RU235U1 - Электролизер - Google Patents

Abstract

1. Электролизер, содержащий анодный комплект, крышку, катодный комплект с катодными элементами и токоподводящей основой, выполненный из двух. соединенных друг с другом частей с шинами и штуцерами для рабочих сред, отличающийся тем, что токонесущие основы каждой части катодного комплекта выполнены в виде замкнутой рамы, внутри которой размещены катодные элементы, консольно выступающие по вертикали за периметр рамы, обе части размещены одна над другой и стыкуются между собой по смежным периметрам рам, катодные элементы нижней части выступают вверх и пронизывают свободное пространство между катодными элементами верхней части, а катодные элементы верхней части выступают вниз и пронизывают свободное пространство между катодными элементами нижней части.2. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что высота токонесущих основ у обеих частей каждого комплекта одинакова.3. Электролизер по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что выступ катодных элементов за токонесущую основу у обеих частей катодного комплекта одинаков.4. Электролизер по пп 1-3, отличающийся тем, что высота токонесущих основ у обеих частей катодного комплекта различна.5. Электролизер по пп. 1-4, отличающийся тем, что выступ катодных элементов за токонесущую основу у обеих частей катодного комплекта различен.6. Электролизер по пп. 1-5, отличающийся тем, что катодный комплект выполнен из нескольких частей, а выступ катодных элементов осуществлен с обеих частей основы.

Description

F.LV,.,V-,inpOKb:).L;v , ,

1гв

f

ЭЛЕКГРОЖШЕР

Полезная модель относится к оборудованию электрохимических производств, предназначенному для электролиза водных сред, например, водных растворов хлоридов щелочных металлов.

Известен электролизер диафрагменного типа, содержащий анодный блок, катод, крьшку, технологическую и электрическую обвязку, Анодный блок состоит из токонесущей основы и комплекта коробчатых анодов, вьшолненных из титановых перфорированных пластин, покрытых активной массой. Катод представляет цельнометаллическую структуру из ряда скрешюнных по торцам со стенками корпусной рамы полых перегородок. Корпус катода снабжен штуцерами для вывода продуктов электролиза. Крышка куполообразная и имеет штуцера для ввода электролита и выхода анодного rasa. В сборе катод, с нанесенной на его поверхность диафрагмой, устанавливается через герметизирующую и электроизолирующую прокладку на основу анодного блока так, что аноды размещаются

iviriK С25В 1/46 С25В 9/00

симметрично в зазорах между катодными перегородками,Крышка устанавливается на катод и герметизируется в стыке с ним по всему периметру объемной стяжкой Ссм.книгу Хлорные электролизеры В.М.Зимина и др.) стр.I09-IIO).Недостатком конструкции указанного электролизера является недостаточный и ограниченный по возможностям съем продукции с занимаемой площади.

Известен также электролизер для электролиза водных растворов хлоридов щелочных металлов,содержащий анодный блок,две или более катодные секции и крышку.Анодный блок скомплектован из металлической токонесущей плиты с внешними шинами и анодов ОРТА,размещенных в определенном порядке на плите и электрически скрепленных с нею.Каждая катодная секция представляет собой структуру,содержащую корпусную полураму П -образной формы,открытую сверху,снизу и с одного бока и несущую в себе ряд параллельных пальцеобразных полых катодных элементов,вылет которых по сравнению с боковыми стенками полурамы больше.Поверхность катодной структуры покрыта диафрагмой,секция снабжена штуцерами для вывода катодных продуктов электролиза.В сборе, катодные секции герметично стыкуются между собой при помощи фланцевого соединения,причем катодные элементы каждой секции выступают навстречу друг другу последовательно чередуясь во внутреннем пространстве замкнутого контура из полурам сомкнутые катодные секции герметично стыкуются с анодным блоком.В зазорах между катодными элементами размещаются аноды.1фьш1ка герметизирующая электролизер сверху снабжена штуцерами для ввода электролита и выхода хлоргаза (см.авторское свидетельство СССР № 669764 от 21,06.76г.).

Недостатком конструкции указанного известного электролизера является ограниченная мощность из-за особенностей катодной структуры, допускающей лишь односторонний токоподвод к катодным элементам (пальцам). При таком устройстве токоподвода, увеличение мощности, которое возможно удлинением катодных элементов, потребует усиление токоподводов к ним, т.е. увеличения сечения внутренних шин, что сопряжено с увеличением размеров электролизера в целом. Это же происходит при увеличении числа катодных элементов. Б обоих случаях неизоежно расширяется площадь, занимаемая электролизером и соответственно относительно снижается съем продукции с единицы площади.

йце одним недостатком известного электролизера является наличие неизбежных уплотняемых вертикальных стыков между частями катода. Такое устройство катодного блока создает сложность уплотнения его с анодным блоком в процессе сборки, т.к. при этом возникает узел состыковки в двух плоскостях - частей катодного блока собой по вертикальной плоскости и собственно катодного блока с анодным по горизонтальной плоскости. Уплотнение в таком узле требует повьшенной точности изготовления и сборки и высокого качества герметизирующих средств.

Задачей полезной модели является увеличение удельной производительности электролизера, т.е. повышение съема продукции с площади занимаемой электролизером. Указанная задача решается тем, что в электролизере, содержащем анодный комплект, крьшку и катодный комплект из двух соединенных между собой частей, включающих катодные элементы и токонесущие основы, каждая часть катодного комплекта выполнена из отдельной токонесущей рамы и размещенных внутри нее катодных элементов, выступающих консольно за пределы рамы, обе части расположены друг

над другом и герметично состыковываются между собой по периметру рам,катодные элементы нижней части выступают вверх и пронизывают свободное пространство верхней части,а катодные элементы верхней части выступают вниз и пронизывают свободное пространство между катодными элементами нижней части.

Новым в предлагаемой конструкции электролизера является выполнение катодного комплекта из двух,расположенных друг над другом автономных частей,каждая из которых содержит токонесутцую основу в виде замкнутой рамы и размещенные внутри её катодные элементы, выступающие консольно за пределы рамы с вылетом,равньм её высоте, причем катодные элементы нижерасположенной части выступают вверх и входят в свободное пространство верхней части на половину своей высоты,а катодные элементы верхней части выступают вниз и входят в свободное пространство нижней части на половину своей высот

Конструкция нового электролизера представлена на фиг,фиг.1-8.

На фиг.1 - общий продольный вид электролизера с частичным

вырезом

На фиг.2 - общий поперечный вид электролизера с частичньм

вырезом

На фиг.З - общий вид анодного блока по длине На фиг,4 - общий вид анодного блока сбоку

На фиг.5 - общий вид одной автономной части катодного блока

по длине

На фиг,6 - общий вид одной автономной части катодного блока

по ширине

На фиг,7 - общий вид одной автономной части катодного блока

сверху

На фиг.8 - общий внешний вид крышки

На фиг.9 - схема в аксонометрии размещения частей электролизера

в процессе сборки.

ОПИСАНИЕ ШНСТРУЩШ ПРЕДЛАГАЕМОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА

Электролизер включает в себя анодный блок (I),катод1шй блок(П) и крышку (Ш).Анодный блок (I) состоит из основы (I) и комплекта анодов (2) в определенном порядке размещенных на этой основе и скрепленных с нею механически и электрически.Основа (I) представляет собой металлическую плиту,выполненную из биметалла сталь-титан,или металла,защищенного со стороны рабочей среды титаном,другими стойкими к хлору и анолиту материалами, С наружной стороны к плите подсоединены токоподводящие шины (3),а с противоположной (рабочей) стороны - пластинчатые перегородки (4) с пазами или отверстиями для устройства,скрепляющего аноды с основой.Аноды (5) выполнены из перфорированных или сплошных титановых листов в виде коробки или сдвоенных стенок со сквозной полостью между ними.Внутри коробки или между стенками размещены элементы токоподвода,которые выполнены в виде комплекта титановых или биметаллических (медь-титан,сталь-титан и др. планок (6) и (7) „Планка (б) на одном конце имеет контактные лапы (8) которыми аноды скрепляются с перегородками (4) основы (I) при помощи винта (9) планка (б) через планку (7) электрически соединена с анодной коробкой (5). Катодный блок (П) состоит из двух автономных,герметично скрепленных между собой катодных комплектов (10) и (II). Конструкции обоих катодных комплектов полностью идентичны,но в блоке они расположены зеркально,т.е. повернуты друг относительно друга на 180°.

Каждый катодный комплект снабжен металлическим корпусом (12), вьшолненным в виде открытой сверху и снизу прямоугольной или любой подходящей формы рамы,с размещенными внутри нее катодными элементами (13) .К корпусу (12) снаружи присоединены катодные шины (14).

Катодные элементы (13) выполнены в виде замкнутых,сильно сплющенных полых коробок из металлических перфорированных листов или сетки. Во внутренней полости коробок размещен металлический каркас (15), который служит для сохранения формы катодного элемента.Звенья каркаса сопряжены с внутренними шинами (16) через которые происходит питание током катодной структуры.Катодные элементы (13) механически и электрически скреплены через каркас с противоположными стенками корпуса (12) и размещены в нем параллельно .Все катодные элементы (13),кроме одного из крайних,расположены внутри корпуса (12) с одинаковым шагом.Расстояние - же между одним из двух крайних катодных элементов и смежной с ним стенкой корпуса вдвое меньше расстояния между остальными катодными элементами.В сборе все катодные элементы (13) консольно выступают с одной стороны,за кромки стенок корпуса на половину своей высоты.Корпус (12) снабжен штуцерами (17) и (18) для вывода соответственно водорода и щелочи.

Крышка (Ш) выполнена куполообразной из стойкого к хлору и анолиту материала - стеклопластика,или металлической (титановой,стальной с защитой гуммировкой или др.материалами).

1фышка может быть выполнена любой подходящей формы цилиндрической,плоской и др.Крышка снабжена штуцерами (19) и (20) для выхода хлора и подачи электролита.

Монтаж электролизера производится следующим образом.Титановые аноды (5) с нанесенной на их рабочие поверхности по известной технологии активной массой скрепляются с основой (I) через перегородки (4) и винтовые устройства (болты,шпильки и др.).На рабочие поверхности катодных комплектов (10) по известной технологии наносится диаф рагма (асбестовая,асбополимерная,пленчатая с микропорами и т.д.).

Затем,один из катодных комплектов устанавливается на основу (I) анодного блока (I),так,чтобы катодные элементы (13) консольно выступали вверх,аноды (5) оказались в нужном положении между ними,нижний торец корпуса (12) катодного комплекта опирался по периметру основы (I) анодного блока на уплотнительную и электроизолируюгщпо прокладку из резины любого другого,стойкого к средам материала,Другой катодный комплект устанавливается ва уже смонтированный с анодным блоком катодный комплект так,чтобы консольно выступающие катодные элементы (13) были направлены вниз и размещались симметрично между рядами анодов (5),При этом ,все необходимые зазоры ме.жду электродами ограничиваются фиксаторами (21) из диэлектрических материалов (асбест,резина,пластик) Оба катодных комплекта в месте стыка уплотняются между собой через прокладку (22) и винтовую ст5шку (23),Далее,на верхний торец верхнего катодного комплекта устанавливается крьшка (Ш) и герметизируется с ним через уплотнительную прокладку (22) и стяжные устройства (24), После этого электролизер монтируется в серию на изоляторах (25) оснащается соответствующими приборами,обвязывается технологическими и электрическими коммуникациями,заполняется электролитом и включается в работу.

Технически возможны и другие варианты конструкции катодного комплекта нового электролизера,Он может состоять из более,чем двух частей.Высоты катодных элементов частей катодного комплекта ,как и высоты основы (рамы) могут быть не одинаковыми и варьироваться в различных соотношениях,Консольнь й выступ катодных элементов может быть обеспечен не только с одной стороны основы (рамы),но и с обоих ее сторон.

Предлагаемая конструкция электролизера облздает рядом существенных преимуществ:

1.применение катодного комплекта из двух автономных частей, установленных друг над другом,обеспечивает возможность увеличения на мощности электролизера без расширения занимаемой площади за счет увеличения рабочей высоты каждой части в технологически допускаемых пределах,

2.Полная идентичность конструкции обоих частей катодного комплекта во всем,кроме размещения в сборе,которое является зеркальным, значительно упрощает и удешевляет их изготовление.На практике,стоимость нового электролизера по сравнению с аналогом на 15 ниже.

3.Устройство катодного комплекта из двух идентичных и полностью автономных частей,устанавливаемых друг над другом значительно облегчает и повышает точность сборки. Возможность раздельной установки каждой части катодного комплекта при сборке (совмещении) с модным комплектом обеспечивает хорошую и всестороннюю просматриваемость взаимоположения анодов и катодных элементов и доступность устранения дефектов сборки,Тем самьм,достигается высокая точность сборки и равномерность межэлектродного расстояния.Это,в свою очередь,позволяет иметь устойчивую экономию электроэнергии в 50-70 квтч.на каждую тонну продукции и продлить рабочий пробег диафрагмы на .

4.В новом электролизере имеется уникальная возможность работать на очень низких нагрузках,технологически недопустимых в обычных условиях причем с нормальными концентрациями щелочи и хлора высоким выходом по току в экстремальных условиях (выход из строя одного или нескольких из действующих преобразователей тока,недостаток емкостей для продукции,аварийные ситуации в производстве,стихийные бедствия, ремонты).Во всех других электролизерах за нижним порогом плотности тока при значительном падении нагрузки имеет место резкое снижение

концентрации щелочи,неудержимое увеличение протекаемости,падение выхода и др.,что влечет отключение электролизеров и значительные потери выработки про :цукции (из-за остановки,консервации,подготовки к пуску и др.).В предлагаемом электролизере проблема снижения нагрузки в два-три раза и более решается безболезненно простым отключением одного из катодных комплектов катодного блока.

4,Конструкция электролизера позволяет увеличивать на 0425 мощность электролизера без расширения занимаемой площади за счет присущей ей возможности наращивания в высоту в пределах технологической допустимости.

5.Важным экологическим преимуществом электролизера является одно плоскостное горизонтальное уплотнение стыков между частями катодного блока и самого катодного блока с анодньм.

Указанные преимущества предлагаемой новой конструкции электролизера в ходе проектной проработки и экспериментальных работ обрели следующие количественные и качественные оценки по сравнению с прототипом :

- Увеличение съема продукции с единицы занимаемой площади на 18-2С .

- Экономия электроэнергии на .

-Протяженность стыков, требующих уплотнения и электроизоляции при равной мощности на Е7 меньше.

-Трудозатраты на изготовление ниже на 15,а на сборку на 11.

Claims (6)

1. Электролизер, содержащий анодный комплект, крышку, катодный комплект с катодными элементами и токоподводящей основой, выполненный из двух. соединенных друг с другом частей с шинами и штуцерами для рабочих сред, отличающийся тем, что токонесущие основы каждой части катодного комплекта выполнены в виде замкнутой рамы, внутри которой размещены катодные элементы, консольно выступающие по вертикали за периметр рамы, обе части размещены одна над другой и стыкуются между собой по смежным периметрам рам, катодные элементы нижней части выступают вверх и пронизывают свободное пространство между катодными элементами верхней части, а катодные элементы верхней части выступают вниз и пронизывают свободное пространство между катодными элементами нижней части.

2. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что высота токонесущих основ у обеих частей каждого комплекта одинакова.

3. Электролизер по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что выступ катодных элементов за токонесущую основу у обеих частей катодного комплекта одинаков.

4. Электролизер по пп 1-3, отличающийся тем, что высота токонесущих основ у обеих частей катодного комплекта различна.

5. Электролизер по пп. 1-4, отличающийся тем, что выступ катодных элементов за токонесущую основу у обеих частей катодного комплекта различен.

6. Электролизер по пп. 1-5, отличающийся тем, что катодный комплект выполнен из нескольких частей, а выступ катодных элементов осуществлен с обеих частей основы.