專利名稱：復極式無隔膜電解合成丁二酸裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電解合成丁二酸裝置，尤其涉及一種大規(guī)模工業(yè)化生 產(chǎn)丁二酸的電解裝置。
背景技術(shù)：
丁二酸是一種重要的合成中間體和食品調(diào)味劑。廣泛應用于醫(yī)藥、 農(nóng)藥、精細化工、醇酸樹脂等領(lǐng)域，近年來，丁二酸在全生物降解塑
料聚丁二酸丁二醇酯(PBS)有機涂料等領(lǐng)域取得廣泛應用。
工業(yè)制備丁二酸的主要方法有順丁烯二酸催化還原法、丁二睛水 解法、順酐電解還原法以及乙烯和一氧化碳為原料的電解氧化法，其 中電解法是目前生產(chǎn)丁二酸的主要方法，但目前電解合成丁二酸的電
解槽一般采用單極式裝置，該類存在以下缺點
(1) 電解槽和電極數(shù)量多，電極投資大，不易大規(guī)模電解；
(2) 大電流電解時，電極連接要求高，線路電壓降高、電耗增加。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服的電解合成丁二酸單極式裝置的投資大、不易大規(guī)模電 解、電耗高的不足,本發(fā)明提供一種節(jié)約投資、適合大規(guī)模電解、降低 能耗的復極式無隔膜電解合成丁二酸裝置。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是-
一種復極式無隔膜電解合成丁二酸裝置，包括電解槽、與電解槽 連通的流體分布進管和流體匯流管，以及與電解槽構(gòu)成循環(huán)的電解液
儲槽、換熱器和高位槽；所述高位槽與流體分布進管連通，所述流體 匯出管連接電解液儲槽，所述的合成丁二酸裝置還包括安裝在電解槽 內(nèi)的復極式電極，所述的復極式電極呈板狀，相鄰的兩個復極式電極 之間為單元槽，每個單元槽設(shè)有電解液進口和電解液出口，各個電解 液進口連接流體分布進管，各個電解液出口連接流體匯流管，電解槽 兩端的復極式電極分別連接電源的正極和負極。
作為優(yōu)選的一種方案所述的電解槽的前后端面和底面的槽壁開 有凹槽，所述復極式電極插入凹槽內(nèi)。
進一步，所述的復極式電極為平板結(jié)構(gòu)。
或者，所述的復極式電極為泡沫型片狀結(jié)構(gòu)，其陽極側(cè)面設(shè)有二 氧化鉛涂層，其陰極側(cè)面設(shè)有膏狀鉛粉涂層側(cè)面設(shè)有棱形或條形凸起。
更進一步，所述的復極式電極的側(cè)面設(shè)有棱形或條形凸起。
所述的復極式電極為鉛合金電極，合金成分為多元鉛合金，其表 達式為Pb"x.y.zSbxAgyMz，其中M=Cu， Sn, Cd, Fe， Ti, Re、 Co或Ni， x=0~0.15; y=0~0.05; z=0~0.01,其中x、 y、 z為原子比。
作為優(yōu)選的再一種方案所述的高位槽連接用于控制各單元槽的 流量和流體壓力平衡的流體分配控制裝置，所述流體分配控制裝置連 接流體分布進管。
進一步，所述的流體分配控制裝置設(shè)有閥門，也可以采用無閥門 結(jié)構(gòu)。
所述的單元槽為1~200組。各個單元槽之間相互串聯(lián)。 所述的電解液儲槽與高位槽的管道上設(shè)有輸送泵，在高位槽的管 道進口設(shè)有冷卻器。
本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思為采用帶凹槽的一體式電解槽結(jié)構(gòu)，電解槽 的兩邊和底部槽壁開有凹槽，多個復極式鉛合金電極插入凹槽，作為 隔板將電解槽分隔為若干個單元槽，每個單元槽內(nèi)分電解液進口和電 解液出口 ，電解液進口和電解液出口分別連接流體分布進管和流體匯 流管。
所述的電解液由流體分布進管可配控制裝置分配至各單元槽，各 單元槽電解液經(jīng)電解液出口至流體匯流管，連接電解液儲槽、換熱器 和高位槽，構(gòu)成循環(huán)。
所述的復極式電極，將陽極和陰極復合成一體，既作為反應電極， 又作為電解槽單體之間的隔板，電極安裝時不再需要通過其它任何方 式的連接。進一步，電極為平板結(jié)構(gòu)或泡沫型片狀結(jié)構(gòu)，電極表面可 帶有棱形、條形或其它形狀的凸起，或泡沫型電極兩側(cè)采用膏狀鉛粉 填涂(陰極面)和二氧化鉛粉填涂(陽極面)，以增加電極表面積。
復極式電極，其合金成分為多元鉛合金，其表達式為 Pb!-x于zSbxAgyMz，其中M=Cu， Sn， Cd， Fe， Ti, Re(稀土)、 Co， Ni等， x=0~0.15; y=0~0.05; z=0~0.01 (x、 y、 z為原子比)；
所述的流體分配控制裝置設(shè)有閥門或無閥門結(jié)構(gòu)，能控制各單元 槽的流量和流體壓力平衡。
本發(fā)明針對以上電解合成丁二酸單極式電解槽的缺點，以鉛合金 板為電極，采用板框復極式電解裝置電解合成丁二酸，節(jié)約了電極投 資，降低電耗，是一種大規(guī)模電解合成丁二酸的電解裝置。
本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在1、采用復極式結(jié)構(gòu)，鉛合金電極 既作為反應電極，又作為電解槽單體之間的隔板，簡化了連接，降低
了電耗，提高了工藝安全性；2、電極利用率高、使用壽命長，容易實 現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，工藝無廢水排放，是一種綠色的工業(yè)電合成丁二酸工 藝；3、結(jié)構(gòu)緊湊美觀，占地面積小，投資大幅度降低；特別是具有產(chǎn) 品純度高、槽電壓低，是一種能適用不同規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)丁二酸的電 解裝置，具有良好的通用性。


圖1是本發(fā)明的電解槽槽體示意圖。 圖2是圖1的截面示意圖。 圖3是本發(fā)明的電解工藝示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步描述。 實施例1
參照圖1 圖3， 一種復極式無隔膜電解合成丁二酸裝置，包括 電解槽1、與電解槽1連通的流體分布進管8和流體匯流管7，以及與 電解槽構(gòu)成循環(huán)的電解液儲槽9、換熱器和高位槽IO，所述高位槽IO 與流體分布進管8連通，所述流體匯出管7連接電解液儲槽9，所述 的合成丁二酸裝置還包括安裝在電解槽內(nèi)的復極式電極4，所述的復 極式電極4呈板狀，相鄰的兩個復極式電極4之間為單元槽，每個單 元槽設(shè)有電解液進口 5和電解液出口 6，各個電解液進口 5連接流體 分布進管8，各個電解液出口 6連接流體匯流管7，所述電解槽1的兩 端的復極式電極4分別連接直流電源的正極2和負極3。
所述的復極式既作為電極又作為隔板，將電解槽分割為若干個單 元槽。所述的電解槽l的前后端面和底面的槽壁開有凹槽，所述復極
式電極4插入凹槽內(nèi)。所述的復極式電極4為平板結(jié)構(gòu)?；蛘?，所述 的復極式電極4為泡沫型片狀結(jié)構(gòu)，其陽極側(cè)面設(shè)有二氧化鉛涂層， 其陰極側(cè)面設(shè)有膏狀鉛粉涂層。所述的復極式電極4的側(cè)面設(shè)有棱形 或條形凸起。所述的復極式電極4為鉛合金電極，合金成分為多元鉛 合金，其表達式為Pbk.y.zSbxAgyMz，其中M-Cu，Sn, Cd,Fe, Ti,Re、 Co或Ni， x=0~0.15; y=0 0.05; z=0 0.01，其中x、 y、 z為原子比。
所述的高位槽10連接用于控制各單元槽的流量和流體壓力平衡 的流體分配控制裝置，所述流體分配控制裝置連接流體分布進管8。 流體分配控制裝置設(shè)有閥門，也可以采用無閥門結(jié)構(gòu)。所述的單元槽 為1 200組。各個單元槽之間相互串聯(lián)。所述的電解液儲槽9與高位 槽10的管道上設(shè)有輸送泵，在高位槽的管道進口設(shè)有冷卻器。
本實施例中，包括由40組單元槽串聯(lián)而成的電解槽1，包括鉛合 金復極式電極4 (Pb-0.05Sb-0.0075Ag電極)、電解液進口 5、電解液 出口6、流體分布進管8、流體匯流管7等組成。所述的電解液由電解 液儲槽9通過泵輸經(jīng)過冷卻器，送至高位槽10,高位槽的電解液由流 體分配控制裝置分配至各單元槽，各單元槽電解液經(jīng)過電解反應后由 出口匯流至流體匯流管，流體匯流管連接電解液儲槽10。冷卻器可以 控制電解液溫度。
在丁二酸電解生產(chǎn)時，在電解液儲槽中為飽和的丁二酸母液 3000L (5-10%的硫酸)，由泵輸送至高位槽構(gòu)成循環(huán)；在電解開始時 一次性加入順丁烯二酸酐300kg，由循環(huán)泵輸送至高位槽和冷卻器， 再輸送至流體分布進管8，在復極式電極4上電解還原后，電解后的 電解液經(jīng)電解液出口 6匯流至流體匯流7，再流入電解液儲槽9。在電 解液溫度為50-6(TC，電流密度為100-800A/n^的條件下電解。電解結(jié) 束后，電解液經(jīng)過脫色、冷卻結(jié)晶4-24小時，過濾、干燥得到無色的 丁二酸晶體329kg。熔點184.3-186.rC，槽電壓2.5-3.0V，電解單耗 911.8kg順酐/噸丁二酸，電流效率91.2%。 實施例2
參照圖1 圖3，本實施例的單元槽為90組，采用鉛合金復極式電 極4 (Pb-0.05Sb-0.01Ag)。 丁二酸飽和母液6000L (5-10%的硫酸)， 由泵輸送至高位槽構(gòu)成循環(huán)；在電解開始時一次性加入順丁烯二酸酐 600kg，由循環(huán)泵輸送至高位槽和冷卻器，再輸送至流體分布進管8， 在復極式電極4上電解還原后，電解后的電解液經(jīng)電解液出口 6匯流 至流體匯流7，再流入電解液儲槽。在電解液溫度為50-6(TC，電流密 度為300-500A/ii^的條件下電解。電解結(jié)束后，電解液經(jīng)過脫色、冷 卻結(jié)晶4-6小時，過濾、干燥得到無色的丁二酸晶體665kg。熔點 184.8-186.4°C,槽電壓2.4-3.2V,電解單耗902.2kg順酐/噸丁二酸， 電流效率90.6%。
本實施例的其他結(jié)構(gòu)與實施例1相同。
實施例3
參照圖1~圖3，本實施例的單元槽為40組，采用鉛合金復極式 電極4 (Pb-0.05Sb-0.0075Ag-0.01Cu)，電極兩側(cè)采用膏狀鉛粉填涂(陰 極面)和二氧化鉛粉填涂(陽極面)。在丁二酸電解生產(chǎn)時，在電解液 儲槽中為飽和的丁二酸母液3000L (5-10%的硫酸)，由泵輸送至高位 槽構(gòu)成循環(huán)；在電解開始時一次性加入順丁烯二酸酐300kg，由循環(huán) 泵輸送至高位槽和冷卻器，再輸送至流體分布進管8，在鉛合金涂膏
電極4上電解還原后，電解后的電解液經(jīng)電解液出口 6匯流至流體匯 流7,再流入電解液儲槽。在電解液溫度為50-60°C，電流密度為 100-800A/m2的條件下電解。電解結(jié)束后，電解液經(jīng)過脫色、冷卻結(jié) 晶4-24小時，過濾、干燥得到無色的丁二酸晶體328kg。熔點 185.0-186.rC，槽電壓2.3畫3.0V，電解單耗897.3kg順酐/噸丁二酸， 電流效率92.4%。
本實施例的其他結(jié)構(gòu)與實施例1相同。
權(quán)利要求
1、一種復極式無隔膜電解合成丁二酸裝置，包括電解槽、與電解槽連通的流體分布進管、流體匯流管以及與電解槽構(gòu)成循環(huán)的電解液儲槽、換熱器和高位槽；所述高位槽與流體分布進管連通，所述流體匯出管連接電解液儲槽，其特征在于所述的合成丁二酸裝置還包括安裝在電解槽內(nèi)的復極式電極，所述的復極式電極呈板狀，相鄰的兩個復極式電極之間為單元槽，每個單元槽設(shè)有電解液進口和電解液出口，各個電解液進口連接流體分布進管，各個電解液出口連接流體匯流管，電解槽兩端的復極式電極分別連接電源的正極和負極。
2、 如權(quán)利要求1所述的復極式無隔膜電解合成丁二酸裝置，其特征在 于所述的電解槽的前后端面和底面的槽壁開有凹槽，所述復極式電 極插入凹槽內(nèi)。
3、 如權(quán)利要求2所述的復極式無隔膜電解合成丁二酸裝置，其特征在 于所述的復極式電極為平板結(jié)構(gòu)。
4、 如權(quán)利要求2所述的復極式無隔膜電解合成丁二酸裝置，其特征在 于所述的復極式電極為泡沫型片狀結(jié)構(gòu)，其陽極側(cè)面設(shè)有二氧化鉛 涂層，其陰極側(cè)面設(shè)有膏狀鉛粉涂層側(cè)面設(shè)有棱形或條形凸起。
5、 如權(quán)利要求1—4之一所述的復極式無隔膜電解合成丁二酸裝置， 其特征在于所述的復極式電極的側(cè)面設(shè)有棱形或條形凸起。
6、 如權(quán)利要求5所述的復極式無隔膜電解合成丁二酸裝置，其特征在于所述的復極式電極為鉛合金電極，合金成分為多元鉛合金，其表達式為Pb,.x.y.zSbxAgyMz，其中M=Cu, Sn， Cd, Fe, Ti， Re、 Co或Ni， x=0~0.15; y=0~0.05; z=0~0.01,其中x、 y、 z為原子比。
7、 如權(quán)利要求l一4之一所述的復極式無隔膜電解合成丁二酸裝置， 其特征在于所述的高位槽連接用于控制各單元槽的流量和流體壓力 平衡的流體分配控制裝置，所述流體分配控制裝置連接流體分布進管。
8、 如權(quán)利要求7所述的復極式無隔膜電解合成丁二酸裝置，其特征在 于所述的流體分配控制裝置設(shè)有閥門或無閥門。
9、 如權(quán)利要求8所述的復極式無隔膜電解合成丁二酸裝置，其特征在 于所述的單元槽為1~200組。
10、 如權(quán)利要求1—4之一所述的復極式無隔膜電解合成丁二酸裝置，其特征在于所述的電解液儲槽與高位槽的管道上設(shè)有輸送泵，在高位槽的管道進口設(shè)有冷卻器。
全文摘要
一種復極式無隔膜電解合成丁二酸裝置，包括電解槽、與電解槽連通的流體分布進管和流體匯流管，以及與電解槽構(gòu)成循環(huán)的電解液儲槽、換熱器和高位槽；所述高位槽與流體分布進管連通，所述流體匯出管連接電解液儲槽，所述的合成丁二酸裝置還包括安裝在電解槽內(nèi)的復極式電極，所述的復極式電極呈板狀，相鄰的兩個復極式電極之間為單元槽，每個單元槽設(shè)有電解液進口和電解液出口，各個電解液進口連接流體分布進管，各個電解液出口連接流體匯流管，電解槽兩端的復極式電極分別連接電源的正極和負極。本發(fā)明能節(jié)約投資、適合大規(guī)模電解、降低能耗。
文檔編號C25B3/04GK101187034SQ20071007120
公開日2008年5月28日 申請日期2007年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月6日
發(fā)明者張文魁, 甘永平, 輝 黃 申請人:浙江工業(yè)大學