книги / Производство хлора, каустической соды и неорганических хлорпродуктов

зер с незащищенным стальным дном, скрубберным разлагателем и групповым регулированием положения анодов. Крышка электро­ лизера стальная гуммированная; уплотнение токоподводящих анод­ ных стержней в крышке осуществляется с помощью эластичных колпачков [40, 122, 124, 133].

Рис. 3-28. Поперечный разрез электролизера фирмы «Олин-Матисон» Е-11:

дам; 7 — ребро жесткости крышки; 8 — гибкий токоподвод; 9 — анод.

Последняя модель электролизера Олин-Матисон Е-12 с катодом площадью 28,8 м2 на нагрузку 300 кА при плотности тока около 10 кА/м2 может работать при напряжении 4,66 £ [127]. Срок службы

Электролизеры фирмы „Куреха"

Особенностью этих электролизеров является их П-образная форма [134, 135]. Такое решение было ранее использовано фирмой «ИГ Фарбениндустри», но не получило широкого применения в про­ мышленности [136]. П-образная форма позволяет увеличить уклон катода до 18 мм и уменьшить необходимую загрузку ртути за счет исключения обратного трубопровода от разлагателя к электроли­ зеру. Электролизер снабжен скрубберным разлагателем и ковшовым подъемником ртути (схема устройства приведена на рис. 3-29). Переточный карман для амальгамы также может снабжаться ано­ дами и работать как часть электролизера.

Днище электролизера стальное, незащищенное, крышка сталь­ ная гуммированная с эластичным уплотнением анодных стержней. Электролизер на нагрузку 150 кА имеет катод шириной 1,2 м и об­ щей длиной в двух половинках 16,5 м. При этом плотность тока

181

«составляет 7,57 кА/м2, а напряжение на электролизере — 4,3 В. Для увеличения'скорости движения рассола с целью облегчения удаления пузырьков хлора с анода применяется рециркуляция анолита в ко­ личестве до 50% общего потока. Применяются графитовые плиты размером7Д180 X287 Х135 мм. Подвод тока к анодной плите осуще­ ствляется 1двумя графитовыми стержнями. При форсированном

Рис. 3-29. Схема устройства электролизера фирмы «Куреха»:

12 — устройство для регулирования анодов; 13 — холодильник водорода.

режиме нагрузка на электролизер может быть увеличена до 220 кА. При этом плотность тока возрастет до 11,6 кА/м2, а напряжение до 4,9 В [125, 137, 138].

В последнее, время фирма предложила горизонтальные электро­ лизеры обычной конструкции со скрубберными разлагателями. Электролизеры такого типа с катодом площадью 34,2 м2 могут ра­ ботать при нагрузке 300 кА и плотности тока 8,77 кА/м2.

Электролизеры фирмы „Уде“

Фирма «Уде» разработала нормальный ряд конструкций электро­ лизеров с ртутным катодом, у которых поверхность катода составляет соответственно 6,4,12,8, 17,92, 26,9 и 34,56 м2, Электролизеры имеют «стальное голое днище, вертикальный разлагатель амальгамы и

182

выпускаются для работы как с графитовыми, так и с металлическими анодами. Для облегчения переоборудования электролизеров с од­ ного типа анодов на другой для металлических анодов приняты стан­ дартные размеры 787x787 мм [139], а для графитовых анодов — 395 Х395 мм. Основные технические характеристики электролизеров типа Уде приведены ниже:

С металли­ графитовыми ческими

анодами анодами

Схема устройства электролизера приведена на рис. 3-30. Электролизеры снабжены жесткой крышкой, к которой подве­

шиваются электроды. Крышка соединена со стенками корпуса элек­ тролизера и входным и выходным карманами с помощью эластичной

Рис. 3-30. Схема устройства последней модели электролизера фирмы «Уде»:

1 — днище электролизера; 2 — анод; 3 — эластичная соединительная пленка; 4 — крышка; 3 — групповая рама для крепления анодов; 6 — соединитель­

ные шины; 7 — шунтирующий выключатель.

полимерной пленки. Межэлектродное расстояние регулируется опу­ сканием или подниманием крышки с группой анодов синхронным электродвигателем. Управление устройством для регулирования положения крышки и анодов может быть осуществлено со щита по показаниям контрольно-измерительных приборов.

В ранних моделях электролизеров типа Уде применялось сталь­ ное днище, которое было составлено по длине из отдельных элемен­ тов, соединенных между собой сваркой или другим способом^ При этом была необходима термообработка днищ для снятия напряжения

183

в металле, возникающего при проведении сварочных работ. В по­ следних моделях применяется катодное днище, выполненное из одного листа стали. Для улучшения распределения тока по всей поверх­ ности катода днище приходится делать примерно в два раза толще, чем в предыдущих конструкциях. При увеличении расхода металла снижаются затраты труда на изготовление, монтаж и установку электролизеров.

Электролизеры типа СУ, GA и СДМ

Помимо описанных выше применяется много других тиной гори­ зонтальных электролизеров с ртутным катодом, в которых в раз­ личных комбинациях повторяются перечисленные выше конструктив­ ные решения и самого электролизера, и разлагателя амальгамы.

В электролизерах СУ-100 (ЧССР) на нагрузку 100 кА приме­ няется голое стальное днище, эластичная резиновая крышка и гори­ зонтальный разлагатель амальгамы, располагаемый рядом с электро­ лизером. Разработан также электролизер типа СУ и на более высо­ кую нагрузку с вертикальным разлагателем амальгамы.

В электролизерах СА и СДМ (СССР и ГДР) с голым металличе­ ским днищем применяются как горизонтальные, так и вертикаль­

В электролизерах применяется групповое регулирование гра­ фитовых анодов, что снижает затраты труда на обслуживание элек­ тролизера. Подвод тока к анодам осуществляется медными шинами. Крышка не используется для подвода тока к анодам.

Электролизер фирмы «Асахи» (124у 140)

, В электролизере этой конструкции вместо традиционного гори­ зонтального катода применяется катод в виде вращающегося сталь­ ного диска. За счет центробежной силы ртуть, подаваемая в центр диска, движется от центра к периферии диска тонким слоем. Конус-

484

ныи разлагатель амальгамы размещается под диском. Вращение диска способствует также движению раствора и облегчает удаление

с ртутным катодом, в котором отдельные ячейки расположены друг над другом в виде многоэтажного агрегата [142]. Ячейки такого элек­ тролизера но потоку амальгамы и рассола включались параллельно, по электрическому току — последовательно. Все ячейки и электро­ лизер в целом имели уклон в одну сторону. Для предотвращения сильных утечек тока подача ртути в ячейки и отвод из них амаль­ гамы в разлагатель осуществлялись через прерыватели тока.

Новые направления в развитии конструкции электролизеров с ртутным катодом

Во многих странах ведутся поиски новых технических решений в области электролиза с ртутным катодом.

Появляются новые конструкции электролизеров и всего цеха электролиза на базе традиционной конструкции с горизонтальным катодом. Следует упомянуть оригинальные конструкции электро­ лизеров Сольве, располагаемые в многоэтажном здании без проходов,

185

Куреха, где применена П-образная конструкция электролизера, установки электролизеров с ртутным катодом вне здания и др.

Разрабатываются также принципиально новые пути ведения про­ цесса электролиза с анодами, погруженными в ртутный катод (143— 145]. Процесс основан на том, что при погружении графитового анода в ртуть или амальгаму при определенной плотности тока потери напряжения в контакте графит — ртуть достигают примерно 3,1 В. При этом начинается процесс электролиза и выделяющиеся пузырьки хлора нарушают непосредственный контакт между элек­ тродами, что обеспечивает протекание процесса электролиза с при­ емлемыми выходами по току. Здесь, вероятно, играет роль поверх­ ностное натяжение электролита на границе раздела фаз ртуть — рассол и рассол — графитовый анод [146]. Расстояние между элек­ тродами невелико, поэтому представляется возможным вести элек­ тролиз при плотности тока около 30 кА/м2 и сравнительно неболь­ шом напряжении на ячейке (около 4,5 В).

Возможность увеличения плотности тока до величины порядка 30 кА/м2 без повышения напряжения на электролизере открывает новые перспективы развития техники электролиза с ртутным като­ дом.

При осуществлении процесса электролиза с анодами, погружен­ ными в амальгаму, встречается ряд трудностей. Для устойчивого протекания процесса электролиза необходимо обеспечить равно­ мерное распределение потока электролита по всей площади анода, погруженного в амальгаму.

Электролизеры о малоизнашивающимиея анодами (МИА)

Преимущества МИА по сравнению с графитовыми анодами, ука­ занные при рассмотрении конструкции электролизеров с твердым катодом и диафрагмой, полностью сохраняются и для электролиза с ртутным катодом, который обычно проводится при значительно более высокой плотности тока.

Для электролиза с ртутным катодом, помимо возможности даль­ нейшей интенсификации процесса, применение МИА позволяет зна­ чительно улучшить отвод газа из зоны прохождения тока, так как для металлических анодов можно использовать оптимальные формы перфорации и создать такую конструкцию проницаемого для газа анода, которая сведет к минимуму дополнительные потери напряже­ ния, обусловленные газонаполнением электролита и экранированием газовыми пузырьками части работающей поверхности анода. Помимо этого, применение МИА исключает необходимость регулирования межэлектродного расстояния в ходе работы, так как эти аноды прак­ тически не изнашиваются в процессе эксплуатации. Это значительно упрощает конструкцию электролизера, облегчает решение вопроса

186

требуется очистка рассола от сульфатов и возможно-более полное использование поваренной соли в рассоле за один цикл. При этом расход МИА, в отличие от графитовых анодов, не увеличивается. Вследствие этого могут быть сокращены затраты на приготовление и очистку рассола.

При установке МИА в электролизерах с ртутным катодом необ­ ходимо предотвращать возможность коротких замыканий между ртутным катодом и МИА, поскольку даже при кратковременных замыканиях повреждаются аноды, разрушается активное покрытие электрода и выходят из строя МИА.

Если в качестве МИА применять платинотитановые электроды, слой платины легко смывается с поверхности анода даже при кратко­ временных случайных коротких замыканиях. Поэтому попытки использования ПТА в электролизерах с ртутным катодом не дали ожидаемых положительных результатов. Для предотвращения вы­ хода из строя ПТА при случайных коротких замыканиях приходи­ лось увеличивать межэлектродное расстояние, что приводило к по­ вышению напряжения и соответственно возрастанию удедьного рас­ хода электроэнергии по сравнению с графитовыми анодами. При установке окиснорутениевых анодов также надо предотвращать возникновение коротких замыканий, однако восстановление окислов рутения, образующих активный слой МИА, амальгамой натрия происходит не мгновенно, и, по литературным данным [53, 54], окиснорутениевые аноды могут находиться в контакте с амальгамой натрия в течение 20 с без опасности их повреждения.

При применении МИА необходимо поддерживать постоянный технологический режим работы электролизера, постоянную и равно­ мерную циркуляцию ртути и питание электролизера чистым рассо­ лом, что позволит сократить до минимума образование в процессе электролиза амальгамных масел или амальгамной пены. Поэтому содержание кальция не должно превышать 30 мг/л, а магния — 1 мг/л рассола [147].

В мощных электролизерах с ртутным катодом серьезная про­ блема заключается в равномерном распределении нагрузки между электродами, особенно при применении окиснорутениевых анодов [143, 149],

ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ЭЛЕКТРОЛИЗЕРОВ С РТУТНЫМ КАТОДОМ

В табл. 3-11 приведены краткие технические данные о некоторых наиболее распространенных конструкциях мощных электролизеров. Для каждого типа электролизеров приводятся преимущественно данные по наиболее мощной конструкции, уже применяемой в про­ мышленной практике.

187

* Металлические аноды.

Л И Т Е Р А Т У Р А

2.Б и л л и т е р Ж. Новейшие достижения технической электрохимии. М., Госхимиздат, 1934; Промышленный электролиз водных растворов. Гос-

химиздат, 1959.

3. Я к и м е н к о Л. М. Электролизеры с твердым катодом. М ., «Химия», 1966.

4.С а с с-Т и с о в с к и й Б. А. Производство хлора. М., Госхимиздат, 1933.

5.К у з н е ц о в В. С. Электролитическое производство хлора. М., Оборон-

18.S с о n c e J. S., Chlorine, its Manufacture and Properties Uses, N. Y ., Reinhold, Publ. Corp., 1962. ^

19.Пат. США 1862245, 1865152, 1866065, 1868065 (1932); 2183299 (1939); 2208778 (1940); 2330415 (1943); 2370087 (1945); 2392868, 2409911, 2409912

794(1960).

32.M a c M u l l i n R. B ., Chem. Ind., 61, 41—50 (1947).

33. Canad. Chem. Proc., 37, № 1, 31 (1953); 38, № 2, 40 (1954).

34.Chem. Techn., 6, № 7 (1954).

35.Chem. Eng., 61, № 2, 128-13^ (1954)/

189

43.Chem. Eng. Progr., 44, № 12, 30 (1948); 53, № 7, 52 (1957).

44.Chem. Trade J., № 3210, 671 (1948); 140, № 3655, 1493 (1957).

45.Chem. Eng., 55, № 12, 112 (1948); 64, № 7, 160 (1957).

46.Пат. США 2666028 (1950V, 2987463 (1958); 3390072 (1965).

47.Пат. США 987717 (1911); 1070454 (1913); 1365875 (1921); 1907818, 2161166, 2282058 (1939); 2920028 (1960).

48.Герм. пат. 706834 (1941).

49.Англ. пат. 1110843, 1110844 (1968).

50.Пат. США 2858263 (1962); 3337443 (1967).

51.Справочник по содовой промышленности (Сода коге бокецу то букку). Изд.

55.Бельг. пат. 739420 (1970).

56.Пат. США 3515661 (1970).

59.Chem. Eng. News, 48, №2 47 , 32 (1970).

60.Chem. Week, 110, № 1, 32; № 14, 35 (1972).

65.Герм. пат. 70007 (1893); 73304 (1894); 106717 (1899).

66.Англ. пат. 7985, 11664 (1894); 15430 (189а); 127250 (1918).

67.Русск. пат. 2365 (1899).

68.Пат. США 676531 (1901); 692531, 692532 (1902); 1908134 (1932); 1981498

248(1955).

71.Англ. пат. 490911 (1938); 1117104 (1968).

72. Герм. пат. 67851 (1893); 145794 (1904); 193768, 213808 (1906).

73.Франц, пат. 1153516 (1958); 1419637 (1965); 1494021 (1967).

74.Канад, пат. 836557 (1970); итал. пат. 590143 (1958).

75.Пат. США 2598228 (1952); 2762765 (1956).

76.Пат. ФРГ 1245931 (1967).

78.Пат. ФРГ 1172239 (1962).

79.Яп. пат. 24660 (1967).

80.Пат. США 2597545 (1952).

81.Пат. ФРГ 879690 (1953); 923842 (1954).

82.Яп. пат. 1666 (1956); 2276, 2277, 7722, 7723 (1959).

190