一種並聯循環式氟化電解槽的製作方法
2024-03-21 06:30:05
一種並聯循環式氟化電解槽的製作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種並聯循環式氟化電解槽，其特徵在於：兩個或兩個以上的電解槽，每一個電解槽內分別安裝極板組，每一個極板組件上有正鎳陽極-鐵陰極柱並聯連接到整流電源正負極上，兩個電解槽之間底部有一定的高差，將第二個電解槽底部沸點較高的氟化有機物通過氟化物回流管自動流向入第一電解槽底部，物料接力進行氟化反應，減少了反應誘導期；兩個電解槽之間設置循環泵，循環管將循環泵分別連接在二個電解槽內的中部，循環泵用於電解槽中的HF與溶解在HF中物料循環流動，從而增加物料與極板的接觸機率，並聯循環式使電解氟化反應效率大大提高，杜絕了死槽現象，並聯電解槽延長電解連續工作時間，減少物料消耗，並減少了人工清槽勞動強度。
【專利說明】一種並聯循環式氟化電解槽
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及有機電化學氟化電解槽，具體地涉及一種並聯循環式氟化電解槽。
[0002]
【背景技術】
[0003]化學氟化方法製備有機氟化物，可以用F2直接氟化，也可用XeF2、次氟酸、高價金屬氟化物、N2F類化合物等氟化試劑間接氟化的方法，化學氟化方法所需設備和條件較為複雜且苛刻，反應和操作也相當複雜，且難以控制加氟量製備全氟有機化合物，在反應過程中使用的氟化試劑成本較高且為有毒性，因而也極不安全。
[0004]Simons電化學氟化(ECF)方法，使用無水氟化氫生產全氟或部分氟化有機化合物。在電解槽中交替地安裝了一組或一組以上的Ni陽極和Fe陰極，加入無水氟化氫和少量有機物，，通直流電進行電解，電解槽外用冷卻夾套來移去電解過程中產生的熱量，通常槽電壓為5- 8 V,電流密度大於500A/dm2，溫度範圍是O - 20°C。在此條件下，F2不會逸出，而氟化產物則在陽極生成，生成的氟化物由於不溶於無水氟化氫，沸點高的產物沉積於電解槽底部，沸點低的氟化產物隨HF和H2揮發至冷阱中被收集。
[0005]美國專利US 3，753，876公開了一種用於電化學氟化的方法，該方法包括把需要氟化的成分與無水氟化氫的混合物作為電解液通過一個冷卻段、一個電解槽以及一個比較大的貯存段而進行循環，當電解液通過貯存段時，可以把不溶的氟化產物從電解液中除去，然後再讓該電解液進入通過所說電解槽的第二通道。
[0006]美國專利US 4，406，768公開了一種電解槽裝置，該裝置包含一個基本上為圓筒形的電解室，該室有多個積疊的，雙極式的，基本上為方形、平行平面式的電極，這些電極由一些絕緣墊片將它們彼此隔開，而這些絕緣墊片本身又作為一種可供電解液流過的通道。這些電極在電解室中的配置方式能限定出4條電解液循環通道。該電解槽裝置在其電解室的一端具有一個用於引入電解液的裝置，藉此將電解液引入多條電解液循環通道中的至少一條但不超過兩條通道。該電解槽裝置在其電解室的另一端還有一個用於排出電解液的裝置。
[0007]中國專利CN93109197.7公開了一種電化學電解槽，包括以強制對流方式將含有無水氟化氫和可氟化有機化合物(例如三丙胺)的混合物在維持其在連續液相的溫度和壓力下，通過雙極式電極組件各電極間的通道。該電極組件含有多個基本平行相間的電極，該電極由對無水氟化氫惰性的導電材料製成，組件中各電極以串聯或串、並聯方式排列。往該電極組件上施加電壓，以產生能夠導致有機氟化物生成的直流電。還描述了實現該方法的電化學氟化電解槽。
[0008]上述專利可見，應用電化學氟化電解槽的方法，實現生產氟化有機物，有通過裝置解決電解液進行循環流動，可以把不溶的氟化產物從電解液中除去，也有通過電極組件，實現電化學氟化電解槽能夠導致有機氟化物的生成等，但這些氟化電解槽裝置及方法存在導致槽內的HF不流動循環或者流動不充分，溶解在HF中的電解質與極板接觸機率小的問題，通過多組電極板反應解決問題效果不佳，故電解氟化反應效率低，以及時有發生電解反應過程中的死槽現象問題，電極組件上施加電壓，以致有機氟化物生成的直流電機率低，極大地影響電解氟化反應效率。
【發明內容】
[0009]本實用新型的目的就是為了解決現有電化學氟化電解槽技術存在等技術問題，提供一種並聯循環式氟化電解槽。
[0010]本實用新型所採用的技術方案是:一種並聯循環式氟化電解槽，兩個或兩個以上的電解槽，每一個電解槽上設置蓋板、進料管、放料管和氣體出口管，氣體出口管分別接到回流冷凝器；每一個電解槽內分別安裝極板組，每一個極板組上有正鎳陽極-鐵陰極柱，所述每一個電解槽的正鎳陽極-鐵陰極柱用電纜或銅線按正負極並聯方式連接到整流電源正負極上。
[0011]所述第一個電解槽上端設置回流管並接入第二個電解槽上端，用於將第一電解槽電解氟化反應生成的HF及低沸點氟化物流入第二個電解槽，第二個電解槽上端設置HF回流管並接入回流冷凝器，用於氣化的HF經回流冷凝器冷凝，沿HF回流管回流到電解槽中繼續參與電解反應。
[0012]所述兩個電解槽之間設置循環泵，循環管將循環泵分別連接在二個電解槽內的中部，循環泵進口和出口的範圍與極板組平行的方向相對且在雙極板組的中部。
[0013]所述兩個電解槽之間底部有一定的高差，氟化物料回流管將第一電解槽與第二電解槽底部連接，將第二個電解槽氟化反應生成沸點較高的氟化有機物從底部通過氟化物回流管自動流向入第一電解槽底部，繼續參與電解反應。
[0014]沸點較高的氟化有機物由於重度較大沉澱在電解槽的底部，從電解槽的底部放料管放出。
[0015]回流冷凝器的氟化物出口輸出液態氟化物。
[0016]在上述技術方案基礎上進一步的技術方案是:所述每一個電解槽織裝有液面計積和溫度計，電解槽外部四周和底部設置夾套，夾套設置冷凍介質進口，冷凍介質出口，冷凍介質採用通用的冷凍鹽水或有機冷媒，用來控制電解槽內電解反應的溫度。
[0017]本實用新型具有以下的優點和積極效果:
[0018]1、本實用新型並聯循環式氟化電解槽採用兩個或兩個以上的電解槽，每個電解槽分別安裝一組或一組以上的鎳陽極-鐵陰極板組，每一個電解槽的正鎳陽極-鐵陰極柱正負極並聯方式連接到整流電源正負極上，採用雙槽極板組，使得物料在整個體系中溶解和分散的更均勻，同時在兩個電解槽中物料接力進行氟化反應，減少了反應誘導期，反應誘導期從3?5天減少到一天，也基本上杜絕了死槽現象，從而減少因處理死槽而清槽的次數；由於採用並聯槽比單槽可以延長電解連續工作時間二倍以上，減少物料消耗20%，比單槽產量提高30%，並減少了人工清槽勞動強度。
[0019]2、本實用新型並聯循環式氟化電解槽採用兩個電解槽之間設置循環泵，循環管將循環泵分別連接在兩個電解槽內的中部，循環泵進口和出口的範圍與極板平行的方向相對且在雙極板組件的中部，循環泵用於電解槽中的HF與溶解在HF中物料循環流動，從而增加物料與極板的接觸機率，使電解氟化反應效率大大提高。
[0020]3、本實用新型氟化電解槽採用兩個電解槽並聯槽，在將電解氟化反應生成的氟化物氣體從出氣口排出外，用回流管設置在兩個電解槽上端，同時將第一電解槽電解氟化反應生成的氣液兩態的HF及低沸點氟化物流入第二個電解槽，進一步進行電解反應；同時第二個電解槽上端設置HF回流管並接入回流冷凝器，可將經回流冷凝器冷凝的氟化物沿HF回流管回流到電解槽中繼續參與電解反應。
[0021]4、本實用新型並聯循環式氟化電解槽的兩個電解槽之間底部設有一定的高差，氟化物回流管將第一電解槽與第二電解槽底部連接，由於沸點較高的氟化有機物由於重度較大沉澱在電解槽的底部，第二個電解槽氟化反應生成沸點較高的氟化有機物從底部通過氟化物回流管自動流向入第一電解槽底部，繼續參與電解反應，有效地形成並聯循環式氟化電解反應，提聞電解氣化反應效率。
[0022]5、本實用新型並聯循環式氟化電解槽由於在電解槽外部四周和底部設置夾套，夾套內的冷凍介質有效控制了電解槽的溫度可控制在_30°C?20°C，電解槽內電解反應的溫度控制在-10°C?19°C，同時冷凝器出口溫度控制在_40°C以下，使大部分隨氟化反應生成的H2蒸發的HF，以減少HF的消耗。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]圖1本實用新型並聯循環式氟化電解槽結構示意圖。
[0024]電源正極1、電源負極2、溫度計3、進料管4、電解槽蓋板5、正負極柱6、冷凍介質進口 7、極板組8、液面計9、夾套10、電解槽11、放料閥12、放料管13、冷凍介質出口 14、氟化物料回流管15、循環泵16、循環管17、放料閥18、冷凍介質出口 19、放料管20、電解槽21、夾套22、液面計23、極板組24、溫度計25、冷凍介質進口 26、正負極柱27、電解槽蓋板28、HF回流管29、回流閥30、回流冷凝器31、氟化物出口 32、氣體出口管33、進料管34、回流閥35、回流管36、氣體出口管37。
【具體實施方式】
[0025]下面將結合具體實施例對本實用新型進一步詳細說明。
[0026]見圖1所示，作為優選的實施例，一種並聯循環式氟化電解槽，至少設置有兩個電解槽11、21，兩電解槽11、21之間採用的循環泵16為耐無水HF材質，該循環泵16使電解槽中的HF及溶解在其中的物料循環流動，增加物料與極板的接觸機率，從而大幅提高電解氟化的效率。
[0027]電解槽11、21與電解槽蓋板5、28為圓形或矩形結構，採用低碳鋼材製作；電解槽蓋板5、28分別蓋在電解槽11、21上，電解槽11、21設置進料管4、34與放料管13、20，放料管13、20上設置放料閥12、18 ;進料管4、34是HF和物料的進口 ；出料管13、20是電解氟化反應產品的出料口，為便於操作，出料口採用彎管，同時用放料閥12、18控制。
[0028]電解槽夾套10、22設置在電解槽11、12外部四周和底部，夾套10、22設置冷凍介質進口 7、26，冷凍介質出口 14、19是夾套冷媒的出口，冷凍介質採用通用的冷凍鹽水或有機冷媒，使其帶走電解反應的熱量，用來控制電解槽內電解反應的溫度，一般電解溫度控制在-10°C?19°C;夾套10、22外部有一層保溫層來減少冷媒的冷損耗；電解槽的溫度控制採用夾套冷凍水控制，也可採用內盤管換熱方式控制電解槽溫度。
[0029]極板組8、24與電解槽內的正負極柱6、27連接後固定在電解槽蓋板5、28上，正負極柱6、27與電解槽蓋之間用絕緣墊圈隔開。
[0030]電極柱包括正極和負極，對應連接電源的正極I和負極2，極板組8、24按照常規鎳正極、鐵負極交替排列，極板組設置一組或一組以上，可以2?4組，正、負極間採用聚四氟乙烯墊片相互絕緣，平行排列隔開，極板組位於電解槽中心部位，保證電解物料在循環流動過程中能與極板組充分接觸，提高電解效率。
[0031]液面計9、23用來指示電解槽內電解物料的液面高度，溫度計3、25用來測量電解槽內的溫度；電解槽蓋板5、28上有溫度計3、25的固定口，溫度計3、25 —端從電解槽蓋板5、28上穿出，液面計或溫度計另外一端位於電解槽內，電解槽的溫度可控制在_30°C?20°C，通常採用0°C?15°C;電解槽壁板上、下端分別垂直設置兩個液面計的固定口，液面計採用透明的氟朔料管。
[0032]電解槽蓋板上設置氣體出口管33、37，是排出電解產生的H2的出口，也是氣相產品和氣化HF的出口，氣體出口管37、33分別接到回流冷凝器31，氣相產品和氣化HF物經回流冷凝器31出口 38溫度控制在_40°C以下，輸出液態氟化物。
[0033]第一個電解槽11上端設置回流管36並接入第二個電解槽21上端，用於將第一電解槽11電解氟化反應生成的HF及低沸點氟化物流入第二個電解槽，第二個電解槽21上端設置HF回流管29並接入回流冷凝器31，用於氣化的HF經回流冷凝器31冷凝，沿HF回流管29回流到電解槽21中繼續參與電解反應。
[0034]電解反應通過循環泵16、物料循環管道7、氟化物料回流管15來加強反應過程中流動性，使HF和有機物料循環流動，增加物料與極板的接觸機率，使電解氟化反應效率大幅提高，同時極大改善了電解槽內的傳熱效果。
[0035]兩個電解槽之間底部設置有一定的高度差，兩個電解槽11、21底部用氟化物料回流管15連接，第二個電解槽21氟化反應生成沸點較高的氟化有機物從底部通過氟化物回流管15自動流向入第一電解槽11底部，繼續參與電解反應，提高電解氟化反應效率；另有沸點較高的氟化有機物由於重度較大沉澱在電解槽的底部11、21，從電解槽11、21的底部放料管13、20放出。
[0036]上述實施例用於說明本實用新型，並不是對本實用新型的限定。
【權利要求】
1.一種並聯循環式氟化電解槽，其特徵在於:兩個或兩個以上的電解槽(11)、(21)，每一個電解槽(11) (21)上設置蓋板(5) (28)、進料管(4) (34)、放料管(13) (20)和氣體出口管(37)(33)，氣體出口管(37)、(33)分別接到回流冷凝器(31);每一個電解槽(11)、(21)內分別安裝極板組(8)、(24)，每一個極板組(8)、(24)上有正鎳陽極-鐵陰極柱(6)、(27)，所述每一個電解槽的正鎳陽極-鐵陰極柱(6)、(27)用電纜或銅線按正負極並聯方式連接到整流電源正負極(I)、(2)上； 所述第一個電解槽(11)上端設置回流管(36)並接入第二個電解槽(21)上端，將第一電解槽(11)電解氟化反應生成的HF及低沸點氟化物流入第二個電解槽，第二個電解槽(21)上端設置HF回流管(29)並接入回流冷凝器(31)，用於氣化的HF經回流冷凝器(31)冷凝，沿HF回流管(29)回流到電解槽(21)中繼續參與電解反應； 所述兩個電解槽(11)、(21)之間設置循環泵(16)，用循環管(17)將循環泵(16)分別連接在二個電解槽(11)、(21)內的中部，循環泵(16)進口和出口的範圍與極板組(8)、(24)平行的方向相對且在雙極板組(8)、(24)的中部； 所述兩個電解槽(11)、(21)之間底部有一定的高差，氟化物料回流管(15)將第一電解槽(11)與第二電解槽(21)底部連接，將第二個電解槽(21)氟化反應生成沸點較高的氟化有機物從底部通過氟化物回流管(15)自動流向入第一電解槽(11)底部，繼續參與電解反應； 沸點較高的氟化有機物由於重度較大沉澱在電解槽的底部(11)、(21)，從電解槽(11)、(21)的底部放料管(13)、(20)放出； 回流冷凝器(31)的氟化物出口(32)輸出液態氟化物。
2.根據權利要求1所述的一種並聯循環式氟化電解槽，其特徵在於:所述每一個電解槽(11)、(21)裝有液面計(9)、(23)和溫度計(3)、(25)，電解槽(11)、(21)外部四周和底部設置夾套(10)、(22)，夾套(10)、(22)設置冷凍介質進口(7)、(26)，冷凍介質出口(14)、(19)，冷凍介質採用通用的冷凍鹽水或有機冷媒，控制電解槽內電解反應的溫度。
【文檔編號】C25B3/08GK203976933SQ201420422347
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年7月30日 優先權日:2014年7月30日
【發明者】陳建生, 彭勸 申請人:天門福臨金富精細化工有限公司