Диафрагменный электролизер для получения хлора и щелочи

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК В 1/46; С 25,.В 15/О юр с ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(54)(57) 1.ДИАФРАГМЕННЫЙ ЭЛЕКТРОЛИЗЕР ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ХЛОРА И ЦЕЛОЧИ содержащий корпус с двумя концевыми монополярными электродами противоположной полярности и расположенными между ними биполярными электродами с катодными и анодными элементами, закрепленными с противоположных сторон несущей токораспределительной основой, образующей с катод- ными элементами, выполненными из сетки в форме гребенки, с нанесенной на нее диафрагмой, полость, служащую сборником катодных продуктов, хлорное газовое пространство, заключенное между основами соседних электродов и корпусом, штуцера для ввода и вывода электролита и для вывода хлора отличающийся тем, что, с целью ведения процесса электролиза под давлением и увеличения мощности электролизера, корпус выполнен в виде полого цилиндра из неэлектропроводного материала, в основаниях которого размещены концевые монопо 80562122 лярные электроды, герметично скреп-, ленные с цилиндром, в основании каждого биполярного электрода, концевого катодного монополярного электрода и в катодной поверхности выполнено одно или несколько сквозных отверстий, соединяющих сборники катодных продуктов соседних электродов, биполярные электроды установлены с зазором в верхней части и образуют с корпусом канал для вывода хлора.2, Электролизер по п.1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что сквозное отверстие в катодной поверхности выполнено в основаниях одного или нескольких катодных элементов, герметично закрепленных в сквозных отверстиях основы соседнего электрода, образующего общий канал.3. Электролизер по п.1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что сквозное отверстие в катодной поверхности выполнено между катодными элементами коаксиально отверстию в основе электрода, в котором герметично закреплен раструб, снабженный сквозными отверстиями на боковой поверхностн, соединяющими его внутреннюю полость со сборником катодных продуктов, и состыкованный с патрубком установленным в отверстии основы соседнего электрода.4. Электролизер по пп.1-3, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что корпус выполнен из двух или более частей, герметично скрепленных между собой.Изобретение относится к устройствам, применяемым для электролиза водных растоворов хлоридов щелочных металлов с получением хлора, водорода и щелочи, а именно к биполярн электролизерам диафрагменного 5 типа.Известен диафрагменный электролизер для получения хлора,и щелочи, в котором биполярные электроды размещаются в общем бетонном корпусе, 10 составляя ряд последовательно включенных ячеек 13.Наиболее близким из известных является диафрагменный хлорный электролизер биполярного типа, содержащий корпус в виде открытой сверху емкости прямоугольной формы с крышками и с размещенными в нем двумя концевыми монополярными электродами противоположной полярности, между которыми установлены биполярные элекроды с анодными и катодными элементами, закрепленными с противоположных сторон несущей токораспределительной основы, По периметру основы приварена полоса, образующая раму биполярного электрода, вставляемую в вертикальные пазы стенки корпуса. К краям рамы прикреплена катодная сетка, к которой, в свою очередь, прикреплены катодные элементы в виде сплющенных сетчатых коробок, На поверхность катодной сетки и катодных элементов нанесена диафрагма. Анодный полюс электрода выполнен из графитовых плит, закрепленных парал лельными рядами с другой стороны токораспределительной основы. Внутренние полости катодных элементов биполярного электрода соединены с пространством между токораспреде О лительной основой и катодной сеткой и сбставляет катодное пространство ячейки, служащее сборником катодных продуктов. Водород и электролитическая цтелочь выводятся из него через отверстие в раме биполярного электрода. Концевые монополярные электроды имеют устройство, аналогичное соответствующему полюсу биполярного электрода,Токораспределительные основы биполярных электродов разделяют всю емкость на ряд отдельных секций-ячеек. Каждая секция является самостоятельной электрохимической ячейкой, включающей в себя катодный и анодный полюсы соответственно от смежных биполярных электродов. Хлорное газовое пространство заключенэ между основами со.седних электродов и корпусом, Из каждой ячейки продукты электролиза бО выводятся раздельно через штуцера в коллекторы лля хлора, щелочи и оводорода, Также раздельно подают в каждую ячейку питаюций раствор хлорида щелочного металла. Монопо- б 5 лярные электроды служат для ввода ивывода электрического тока с противоположных торцов емкости соответственно 2 3. Недостатками указанного.электролизера являются невысокаяединичная мощность и невозможностьпроведения процесса электролиза поддавлением. Известный электролизерне может быть построен на высокиеединичные мощности, так как увеличение его размеров влечет за собойзначительное увеличение размеровемкости, а вместе с ними и периметра уплотнения крышек корпуса, герметизирующих хлорное пространство,а также периметра уплотнения устройства для вывода катодных продуктовэлектролиза (щелочи и водорода),что чрезвычайно усложняет конструкцию электролизера и практически исключает возможность достижения необходимой плотности стыков междуэлементами электролизера. Все известные устройства и способы уплотненияне обеспечивают в условиях высокойкоррозионной активности среды (химическая и электрохимическая коррозия,высокая температура ) и при необходимости периодической переборки электролизера достаточной степени герме-.тичности, позволяющей проводитьпроцесс электролиза под давлением.В то же время проведение процесса электролиза под давлением позволило бы получить хлор высокой концентрации и исключить специальныеперекачивающие устройства (компрессоры 1 для его транспортировки и компримирования.С целью увеличения единичноймощности электролизера и ведения процесса электролиза под давлением впредлагаемом диафрагменном электролизере корпус выполнен в виде полого цилиндра из неэлектропроводного материала, в основаниях которого размещены концевые монополярные электроды, герметично скрепленные с цилиндром, в основании каждогобиполярного электрода, концевогокатодного многополярного электрода ив катодной поверхности выполненоодно или несколько сквозных отверстий, соединяюцих сборники катодныхпродуктов соседних электродов,биполярные электроды установлены сзазором в верхней части и образуютс корпусом канал для вывода хлора.Сквозное отверстие в катоднойповерхности может быть выполненов основаниях одного или несколькихкатодных элементов, герметично закрепленных в сквозных отверстиях основы соседного электрода, образующегообщий канал,Сквозное отверстие в катоднойповерхности может быть выполненомежду катодными элементами коак 562122сиаль но отверстию в основе электрода, в котором герметично закреплен раструб, снабженный сквозными отверстиями на боковой поверхности, соединяющими его внутреннюю полость со сборником катодных продуктов, 5 и состыкованный с патрубком, установленным в отверстии основы соседнего электрода.Корпус электролизера может быть выполнен из двух или более частей, 10 герметично скрепленных между собой.На фиг.1 представлен электролизер, вид сверху; на фиг.3 в , поперечный разрез электролизера) на фиг.4,5 - варианты выполнения биполярного электрода йа фиг.б вариант устройства для вывода водорода и щелочи.Электролизер включает в себя корпус 1, биполярные электроды 2, концевые монополярные электроды 3 и 4, токоподводящие шины 5 и б, устройства 7,8 и 9, соответственно для вывода щелочи, водорода и хлора и подачи электролита 9. Корпус 1 выполнен из стеклопластика или любого другого известного хлоростойкого материала или комплекса материалов и ему придана цилиндрическая форма. Корпус 1 снабжен фланцами 10 для соединения с концевыми монополяр- З 0 ными электродами 3 и 4, Биполярный электрод 2 составлен из токораспределительной основы 11 из материала, стойкого к воздействию хлора и катодных 12 и анодных 13 элемен тов. Основа 11 выполнена в виде металлической плиты из материала, стойкого к воздействию хлора или за-. щищенного от него. Основе придана круглая форма. В верхней части осно ва установлена с зазором по отношению к корпусу 1. Катодные 12 и анодные 13 элементы закреплены с противоположных сторон основы 11. Анодные элементы 13 могут быть выполне ны из графита или титановых листов, покрытых активной массой. Катодные элементы 12 выполнены в виде полых сплющенных сетчатых коробок, обращенных Открытой полостью к Основе 11 50 Между катодными элементами 21 и основой 11 расположен сборник 14 катодных продуктов, объединяющий внутренние полости всех катодных элементов 12 и служащий для сбора и дальнейшего нывода щелочи и водорода. Сквозное отверстие в катодной поверхности Ьыполнено в основании одного или нескольких катодных элементов 12, герметиЧно закрепленных в сквозных отверстиях 15 основы 11 соседнего электрода с образованием общего канала для вывода щелочи и водорода. Устройство для вывода щелочи и водорода может быть выполнено из серии раструбов 16, приваренных к осно вам 11 биполярных электродов и соединяющихся с катодными сборниками 14 отверстиями 17, и патрубков 18 из неметаллического материала, прикрепленных с другой стороны к основам 11 шпильками. Патрубки 18 входят в раструбы 16 и уплотняются резиновыми кольцами 19. В сборе все элементы устройства для вывода щелочи и водорода составляют единый герметичный коллектор.Сборка электролизера производится следующим образом.При помощи обычных монтажных устройств . (Лебедка, монорельс, домкрат) устанавливаются в корпусе 1 биполярные электроды 2, которые предварительно собираются н комплекты по 3-4 электрода. Комплекты биполярных электродов нводятся во внутрь корпуса так, чтобы устройство для вывода щелочи и водорода всех биполярных электродон стыковались друг с другом, образуя общий канал. Затем устанавливаются концевые монополярные электроды 3 и 4 и стягиваются с корпусом 1. После этого производится технологическая и электрическая обвязка электролизера, К электролизеру подсоединяется сепаратор для разделения водорода и щелочи.Предложенный электролизер имеет приведенные ниже преимущества.Использование цилиндрического корпуса и биполярных электродов с основой круглой формы обеспечивает построение электролизера любой практически целесообразной длины и мощности при минимальном, неизменяемом от его размеров периметре уплотнения. Так, независимо от длины 110-20 м ) и мощности электролизера (до 5000 кА ) периметр уплотнения остается неизменным, поэтому электролизер может быть построен без осложнений и специальных мер по герметизации на любую необходимую мощность.Форма корпуса (цилиндр и минимальный периметр уплотнения обеспечивают высокую герметичность рабочего пространства электролизера и осуществления процесса электролиза под давлением вплоть ло 12 кг/см при котором из технологической схемы производства хлора исключается не только дорогостоящее и сложное оборудование для компримиронания и пере,качки хлора, но и стадия сжижения хлора при помощи искусственного холода. При давлении 12 кг/см конденсация хлор а прои з водит ся с помощью воды. Применение повышенного давления многократно уменьшает размеры и объем всех хлорных коммуникаций и оборудования по переработке хлора и значительно сокращает стадию осушки хлора, так как влажность хлора с повышением давления уменьшается.562122 ехредЖ. Кастелевич Корректор В, Бутяга Редактор П.Горьков каз 10802/2 3 Подпи нного комитета СССР ий и открытий 35, Раушская наб.,Тираж б 4 ВНИИПИ Государстве по делам иэобретен 113035, Москва, Ж ое 4/5 илиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектна