Электролизер фильтр-прессного типа

САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ПАТЕНТ 2.84 и рис,оссхандлеримпотт (П 8 76ССНО л бретение относится тролизеров фильтрконструк 3 ессно ктро- стноыбирае ержавеющ з ря стал желеникел о, сталь,алюминий,ал, кадмий,анадийкобальт и ро хром, ма цирконий вольфрам их сплав тан, тапт цинк, в радий,свин ирид Основноми 2 на й лист олнен с выс фланцем он осно расположен пов 2. Оснцельным из его коробл улучшается ипол еского то а и умень и ГОСУДАРСТВЕННЫИ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИПРИ ГКНТ СССР(71) Дзе Дау Кемикал Компа(72) Грегори Джин Элдон МоРичард Нил Винер, Сандор ГХип Дин Данг и Джон Рекс П(57) Изоции элек п зобретение относится к эл ческим производствам, в ч к конструкциям электролиз фильтр-прессного типа.1,ель изобретения - упрощение конструкции.11 а фиг, 1 представлен электролизер в разобранном виде с частичным вырывом с приложенными деталями, образующими один биполярный электрод; на фпг. 2 - три секции электролиэера, поперечное сечение (секции ячеек показаны так, как они представлены в последовательном ряде электролизера); на фиг. 3 - разобранная конструкция ячейки, вид сбоку, сечение.Электролизер содержит б ярный электрод, состоящий из основного л - ста 1. 11 атериал основного листа 1 типа и позволяет упростить конструкцию. Упрощение достигается в электролизере фильтр-прессного типа, включающем биполярные электроды, состоящие иэ анодов, катодов и основ 1 ых листов, анодные и катодные стороны которых снабжены выступами, верхнее основание которых параллельно поверхности листа, ионообменные мембраны с уплотнительным элементом, причем основной лист с выступами выполнен цельным из металла, аноды и катоды соединены с выступами основного листа непосредственно или через металлические обкладки, повторяющие формой основной ист с выступами, соединенные с вы- -. ступами основного листа сваркой. оверхности и периферийнымвыполненным вдоль стого листа 1. Фланец 3на расстоянии от выстувной лист 1 выполняетсяметалла, что устраняетние, протекание жидкости,распределение электриа по поверхности электроаются затраты, 15248 1045 Ословой лист 1 соединен с аноде. 4 д катодом 5 через аноднуюметаллическую обкладку 6 и через кадную деталлпческую обкладку 7,1 атсддая металлическая обкладка 7 выполняется иэ металла, выбранного изрпа: никель, его сплавы, хром, тани, д, тпан, кадмий, цирконий, свин, цп, ванадий, вольфрам, иридп, кобальт. Анодная металлическая обкладка 6 выполняется из металл, вьбраого пз ряда: тантал, тит; и, пб.й, гаФний, цирконий идк с 11 дви. 15Обд:.;д,ксд 6 вьлолдяется для защиты основного лп та 1 со стороны ано.диз от коррозии.Предлочтптельно титановую обкладку 7 .,илолпять так, чтобы в ней неб.:о напржепий для того, чтобы обесп пть обкладку, на которую атоиа 1 п; водород пе мог бы быстро,воздействовать с обраэованцем хруппе прогодящих электрического 25тока, гдлридов титана. Известно,то сто:ардьй водород вз;псмодейст,ует салрял;енд;и титаном бслеебьс тро. Псключенпе таких напряженийв збк.адке осуществляется лрп помодд горячего ороизмееддд обкладки,в прессе лри повышенной темлерату 482-53:, С, Как обкладку, так идср .сс нагревают до этой ловиенодис;.:тури перед прессовпнем об 35к:адк до требуемой конфигурации.Лаго:с:к.,ддка выдерживается вддсдгртос прессе в течеде, примеро 45 д,п для предотвращения создания в ней напряжений лр еа охОасс "дс;дпп до комнатой температуры,Осдд.;сд,-,ссд 6 соединена со стальсдпсдвии лд" том 1 прп .).".оддс.-.з; ки сопротивлением Это осуществляется не прямо, а прп помощи.рнарвашя обкладки 6 к выступамусечено-конической ко Фпгурацииасрез ванадиевые вафли 8., Ганадийпредставляет собой металл, которыпсварвается сам по себе и которыйсварочно совместим с титаном и сталью, Под сварочной совместимостьюподразумевается, что один свариваепд металл образовывает пластичныйтвердьц раствор с другим свариваеи, металлом при сварке двух металлов 55весте. Титан и сталь сварпнаемо нес с весть с ванадием. Следовательно,анадпевые вафли 8 используются как промежуточный металл между стальнымианодными выступами 2 и титановой обкладкой 6 для осуществления сварки ихвместе с образованием электрическогосоединения между обкладкой 6 и основным листом 1 так, же, как для обраэования механического поддерживающегоустройства.Предпочтительное сопряжение ацолитной боковой обкладки 6 с основнымлистом 1 видно из фиг. 2. Обкладки6 и 7 имеют углубления или полые колпачки 9, образованные вдавливанием. Эти колпачки 9 имеют усеченную коническую конфигурацию и являются полыми, а не бплошными, как выступы 2.Колпачки 9 имеют такие размеры и расположены так, что они надеваются на выступы 2. Глубина вдавливания колпачков такая, что их внутренние торцы прилегают к ванадиевым вафлям 8, когда вафли 8 прилегают к плоским торцам анодных выступов 2, и затем эти элементы свариваются вместе. По конфигурации выступы и колпачки могутбить прямоугольными или любой другойподходящей формы. Однако их торцыцеликом должны быть плоскию и целиком должны лежать в одной и той жевоображаемой геометрической плоскости, Анодные выступы и колпачки должпы иметь такую конфигурацию и должны быть расположены так, чтобы направлять циркуляцию газа и анолита.Анод 4 представляет собой по существу плоский лист из раскатанного металла или из сотканой проволоки, изготовленный из титана, предпочтительно имеющего па себе рутеневое окспдное каталитпческое покрытиеОн лрпварел прямо к внутренней стороне плоским торцов углубленных колпачков 9 обкладки 6. Эти сварные соедппения образуют электрическое соединениеи механическое опорное устройство для анода 4. Иожет быть использовано другое каталитическое покрытие.Па фиг. 2 между анодом 4 одной секции ячейки и катодом 5 следующей соседней секции ячейки расположена мембрана 10 так, чтобы образовывать электролиэную ячейку.Расположение анода 4 внутри анолитной ячейки относительно мембраны 10 и основным листом с обкладкой определяется взаимодействием между фланцем 3, выступающим в сторону от основного листа 1, выступов 2 основ5 15248ного листа, толщиной ванадиевых вафель 8, толщиной обкладки 6 и т.п.Анод 4 может быть смещен с положения. прилегания к мембране 1 О вположение с определенным значцтель 5ным зазором между мембраной 10 ианодом 4 путем изменения высоты выступов 2 основного листа 1. Однакопредпочтительно, чтобы фланец 3 на 10анолитной стороне основного листавыступал на такое расстояние, накакое выступают анодные выступы 2,Это приводит к упрощению конструк-ции элемента ячейки, то же самое 15можно сказать о католитном отделении.С целью создания непроницаемогодля жидкости уплотнения между мембраной 10 и фланцем 3 предпочтительно изготавливать обкладки в видеподдона с отходящим краем 11, расположецныл 1 по периферии. Край 11 прилегает вровень к фланцу 3. Перифериямембраны 10 прилегает вровень к 25краю 11 обкладки и периферийная прокладка 12 прилегает вровень к другойстороне периферии мембраны 10. Всобранцьи последовательно ячейках(фиг, 2) прокладка 12 прилегает вровень к Фланцевой поверхности 3 католитной стороны следующего соседнего элемента ячейки.Хотя показана только одна прокладка 12, изобретение также предусматривает использование прокладок35с обеих сторон мембраны 10, Онотакже включает ситуацию, когда непредусматривается край 11,Наличие двух боковых обкладок иногда желательно, а иногда цет. Болеечасто металл, из которого отлит основной лист 1, также подходит для использования или для католитного отделения, или для анолитного отделения. Например,при последовательномсоедицецииячеек, где электролизповергаются водные растворы хлористогонатрия, для образования в католитномотделении каустика и/или водорода ввиде газа вполне подходят железосодержащие материалы, такие как сталь,для металлических компонентов католитного отделения для большинства рабочих температур ячейки и концентрациеи каустика, например, ниже прич55мерно 22 Х концентрации каустика иониже примерно 85 С для рабочих температур. Следовательно, если основной 10 6лист 1 изготовлен из желедосодс ръдщего материала, например стдлц, если каустик производится црц к:ццентрациях ниже, чем примерно 227 и ячейка должна работать ццж, чем примерно 85 С, то тогда цет необх годимости в защитной обкладке цд кдтолитной стороне листа 1 для здщцты стали от коррозии. Однако ца, ацолнтной стороне необходима тцтдновдя боковая анолитная обкладкд б. Вместо этого плоский перфорцровднцый летдллический катод 5 (также изготовленный из стали для этого варцдцта 1 приварен прямо сваркой соцн тцвлеццси к торцам катодных выступов 2.На фиг. 2 и 3 католцтцая стсроцд показана как зеркальное отражение сг 1 анолитной стороны, Флдцец 3 обрдзует периферийную границу католитцого отделения, тогда как основной лист 1 и мембрана 10 образуют его остальные границы. Расположенные на расстояции катодные выступы 2 являются сплошными, имеющими конфигурацию усеченного конуса, выступами, отходящими наружу от основного листа 1 в кдтолитцое отделение. Имеющая плоскую поверхность перФорированная стальная пластина катода 5 приварена прямо к торцам катодных выступов 2.На Фиг, 2 и 3 католитндя боковая сторона обкладки изготовлена из металла, который имеет высокое сопротивление коррозионному действию среды католитного отделения. Металл должен иметь достаточную пластичность и обрабдтываемость так, чтобы выпрессовываться из одного листа металла в виде неплоскостцой Формы. Это включает в себя возможность иметь углублецця или колпдчкц 9, вкпрессованцые в листе, Колпачки 9 расположены так, что оци могут надеваться нд и вокруг расположенных ца расстоянии катодных выступов 2.Если эти металлы несовместимы сваркой, тогда должны быть использованы металлические вафли или промежуточные элементы, или комбинация промежуточных элементов, которые совместимы сваркой с металлом обкладки 7 и основного листа 1. Эти вафли 8 расположены между плоскими торцами катодных выступов 2 и внутренними торцалщ колпачков обкладки 7, которые соответствуют торцам выступов 2 и приварены к торцам катодных высту 1524810пан . .дтси катол 1 ггндя обклддка 7 нрп д 11 Вдется к торцди кдтодных высту он 2 через металлические вафли 8, 1 дтсд 5 затеи приваривается к царужни торцди колпачков 9. Соединение кджлого колпачка обкладки 7 через иетдллцческую вафлю 8 с торцом катодного выступа 2 может быть осуществлено только одним сварным соединением, т,а. металлическая вафля сама не ДттХНС рдцЬШЕ бЫтЬ ПрИВарЕНа.1 рт подаче в ячейку рассола ячейкд 1.;бог 1" следующим образом. Поданн 0 рдсса;1 непрерывна вводится В д 0,1 гсе отдаление через трубО 11 аьс, тсгдд к;к свехсдя вода может ьцст:ся В 1;д ГаНгцое отделение т;Р С. р".опроцод, Электрический та;. прямой так) пропускается через/Саа.,1 ЦЕННЬЕ ПОСЛЕДОВатЕЛЪЦО ЯЧЕЙКИ тдк. что дцад каждой электролизерной",сйс Налохштелец относительно КДТОД;. ОГГт ОЛЕКТРОЛНЗОРЦой ЯЧЕЙКИ.1 с 1; ся;еполя 11 зац;1 нныР катоды 11; Дца;, "ЛахтРаЛИЗ ПРОИСХОДИТ сла т,сгтс бр 1 аи, 1 ддаабрд-,ный хлорпр 1 о Г 011 тдатс :1,н"а:;скд 1 агс ндтря проходят е 1 с,д 0.161 д- Н.О В СдС 11 Т;ОС ОТ,т.11 а ОС СтС.Т СС СК". ОСТР ГттРССОГО ПртГЯ:.;ацтя КаТ, г 1 ", ";"0;,1 ТЦО 1 ОТ-ЕЛОН 1 1 ГЕПРЕи";п . РтсЯ гдзообрсзный нодо- Р . ". С; -, ДСТВОР ГДРааКСН Цат. д 00 1 д:д тй хла 11 1 стаецць 1 РДСС Л"1 СР тдца ВЫТЕКаЮТ НЗ ДНО- л 1 т:01 11 с 1.1 Ораз ГрубапраЗОД, таг: т д кдк 1 я аабраз н, вадаро 111 драактсь 1 дтр 1 я ен 1 еывна вьгхадят 1.з 1;дтосГнаго отдеснгя ча ез ".рубара зад 1 Рпсляр 1 зацднне :101 ст,т цетб-:т; т 1-;, та 0 ь -Н 1 1 СДДН:ЕН РНД 1 НЯ В О.". 0а Я Д 1л 0 Р Д Н; 11 а П:1:;11111 рдбатс сОРДцннныс ОсР,ОвдТЕЛЬНО ЯтЕЕК В ВЦДЕ ПОССЕ;01 ДТЕЛЬНЫХ элатралнзерных ячеек для рассола 11 дС 1 предпочтительны определенные рабочие условияВ ацолитнаи отделеЦ. СРЛДТЕ;ЬНО ПОДДЕРЖВДТЬ ВСЛЧИцу р 11 0,5-5,0. 11 одающтийся рдссал . У 1 СцатТГЕЛЬНО СОДЕРжИт Та",ЬКО НЕ- са;.я:це кацчества инагав,1 тентныхссГца.ов (менее, чем примергс 0,8 г/лВ 1:ВРОСЕГО На КДЛЬЦ) . БОЛ.11 Я КОЦ- це 1 трдция мнаговдлентцых кдтионов допустима с тдкии 1 же успРшцыми резу;ьтдта;д если подающий рдссал содержит двуокись углерода В каццент 50 55 В 1 звестнои случае основной листвыполнен 1 з пластмассы и выступывыпалцены нз пластмассы, эти вьтступы це являятся электропроводцыми,поэтому необходимо соединить электрически анод и катод, что делаетсябытовыи соединением и усложняеТ конструкцию,В предлагаемом изобретении выполнение основного листа электропроводрации ниже, чем примерно 70 млн -,когда р 1 Подаютпегася рассола ниже,чеи 3,5. Рабочие температуры могутбыть в интервале 0-250 С, но пред 5почтительно выше 60 С. Рассол, очнощенный от многовалентных катионов припоиощи ионообменных смол, после осуществления обычной обработки рассола10особенно полезен для увеличения срака службы мембраны. Желательно иметьв подающемся рассоле низкое содержимое железа для продления срокаслужбы мембраны, Предпочтительно рНподающегося рассола устанавливаетсяниже 4,0 при помощи добавления соляной кислоты,Когда металлическая обкладка используется на обеих сторонах конст 20рукции ячейки в хлор-щелочной ячейке, то католитная сторона обкладки 7изготавливается из никеля, когда, концентрация каустика в католитцомотделении поддерживается выше примерно 22 мас.% и рабочая температураэлектролита ячейки поддерхсивдетсяОвыше примерно 80 С, Такая никелеваяобкладка 7 изготавлецд по размеруи установлена на асновнои листе 1тд:1 и же способом, как титдцавдя обклд кд б на ацолитной стороне, Однако, так кдк никель и сталь сварочносав.астпиы, цет необходимости в расПОЛажСШШ Л 1 ЕХСЦУ Ннивт. МЕтаЛЛИЧЕСКОГОПРамвжУТатНОГО ЭЛЕИЕЦта ИЛИ ВафЛИ.н,.0 ата не значит, что в предлагаемомцз абрете Гцш исключено испальз авдниесвара:ца савиестииьгх иеталлическихВд 1 а.ть между катадцыми выступами икдталцтцой обкладкой, когда имеется10дцал;тцдя обкладка, соединенная сДна;Я.Н тЗСТУДИ 1, НЛИ СОЕДНЦЕЦЦДЯр:.з;.таллНессне промежуточныеО.та РНТЬ 111:. бЕЗ НИХ. 05 КЛадКа Ма 45жст бггь 1 спользоваца на одной сторон, нд обеих сторонах нли ци наодной нз сторон единого элементаЯЧЕКи,ным устраняет бытовое соединение иупрощает конструкцию. Формула изобретения5Электролизер фильтр-прессного типа для электролиза водных растворов хлоридов щелочных металлов, включающий биполярные электроды, состоящие из1 О анодов, катодов и основных листов, анодные и катодные стороны которых снабжены выступами, верхнее основание которых параллельно поверхности листа, ионнообменные мембраны с уплотнительными элементами, о т л и ч а ю щ и й 15 с я тем, что, с целью упрощения конструкции, основной лист с выступами выполнен цельным иэ металла, аноды и катоды соединены с выступами основ 20 ного листа непосредственно или через металлические обкладки, повторяющие формой основной лист с выступами,соединенные с выступами основноголиста сваркой через металлическиепластины, свариваемые с металломосновного листа, и обкладки, и установленные на верхних основаниях выступов, причем металл основноголиста выбран иэ ряда: келезо, сталь,нержавеющая сталь, никель, алюминий,медь, хром, магний, титан, тантал,кадмий, цирконий, свинец, цинк, ванадий, вольфрам, иридий, радий, кобальт и их сплавы, металл обкладкисо стороны катода выбран из ряда:никель, его сплавы, хром, тантал,титан, кадмий, цирконий, свинец,цинк, ванадий, вольфрам, иридий,кобальт, а металл прокладки со стороны анода выбран из ряда: тантал,титан, ниобий, гафний, цирконийи их сплавы,1524810г Составитель О, Зобндактор Е. Папп Тскред И,Ходанич 1 орректоР Л. Патай Т ССС 1 зводственно-издательский комбинат "Патент.", г,ужгород, ул. Гагарина,101 акг.з 7057/58 Ш П 1 ПИ Го суда р с Тираж б 05 Подписное нного комитета по изобретениям и открьггиям п 3035, 1 осква, Ж, Раущская цаб., д. 45