專利名稱：單極式單元電解槽的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種單極式單元電解槽，屬于氯堿工業(yè)中的電解設備。
目前，在化工工業(yè)的氯堿行業(yè)中，電解堿金屬氯化物的水溶液用于生產堿金屬氫氧化物，一般均優(yōu)先選用離子交換膜法電解技術。而與之相應的離子交換膜電解裝置則是保證生產過程中優(yōu)質、高效、節(jié)能以及減小污染的關鍵。就單極式電解裝置而言，主要是由多個電解單元并聯(lián)組合供電的電解裝置，而電解單元由單元電解槽構成。單元電解槽的結構直接影響到產品的質量、成本等。現(xiàn)有的一種較先進的單元電解槽如


圖1所示，
圖1是單元電解槽的陽極單元槽的結構圖，是采用在陽極單元槽的側邊框伸入數(shù)根鈦-銅復合導電棒31，通過焊接其上的數(shù)塊貴金屬導電筋板32將電流導向電極網，其邊框為貴金屬制成的方管形的結構。但這種結構的單元電解槽由于相鄰兩根復合棒間有一定的距離，所以靠近復合棒部位的電極網面的電流密度將較強，而相鄰兩根復合棒的中間部位的電極網面距復合棒較遠，電流電阻較大，電流密度將較弱，造成電極網面上電流密度分布的均勻性較差，又由于復合棒31的遠端與近端電流傳導的距離差別較大，受復合棒31的電阻的影響將產生電流密度的梯度較大。又因復合棒31橫置在電解室內，明顯阻礙了電解液靠電解過程中產生的氣體帶動液體上行，容易造成氣液流動不暢和死區(qū)，導致氣液在電解室內同一部位積存時間過長，室內電解液濃度不均等不良現(xiàn)象，影響電解設備的使用壽命，并且影響電解的產品的質量。另外，此單元電解槽的邊框制造精度要求較高，不易加工，且需使用大量貴金屬，成本較高。
本實用新型的目的是設計一種單極式單元電解槽，其結構簡單，成本低，性能好，保證電解的產品質量，且易于制造。
本實用新型所設計的單極式單元電解槽由陽極單元槽、陰極單元槽及離子交換膜構成，離子交換膜由密封墊片密封在陽極單元槽及陰極單元槽之間，陽極單元槽及陰極單元槽分別由四條邊框構成的框架、框架兩側固定的電極網及位于框架內與電極網連接的筋板構成，在陽極單元槽及陰極單元槽的下端分別連接有電解液入口接管，上端分別連接有電解液出口接管，在陽極單元槽及陰極單元槽的框架內的中間固定有平板狀的中間導電板，中間導電板與筋板垂直固定連接在一起。
在本實用新型所設計的單極式單元電解槽的陽極單元槽內的中間導電板為三層爆炸復合板，中間層為銅板，銅板兩側為鈦板。
在本實用新型所設計的單極式單元電解槽的陰極單元槽內的中間導電板由中間層的銅板、銅板兩側焊接的碳鋼板條及碳鋼板條外層的陰極用金屬板材組合焊接在一起構成。
本實用新型所設計的單極式單元電解槽的陽極單元槽及陰極單元槽的框架的上邊框為貴金屬材料制成的方管形結構，側邊框及下邊框由表面為貴金屬材料、中間為碳鋼體的組合板材構成，以降低框架的成本，并且使框架易于加工。
為使電解液在電極網的每一部位均衡的上行流動，在單極式單元電解槽的陽極單元槽及陰極單元槽的下部分別設置有液分散角板，液分散角板的兩側板面上帶有出液孔。
為便于導電連接，本實用新型所設計的單極式單元電解槽中的中間導電板的內層銅板從側邊框伸出，銅板兩面均為導電接觸面。
本實用新型所設計的單極式單元電解槽具有下述優(yōu)點1.導電性能好，電極網面的電流分布均勻，保證電解的產品性能穩(wěn)定、質量可靠。由于采用中間導電板將電流導入電解槽內，并且通過筋板導至電極網上，與現(xiàn)有的通過復合導電棒傳導電流的單元電解槽相比，導電板比導電棒導電均勻，明顯改善由于復合棒和電極網自身電流傳導產生的電流分布不均和產生電流梯度的問題，且在電解過程中氣液上行時沿導電板上行，不會產生阻力，循環(huán)極為通暢，而液分散角板的設置使進入電解槽內的電解液均衡上行流動，因此保證了電解槽內各部位的電解液濃度比較均勻，電解出的產品質量可靠、穩(wěn)定。
2.有效地保護離子交換膜，延長單元電解槽的使用壽命。離子交換膜是較昂貴且易損壞的部件，由于所設計的單元電解槽上邊框為方管形結構，電解生成的氣液混體物在方管中聚集后排出，有效地減輕了對電解室上部離子交換膜的沖擊，電解槽內電解液及電極網上的電流分布均勻，使離子交換膜各部分的工作狀態(tài)較一致，從而有效地保護了離子交換膜，延長了離子交換膜的使用壽命，即延長了單元電解槽的使用壽命。并且提高了電極網和離子交換膜的有效利用率。
3.易加工，成本低。由于陽極單元槽及陰極單元槽的框架的上邊框的方管由四條耐腐蝕的金屬板條焊接而成，其中作為密封面可有足夠的厚度進行平面機械加工。下邊框及側邊框的主體為價格低廉的碳鋼，僅位于電解槽內的內表面和兩密封面為貴金屬材料，即與電解液接觸的表面及與密封墊片壓緊的部位為耐腐蝕的貴金屬表面。與現(xiàn)有的框架的邊框均為貴金屬制成的方管結構相比較，節(jié)省大量的貴金屬材料，且加工方便，大大降低單極式單元電解槽的成本。
本實用新型所設計的單極式單元電解槽適用于氯堿工業(yè)中的電解裝置。
圖1是現(xiàn)有的單極式單元電解槽的陽極單元槽示意圖。
圖2是本實用新型所設計的單極式單元電解槽的結構圖。
圖3是圖2的正視圖。
圖4是由多個單元電解槽組成的電解裝置的示意圖。
下面將結合附圖對本實用新型所設計的單極式單元電解槽的實施方式及其效果作進一步說明。
圖2、3所示的一種單極式單元電解槽，主要由陽極單元槽15、陰極單元槽16及離子交換膜10構成，由密封墊片9將離子交換膜10密封在陽極單元槽15及陰極單元槽16之間，陽極單元槽15的框架的上邊框18為鈦材的方管，電解液出口接管22與之連接，陽極單元槽15的下邊框19及側邊框11的主體為碳鋼，其表面組合焊接一層鈦板。電解液入口接管23從下邊框19通入陽極單元槽15內。在陽極單元槽15內的下部的下邊框19上設置有一液分散角板6，將電解液的入口接管23遮蓋住，液分散角板兩側板面帶有出液孔24。在陽極單元槽框架的兩側焊接有陽極網17，陽極網17用鈦金屬拉制而成，表面涂以釕、鈦、銥、鋯等貴金屬?？蚣軆仍O置有一陽極中間導電板21，通過筋板4將陽極中間導電板21與陽極網17連接起來。陽極中間導電板21為鈦-銅-鈦爆炸復合板。中間層為銅板，外表層為鈦板。中間導電板21的中間的銅板從側邊框11伸出，用于導電連接。陰極單元槽16與陽極單元槽15的結構相同，所不同的是陰極單元槽16的框架的上邊框2為超低碳不銹鋼材料制成的方管，下邊框7及側邊框的主體為碳鋼，其表面組合焊接一層超低碳不銹鋼。在陰極單元槽框架兩側焊接的陰極網5由碳鋼或不銹鋼或鎳材拉制成，表面鍍有鎳或鐳尼鎳活性層。在陰極單元槽16內的陰極中間導電板3由銅、碳鋼及超低碳不銹鋼組合而成，銅板位于中間，通過碳鋼板條與外表的超低碳不銹鋼焊接在一起。在所設計的單極式單元電解槽中，凡接觸電解液的金屬表面均由貴金屬材料制成。此單元電解槽大部分結構采用復合板或組合板，節(jié)省了大量的貴金屬材料。中間導電板的應用，不僅使電流分布均勻，電流傳遞過程中阻力小，而且減小了單元電解槽內液體流動的阻力。此單元電解槽是一個較經濟、可靠和使用壽命長的結構。圖4是由多個單元電解槽組成的電解裝置，用圖4所示的電解裝置電解氯化鈉水溶液生產氫氧化鈉時，將濃度為300g/l的氯化鈉溶液稀釋后加入陽極室，把去離子水加入陰極室，在90℃的溫度、電極表面3KA/m2的電流密度，陰極室液壓比陽極室高100～1000mm水柱，并使用美國杜邦(DUPONT)公司生產的型號為Nafion-966的離子交換膜時，電流效率可達到96％以上，單元電解槽的電壓在3.12V以下，產品氫氧化鈉的濃度為32％。
權利要求1.一種單極式單元電解槽，由陽極單元槽、陰極單元槽及離子交換膜構成，離子交換膜由密封墊片密封在陽極單元槽及陰極單元槽之間，陽極單元槽及陰極單元槽分別由四條邊框構成的框架、框架兩側固定的電極網及位于框架內與電極網連接的筋板構成，在陽極單元槽及陰極單元槽的下端分別連接有電解液入口接管，上端分別連接有電解液出口接管，其特征是在陽極單元槽及陰極單元槽的框架內的中間固定有平板狀的中間導電板，中間導電板與筋板垂直固定連接在一起。
2.根據(jù)權利要求1所述的單極式單元電解槽，其特征是陽極單元槽內的中間導電板為三層爆炸復合板，中間層為銅板，銅板兩側為鈦板。
3.根據(jù)權利要求1所述的單極式單元電解槽，其特征是陰極單元槽內的中間導電板由中間層的銅板、銅板兩側焊接的碳鋼板條及碳鋼板條外層的陰極用金屬板材組合焊接在一起構成。
4.根據(jù)權利要求1所述的單極式單元電解槽，其特征是陽極單元槽及陰極單元槽的框架的上邊框為貴金屬材料制成的方管形結構，側邊框及下邊框由表面為貴金屬材料、中間為碳鋼體的組合板材構成。
5.根據(jù)權利要求1所述的單極式單元電解槽，其特征是陽極單元槽及陰極單元槽的下部分別設置有液分散角板，液分散角板的兩側板面上帶有出液孔。
6.根據(jù)權利要求1所述的單極式單元電解槽，其特征是中間導電板內層的銅板從側邊框伸出，用于導電連接。
專利摘要本實用新型為一種單極式單元電解槽，它主要由陽極單元槽、陰極單元槽及離子交換膜構成，密封墊片將離子交換膜密封固定在陽、陰極單元槽之間。陽、陰極單元槽的框架分別由四條邊框構成，上邊框為方管形，下邊框及側邊框為復合金屬板材制成，分別在陽、陰極單元槽中間固定有平板狀的中間導電板，通過筋板與電極網連接。本實用新型大大降低單元電解槽的成本，并且易于加工制造，工作性能穩(wěn)定，保證產品質量，可廣泛用于氯堿工業(yè)中。
文檔編號C25B9/00GK2226071SQ9521735
公開日1996年5月1日 申請日期1995年7月27日 優(yōu)先權日1995年7月27日
發(fā)明者邢家梧, 甘鎖才, 劉秀明, 馮忠貴, 康建忠 申請人:北京化工機械廠