一種實驗型氯鹼離子膜電解槽的製作方法
2023-07-07 02:37:46 1
專利名稱：一種實驗型氯鹼離子膜電解槽的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種離子膜電解槽，具體的說涉及一種單極式實驗型氯鹼離子膜電解 槽裝置。
背景技術：
我國離子膜法燒鹼發展十分迅速，我國氯鹼企業先後從發達國家引進多項高新科 技，使我國的氯鹼技術有了很大的提高。我國從世界知名公司引進先進的離子膜法制鹼技 術，迅速發展離子膜法電解工藝，徹底淘汰了水銀法燒鹼和部分石墨陽極隔膜法燒鹼，大大 提升和優化了我國氯鹼工業的產品結構，促進了相關工業的迅速發展。離子膜電解槽作為 現代氯鹼行業先進的電解設備，以操作方便，節能降耗，產品純度高等特點，得到普遍應用。現有生產型離子膜電解槽的專利文件有公開號CN1306102公開了一種單極式離 子膜電解槽，CN2459329公開了一種復極式自然循環離子膜電解槽、CN1407137公開了一種 復極式自然循環離子膜電解槽、CN201106069, CN201128760公開了膜極距復極式自然循環 離子膜電解槽，這些專利文件設計均為生產型離子膜電解槽。然而不管是研究氯鹼用離子 膜性能亦或是離子膜電解槽電極性能都需要有小型的電解槽裝置來進行實驗，目前尚未有 實驗型的小型離子膜電解槽的相關報導。
發明內容
針對現有技術的不足，本發明涉及一種實驗型氯鹼離子膜電解槽。發明概述本發明實驗型氯鹼離子膜電解槽，是由若干個單元槽部件組成一個完整的單元 槽，用於飽和氯化鈉水溶液製取氯氣、氫氣和燒鹼，或用於飽和氯化鉀水溶液製取氯氣、氫 氣和Κ0Η。單元槽用離子交換膜分隔成陽極電解室和陰極電解室，是一種利用電化學電解氯 化鈉、氯化鉀以產生氣體和強鹼的單極式氯鹼離子膜電解槽裝置。發明詳述本發明的技術方案如下實驗型氯鹼離子膜電解槽，包括陰極室槽、陰極墊片、陰極電極網板、陰極墊片、離 子膜、陽極墊片、陽極電極網板、陽極墊片和陽極室槽，依次通過法蘭密封連接成為一體。陰 極室槽側面上設有氫氣及鹼液出口和純水入口分別連通陰極室，陽極室槽上設有淡鹽水及 氯氣出口、二次精製鹽水入口、溫度計插口、測溫點插口 ；陽極室內置有鈦加熱管。陰極電極 網板、陽極電極網板上均設有整流電源接口，分別與整流電源的負極、正極相連接。上述離子膜選自市場可購得的氯鹼用商品離子交換膜，也可按現有技術自製，優 選為全氟磺酸-羧酸複合離子膜，參見CN101811359A。上述所有陰極墊片、陽極墊片均優選採用三元乙丙橡膠材料。上述陰極電極網板是由塗覆有活性塗層的鈦金屬網焊接在鈦剛性框架內製作而 成。塗覆活性塗層材料是鈀或銠貴金屬材料，按現有公知技術即可。
上述陽極電極網板是由塗覆有活性塗層的鎳金屬網焊接在鎳或不鏽鋼剛性框架 內製作而成。塗覆活性塗層材料是鈀或銠貴金屬材料，按現有公知技術即可。上述陰極電極網板、陽極電極網板的框架上均焊接有可連接整流電源線的銅鼻 片，銅鼻片上有整流電源接口。陰極室槽和陰極室槽內分別是陽極室和陰極室，陽極室的容積與陰極室容積比在 50-10 1範圍內。本發明實驗型氯鹼離子膜電解槽陽極室體積足夠大，並且具有加熱控溫 裝置，以保持電解槽溫度的易控及恆定，為此陰極室槽容積相應地儘量小。上述陰極室槽用不鏽鋼板或鎳板焊接製作，陽極室槽用鈦板焊接製作。上述陽極室內的加熱管採用鈦加熱管，以達到防腐的功能，可長期使用。本發明實驗型氯鹼離子膜電解槽，由若干個單元槽部件組成一個完整的單元槽， 單元槽用離子交換膜分隔成陽極和陰極電解室，由電極網有效面積限定電解室有效截面 積，電解室與電解室之間交替設置墊片、金屬電極網板、墊片及離子膜。電解室(包括陰極 室和陽極室)截面面積不小於電極網有效面積，優選的電解室截面面積等於電極網有效面 積。本發明實驗型離子膜單元電解槽的陽極室框架優選鈦板製成的耐腐蝕板，陰極室 框架選自鎳板或不鏽鋼板焊接或衝壓而成，也可以採用有機玻璃聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA) 或聚四氟乙烯材料加工製成。對陽極室、陰極室材料要求具有一定的剛度和具有較平的密 封面，保證整體的剛度及密封功能。本發明中離子膜單元槽有利於電解過程中的氣體和電解液的自然循環，使電解室 中的電解條件均勻化、穩定化。本實驗型離子膜電解槽簡單易控，操作方便，可用於離子膜 電極的快速測試、離子膜的快速測試，包括電流密度-槽電壓關係、電流效率、水傳遞係數 的測定等。本發明實驗型電解槽可以在如下條件下進行操作電流密度l-6KA/m2 ；陽極液 濃度175-305克/L的NaCl或KCl溶液；陰極液濃度與陽極相應的M_35wt % NaOH或 20-32wt% KOH的溶液；操作溫度65-95°C。本發明實驗型電解槽解決了經濟、耐用的問題。所採用剛性鈦和鎳板保證電解槽 使用性能，具有一定的剛度，經濟、防腐。本發明電解槽在進槽流體控制、出槽流體的控制、 氣液相分離、有毒氣體處理等方面可以由本領域專業技術人員用公知公用的技術簡易解 決。利用測溫點(溫度傳感器)控制加熱管通電與否來達到控制陽極室溫度的技術屬於公 知公用技術。本發明與現有生產型離子膜電解槽相比，具有獨立的電解槽加熱控溫裝置，易於 溫度的控制和穩定；各組件安裝、操作、拆卸方便；該裝置可以充分滿足實驗研究的需要， 包括可以用於離子膜電極性能的快速測試、離子膜性能的快速考查，包括電流密度-槽電 壓關係、電流效率、水傳遞係數的測定等。
圖1是離子膜電解槽分解結構示意圖。圖2為離子膜電解槽整體示意圖。圖3為陰極槽結構示意圖。3L-陰極室槽俯視圖；3R-陰極室槽平視圖。
圖4是陽極電極網板結構示意圖。其中，1-陰極室槽；IA-氫氣及鹼液出口 ；IB-純水入口 ；IC-陰極室；2_陰極墊片； 3-陰極電極網板；3A-陰極整流電源接口鼻；4-陰極墊片；5-離子膜；6-陽極墊片；7-陽極電極網板，7A-陽極整流電源接口鼻，7B-連接孔，7C-網板框架，7D-電極 網，7E-法蘭連接孔；8-陽極墊片；9-陽極室槽，9A-淡鹽水及氯氣出口，9B-二次精製鹽水 入口，9C-溫度計插口，9D-測溫點插口，9E-鈦加熱管，9F-陽極室，9G-加熱管外部電源接 口。陰極電極網板結構與陽極電極網板結構相同，但所用材料不同。
具體實施例方式以下結合附圖和實施例進一步說明。實施例1 實驗型氯鹼離子膜電解槽，結構如圖1-4所示，它包括陰極室槽1和陽極室槽9， 陰極室槽1側面上設有氫氣及鹼液出口 IA和純水入口 IB分別連接陰極室1C。陰極室槽1 和陽極室槽9之間依次是陰極墊片2、陰極電極網板3、陰極墊片4、離子膜5、陽極墊片6、陽 極電極網板7、陽極墊片8，通過螺栓10用法蘭密封連接在一起，使陰極室槽和陽極室槽成 為一體。陽極室槽9上設有淡鹽水及氯氣出口 9A、二次精製鹽水入口 9B、溫度計插口 9C、測 溫點插口 9D ；陽極室9F內置鈦加熱管9E，外部有電源接口 9G。陰極電極網板、陽極電極網 板上均焊接有銅鼻片作為接口鼻3A、7A，銅鼻片上有連接孔，分別與整流電源負極和正極相 連接。電解槽有效電解面積為50cm2，陰極室槽1採用3mm厚不鏽鋼焊接製作，陽極室槽 9採用3mm厚鈦板焊接製作。陰極室IC容積25mL，陽極室9F容積800mL。陽極電極網板7 用Imm厚鈦板做框架7C，框架中間焊接鈦基電極網板7D。陰極電極網極板與陽極結構相同， 但所用材料不同用Imm厚不鏽鋼板做框架，框架中間焊接帶鈀活性塗層的鎳基電極網。陰 極墊片2、4和陽極墊片6、8均採用三元乙丙橡膠製作。離子膜5選用東嶽DF988全氟磺 酸-羧酸複合離子膜。陽極室9F內置鈦加熱管功率為150瓦，測溫點插口 9D插入PtlOO 熱電偶，並配接相應控溫儀。本實施例實驗型氯鹼離子膜電解槽電解條件電流密度3. 5KA/m2 ；陽極液濃度 200克/L的NaCl溶液；陰極液濃度32% NaOH溶液；操作溫度84_86°C。實施例2 實驗型氯鹼離子膜電解槽，結構如實施例1所述，所不同的是電解槽有效電解面積為120cm2，陰極室槽採用PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)有機玻 璃製作，陽極室槽採用4mm厚鈦板焊接製作。陰極室IC容積40mL，陽極室9F容積1200mL。 陽極電極網板7用Imm厚鈦板做框架7C，框架中間焊接鈦基電極網板7D。陰極電極網極板 與陽極結構相同，但所用材料不同用Imm厚不鏽鋼板做框架，框架中間焊接帶鈀活性塗層 的鎳基電極網。陰極墊片2、4和陽極墊片6、8採用三元乙丙橡膠製作。離子膜5選用N966 全氟磺酸-羧酸複合離子膜。陽極室9F內置鈦加熱管功率為200瓦，測溫點插口 9D插入 PtlOO熱電偶，配相應控溫儀。本實施例實驗型氯鹼離子膜電解槽電解條件電流密度3. OKA/m2 ；陽極液濃度 200克/L的NaCl溶液；陰極液濃度30% NaOH溶液；操作溫度84_86°C。實施例3 實驗型氯鹼離子膜電解槽，結構如實施例1所述，所不同的是
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電解槽有效電解面積為120cm2，陰極室槽採用聚四氟乙烯材料加工製成，陽極室 槽採用3mm厚鈦板焊接製作。陰極室IC容積50mL，陽極室9F容積1200mL。陽極電極網板 7用Imm厚鈦板做框架7C，框架中間焊接鈦基電極網板7D。陰極電極網極板與陽極結構相 同，但所用材料不同用Imm厚鎳板做框架，框架中間焊接帶鈀活性塗層的鎳基電極網。陰 極墊片2、4和陽極墊片6、8採用三元乙丙橡膠製作。離子膜5選用F6801全氟磺酸-羧酸 複合離子膜。陽極室9F內置鈦加熱管功率為200瓦，測溫點插口 9D插入PtlOO熱電偶，配 相應控溫儀。本實施例實驗型氯鹼離子膜電解槽電解條件電流密度5. 5KA/m2 ；陽極液濃度 205克/L的NaCl溶液；陰極液濃度32% NaOH溶液；操作溫度84_86°C。實施例4 實驗型氯鹼離子膜電解槽，結構如實施例1所述，所不同的是電解槽有效電解面積為80cm2，陰極室槽採用PMMA有機玻璃製作，陽極槽採用4mm 厚鈦板焊接製作。陰極室IC容積30mL，陽極室9F容積1400mL。陽極電極網板7用Imm厚 鈦板做框架7C，框架中間焊接鈦基電極網板7D。陰極電極網極板與陽極結構相同，但所用 材料不同用Imm厚不鏽鋼板做框架，框架中間焊接帶銠活性塗層的鎳基電極網。陰極墊片 2、4和陽極墊片6、8採用三元乙丙橡膠製作。離子膜5選用全氟磺酸-羧酸複合離子膜。 陽極室9F內置鈦加熱管功率為200瓦，測溫點插口 9D插入PtlOO熱電偶，配相應控溫儀。本實施例實驗型氯鹼離子膜電解槽電解條件電流密度4. 5KA/m2 ；陽極液濃度 200克/L的KCl溶液；陰極液濃度30% KOH溶液；操作溫度84_86°C。本實驗型離子膜電解槽簡單易控，操作方便，可用於離子膜電極的快速測試、離子 膜的快速測試，包括電流密度-槽電壓關係、電流效率、水傳遞係數的測定等。具體的測定 方法為本領域專業人員公知公用技術，亦可查閱相關資料和專業文獻，此處不再贅述。
權利要求
1.實驗型氯鹼離子膜電解槽，其特徵在於包括陰極室槽、陰極墊片、陰極電極網板、陰 極墊片、離子膜、陽極墊片、陽極電極網板、陽極墊片和陽極室槽，依次通過法蘭密封連接成 為一體；陰極室槽側面上設有氫氣及鹼液出口和純水入口分別連通陰極室，陽極室槽上設 有淡鹽水及氯氣出口、二次精製鹽水入口、溫度計插口、測溫點插口 ；陽極室內置有鈦加熱 管，陰極電極網板、陽極電極網板上均設有整流電源接口，分別與整流電源的負極、正極相 連接。
2.根據權利要求1所述的實驗型氯鹼離子膜電解槽，其特徵在於所述陰極墊片、陽極 墊片均採用三元乙丙橡膠材料。
3.根據權利要求1所述的實驗型氯鹼離子膜電解槽，其特徵在於所述陰極電極網板是 由塗覆有活性塗層的鈦金屬網焊接在鈦剛性框架內製作而成。
4.根據權利要求1所述的實驗型氯鹼離子膜電解槽，其特徵在於所述陽極電極網板是 由塗覆有活性塗層的鎳金屬網焊接在鎳或不鏽鋼剛性框架內製作而成。
5.根據權利要求1所述的實驗型氯鹼離子膜電解槽，其特徵在於陰極室槽和陰極室槽 內分別是陽極室和陰極室，陽極室的容積與陰極室容積比為50-10 1。
6.根據權利要求1所述的實驗型氯鹼離子膜電解槽，其特徵在於所述陰極室槽用不鏽 鋼板或鎳板焊接製作。
7.根據權利要求1所述的實驗型氯鹼離子膜電解槽，其特徵在於所述陰極室槽用有機 玻璃或聚四氟乙烯製作。
8.根據權利要求1所述的實驗型氯鹼離子膜電解槽，其特徵在於所述陽極室槽用鈦板 焊接製作。
9.根據權利要求1所述的實驗型氯鹼離子膜電解槽，其特徵在於所述電解槽在如下條 件下進行操作電流密度l-6KA/m2 ；陽極液濃度175-305克/L的NaCl或KCl溶液；陰極 液濃度與陽極相應的NaOH或20_32wt% KOH的溶液；操作溫度65_95°C。
全文摘要
本發明涉及一種實驗型氯鹼離子膜電解槽，包括陰極室槽、陰極墊片、陰極電極網板、陰極墊片、離子膜、陽極墊片、陽極電極網板、陽極墊片和陽極室槽，依次通過法蘭密封連接成為一體；陰極室槽側面上設有氫氣及鹼液出口和純水入口分別連通陰極室，陽極室槽上設有淡鹽水及氯氣出口、二次精製鹽水入口、溫度計插口、測溫點插口；陽極室內置有鈦加熱管，陰極電極網板、陽極電極網板上均設有整流電源接口，分別與整流電源的負極、正極相連接。本實驗型離子膜電解槽利用電化學電解氯化鈉、氯化鉀以產生氣體和強鹼，簡單易控，操作方便，可用於離子膜電極的快速測試、離子膜的快速測試。
文檔編號C25B1/46GK102134725SQ20111004627
公開日2011年7月27日 申請日期2011年2月25日 優先權日2011年2月25日
發明者張恆, 張永明, 王學軍, 高自宏 申請人:山東東嶽高分子材料有限公司