Электролизер для электролиза под давлением

(57) И обретение отнокой промышленн тся к ектро ти, а именноизеров и может/гние ти произв дор тва. сло ермо ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИПРИ П(НТ СССР ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Институт ядкиАН БССР(56) Якименко Л.М. Производство хлоракаустической соды и неорганическиххлорпродуктов. М.: Химия, 974,с. 127, 135,Авторское свидетельство СССР1084340, кл. С 25 В 9/00, 1982,(54) ЭЛЕКТРОЛИЗЕР ДЛЯ ЭЛЕКТРОЛИЗАПОД ДАВЛЕНИЕМ к конструкциям электро найти применение в обл электрохимических комбинированных цик "лах разложения воды. Цель изобретения - .снижение энергетических затрат,массогабаритных характеристик иуменьшЕние пенообразования, Электролизер включает корпус 1 с направляющими пазами 2, окруженный рубашкойтеплообменника 3, электролизную камеру 4 с наружными горизонтальными перегородками 5, отверстиями перфорации6 и продольными щелями 7, графитовыйанод 8, катодные элементы 9, соединенные несущими токоподводящимишпильками 11, полукольцевые и кольцевые прокладки 16 П-образных профилей, прокладки 20, вводные и выводные штуцера 22 и 23, газоотводящиештуцера 24. Предлагаемое устройствоза счет асимметричной установки электродной сборки в электролизной .камерепри выполнении соотношения 0,3 8 хг ( 0,8, где х - абсолютное смеще1581780 50 сборки, г- радиус камеры, г - радиус сборки, обеспечивает снижениеэнергетических затрат, малогабаритных Изобретение относится к электро 1 Охимической промышленности, а именнок конструкциям электролизеров, используемых в электрохимических производствах водорода, кислорода, хлора ищелочей, и может найти применение в.области производства водорода и кислорода в термоэлектрохимических комбинированных циклах разложения воды,а также в транспортных передвижныхустановках.Целью изобретения является снижение энергетических затрат, массогабаритных характеристик и уменьшение пенообразования.На фиг,1 изображен электролизерпродольный разрез; на фиг.2 - разрезА-А на фиг,1,Электролизер вкпючает корпус 1с направляющими пазами 2, окруженныйрубашкой теплообменника 3, электропизную камеру 4 с наружными горизонтальными перегородками 5, отверстиямиперфорации 6 и продольными щелями 7,графитовый анод 8, полукольцевые икольцевые катодные элементы 9 и 10,соединенные несущими токоподводящимишпильками 11, фланцы 12-14, конические кольцевые прокладки 15, полукольцевые 16 и кольцевые.17 прокладкиП и Г-образных профилей, прокладки 18-4020, пружины 21 сжатия, вводные 22 ивыводные 23 штуцера, газоотводящиештуцера 24.Наружные горизонтальные перегородки 5 электролизной камеры 4 установлены в направляющие пазы 2 корпуса 1 и уплотнены с помощью прокладки16, а на его торцах - кольцевые прокладки 17, на которые установлены катодные элементы 9 и 1 О. Электроднуюсборку размещают в электролизной камере 4 асимметрично и смещают к коллектору ввода. Конические концевыечасти аноды уплотнены с помощьюкольцевых прокладок 15 посредством55фланцев 12 с использованием пружин21 сжатия,Устройство работает следующим образом. характеристик электролизера и понижение степени пенообразования, 2 ил2 табл,Уплотнение электролиэной камеры4 и корпуса 1 обеспечивают фланцы 12и 13 через уплотняющие прокладки 18и 19, при этом фланцы 12 снабженывводными для электролита штуцерами 22и газоотводящими штуцерами 24. Выводные но электролиту штуцера 23 выполнены в корпусе 1.По коллекторам ввода и вывода,образованным трубчатым корпусомэлектролизной камеры 4, корпусом 1 игоризонтальными перегородками 5,через отверстия перфорации 6 и продольные щели электролит вводят и выводят в межэлектродное пространствопараллельно электродным поверхностям.Образующийся при электролизе газчерез отверстия перфорации 6 поступает в свободный объем коллектора вывода и далее через штуцера 24 отводится к потребителю.Электролизер был изготовлен и испытан в лабораторных условиях. Сцелью визуального наблюдения за процессом корпус 1 электролизера и электролизную камеру 4 изготовляли из органического стекла, при этом корпусне окружали рубашкой теплообменника, фпанцы 12-14 и соответствующиеим штуцера, несущие токоподводящиешпильки 11, штуцера 23 выполняли иэстали марки Х 18 Н 10 Т, Анод изготовляли из графита МПГ, катодные злементы иэ пористого (35-407) никеля,а полукольцевые и кольцевые проклад-,.ки 16 и 17 и уплотняющие прокладки18-20 - иэ фторопласта.В лабораторных условиях испытанаппарат, габаритные размеры основныхузлов которого приведены в табл,1.В скобках даны размеры узлов второговарианта изготовления,, Конструкция установки испытана вчетырех вариантах компоновки.Первый вариант: диаметр камеры щ120 мм; цилиндра = 38,3 мм.Второй вариант: диаметр камеры120 мм; цилиндра = 25,0 мм,.Третий вариант: диаметр камеры140 мм; цилиндра = 38,3 мм.81780 6от зоны барботажа до зоны брызг), кобщему объему газового пространствааппарата (составляющему порядка 13,77.от объема аппарата), снижается присмещении электродной сборки к коллектору ввода электролита (см,табл,2),При сохранении технологическихпараметров аналога(прототипа) этопозволяет уменьшить габаритные размеры газовой области аппарата и всегоаппарата в целом. При этом при выполнении технологического условия лишьполного погружения элементов электродной сборки в электролит по сравнениюс прототипом в предлагаемой конструкции (при наличии асимметричной установки сборки в камере) обеспеченавозможность снижение уровня электро лита в аппарате, что (при прочих равных условиях) обеспечивает значительное сникение как габаритных, так имассовых характеристик аппарата. 0,3 С ,6 0,8 х г - г к сгде х г к С 5 15Четвертый вариант: диаметр камеры = 140 мм; цилиндра = 25,0 мм.В эксперименте исследовали процесс электрохимнческого окисления йодида калия в электролите состава: К 1 - К.Сг О г - КОН - Н О. Состав изменялся в пределах С, = 290-300 г/л; С к сг р= 2-3 г/л; рН = 13,8-14,0, Температуру процесса поддерживали постоянной и равной 7010,5 С, средняя плотность тока на графитовом аноде составляла 1000 А/см видимой ра 2бочей поверхности электрода, Давление в аппарате равнялось 202,6 кПа. Расход электролита через аппарат поддерживали постоянным и равным 4,2 л/мин, При этом во всех четырех вариантах компоновки предлагаемой конструкции использовали корпус аппарата, изготовленный из органического стекла, внутренним диаметром 190 мм. В эксперименте определена величина снижения напряжения электролиза (при прочих равных условиях) в зависимости от ве личины относительного смещения электродной сборки в электролизной камере к коллектору ввода электролита при сохранении постоянным объема газового пространства аппарата, т.е. при сох ранении постоянным уровня электролита в аппарате во всех четырех вариантах компоновки конструкции. Для первого варианта компоновки асимметричная установка сборки в камере обеспечила35 понижение напряжения электролиза с 1,7 до 1,65 В. Для остальных трех вариантов компоновки изменение величины рабочего напряжения на электролизере от величины относительного 40 смещения сборки в камере имело менее выраженный интервал изменения. Обеспечение асимметричной установки сборки в камере и смещение ее к коллекто-ру ввода снижает, как показал экспе римент, на 2-ЗЕ энергетические затра- ты при электролизе,.Проведенные испытания, включающие визуальные наблюдения за зоной пенообразования в газовой области аппара та, показали, что степень пенообразования, характеризующая отношение объема газового пространства, заполненного пеной (т.е. объема, занятого пеной Формула и з о б р е т е н и я Злектролизер для электролиза под давлением, включающий корпус цилиндрической формы, фланцы, электролизную камеру с перфорированной боковой поверхностью и двумя горизонтальными перегородками, размещенными между корпусом и камерой и делящими пространство на два коллектора, один из которых служит коллектором ввода, а другой - коллектором вывода, и электродную сборку с монополярным графитовым анодом, выполненным в виде цилиндра с коническими концевыми частями и дисками, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью снижения энергетических затрат, массогабаритных характеристик и уменьшения пенообразования) электродная сборка установлена в электролизной камере асимметрично, при этом ось сборки смещена к коллектору ввода так, чтобы выполнять соот- ношение абсолютное смещение сборки радиус камеры;радиус сборки.1581780 Степень пенооб.УвелиВарианткомпоновСтепень пенообчениеобъема ки конструкции раэования при симметричной установке гаэовопространства,неэаполметричной ус- тановке ненного пеной,на,7 0,62 17 0,65 13 0,72 5 0,74 2 0,79 0,78 0,77 0,76 ПервыйВторойТретийЧетвертый Электролиэная камера Внутренний диаметр -120(140 мм). Диаметр отверстия перфорации внижней части 5 мм, площадью проход, сечения14 см . Диаметр отверстий перфорации в верх.части 0,8 мм, площ.проход.сеч, 12 сма Графитовый анод Наружный диаметр100 им. Диаметрграф, цилиндра сучетом иэоляц.втулки 25(38,3) мм. Толщина элемента 10 мм.Расстояние междуэлементами гребенки10 мм. Число элементов 6 шт. 1Таблица 2 раэования,достигнутаяприасимТ а блица 1 Катодные элементысборки Наружный диаметр 103 мм.Внутренний диаметр полуколец 23 (36) мм. Внутренний . диаметрколец катодной сборки34 мм. Толщина полуколеци колец 2 мм.1581780 Составитель Р. ПоздееваРедактор Т, Лазоренко Техред Л,Сердокова Корректор Т. Ма ираж 5 одписное Зак НИИПИ л. Гагарина, 101,Производственно-издательский комбинат Пат е нт , г . Ужг о 69осударственног113035 комитета по Москва, Жзобрете Раушск ям и открытиям при ГКНТ СССРя наб д. 4/5