книги / Производство хлора, каустической соды и неорганических хлорпродуктов

№2, 219 (1970).

102.Chem. Econom. Eng. Rev., 3, № 8, 43 (1971); 4, № 2, 36 (1972); Nagaoki

108.Пат. США 3278410 (1966).

109.Пат. США 3505199 (1970).

110.Бельг. пат. 639014 (1964).

111.Б и л л и т е р Ж ., Промышленный электролиз водных растворов. М.,

113.Электрометаллургия водных растворов. Под ред. Г. Егера. М., «Метал­ лургия», 1966.

117.К у р а ш в и л и М. И ., Электрохимия марганца. Т. 2. М., изд-во All

СССР, 1963. См. с. 375.

118.Пат. США 2631115 (1953).

119.Япон. пат. 27741 (1968).

121

128.Р а з и н а H. Ф., Электрохимия твердых и жидких систем. Алма-Ата, изд-во АН КазССР, 1967.

129.S m y t h D. М., J. Clectrochem. Soc., 113, № 1* 19 (1966).

130.Англ. пат. 1104078 (1968).

131.Япон. пат. 7018283 (1970).

132.Пат. ФРГ 1286513 (1969).

133.Пат. ФРГ 1182211 (1964); англ. пат. 1104078 (1968).

134. U d и р а N. У. К. et. al., Indian J. Techn., 4, № 10, 305 (1966).

135.Пат. США 3055811 (1962); 3497426 (1970); 3630768 (1971).

136.Канад, пат.. 616029 (1961); 833014 (1970).

137. E d w a r d s С. Е., Denki kagaku (News Letters), 2, № 3, 4 (1968).

138.Япон. пат. 20469 (1967); 7011014, 7041201 (1970); 7102322, 7103257, 7103258 (1971).

139.Англ. пат. 1087529 (1967); 1127484, 1128136 (1968); 1244850(1971).

140.Швейц. пат. 450372 (1968).

141.Франц, пат. 1498250 (1967).

142.Пат. США 3297561 (1967); 3409533 (1968).

143.Пат. ФРГ 1240827 (1967).

144.Англ. пат. 1076973, 1087529 (1967); 1113421, 1125493, 1127484 (1968).

145.Япон. пат. 7023816 (1970).

146.A c k i К., J. Electrochem. Soc. Japan, 35, № 3, 136—141 (1968).

147. Пат. США 3267009 (1966); 3293176 (1967); пат. ФРГ 1671468 (1971).

148.Англ. пат. 1111767 (1968).

149.Франц, пат. 1523738 (1968); 1594758, 1594759 (1970).

150.Англ. пат. 1113421 (1968).

151.Япон. пат. 11774 (1969); пат.'США 3497426 (1970).

122

J.Electrochem. Soc., 117, № 3, 74c (1970).

177.Europ. Chem. News, 14, № 339, 30 (1968); 16, № 404, 34, 36 (1969).

178.Англ. пат. 1128136 (1968).

180.Заявка на франц. пат. 2083384 (1972); франц. пат. 2093093, 2094051 (1972); япон. лат. 7202842 (1972); пат. ФРГ 2126840 (1971); DAS 2163527 (1972); пат. США 3632498 (1972).

123

Г Л « В « 3

КОНСТРУКЦИИ ЭЛЕКТРОЛИЗЕРОВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ХЛОРА И КАУСТИЧЕСКОЙ СОДЫ

ЭЛЕКТРОЛИЗЕРЫ С ТВЕРДЫМ КАТОДОМ

В конструкциях современных электролизеров с твердым катодом используется протонная диафрагма. В начале развития электрохими­ ческого производства хлора применялись электролизеры с непро­ точными диафрагмами или бездиафрагменные электролизеры с про­ точным электролитом и разделением анодных и катодных продуктов электролиза с помощью колоколов или газозащитных оболочек. В 30-х годах был разработан способ осаждения диафрагмы на сет­ чатом катоде, и с этого времени многочисленные электролизеры с ли­ стовой или порошковой диафрагмой уступают место конструкциям с осажденной диафрагмой.

Ниже будут описаны только последние конструкции электроли­ зеров. С более ранними конструкциями можно ознакомиться в опу­ бликованных работах [1—6].

Разработка метода получения осажденной диафрагмы открыла новые возможности для конструирования электролизеров с сильно развитой и сложной поверхностью катода, например гребенчатой формы, состоящих из большого числа плоских пустотелых катодных элементов — пальцев, расположенных в два, четыре или шесть ря­ дов. При такой форме катода отпадала ручная операция обкладки асбестом поверхности катода, что значительно облегчало процесс нанесения диафрагмы.

Возможность применения катодов с очень развитой поверхностью позволила создать весьма компактные конструкции электролизе­ ров, рассчитанных на большую нагрузку. Технические и экономи­ ческие преимущества электролизеров с осажденной диафрагмой обусловили их широкое применение во многих странах. В Советском

За f рубежом распространены электролизеры с осажденной диафраг­ мой фирм «Хукер» и «Даймонд», разработанные в США.

Все конструкции электролизеров как с диафрагмой, так и с ртут­ ным катодом предназначены для работы при атмосферном давлении. Осуществление процесса электролиза под давлением представляет большие трудности, но “работы в этом направлении продолжаются. Так, предложен способ получения хлора под избыточным давлением 200 мм рт. ст. [12].

125

Электролизеры БГК-13 (3, 13, 14)

Электролизер БГК-13 выполнен в нескольких вариантах на на­ грузку от 3,5 до 5,5 кА. В начале 50-х годов наибольшее распрост­ ранение имели такие электролизеры на нагрузку 5 кА.

В электролизере БГК-13 приме­ няется цельнометаллический сварной пальцеобразный катод из стальной проволочной сетки, натянутой на ме­ таллический токоподводящий каркас, со сварными контактами. Катод при­

однако они не получили применения

впромышленности.

Вэлектролизере обеспечена воз­ можность естественной циркуляции анолита для выравнивания его кон­ центрации и снижения степени га-

ложных сторонах корпуса приварен каркас, на который натянут сет­ чатый катод в виде гребенки с плоскими пустотелыми катодными карманами. Карманы доходят почти до середины корпуса электро­ лизера. Между катодными карманами при сборке электролизера устанавливают графитовые аноды. Начальное расстояние между анодами и катодами составляет 11—13 мм. В средней части катодного корпуса между обеими катодными гребенками остается свободное от электродов пространство. Это облегчает естественную циркуля­ цию электролита благодаря образованию его нисхЬдящего потока в свободном от электродов центральном пространстве.

126

Верхний край катодной сетки с осажденной на ней диафрагмой на 130 мм ниже верхнего края корпуса катода. При насасывании диафрагмы на сетку асбестовая пульпа подается непосредственно в корпус катода, а жидкость удаляется под вакуумом через штуцер для отвода водорода. Стенки корпуса по периметру над верхним краем катода футерованы слоем бетона, на бетонные уступы опи­ рается асбоцементная крышка плоской или куполообразной формы. Днище корпуса катода после насасывания диафрагмы футеруется слоем бетона, так же как и верхние борта катодного корпуса.

В электролизере установлено 14 графитовых анодов — плит тол­ щиной 50 мм, шириной 250 мм, длиной 1 0 0 0 мм, расположенных в два ряда. Аноды монтируются в крышке электролизера. Сквозь крышку проходит четырехугольная головка анода, сечение которой меньше сечения рабочей части анодов. В крышке электролизера имеются также отверстия для отвода хлора и ввода рассола.

На рис. 3-1 показан электролизер с плоской крышкой. При такой конструкции крышки облегчается ошиновка электролизера, в этом случае медные соединительные шины имеют очень простую форму. Для улучшения сепарации хлора от брызг анолита применяют также крышки с куполом в средней ее части. При этом устройство шин для подвода тока к анодам несколько усложняется.

Зазоры между крышкой и кожухом и между крышкой и анодами уплотняются цементным раствором после установки анодов и крышки на корпусе катода. Ток к анодам подводится с помощью медных шин, прикрепленных болтами к головкам анодов, выступающим над крышкой электролизера. К катоду ток подводится через стальные шины, приваренные непосредственно к наружному корпусу. Корпус электролизера и стальной каркас катодной сетки служат для распре­ деления тока по всей поверхности катодной сетки.

Для уменьшения утечки тока щелочь выводят из электролизера в коллектор через капельницу. Электролизер БГК-13 может рабо­ тать при. разных уровнях католита в катодном пространстве, регу­ лируемых специальными запорными устройствами. Верхний шту­ цер для слива щелочи расположен немного ниже верхнего края катодной сетки. Возможна работа электролизера как с заполненным, так и незаполненным катодным пространством.

Общая рабочая поверхность анодов в электролизере БГК-13 со­ ставляет 6,15 м2, поверхность катодов 6,80 м2. При номинальной нагрузке 5 , 0 кА электролизер работает при плотности тока на аноде 820 А/м2 (с новыми графитовыми электродами) и на катоде 735 А/м2. Каждый графитовый анод в электролизере БГК-13 с трех сторон окружен катодом, что несколько снижает рабочую плотность тока

диафрагмы иТзабивки ее пор осадками солей кальция, магния, же­ леза й продуктами разрушения графитовых анодов концентрация

127

щелочи в электролитических щелоках постепенно повышается до 130—140 г/л. Чтобы предотвратить дальнейшее увеличение концент­ рации щелочи и снижение в связи с этим выхода по току, диафрагму промывают водой. Это на короткий срок улучшает протекаемость диафрагмы. Средняя продолжительность работы электролизеров БГК-13 составляет 7—9 мес. Это обусловливает повышенный удель­ ный расход графита.

Высота верхней газовой части анодного пространства в электро­ лизере БГК-13 невелика, благодаря чему доля анодов, не исполь­ зуемая в процессе электролиза, сравнительно невелика. Вследствие малого объема анолита над верхним краем катода электролизер чувствителен к неравномерности питания его рассолом, при пере­ рыве или изменении скорости подачи рассола сильно колеблется концентрация щелочи. В большей мере это обстоятельство сказы­ вается на работе электролизера с заполненным катодным простран­ ством. Поэтому на практике предпочитают вести процесс в электро­ лизерах БГК-13 с незаполненным катодным пространством и регули­ ровать подачу рассола по постоянному уровню анолита в электро­ лизере.

Показатели работы электролизеров БГК-13 приведены ниже:

Вследствие сравнительно небольшой мощности электролизеров БГК-13 серии аппаратов обычно питают постоянным током парал­ лельно от общих шин преобразовательной подстанции при одинако­ вом напряжении. Поэтому нагрузка на серии электролизеров при ее пуске обычно составляет 6,5 — 6,8 кА при напряжении на один электролизер 3,35 В. К концу тура нагрузка на серию уменьшается; при снижении ее до 2,5 — 3,0 кА серию электролизеров отключают для замены анодов и диафрагм.

По компактности и малому удельному расходу электроэнергии электролизер БГК-13 превосходит многие типы электролизеров, применяемое в промышленности. Расход материалов на изготовле-

128

ние электролизера и требуемая производственная площадь на 1 кА нагрузки и на мощность 1 т/сут хлора , приведены ниже:

В настоящее время электролизеры БГК-13 применяются весьма ограниченно и в ближайшие годы будут полностью заменены более мощными современными электролизерами.

Электролизеры БГК-17 и БГК-50 (3, 13— 15)

Электролизеры БГК-17 рассчитаны на номинальную нагрузку 25 кА. Они выпускаются для работы при 750 и 900 А/м2, но могут ра­ ботать и при более высокой плотности тока — до 1200 — 1300 А/м2. Электролизеры этого типа предназначены в основном для цехов элек­ тролиза мощностью 25—100 тыс. т хлора в год.

Электролизеры БГК-50 рассчитаны на нагрузку 50 кА при плот­ ности тока около 1000 А/м2 и предназначены для цехов электролиза мощностью 50. тыс. т хлора в год и более, но могут быть использо­ ваны и в цехах меньшей мощности, особенно если предусматривается дальнейшее увеличение мощности производства.

Впоследнее время электролизеры БГК-17 и БГК-50 несколько модернизированы. При сохранении их габаритов и плотности тока нагрузка на электролизеры БГК-17 повышена до 32 кА, на электро­ лизеры БГК-50 — до 65 кА.

Выпускаются также электролизеры на нагрузку 15 кА при раз­ личных плотностях тока — от 500 до 1200 А/м2. Электролизеры таких моделей целесообразно использовать в менее крупных цехах для производства хлора и каустической соды.

Вэлектролизерах типа БГК-17 и БГК-50 применена конструк­ ция разветвленного катода, состоящего из узких плоских катодных пальцев, выполненных из стальной сетки и расположенных в виде четырех или шести гребенок. Катоды электролизеров имеют сталь­

ной каркас, что обеспечивает достаточную жесткость конструкции и позволяет распределить ток по поверхности катода. При правильном соотношении объемов катодного и анодного пространства в этих электролизерах можно значительно увеличить рабочую высоту электродов без опасения снизить выход по току.

Конструкция катодного блока предусматривает повышенное газонаполнение в катодном пространстве и исключает возможность снижения давления фильтрации через диафрагму в нижней части. В электролизерах применен нижний подвод тока к анодам. Верхняя часть анодного пространства свободна от анодов и может быть до­ статочно развита в высоту.

Электролизеры БГК-17 и Б ГК-50 отличаются большой высотой, что обеспечивает компактность конструкции и высокие съемы про­ дукции с единицы площади производственного здания при сравни­ тельно невысокой плотности тока, пониженные удельные расходы электроэнергии и затраты цветных металлов по сравнению с электро­ лизерами других типов. Достигнута хорошая герметичность в местах

ное католитом, а в верхней части — водородом. Между двумя соседними катодными гребенками сохраняется циркуляционное про­ странство, свободное от электродов.

На сетчатую поверхность катода насасывается асбестовая диа­ фрагма. В корпусе катода предусмотрен штуцер для присоединения к вакуумной ’ линии при насасывании диафрагмы.

Анодный блок состоит из графитовых плит толщиной 50 мм и шириной 250 мм, монтируемых на стальном анодном днище, которое одновременно используется Для подвода тока к анодным плитам с по­ мощью специальных контактных устройств (без применения свинца).

Днище электролизера вместе с контактной частью анода для за­ щиты от действия хлорсодержащего анолита заливают битумной

130