книги / Производство хлора, каустической соды и неорганических хлорпродуктов

массой специального состава, поверх которой наносят тонкий слой бетона. Битумная масса имеет температуру плавления, удобную для ее нанесения и удаления. При комнатной температуре масса доста­ точно хрупка • и легко удаляется пневматическим инструментом. Во время работы электролизера масса размягчается и заполняет все пустоты, поры и возможные трещины. При этом повышается ее адгезия к графиту и металлу и увеличивается надежность защиты анодного контакта.

Ток к анодному днищу подводится с помощью контактных пла­ стин, приваренных к днищу электролизера, а ток к катоду — через пластины, приваренные к катодному корпусу.

При установке катодного блока на анодный комплект графито­ вые плиты располагаются в промежутках между пальцами катод­ ных гребенок. При новых анодах расстояние между электродами составляет около 12 мм. Щелочь из катодного пространства сли­ вается по нижнему штуцеру, соединенному сифонной трубой с ка­ пельницей. Уровень жидкости в катодном пространстве можно 'ре­ гулировать, меняя положение подвижной трубы для слива щелочи. Водород отводится из электролизера по верхнему штуцеру катодного блока.

Стенки корпуса катода подняты несколько выше катодных кар­ манов и образуют надкатодную камеру и раструб для установки крышки. Для защиты от действия хлора внутренние стенки раструба Покрывают слоем бетона.

Бетонная крышка электролизера типа БГК-17 изготавливается в металлических формах. Для предотвращения от разрушения при действии кислого анолита и влажного хлора крышку выполняют

анолита солями кальция и магния, как это происходит в результате коррозионного разрушения крышки в случде применения обычного бетона на портланд-цементе.

Крышка электролизера снабжена отверстиями для отвода хлора, подачи свежего рассола, установки термометра, измерителя уровня рассола и отбора проб анолита. После установки в раструбе катода крышка уплотняется специальной замазкой.

В последнее время в электролизерах БГК-17 и БГК-50 с успехом стали применять стальные гуммированные крышки, что облегчает конструкцию электролизеров, их монтаж и обслуживание.

Уплотнение между анодным комплектом и катодным блоком до­ стигается за счет собственной тяжести катода с крышкой и с по­ мощью дополнительной болтовой стяжки. Особая конструкция уплот­ нительного устройства в электролизере позволяет легко и надежно герметизировать стык между анодной и катодной частями электро­ лизера и обеспечивает точность расположения анодов между катод­ ными пальцами при сборке. Устройство для уплотнения исключает возможность течи электролита, что позволяет поддерживать чистоту и опрятный вид серии электролизеров во время их работы.

При применении сдвоенного сварного катода достигается макси­ мальное развитие активной катодной поверхности и интенсивная естественная циркуляция электролита. Графитовые аноды с трех с$ордй окружены катодами, что также увеличивает рабочую анодную поверхность.

Надежный токоподвод к анодам без применения свинца, подвод тока к катодной сетке через корпус катода и приваренный к нему каркас обеспечивают в электролизерах БГК незначительный пере­ пад напряжения в контактах и подводе тока к электродам. Возмож­ ность при монтаже точного регулирования и фиксации положения анодов позволяет точно устанавливать расстояние между электро­ дами и снизить напряжение на электролизере.

Конструкция электролизера дает возможность работать при высокой температуре анолита — до 95—100 °G, что в свою очередь способствует снижению рабочего напряжения на электролизере и увеличению выходов по току. Для уменьшения потерь тепла и улучшения санитарных условий работы в цехе электролиза наруж­ ные поверхности катода электролизера покрываются слоем тепловой изоляции. Электролизер компактен и полностью герметичен, что устраняет утечки электролита и газов.

За счет большой высоты крышки электролизера обеспечивается возможность изменения уровня анолита в пределах от 50 до 300— 400 мм над верхним краем катода. Поэтому электролизеры работают с подачей постоянного количества рассола, необходимого для полу­ чения щелочи концентрацией 130—140 г/л NaOH. Контроль пита­ ния электролизера осуществляется обычно с помощью ротаметра. На некоторых заводах подача рассола в каждый электролизер регу­ лируется по уровню анолита, который устанавливается в зависи­ мости От состояния диафрагмы и изменяется по мере ее старения.

132

Для установления требуемого уровня анализируют католит, выте­ кающий из электролизера.

Питание электролизера рассолом может осуществляться через калиброванные отверстия диафрагмы. Работа электролизера с пода­ чей постоянного количества рассола и при одинаковой нагрузке по току создает условия для получения максимально возможного выхода по току при высокой концентрации щелочи.

При подаче постоянного количества рассола, необходимого для получения щелочи концентрацией 130—140 г/л, по мере ухудшения протекаемости диафрагмы уровень анолита в электролизере автома­ тически повышается до величины, обеспечивающей протекание пода­ ваемого рассола через диафрагму.

Когда уровень электролита достигнет верхнего предела 300—400 мм над уровнем католита, дальнейшее повы­ шение сопротивления диафрагмы не может быть компенсировано увеличе­ нием высоты уровня анолита и протекаемость диафрагмы снижается, что вызывает рост концентрации щелочи. Когда концентрация щелочи превы­ сит 140—150 г/л, электролизер вы­ ключают. После замены диафрагмы тур работы электролизера возобнов­ ляется. Иногда вместо замены диа­ фрагмы применяется ее промывка. Промывка водой приводит к удале­

нию из диафрагмы отложений солей кальция и магния, а также графитового шлама и восстановлению протекаемости диафрагмы. После промывки диафрагмы уровень анолита в электролизере,

срока службы новой диафрагмы.

Длительность работы электролизера без смены диафрагмы зави­ сит от плотности тока, при которой работает электролизер. В элек­ тролизерах с плотностью тока 500—700 А/м2 за время работы анодов обычно производится дополнительно одна смена диафрагмы, при цлотности тока 900—1000 А/м2 требуются уже две дополнительных смены диафрагмы, а при плотности тока 1200 А/м2 и выше диафрагму необходимо менять еще чаще.

Продолжительность формирования диафрагмы, т. е. период, в те­ чение которого устанавливается ее нормальная протекаемость, за­ висит от плотности тока и колеблется в пределах от 1 до 8 сут.

Графитовые аноды служат 10—16 мес. После износа анодов электро­ лизер поступает на перемонтаж для замены электродов и диафрагмы.

С увеличением плотности тока возрастают напряжение на элек­ тролизере и удельный расход электроэнергии. На рис. 3-4 приведена

133

зависимость удельного расхода электроэнергии постоянного тока от плотности тока. Выход по току и удельный расход графита при этом практически не меняются; снижается лишь длительность фор­ мирования диафрагмы.

С ростом температуры электролита при повышении плотности тока увеличивается унос паров воды с водородом и хлором, что при­ водит к росту концентрации щелочи в католите при неизменной сте­ пени превращения хлорида в гидроокись и при том же значении выхода по току.

При повышении плотности тока в электролизерах можно увели­ чить их компактность, сократить затраты материалов на их изго­ товление и требуемую площадь цехов электролиза.

Электролизер БГК-50 на нагрузку 50 кА аналогичен по устрой­ ству электролизеру БГК-17. В катодном блоке оборудовано шесть рядов катодных карманов. Схема электролизера БГК-50 дана на рис. 3-5.

Основные показатели работы электролизеров типа Б ГК приве­ дены в табл. 3-1.

Таблица 3-1. Основные показатели работы электролизеров БГК-17 н БГК-50

Во время работы электролизеров происходит разрушение графи­ товых анодов и изменяется расстояние между работающими поверх­ ностями электродов, а также возрастают потери напряжения на преодоление сопротивления графитовых анодов, электролита и диа­ фрагмы. Увеличение сопротивления диафрагмы объясняется ее старением и забивкой пор. Все эти процессы обусловливают повыше­ ние напряжения и увеличение количества тепла, выделяющегося

134

в электролизере. Поэтому энергетический и тепловой баланс элек­ тролизера непрерывно изменяются во время тура работы анодов [3].

Напряжение в конце тура работы электродов зависит от степени их срабатывания. Практические значения напряжения и рабочих

Рис. 3-5. Электролизер БГК-50:

температур в электролизере в начале и в конце работы, а также средние за тур работы анодов при различных плотностях тока и питании рассолом, нагретым до 80 °С, приведены в табл, 3-2,

135

Таблица 3-2* Изменение напряжения и температуры в электролизерах БГК-17 {16]

Значения напряжения на электролизере включают также потери напряжения во внешних токоподводящих шинах (около 0,1 В).

При неизменных нагрузке и температуре подогрева питающего рассола, рабочая температура электролита определяется в основном

количества тепла отводится из электролизера за счет испарения воды. В конце тура работы анодов с ростом температуры доля затрат тепла на испарение увеличивается еще больше.

Результаты измерения составляющих энергетического баланса для электролизера БГК-17 приведены в табл. 3-3.

Значения электродных потенциалов мало изменяются с ростом плотности тока и по мере износа анодов. Из остальных составляющих наибольшую долю в энергетическом балансе электролизера соста-

136

Таблица 3-3. Баланс напряжения электролизеров БГК-25 [3]

вляют потери напряжения в электролите, диафрагме и аноде. Повышение напряжения на электролизере к концу тура в основном обусловлено ростом потерь напряжения в теле анода. На рис. 3-7

П р о д о лж и т ельн о ст ь р о б о т ы , с ут н и Продолжительность работы,сутни

приведено изменение напряжения на электролизере БГК-17 за тур работы электродов при плотности тока 520 А/м2.

На рис. 3-8 приведены данные по изменению падения напряже­ ния в теле графитового анода на преодоление омических сопротивле­ ний для двух аналогичных электролизеров за тот же период. В конце

137

тура работы электродов потеря напряжения на преодоление оми­ ческого сопротивления анода резко возрастает и достигает 1,2— 1,4 В. Особенно резко увеличивается эта величина за последние 20—30 дней работы электродов.

Электролизеры объединяют в серии, которые обычно питаются постоянным током от самостоятельной группы преобразователей тока, причем на с.ерии электролизеров поддерживается постоянная во времени нагрузка. Напряжение на каждом из электролизеров серии возрастает по мере износа графитовых анодов, однако при правильной организации ремонта электролизеров средний возраст электролизеров и общее напряжение в серии сохраняются в течение работы примерно на одном уровне.

Для ремонта электролизеры отключаются поочередно по одному или группами по мере старения диафрагмы или износа анодов. Отключение отдельных электролизеров осуществляется с помощью шунт-тележки без перерыва питания серии. Для отключения группы электролизеров иногда устанавливают стационарные устройства.

Все операции по подготовке и сборке основных узлов электро­ лизеров производятся в специальной мастерской; в цех электро­ лиза поступают готовые катодный и анодный блоки и крышка для сборки электролизера. При разборке электролизеров эти основные элементы электролизера целиком передают для ремонта в мастер­ скую. Сборка электролизера в цехе электролиза заключается в уста­ новке с помощью мостового крана подготовленных заранее трех основных узлов электролизера и присоединении электролизера к ком­ муникациям постоянного тока, рассола, щелочи, хлора и водорода.

За время тура работы анодов из-за их износа возрастает меж­ электродное расстояние. Для регулирования межэлектродного рас­ стояния в электролизерах Б ГК-17 и БГК-50 в середине тура работы анодов на некоторых заводах применяют замену катодного комплекта другим с катодными пальцами большей толщины. Это позволяет снизить межэлектродное расстояние и напряжение на электролизере во второй половине тура работы анодов. Замену катодных комплектов приурочивают к смене диафрагмы у электролизеров.

Электрелизеры типа ДА

В ГДР разработана конструкция электролизера ДА с вертикаль­ ным расположением электродов и диафрагмы, рассчитанного .на раз­ личные нагрузки [17]. Электролизер имеет гребенчатый катод, сталь­ ную гуммированную крышку с верхним подводом тока через головки анодов, проходящие через крышку электролизера наружу. В элек­ тролизере исключено применение цемента и вообще силикатных материалов, что благоприятно сказывается на сроке службы диа­ фрагмы. Схема устройства электролизера типа ДА приведена на рис. 3-9.

Основные показатели работы электролизеров этого типа приве­ дены в табл. 3-4.

138

Таблица 3-4. Техническая характеристика электролизеров типа ДА

Рис. 3-9. Схема устройства электролизера типа ДА:

1 — корпус катода; г — катодный палец; 3 — графитовые аноды; 4 — крышка; 5 — днище; б — опорные лапы; 7 — устройство для слива католита; 8 — катодная шина; . 9 — анодная шина; 10 — опорный

изолятор.

При нормальном обслуживании электролизер может работать

Электролизеры типа Хукер (18— 26)

Разработка конструкции электролизера Хукер S на нагрузку 6,0—7,5 кА относится к началу 30-х годов. По мере дальнейшего усовершенствования конструкции номинальная мощность электро­ лизера возросла до 10 кА. В электролизере Хукер S-3A рабочая поверхность электродов была увеличена вдвое и нагрузка возросла сначала до 20 [27—281» а затем до 25—30 кА [29]. Электролизеры Хукер S-3B и S-3C рассчитаны на номинальную нагрузку 30 кА. В последнее время разработаны электролизеры Хукер S-ЗДи Хукер &-4Д на нагрузку 40 и 55 кА.

139

Быстрое внедрение электролизеров Хукер в хлорную промышлен­ ность США, Канады, Англии и других зарубежных стран обуслов­ лено высокой мощностью этих электролизеров, их экономичностью и улучшенными эксплуатационными свойствами по сравнению с элек­ тролизерами других типов- [30—38]. Различные модели электро­ лизеров Хукер аналогичны по своему устройству. В электролизерах Хукер применяется гребенчатый катод из стальной или медной сетки

Рис. 3-10. Схема электролизера1! Хукер:

I — бетонная крышка; 2 — графитовые аноды; з — корпус катода; 4 — катодная шина предыдущего электролизера; 5 — анодный контакт; 6 — бетонное днище; 7 — защитное покрытие; 8 — слой свинца; 9 — катодные пальцы; 10 — анодная шина соседнего электро­ лизера; 11 — катодный контакт; 12 — катодная сетка; 13 — измеритель уровня жидкости; 14 — медная анодная шина*

с осажденной диафрагмой и нижний подвод тока к графитовым ано­ дам с помощью заливки свинцом.

Возрастание нагрузки на электролизерах типа Хукер дости­ гается за счет увеличения рабочей поверхности электродов и повыше­ ния плотности тока на них. Рабочая поверхность электродов уве­ личена как за счет установления большего числа электродных эле­ ментов, так и вследствие увеличения их высоты. В первоначальных моделях электролизера Хукер рабочая высота электродов составляла

440