專利名稱：一種實(shí)驗(yàn)型氯堿離子膜電解槽的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種離子膜電解槽，具體的說涉及一種單極式實(shí)驗(yàn)型氯堿離子膜電解 槽裝置。
背景技術(shù)：
我國(guó)離子膜法燒堿發(fā)展十分迅速，我國(guó)氯堿企業(yè)先后從發(fā)達(dá)國(guó)家引進(jìn)多項(xiàng)高新科 技，使我國(guó)的氯堿技術(shù)有了很大的提高。我國(guó)從世界知名公司引進(jìn)先進(jìn)的離子膜法制堿技 術(shù)，迅速發(fā)展離子膜法電解工藝，徹底淘汰了水銀法燒堿和部分石墨陽(yáng)極隔膜法燒堿，大大 提升和優(yōu)化了我國(guó)氯堿工業(yè)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，促進(jìn)了相關(guān)工業(yè)的迅速發(fā)展。離子膜電解槽作為 現(xiàn)代氯堿行業(yè)先進(jìn)的電解設(shè)備，以操作方便，節(jié)能降耗，產(chǎn)品純度高等特點(diǎn)，得到普遍應(yīng)用?，F(xiàn)有生產(chǎn)型離子膜電解槽的專利文件有公開號(hào)CN1306102公開了一種單極式離 子膜電解槽，CN2459329公開了一種復(fù)極式自然循環(huán)離子膜電解槽、CN1407137公開了一種 復(fù)極式自然循環(huán)離子膜電解槽、CN201106069, CN201128760公開了膜極距復(fù)極式自然循環(huán) 離子膜電解槽，這些專利文件設(shè)計(jì)均為生產(chǎn)型離子膜電解槽。然而不管是研究氯堿用離子 膜性能亦或是離子膜電解槽電極性能都需要有小型的電解槽裝置來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，目前尚未有 實(shí)驗(yàn)型的小型離子膜電解槽的相關(guān)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明涉及一種實(shí)驗(yàn)型氯堿離子膜電解槽。發(fā)明概述本發(fā)明實(shí)驗(yàn)型氯堿離子膜電解槽，是由若干個(gè)單元槽部件組成一個(gè)完整的單元 槽，用于飽和氯化鈉水溶液制取氯氣、氫氣和燒堿，或用于飽和氯化鉀水溶液制取氯氣、氫 氣和Κ0Η。單元槽用離子交換膜分隔成陽(yáng)極電解室和陰極電解室，是一種利用電化學(xué)電解氯 化鈉、氯化鉀以產(chǎn)生氣體和強(qiáng)堿的單極式氯堿離子膜電解槽裝置。發(fā)明詳述本發(fā)明的技術(shù)方案如下實(shí)驗(yàn)型氯堿離子膜電解槽，包括陰極室槽、陰極墊片、陰極電極網(wǎng)板、陰極墊片、離 子膜、陽(yáng)極墊片、陽(yáng)極電極網(wǎng)板、陽(yáng)極墊片和陽(yáng)極室槽，依次通過法蘭密封連接成為一體。陰 極室槽側(cè)面上設(shè)有氫氣及堿液出口和純水入口分別連通陰極室，陽(yáng)極室槽上設(shè)有淡鹽水及 氯氣出口、二次精制鹽水入口、溫度計(jì)插口、測(cè)溫點(diǎn)插口 ；陽(yáng)極室內(nèi)置有鈦加熱管。陰極電極 網(wǎng)板、陽(yáng)極電極網(wǎng)板上均設(shè)有整流電源接口，分別與整流電源的負(fù)極、正極相連接。上述離子膜選自市場(chǎng)可購(gòu)得的氯堿用商品離子交換膜，也可按現(xiàn)有技術(shù)自制，優(yōu) 選為全氟磺酸-羧酸復(fù)合離子膜，參見CN101811359A。上述所有陰極墊片、陽(yáng)極墊片均優(yōu)選采用三元乙丙橡膠材料。上述陰極電極網(wǎng)板是由涂覆有活性涂層的鈦金屬網(wǎng)焊接在鈦剛性框架內(nèi)制作而 成。涂覆活性涂層材料是鈀或銠貴金屬材料，按現(xiàn)有公知技術(shù)即可。
上述陽(yáng)極電極網(wǎng)板是由涂覆有活性涂層的鎳金屬網(wǎng)焊接在鎳或不銹鋼剛性框架 內(nèi)制作而成。涂覆活性涂層材料是鈀或銠貴金屬材料，按現(xiàn)有公知技術(shù)即可。上述陰極電極網(wǎng)板、陽(yáng)極電極網(wǎng)板的框架上均焊接有可連接整流電源線的銅鼻 片，銅鼻片上有整流電源接口。陰極室槽和陰極室槽內(nèi)分別是陽(yáng)極室和陰極室，陽(yáng)極室的容積與陰極室容積比在 50-10 1范圍內(nèi)。本發(fā)明實(shí)驗(yàn)型氯堿離子膜電解槽陽(yáng)極室體積足夠大，并且具有加熱控溫 裝置，以保持電解槽溫度的易控及恒定，為此陰極室槽容積相應(yīng)地盡量小。上述陰極室槽用不銹鋼板或鎳板焊接制作，陽(yáng)極室槽用鈦板焊接制作。上述陽(yáng)極室內(nèi)的加熱管采用鈦加熱管，以達(dá)到防腐的功能，可長(zhǎng)期使用。本發(fā)明實(shí)驗(yàn)型氯堿離子膜電解槽，由若干個(gè)單元槽部件組成一個(gè)完整的單元槽， 單元槽用離子交換膜分隔成陽(yáng)極和陰極電解室，由電極網(wǎng)有效面積限定電解室有效截面 積，電解室與電解室之間交替設(shè)置墊片、金屬電極網(wǎng)板、墊片及離子膜。電解室(包括陰極 室和陽(yáng)極室)截面面積不小于電極網(wǎng)有效面積，優(yōu)選的電解室截面面積等于電極網(wǎng)有效面 積。本發(fā)明實(shí)驗(yàn)型離子膜單元電解槽的陽(yáng)極室框架優(yōu)選鈦板制成的耐腐蝕板，陰極室 框架選自鎳板或不銹鋼板焊接或沖壓而成，也可以采用有機(jī)玻璃聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA) 或聚四氟乙烯材料加工制成。對(duì)陽(yáng)極室、陰極室材料要求具有一定的剛度和具有較平的密 封面，保證整體的剛度及密封功能。本發(fā)明中離子膜單元槽有利于電解過程中的氣體和電解液的自然循環(huán)，使電解室 中的電解條件均勻化、穩(wěn)定化。本實(shí)驗(yàn)型離子膜電解槽簡(jiǎn)單易控，操作方便，可用于離子膜 電極的快速測(cè)試、離子膜的快速測(cè)試，包括電流密度-槽電壓關(guān)系、電流效率、水傳遞系數(shù) 的測(cè)定等。本發(fā)明實(shí)驗(yàn)型電解槽可以在如下條件下進(jìn)行操作電流密度l-6KA/m2 ；陽(yáng)極液 濃度175-305克/L的NaCl或KCl溶液；陰極液濃度與陽(yáng)極相應(yīng)的M_35wt % NaOH或 20-32wt% KOH的溶液；操作溫度65-95°C。本發(fā)明實(shí)驗(yàn)型電解槽解決了經(jīng)濟(jì)、耐用的問題。所采用剛性鈦和鎳板保證電解槽 使用性能，具有一定的剛度，經(jīng)濟(jì)、防腐。本發(fā)明電解槽在進(jìn)槽流體控制、出槽流體的控制、 氣液相分離、有毒氣體處理等方面可以由本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員用公知公用的技術(shù)簡(jiǎn)易解 決。利用測(cè)溫點(diǎn)(溫度傳感器)控制加熱管通電與否來(lái)達(dá)到控制陽(yáng)極室溫度的技術(shù)屬于公 知公用技術(shù)。本發(fā)明與現(xiàn)有生產(chǎn)型離子膜電解槽相比，具有獨(dú)立的電解槽加熱控溫裝置，易于 溫度的控制和穩(wěn)定；各組件安裝、操作、拆卸方便；該裝置可以充分滿足實(shí)驗(yàn)研究的需要， 包括可以用于離子膜電極性能的快速測(cè)試、離子膜性能的快速考查，包括電流密度-槽電 壓關(guān)系、電流效率、水傳遞系數(shù)的測(cè)定等。


圖1是離子膜電解槽分解結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為離子膜電解槽整體示意圖。圖3為陰極槽結(jié)構(gòu)示意圖。3L-陰極室槽俯視圖；3R-陰極室槽平視圖。
圖4是陽(yáng)極電極網(wǎng)板結(jié)構(gòu)示意圖。其中，1-陰極室槽；IA-氫氣及堿液出口 ；IB-純水入口 ；IC-陰極室；2_陰極墊片； 3-陰極電極網(wǎng)板；3A-陰極整流電源接口鼻；4-陰極墊片；5-離子膜；6-陽(yáng)極墊片；7-陽(yáng)極電極網(wǎng)板，7A-陽(yáng)極整流電源接口鼻，7B-連接孔，7C-網(wǎng)板框架，7D-電極 網(wǎng)，7E-法蘭連接孔；8-陽(yáng)極墊片；9-陽(yáng)極室槽，9A-淡鹽水及氯氣出口，9B-二次精制鹽水 入口，9C-溫度計(jì)插口，9D-測(cè)溫點(diǎn)插口，9E-鈦加熱管，9F-陽(yáng)極室，9G-加熱管外部電源接 口。陰極電極網(wǎng)板結(jié)構(gòu)與陽(yáng)極電極網(wǎng)板結(jié)構(gòu)相同，但所用材料不同。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)一步說明。實(shí)施例1 實(shí)驗(yàn)型氯堿離子膜電解槽，結(jié)構(gòu)如圖1-4所示，它包括陰極室槽1和陽(yáng)極室槽9， 陰極室槽1側(cè)面上設(shè)有氫氣及堿液出口 IA和純水入口 IB分別連接陰極室1C。陰極室槽1 和陽(yáng)極室槽9之間依次是陰極墊片2、陰極電極網(wǎng)板3、陰極墊片4、離子膜5、陽(yáng)極墊片6、陽(yáng) 極電極網(wǎng)板7、陽(yáng)極墊片8，通過螺栓10用法蘭密封連接在一起，使陰極室槽和陽(yáng)極室槽成 為一體。陽(yáng)極室槽9上設(shè)有淡鹽水及氯氣出口 9A、二次精制鹽水入口 9B、溫度計(jì)插口 9C、測(cè) 溫點(diǎn)插口 9D ；陽(yáng)極室9F內(nèi)置鈦加熱管9E，外部有電源接口 9G。陰極電極網(wǎng)板、陽(yáng)極電極網(wǎng) 板上均焊接有銅鼻片作為接口鼻3A、7A，銅鼻片上有連接孔，分別與整流電源負(fù)極和正極相 連接。電解槽有效電解面積為50cm2，陰極室槽1采用3mm厚不銹鋼焊接制作，陽(yáng)極室槽 9采用3mm厚鈦板焊接制作。陰極室IC容積25mL，陽(yáng)極室9F容積800mL。陽(yáng)極電極網(wǎng)板7 用Imm厚鈦板做框架7C，框架中間焊接鈦基電極網(wǎng)板7D。陰極電極網(wǎng)極板與陽(yáng)極結(jié)構(gòu)相同， 但所用材料不同用Imm厚不銹鋼板做框架，框架中間焊接帶鈀活性涂層的鎳基電極網(wǎng)。陰 極墊片2、4和陽(yáng)極墊片6、8均采用三元乙丙橡膠制作。離子膜5選用東岳DF988全氟磺 酸-羧酸復(fù)合離子膜。陽(yáng)極室9F內(nèi)置鈦加熱管功率為150瓦，測(cè)溫點(diǎn)插口 9D插入PtlOO 熱電偶，并配接相應(yīng)控溫儀。本實(shí)施例實(shí)驗(yàn)型氯堿離子膜電解槽電解條件電流密度3. 5KA/m2 ；陽(yáng)極液濃度 200克/L的NaCl溶液；陰極液濃度32% NaOH溶液；操作溫度84_86°C。實(shí)施例2 實(shí)驗(yàn)型氯堿離子膜電解槽，結(jié)構(gòu)如實(shí)施例1所述，所不同的是電解槽有效電解面積為120cm2，陰極室槽采用PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)有機(jī)玻 璃制作，陽(yáng)極室槽采用4mm厚鈦板焊接制作。陰極室IC容積40mL，陽(yáng)極室9F容積1200mL。 陽(yáng)極電極網(wǎng)板7用Imm厚鈦板做框架7C，框架中間焊接鈦基電極網(wǎng)板7D。陰極電極網(wǎng)極板 與陽(yáng)極結(jié)構(gòu)相同，但所用材料不同用Imm厚不銹鋼板做框架，框架中間焊接帶鈀活性涂層 的鎳基電極網(wǎng)。陰極墊片2、4和陽(yáng)極墊片6、8采用三元乙丙橡膠制作。離子膜5選用N966 全氟磺酸-羧酸復(fù)合離子膜。陽(yáng)極室9F內(nèi)置鈦加熱管功率為200瓦，測(cè)溫點(diǎn)插口 9D插入 PtlOO熱電偶，配相應(yīng)控溫儀。本實(shí)施例實(shí)驗(yàn)型氯堿離子膜電解槽電解條件電流密度3. OKA/m2 ；陽(yáng)極液濃度 200克/L的NaCl溶液；陰極液濃度30% NaOH溶液；操作溫度84_86°C。實(shí)施例3 實(shí)驗(yàn)型氯堿離子膜電解槽，結(jié)構(gòu)如實(shí)施例1所述，所不同的是
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電解槽有效電解面積為120cm2，陰極室槽采用聚四氟乙烯材料加工制成，陽(yáng)極室 槽采用3mm厚鈦板焊接制作。陰極室IC容積50mL，陽(yáng)極室9F容積1200mL。陽(yáng)極電極網(wǎng)板 7用Imm厚鈦板做框架7C，框架中間焊接鈦基電極網(wǎng)板7D。陰極電極網(wǎng)極板與陽(yáng)極結(jié)構(gòu)相 同，但所用材料不同用Imm厚鎳板做框架，框架中間焊接帶鈀活性涂層的鎳基電極網(wǎng)。陰 極墊片2、4和陽(yáng)極墊片6、8采用三元乙丙橡膠制作。離子膜5選用F6801全氟磺酸-羧酸 復(fù)合離子膜。陽(yáng)極室9F內(nèi)置鈦加熱管功率為200瓦，測(cè)溫點(diǎn)插口 9D插入PtlOO熱電偶，配 相應(yīng)控溫儀。本實(shí)施例實(shí)驗(yàn)型氯堿離子膜電解槽電解條件電流密度5. 5KA/m2 ；陽(yáng)極液濃度 205克/L的NaCl溶液；陰極液濃度32% NaOH溶液；操作溫度84_86°C。實(shí)施例4 實(shí)驗(yàn)型氯堿離子膜電解槽，結(jié)構(gòu)如實(shí)施例1所述，所不同的是電解槽有效電解面積為80cm2，陰極室槽采用PMMA有機(jī)玻璃制作，陽(yáng)極槽采用4mm 厚鈦板焊接制作。陰極室IC容積30mL，陽(yáng)極室9F容積1400mL。陽(yáng)極電極網(wǎng)板7用Imm厚 鈦板做框架7C，框架中間焊接鈦基電極網(wǎng)板7D。陰極電極網(wǎng)極板與陽(yáng)極結(jié)構(gòu)相同，但所用 材料不同用Imm厚不銹鋼板做框架，框架中間焊接帶銠活性涂層的鎳基電極網(wǎng)。陰極墊片 2、4和陽(yáng)極墊片6、8采用三元乙丙橡膠制作。離子膜5選用全氟磺酸-羧酸復(fù)合離子膜。 陽(yáng)極室9F內(nèi)置鈦加熱管功率為200瓦，測(cè)溫點(diǎn)插口 9D插入PtlOO熱電偶，配相應(yīng)控溫儀。本實(shí)施例實(shí)驗(yàn)型氯堿離子膜電解槽電解條件電流密度4. 5KA/m2 ；陽(yáng)極液濃度 200克/L的KCl溶液；陰極液濃度30% KOH溶液；操作溫度84_86°C。本實(shí)驗(yàn)型離子膜電解槽簡(jiǎn)單易控，操作方便，可用于離子膜電極的快速測(cè)試、離子 膜的快速測(cè)試，包括電流密度-槽電壓關(guān)系、電流效率、水傳遞系數(shù)的測(cè)定等。具體的測(cè)定 方法為本領(lǐng)域?qū)I(yè)人員公知公用技術(shù)，亦可查閱相關(guān)資料和專業(yè)文獻(xiàn)，此處不再贅述。
權(quán)利要求
1.實(shí)驗(yàn)型氯堿離子膜電解槽，其特征在于包括陰極室槽、陰極墊片、陰極電極網(wǎng)板、陰 極墊片、離子膜、陽(yáng)極墊片、陽(yáng)極電極網(wǎng)板、陽(yáng)極墊片和陽(yáng)極室槽，依次通過法蘭密封連接成 為一體；陰極室槽側(cè)面上設(shè)有氫氣及堿液出口和純水入口分別連通陰極室，陽(yáng)極室槽上設(shè) 有淡鹽水及氯氣出口、二次精制鹽水入口、溫度計(jì)插口、測(cè)溫點(diǎn)插口 ；陽(yáng)極室內(nèi)置有鈦加熱 管，陰極電極網(wǎng)板、陽(yáng)極電極網(wǎng)板上均設(shè)有整流電源接口，分別與整流電源的負(fù)極、正極相 連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)驗(yàn)型氯堿離子膜電解槽，其特征在于所述陰極墊片、陽(yáng)極 墊片均采用三元乙丙橡膠材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)驗(yàn)型氯堿離子膜電解槽，其特征在于所述陰極電極網(wǎng)板是 由涂覆有活性涂層的鈦金屬網(wǎng)焊接在鈦剛性框架內(nèi)制作而成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)驗(yàn)型氯堿離子膜電解槽，其特征在于所述陽(yáng)極電極網(wǎng)板是 由涂覆有活性涂層的鎳金屬網(wǎng)焊接在鎳或不銹鋼剛性框架內(nèi)制作而成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)驗(yàn)型氯堿離子膜電解槽，其特征在于陰極室槽和陰極室槽 內(nèi)分別是陽(yáng)極室和陰極室，陽(yáng)極室的容積與陰極室容積比為50-10 1。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)驗(yàn)型氯堿離子膜電解槽，其特征在于所述陰極室槽用不銹 鋼板或鎳板焊接制作。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)驗(yàn)型氯堿離子膜電解槽，其特征在于所述陰極室槽用有機(jī) 玻璃或聚四氟乙烯制作。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)驗(yàn)型氯堿離子膜電解槽，其特征在于所述陽(yáng)極室槽用鈦板 焊接制作。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)驗(yàn)型氯堿離子膜電解槽，其特征在于所述電解槽在如下條 件下進(jìn)行操作電流密度l-6KA/m2 ；陽(yáng)極液濃度175-305克/L的NaCl或KCl溶液；陰極 液濃度與陽(yáng)極相應(yīng)的NaOH或20_32wt% KOH的溶液；操作溫度65_95°C。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種實(shí)驗(yàn)型氯堿離子膜電解槽，包括陰極室槽、陰極墊片、陰極電極網(wǎng)板、陰極墊片、離子膜、陽(yáng)極墊片、陽(yáng)極電極網(wǎng)板、陽(yáng)極墊片和陽(yáng)極室槽，依次通過法蘭密封連接成為一體；陰極室槽側(cè)面上設(shè)有氫氣及堿液出口和純水入口分別連通陰極室，陽(yáng)極室槽上設(shè)有淡鹽水及氯氣出口、二次精制鹽水入口、溫度計(jì)插口、測(cè)溫點(diǎn)插口；陽(yáng)極室內(nèi)置有鈦加熱管，陰極電極網(wǎng)板、陽(yáng)極電極網(wǎng)板上均設(shè)有整流電源接口，分別與整流電源的負(fù)極、正極相連接。本實(shí)驗(yàn)型離子膜電解槽利用電化學(xué)電解氯化鈉、氯化鉀以產(chǎn)生氣體和強(qiáng)堿，簡(jiǎn)單易控，操作方便，可用于離子膜電極的快速測(cè)試、離子膜的快速測(cè)試。
文檔編號(hào)C25B1/46GK102134725SQ20111004627
公開日2011年7月27日 申請(qǐng)日期2011年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月25日
發(fā)明者張恒, 張永明, 王學(xué)軍, 高自宏 申請(qǐng)人:山東東岳高分子材料有限公司