一種新型電解槽的製作方法
2023-06-05 12:16:26 1
本實用新型涉及氯鹼領域，尤其涉及電解鹽水的電解槽，具體是指一種新型電解槽。
背景技術：
氯酸鈉是強氧化劑，用於製造二氧化氯、亞氯酸鈉、高氯酸鹽、氯酸鹽、除草劑、氧化劑等產品；主要用於造紙、水處理、印染、皮革、電子、冶金等領域。
工業生產氯酸鈉主要有兩種方法：化學法和電解法。化學法多作為平衡氯氣的一種手段，多為氯矸廠綜合利用產品。電解法是最常用的手法，電解法具有投資小、原料便宜、成本低、生產過程簡單、產品質量高等優點，但是目前在電解過程中，常常因為較多因數影響產品的質量，目前現有的電解槽因設計不合理時在運作中存在著電耗較高、無法降低電解槽在運行時的槽壓、電解槽不易清洗以及無法有效處理能夠引起燃燒和爆炸的產物，通常電解產物有氫氣產生，所以電解車間火災危險較大，因氫氣本身是無色、無味的氣體，且比空氣輕，不易被人發覺，如果氫氣一般洩露，有發生爆炸的可能性。
綜上所述，為了解決上述現有技術中存在的電解槽耗電高、無法降低槽壓、不易清洗和產物不易收集等技術問題，有必要提供一種能夠減少電解槽耗電、降低槽壓、便於清洗和方便收集氣體產物的新型電解槽。
技術實現要素：
本實用新型提供一種新型電解槽，用於解決現有技術中存在的：電解槽耗電高、無法降低槽壓、不易清洗和產物不易收集等技術問題。
為了解決上述技術問題，達到減少電解槽耗電、降低槽壓、便於清洗和方便收集氣體產物等有益效果，本實用新型通過下述技術方案實現：一種新型電解槽，包括帶有進入口和排出口的電解槽槽體，電解槽槽體內至少設置有兩組陰極和陽極，所述陰極和陽極之間相互交錯排布，所述陰極與電解槽槽體連接，電解槽槽體外周設有陽極板，電解槽槽體上設置有通孔，所述通孔的內壁緊密貼合有橡膠套，所述陽極穿過通孔與陽極板相連，在所述陽極板與電解槽槽體之間還設置有橡膠墊片，所述電解槽槽體上方還設置有集氣裝置，所述集氣裝置主要包括有集氣管，所述集氣管一端連接有能夠與電解槽內壁接觸的集氣罩，集氣管另一端連接有集氣球，所述集氣罩材質為橡膠。
工作原理：電解槽是由槽體、陽極和陰極組成，多數用隔膜將陽極室和陰極室隔開，按電解液的不同分為水溶液電解槽、熔融鹽電解槽和非水溶液電解槽三類，當直流電通過電解槽時，在陽極與溶液界面處發生氧化反應，在陰極與溶液界面處發生還原反應，以製取所需產品。
氯酸鈉電解生產工藝主要有隔膜電解鹽水工藝和無隔膜電解鹽水工藝兩種，本實用新型採用的是無隔膜電解鹽水工藝，其電解原理是：
陽極反應：2Cl- → Cl2 + 2e-； 陰極反應：2H2O + 2e- → H2↑+ 2OH-； 液相反應：Cl2 + H2O ⇄ HClO + H+ + Cl- HClO ⇄ H+ + ClO- 2HClO + ClO- → ClO3- + 2H+ + 2Cl-； 總反應：NaCl + 3H2O + 6F → NaClO3 + 3H2↑
為了得到更多產量的產品、電解槽耗電、降低槽壓、便於清洗和方便收集氣體產物等問題，需要對對電解槽結構進行設計更加優化的改進。
本實用新型在電解槽槽體上設置進入口和排出口，電解槽槽體內設置有至少兩組以上陽極和陰極，優選方案設置5~10組陽極和陰極，設置5~10組時，能夠時電解分布更加均勻，提高電流效率，降低槽電壓，所述的陽極和陰極之間互相都不接觸，避免短路的狀態，為了更加節約設計空間，電解槽槽體做陰極板，在電解槽槽體外連接有陰極軟連接，陰極直接與電解槽槽體相連，陽極則與電解槽槽體外的陽極板連接，陽極板上還連接有陽極軟連接，為了更好的避免電解槽槽體與陽極板直接接觸，在電解槽槽體和陽極板之間還設置有橡膠墊片，電解槽槽體內的陽極需要穿過電解槽槽體和橡膠墊片最後才能與陽極板連接，為了使陽極在穿過電解槽槽體使不直接與電解槽槽體接觸，在電解槽槽體的通孔內壁上設置橡膠套，採用無隔膜電解鹽水工藝過程中通常情況下只會產生氫氣，為了收集氫氣，在電解槽槽體上方設置有集氣裝置，集氣裝置能夠對氫氣進行收集，集氣裝置主要包括能夠輸送氫氣的集氣管，集氣管的一端連接有能夠與電解槽槽體內壁接觸的集氣罩，另一端連接有可以用來收集氫氣的集氣球，集氣罩時產生出的氫氣不對外擴散，氫氣通過集氣管流向集氣球，完成對氫氣的收集。
整個電解槽的結構設計簡單、合理，能夠提高電流效率、降低槽電壓，節省耗電，通過才採用無隔膜電解鹽水工藝幾乎不會產生氯氣，當需要不反應時直接切斷電源就能中止電解反應。
常用的電解槽中，將陽極和陰極分開，常會產生陽極電流分布不均勻引起陰極表面溫度有較大的差距，如果調整不及時，就造成嚴重的惡性循環，陽極導電越來越多，對應的陰極導電也必然越來越多，在陰極會局部溫度過高，容易造成陰極剖壞，情況嚴重時，因電流分布不均勻，表面溫度差距較大，容易破壞電解槽槽體，進一步地，所述陰極與電解槽一側的內壁相連，陽極與設置在遠離電解槽一側的陽極板相連。在電解槽槽體內設置多組的陽極和陰極，此時，陽極和陰極的排布方式為，電解槽槽體一側內部與陰極連接，陽極與遠離電解槽槽體一側的陽極板連接，在電解槽槽體內，陽極和陰極相互錯開，間隔相同，此設計能夠更好的解決了應力集中導致槽體開裂的缺陷，提高了電解槽的使用壽命。
無隔膜電解鹽水工藝，幾乎不產生氯氣，產生的氣體為氫氣，氫氣雖然質量較輕，但是在電解溶液中在陰極板上會出現粘接的現象，不利於更多氫氣的產出，進一步，所述陰極上設置有若干個形狀大小均勻且排列不規則的圓孔。在陰極上設置圓孔便於氣體穿過溢出，降低因氣泡而產生的電阻，也能夠減少電解過程中沉積物的聚集，從而使得電解槽運行的槽壓降低，也能夠使得電耗相對於傳統更低。
為了更好的實現本實用新型，進一步，在所述集氣管和集氣罩之間還設置有集氣柱。設計集氣柱，便於集氣管和集氣罩之間的連接更為緊密，不易洩露氫氣，使得集氣裝置更為完善，提高工作效率。
集氣裝置在收集氣體過程中，為了使整體結構更加穩定，且收集氫氣的效果更好，進一步，還包括有支撐裝置，所述支撐裝置主要包括支撐架，所述支撐架兩端分別與電解槽槽體和集氣球連接。設置支撐架，支撐架將集氣球和電解槽槽體連接在一起，將集氣球的高度支撐到一定高度不掉落，能夠使集氣球的狀態更加穩定，也能夠更加方便收集氫氣。
集氣裝置中的集氣管，在常用過程中，為了時集氣管不易變形，進一步，所述支撐裝置還包括有支撐杆，所述支撐杆上設有用於夾住集氣柱的夾子。在支撐架的上再設置有一個集氣柱連接的夾子，形成一個更為穩定的三角形，穩定的效果更加的好。
電解槽在使用過程中，常常會在一些沉澱物，常用的電解槽為規則的矩形，沉澱物會鑽進角縫裡，給清洗帶來較大的不便，為了解決上述不便，進一步，所述電解槽槽體為矩形，並且四個角都設置為倒圓角。將四個角都設置倒圓角，通過對電解槽的形狀做改進，使得電解槽的角縫是圓形的弧面，便不會形狀角縫，從而解決不便清洗的問題。
陽極基材材料通常採用鈦，為了使陽極的使用壽命更長，進一步，所述在所述陽極上設置活性塗層，所述活性塗層為釕銥鈦納米級三元氧化物。活性塗層採用釕銥鈦納米級三元氧化物，有效的防止金屬陽極受周圍環境的電化學腐蝕以及可大幅度提高電解電流效率。
為了更好的實現本實用新型，進一步，所述橡膠墊片的材質為四氟橡膠複合墊片。四氟橡膠複合墊片的優點是採用特殊熔融粘合工藝使聚四氟乙烯塑料與合成橡膠緊密熔合，整體複合性極佳；該產品既有優良的耐腐蝕、無毒、抗粘性，又具有良好的彈性和密封性能。
在氯酸鈉製備過程中，產生的氣體進入集氣裝置，在集氣球中對氫氣可以進行收集，為了時收集的氣體含氫氣量更高，進一步，所述集氣球為O形。在收集過程，有可能會出現空氣，根據空氣的質量比氫氣質量中，設置為O形並便於較重的質量的空氣往下沉，相對較輕的氫氣往上，在O形的集氣球的頂部和底部設置可調節有開口，以便於上方收集更加純的氫氣，下方便於空氣流出，在空氣完全流出後，可關閉O形下方的開口。同時還設計還具有的有益效果是在對收集氫氣較少的時候，收集的氫氣可先存放在集氣球內，在需要收集更多的氫氣時，可從O形上方連接相應的接受裝置，比如集氣瓶收集相應的氫氣。
本實用新型與現有技術相比，具有以下優點及有益效果：
（1）本實用新型整個電解槽的結構設計簡單、合理，能夠提高電流效率、降低槽電壓，節省耗電；
（2）本實用新型通過在電解槽槽體上連接陰極軟連接，通點電陰極軟連接，便能使電解槽槽體作為陰極板使用，該設計可以節約空間並減少成本的損失，電解槽槽體上設置有通孔，通過在通孔內壁設置橡膠套，能夠使陽極穿過電解槽槽體時不發生短路，不影響電解槽槽體的正常運作，無隔膜電解槽電解鹽水過程中會產生氫氣，為了不讓產生的氫氣溢出，設置有電解槽槽體接觸的集氣罩，通過集氣管將氣體收集在集氣球裡，減少氫氣溢出的可能性；
（3）本實用新型通過設置陰極與電解槽一側的內壁相連，陽極與設置在遠離電解槽一側的陽極板相連，陽極和陰極的排布方式為，電解槽槽體一側內部與陰極連接，陽極與遠離電解槽槽體一側的陽極板連接，在電解槽槽體內，陽極和陰極相互交錯排布，間隔相同，此設計能夠更好的解決了應力集中導致槽體開裂的缺陷，提高了電解槽的使用壽命；
（4）本實用新型通過在陰極上設置有若干個形狀大小均勻且排列不規則的圓孔，在陰極上設置圓孔便於氣體穿過溢出，降低因氣泡而產生的電阻，也能夠減少電解過程中沉積物的聚集，從而使得電解槽運行的槽壓降低，也能夠使得電耗相對於傳統更低；
（5）本實用新型通過通過在陽極上設置活性塗層，活性塗層為釕銥鈦納米級三元氧化物，活性塗層採用釕銥鈦納米級三元氧化物，有效的防止金屬陽極受周圍環境的電化學腐蝕以及可大幅度提高電解電流效率；
（6）本實用新型通過在橡膠墊片的材質為四氟橡膠複合墊片，四氟橡膠複合墊片的優點是採用特殊熔融粘合工藝使聚四氟乙烯塑料與合成橡膠緊密熔合，整體複合性極佳；該產品既有優良的耐腐蝕、無毒、抗粘性，又具有良好的彈性和密封性能。
附圖說明
通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發明的其他特徵、目的和優點將會變得更為明顯：
圖1為本實用新型的縱向剖面示意圖；
圖2為本實用新型電解槽的主視圖；
圖3為本實用新型在圖2中從A-A'面方向的剖視圖；
圖4為本實用新型的陰極結構示意圖。
其中：1—電解槽槽體；2—陽極；3—陰極；4—陽極板；5—橡膠墊片；6—陽極軟連接；7—陰極軟連接；8—進入口；9—排出口；10—集氣罩；11—集氣柱；12—集氣管；13—集氣球；14—支撐架；15—支撐杆；16—夾子；17—圓孔。
具體實施方式
下面詳細描述本實用新型的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用於解釋本實用新型，而不能理解為對本實用新型的限制。
實施例1：
本實施例的主要結構，如圖1、圖2所示：一種新型電解槽，包括帶有進入口8和排出口9的電解槽槽體1，電解槽槽體1內至少設置有兩組陰極3和陽極2，所述陰極3和陽極2之間相互交錯排布，所述陰極3與電解槽槽體1連接，電解槽槽體1外周設有陽極板4，電解槽槽體1上設置有通孔，所述通孔的內壁緊密貼合有橡膠套，所述陽極2穿過通孔與陽極板4相連，在所述陽極板4與電解槽槽體1之間還設置有橡膠墊片5，所述電解槽槽體1上方還設置有集氣裝置，所述集氣裝置主要包括有集氣管12，所述集氣管12一端連接有能夠與電解槽內壁接觸的集氣罩10，集氣管12另一端連接有集氣球13，所述集氣罩10材質為橡膠。
具體的實施方式為：首先先在電解槽的進入口8內輸入需要電解的鹽水，在使用過程中為了更加節約空間，電解槽槽體1做陰極板，在電解槽槽體1外連接安裝陰極軟連接7，陰極3則直接與電解槽槽體1相連，陽極2則與電解槽槽體1外的陽極板4連接，陽極板4上還連接有陽極軟連接6，為了更好的避免電解槽槽體1與陽極板4直接接觸，在電解槽槽體1和陽極板4之間還安裝有橡膠墊片5，電解槽槽體1內的陽極2需要穿過電解槽槽體1和橡膠墊片5最後才能與陽極板4連接，為了使陽極2在穿過電解槽槽體1使不直接與電解槽槽體1接觸，在電解槽槽體1的通孔內壁上安裝橡膠套，然後使陽極軟連接6和陰極軟連接7接通電源，電解槽槽內的陽極2與溶液界面處發生氧化反應，在陰極3與溶液界面處發生還原反應。
氯酸鈉電解生產工藝主要有隔膜電解鹽水工藝和無隔膜電解鹽水工藝兩種，本實用新型採用的是無隔膜電解鹽水工藝，其電解原理是：
陽極反應：2Cl- → Cl2 + 2e-； 陰極反應：2H2O + 2e- → H2↑+ 2OH-； 液相反應：Cl2 + H2O ⇄ HClO + H+ + Cl- HClO ⇄ H+ + ClO- 2HClO + ClO- → ClO3- + 2H+ + 2Cl-； 總反應：NaCl + 3H2O + 6F → NaClO3 + 3H2↑
電解槽槽內至少設置兩組以上陽極2和陰極3，優選方案設置6~9組陽極2和陰極3，設置6~9組時，能夠時電解分布更加均勻，提高電流效率，降低槽電壓，所述的陽極2和陰極3之間互相都不接觸，避免短路的狀態，在反應過程中只產生氫氣，需要對氫氣進行收集，則在在電解槽槽體1上方安裝有集氣裝置，集氣裝置能夠對氫氣進行收集，集氣裝置主要包括能夠輸送氫氣的集氣管12，集氣管12的一端連接有能夠與電解槽槽體1內壁接觸的集氣罩10，另一端連接有可以用來收集氫氣的集氣球13，集氣罩10時產生出的氫氣不對外擴散，氫氣通過集氣管12流向集氣球13，完成對氫氣的收集。
整個電解槽的結構設計簡單、合理，能夠提高電流效率、降低槽電壓，節省耗電。
實施例2：
本實施例在實施例1的基礎上進一步陰極3和陽極2，所述陰極3與電解槽一側的內壁相連，陽極2與設置在遠離電解槽一側的陽極板4相連。
在電解槽槽體1內設置多組的陽極2和陰極3，此時，陽極2和陰極3的排布方式為，電解槽槽體1一側內部與陰極3連接，陽極2與遠離電解槽槽體1一側的陽極板4連接，在電解槽槽體1內，陽極2和陰極3相互錯開，間隔相同，此設計能夠更好的解決了應力集中導致槽體開裂的缺陷，提高了電解槽的使用壽命。
本實施例的其他部分與上述實施例相同，不再贅述。
實施例3：
本實施例在上述實施例中的基礎上進一步限定圓孔17，所述陰極3上設置有若干個形狀大小均勻且排列不規則的圓孔17。
在陰極3上設置圓孔17便於氣體穿過溢出，降低因氣泡而產生的電阻，也能夠減少電解過程中沉積物的聚集，從而使得電解槽運行的槽壓降低，也能夠使得電耗相對於傳統更低。
本實施例的其他部分與上述實施例相同，不再贅述。
實施例4：
本實施例在上述實施例中的基礎上進一步限定集氣裝置，在所述集氣管12和集氣罩10之間還設置有集氣柱11。
設計集氣柱11，便於集氣管12和集氣罩10之間的連接更為緊密，不易洩露氫氣，使得集氣裝置更為完善，提高工作效率。
本實施例的其他部分與上述實施例相同，不再贅述。
實施例5：
本實施例在上述實施例中的基礎上進一步增加支撐裝置，還包括有支撐裝置，所述支撐裝置主要包括支撐架14，所述支撐架14兩端分別與電解槽槽體1和集氣球13連接，所述支撐裝置還包括有支撐杆15，所述支撐杆15上設有用於夾住集氣柱11的夾子16。
設置支撐架14，支撐架14將集氣球13和電解槽槽體1連接在一起，將集氣球13的高度支撐到一定高度不掉落，能夠使集氣球13的狀態更加穩定，也能夠更加方便收集氫氣，在支撐架14的上再設置有一個集氣柱11連接的夾子16，形成一個更為穩定的三角形，穩定的效果更加的好。
本實施例的其他部分與上述實施例相同，不再贅述。
實施例6：
本實施例本實施例在上述實施例中的基礎上進一步限定電解槽，所述電解槽槽體1為矩形，並且四個角都設置為倒圓角，
將四個角都設置倒圓角，通過對電解槽的形狀做改進，使得電解槽的角縫是圓形的弧面，便不會形狀角縫，從而解決不便清洗的問題。
本實施例的其他部分與上述實施例相同，不再贅述。
實施例7：
本實施例本實施例在上述實施例中的基礎上進一步限定陽極2，在所述陽極2上設置活性塗層，活性塗層為釕銥鈦納米級三元氧化物，所述橡膠墊片5的材質為四氟橡膠複合墊片。優選活性塗層採用釕銥鈦納米級三元氧化物，有效的防止金屬陽極2受周圍環境的電化學腐蝕以及可大幅度提高電解電流效率，優選四氟橡膠複合墊片，它優點是採用特殊熔融粘合工藝使聚四氟乙烯塑料與合成橡膠緊密熔合，整體複合性極佳；該產品既有優良的耐腐蝕、無毒、抗粘性，又具有良好的彈性和密封性能。
本實施例的其他部分與上述實施例相同，不再贅述。
實施例8：
本實施例本實施例在上述實施例中的基礎上進一步限定集氣球13，所述集氣球13為O形。
在收集過程，有可能會出現空氣，根據空氣的質量比氫氣質量中，設置為O形並便於較重的質量的空氣往下沉，相對較輕的氫氣往上，在O形的集氣球13的頂部和底部設置可調節有開口，以便於上方收集更加純的氫氣，下方便於空氣流出，在空氣完全流出後，可關閉O形下方的開口。同時還設計還具有的有益效果是在對收集氫氣較少的時候，收集的氫氣可先存放在集氣球13內，在需要收集更多的氫氣時，可從O形上方連接相應的接受裝置，比如集氣瓶收集相應的氫氣。
本實施例的其他部分與上述實施例相同，不再贅述。
可以理解的是，根據本實用新型一個實施例的集氣裝置的結構，例如集氣罩10和集氣球13等部件的工作原理和工作過程都是現有技術，且為本領域的技術人員所熟知，這裡就不再進行詳細描述。
儘管已經示出和描述了本實用新型的實施例，本領域的普通技術人員可以理解：在不脫離本實用新型的原理和宗旨下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本實用新型的範圍由權利要求及其等同物限定。