мкм.Изготовленная таким образом пленка катионообменной мембраны закрепляется в растянутом состоянии междупарой прокладок из тройного этиленпропиленового каучука и устанавливается в электролизер, оборудованныйникелевым сетчатым катодом диаметром7,5 см и титановым сетчатым анодомс покрытием смесью КцО и ТдО в отношении 35 КцО. 65 Т 10 по массе.В анодное отделение. электролизеразаливают водный раствор 310 г/л МаС 1с рН 8,0, в катодное - воду, послечего ИаС 1 подвергают электролизу при90 С, причем концентрация ИаС 1 в анодном отделении в процессе электролиза составляет 200 г/л.Хлор и обедненный раствор ИаС 1 выводятся из анодного отделения, а во-дород и водный раствор МаОН (353 помассе) выводятся из катодного.отделения. Электролиз проводится приплотности тока 1 кА/м 2 и при напряжении электролизера 3,0 1 В.После эксплуатации в течение 20 днэлектролизер открывают и производятосмотр катионообменной мембраны, которая оказалась натянутой и без морщин.Для сравнения описанный процессэлектролиза повторяют с катиснообменной мембраной толщиной 280 мкм, т,е.не подвергнутой растяжению, При плотности тока 1 кА/м напряжение составляет 3, 1 В, а мембрана оказаласьсморщенной и не натянутой.П р и м е р 2, Электролиз по приме-,ру 1 повторяют при плотности тока2 кА/м 2, Напряжение при этом составляет 3,24 В, а мембрана оказалась натянутой и без морщин,При той же плотности тока напряжение на электролизере с мембранойтолщиной 280 мкм и не подвергавшейсярастяжению составляет 3,4 В, а мембрана оказалась ненатянутой и сморщенной.П.р и м е р 3. Злектролиз по примеру 1 повторяют при плотности тока5 151073 кА/гР. В этом случае напряжениесоставляет 3,52 В, а мембрана приосмотре оказалась натянутой гг безморщин,При сравнительном электролизе с не 5растянутой заранее мембраной толщиной280 мкм напряжение составляет 3,7 В,а мембрана при осмотре оказалась ненатянутой и сморщенной. 10П р и м е р 4. Образец катионообменной мембраны размером 11,5 х 11,5 смиз сополимера тетрафторэтилена и перфторвинилового эфира, содержащегогруппы сульфокислоты в виде соли калия, оклеивают по кромкам ПХВ-лентойи зажимают в растяжкой рамке. Мембраону нагревают до 180 С и вытягиваютвдоль одной оси со скоростью0,85 м/мин с коэФфициентом 2,0. Затем 20мембрану охлаждают до комнатной температуры и вытягивают из растяжнойрамки.Эту мембрану устанавливают в электролизер по примеру 1 и проводят процесс электролиза по примеру 2, т.е.электролиз раствора ИаС 1 при плотности тока 2 кА/м, в ходе которого получают раствор ИаОН с концентрацией25 Х при КПД по току 50 Х, Напряжение 30ячейки составляет 2,95 В,При осмотре мембрана оказалась рас"тянутой и без морщин,Для сравнения проводят электролизс описанной мембраной, которая неподвергается растягиванию. Ячейка работает при напряжении 3, 1 В, а МаОНполучают при КПД по току 57 Х.При осмотре оказалось, что мембрана сморщена и нерастянута. 40П р и м е р 5. Пленку катионообменной мембраны из сополимера тетрафторэтилена и перфторвинилового эфира с карбоксильными ионообменнымигруппами толщиной 300 мкм подвергают двухосному растягиванию при температуре; а) 20 С; б) 100 С; в) 210 С.Скорость растягивания составляет0,25 м/мин, После растяжения мембрану выдерживают 1 мин при температурерастяжения. Увеличение площади поверхности мембраны составляет: а) 43 Х;б) 50 Х; в) 161 Х.П р и м е р ы 6 и 7. Процесс растягивания мембраны проводят, как впримере 5 за исключением того, чтовремя отпуска при температуре растяжения составляет 2 мин (пример 6) и3 мин (пример 7), Усадка образцов по 21сле охлаждения составляет в прим-.ре 511 Х, в примере 6 10 Х и в примере 7 9 Х.Дальнейшее увеличение времени отпуска нецелесообразна, поскольку усадкаобразцов не уменьшается.П р и ме р 8, Мембраны, изготовленные как описано в примерах 5-7,испытывают в электролизере, описанном в примере 1, в течение 30 дн,при плотности тока 3 кА/м . Среднеенапряжение на электролизере 3,3 В,Мембраны, которые извлекают через30 дн из электролизера, оказалисьнесморщенными, беэ складок,П р и м е р 9, Пленка катионнообменной мембраны иэ сополимера тетрафторэтилена и перфторвиниловогоэфира, содержащая группы карбоксильного эфира, имеющая толщину 290 мкм,сдавливается между плитами гидравлического пресса в течение 1 мин при220 С, а давление составляет 175 кг/см 2,Мембрану вынимают из пресса и подвергают охлаждению, толщина мембраныстановится равной 215 мкм. Вследствиеэтого площадь поверхности. мембраныувеличивается на 35 Х.П р и м е р 10. Пленку катионообменной мембраны толщиной 290 мкм, как в примере 10, растягивают по двумоосям при 67 С за счет приложения усилия растяжения к противоположным сторонам прямоугольной мембраны, После охлаждения и снятия усилия растяжения толщина мембраны оказалась равной 215 мкм, площадь поверхности увеличилась на 35 Х.П р и м е р 11, Мембраны, изготовленные, как описано в примерах 9 и 10, испытывают в электролизере, описанном в примере 1, в течение 15 дн., среднее напряжение на электрализере составляет 3,41 и 3,32 В при использовании мембраны по примерам 9 и 1 О соответственно. Средний выход по току 96 Х. Через 15 дн. электролиз прекращается, а мембрану извлекают из электролизера.Мембрана, изготовленная методом сдавливания, имеет складки, а мембрана, изготовленная методом растяжения, оказалась без складок. Следовательно мембрана, изготовленная растягиванием пленки, обладает лучшими характеристиками, позволяющими исключить складкообразование.Заказ 583 1/58 Тираж 605 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина, 101 Таким образом, установка мембраны в электролизер по предлагаемому способу позволяет снизить напряжение на электролизере на 5-102 благодаря пред-,.) отвращению провисания мембран и обра-зования на них складок. Предлагаемые пределы увеличения поверхности мембраны при ее вытягивании обусловлены тем, что при увеличении поверхности меньше 352 положительный эффект не достигается, а при увеличении поверхности больше 3302 теряется механическая прочность мембраны; 15Формула изобретения 1. Способ установки в электролиэер ионообменной мембраиы из пленки сополимера тетрафторэтилена и перфторвц нилового эфира с сульфокислотными или карбоксильными ионообменными группами, включающий увеличение поверхности пленки при повышенной температуре, крепление ее в жесткую рамуэлектролизера, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью снижения напряжения на электролизере при проведении электролиза эа счет исключения складкообразования мембраны, увеличение поверхности мембраны проводятпутем растягивания пленки по однойи/ или двум ее осям до увеличения ееповерхности на 35-3302. 2. Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем,что растягиваниепроводят при 20-210 ц С,3. Способ по пп. 1 и 2, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что после растягивания пленку выдерживают при температуре растягивания в течение 1 3 мин,