专利名称：单极式单元电解槽的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种单极式单元电解槽，属于氯碱工业中的电解设备。
目前，在化工工业的氯碱行业中，电解碱金属氯化物的水溶液用于生产碱金属氢氧化物，一般均优先选用离子交换膜法电解技术。而与之相应的离子交换膜电解装置则是保证生产过程中优质、高效、节能以及减小污染的关键。就单极式电解装置而言，主要是由多个电解单元并联组合供电的电解装置，而电解单元由单元电解槽构成。单元电解槽的结构直接影响到产品的质量、成本等。现有的一种较先进的单元电解槽如
图1所示，
图1是单元电解槽的阳极单元槽的结构图，是采用在阳极单元槽的侧边框伸入数根钛-铜复合导电棒31，通过焊接其上的数块贵金属导电筋板32将电流导向电极网，其边框为贵金属制成的方管形的结构。但这种结构的单元电解槽由于相邻两根复合棒间有一定的距离，所以靠近复合棒部位的电极网面的电流密度将较强，而相邻两根复合棒的中间部位的电极网面距复合棒较远，电流电阻较大，电流密度将较弱，造成电极网面上电流密度分布的均匀性较差，又由于复合棒31的远端与近端电流传导的距离差别较大，受复合棒31的电阻的影响将产生电流密度的梯度较大。又因复合棒31横置在电解室内，明显阻碍了电解液靠电解过程中产生的气体带动液体上行，容易造成气液流动不畅和死区，导致气液在电解室内同一部位积存时间过长，室内电解液浓度不均等不良现象，影响电解设备的使用寿命，并且影响电解的产品的质量。另外，此单元电解槽的边框制造精度要求较高，不易加工，且需使用大量贵金属，成本较高。
本实用新型的目的是设计一种单极式单元电解槽，其结构简单，成本低，性能好，保证电解的产品质量，且易于制造。
本实用新型所设计的单极式单元电解槽由阳极单元槽、阴极单元槽及离子交换膜构成，离子交换膜由密封垫片密封在阳极单元槽及阴极单元槽之间，阳极单元槽及阴极单元槽分别由四条边框构成的框架、框架两侧固定的电极网及位于框架内与电极网连接的筋板构成，在阳极单元槽及阴极单元槽的下端分别连接有电解液入口接管，上端分别连接有电解液出口接管，在阳极单元槽及阴极单元槽的框架内的中间固定有平板状的中间导电板，中间导电板与筋板垂直固定连接在一起。
在本实用新型所设计的单极式单元电解槽的阳极单元槽内的中间导电板为三层爆炸复合板，中间层为铜板，铜板两侧为钛板。
在本实用新型所设计的单极式单元电解槽的阴极单元槽内的中间导电板由中间层的铜板、铜板两侧焊接的碳钢板条及碳钢板条外层的阴极用金属板材组合焊接在一起构成。
本实用新型所设计的单极式单元电解槽的阳极单元槽及阴极单元槽的框架的上边框为贵金属材料制成的方管形结构，侧边框及下边框由表面为贵金属材料、中间为碳钢体的组合板材构成，以降低框架的成本，并且使框架易于加工。
为使电解液在电极网的每一部位均衡的上行流动，在单极式单元电解槽的阳极单元槽及阴极单元槽的下部分别设置有液分散角板，液分散角板的两侧板面上带有出液孔。
为便于导电连接，本实用新型所设计的单极式单元电解槽中的中间导电板的内层铜板从侧边框伸出，铜板两面均为导电接触面。
本实用新型所设计的单极式单元电解槽具有下述优点1.导电性能好，电极网面的电流分布均匀，保证电解的产品性能稳定、质量可靠。由于采用中间导电板将电流导入电解槽内，并且通过筋板导至电极网上，与现有的通过复合导电棒传导电流的单元电解槽相比，导电板比导电棒导电均匀，明显改善由于复合棒和电极网自身电流传导产生的电流分布不均和产生电流梯度的问题，且在电解过程中气液上行时沿导电板上行，不会产生阻力，循环极为通畅，而液分散角板的设置使进入电解槽内的电解液均衡上行流动，因此保证了电解槽内各部位的电解液浓度比较均匀，电解出的产品质量可靠、稳定。
2.有效地保护离子交换膜，延长单元电解槽的使用寿命。离子交换膜是较昂贵且易损坏的部件，由于所设计的单元电解槽上边框为方管形结构，电解生成的气液混体物在方管中聚集后排出，有效地减轻了对电解室上部离子交换膜的冲击，电解槽内电解液及电极网上的电流分布均匀，使离子交换膜各部分的工作状态较一致，从而有效地保护了离子交换膜，延长了离子交换膜的使用寿命，即延长了单元电解槽的使用寿命。并且提高了电极网和离子交换膜的有效利用率。
3.易加工，成本低。由于阳极单元槽及阴极单元槽的框架的上边框的方管由四条耐腐蚀的金属板条焊接而成，其中作为密封面可有足够的厚度进行平面机械加工。下边框及侧边框的主体为价格低廉的碳钢，仅位于电解槽内的内表面和两密封面为贵金属材料，即与电解液接触的表面及与密封垫片压紧的部位为耐腐蚀的贵金属表面。与现有的框架的边框均为贵金属制成的方管结构相比较，节省大量的贵金属材料，且加工方便，大大降低单极式单元电解槽的成本。
本实用新型所设计的单极式单元电解槽适用于氯碱工业中的电解装置。
图1是现有的单极式单元电解槽的阳极单元槽示意图。
图2是本实用新型所设计的单极式单元电解槽的结构图。
图3是图2的正视图。
图4是由多个单元电解槽组成的电解装置的示意图。
下面将结合附图对本实用新型所设计的单极式单元电解槽的实施方式及其效果作进一步说明。
图2、3所示的一种单极式单元电解槽，主要由阳极单元槽15、阴极单元槽16及离子交换膜10构成，由密封垫片9将离子交换膜10密封在阳极单元槽15及阴极单元槽16之间，阳极单元槽15的框架的上边框18为钛材的方管，电解液出口接管22与之连接，阳极单元槽15的下边框19及侧边框11的主体为碳钢，其表面组合焊接一层钛板。电解液入口接管23从下边框19通入阳极单元槽15内。在阳极单元槽15内的下部的下边框19上设置有一液分散角板6，将电解液的入口接管23遮盖住，液分散角板两侧板面带有出液孔24。在阳极单元槽框架的两侧焊接有阳极网17，阳极网17用钛金属拉制而成，表面涂以钌、钛、铱、锆等贵金属。框架内设置有一阳极中间导电板21，通过筋板4将阳极中间导电板21与阳极网17连接起来。阳极中间导电板21为钛-铜-钛爆炸复合板。中间层为铜板，外表层为钛板。中间导电板21的中间的铜板从侧边框11伸出，用于导电连接。阴极单元槽16与阳极单元槽15的结构相同，所不同的是阴极单元槽16的框架的上边框2为超低碳不锈钢材料制成的方管，下边框7及侧边框的主体为碳钢，其表面组合焊接一层超低碳不锈钢。在阴极单元槽框架两侧焊接的阴极网5由碳钢或不锈钢或镍材拉制成，表面镀有镍或镭尼镍活性层。在阴极单元槽16内的阴极中间导电板3由铜、碳钢及超低碳不锈钢组合而成，铜板位于中间，通过碳钢板条与外表的超低碳不锈钢焊接在一起。在所设计的单极式单元电解槽中，凡接触电解液的金属表面均由贵金属材料制成。此单元电解槽大部分结构采用复合板或组合板，节省了大量的贵金属材料。中间导电板的应用，不仅使电流分布均匀，电流传递过程中阻力小，而且减小了单元电解槽内液体流动的阻力。此单元电解槽是一个较经济、可靠和使用寿命长的结构。图4是由多个单元电解槽组成的电解装置，用图4所示的电解装置电解氯化钠水溶液生产氢氧化钠时，将浓度为300g/l的氯化钠溶液稀释后加入阳极室，把去离子水加入阴极室，在90℃的温度、电极表面3KA/m2的电流密度，阴极室液压比阳极室高100～1000mm水柱，并使用美国杜邦(DUPONT)公司生产的型号为Nafion-966的离子交换膜时，电流效率可达到96％以上，单元电解槽的电压在3.12V以下，产品氢氧化钠的浓度为32％。
权利要求1.一种单极式单元电解槽，由阳极单元槽、阴极单元槽及离子交换膜构成，离子交换膜由密封垫片密封在阳极单元槽及阴极单元槽之间，阳极单元槽及阴极单元槽分别由四条边框构成的框架、框架两侧固定的电极网及位于框架内与电极网连接的筋板构成，在阳极单元槽及阴极单元槽的下端分别连接有电解液入口接管，上端分别连接有电解液出口接管，其特征是在阳极单元槽及阴极单元槽的框架内的中间固定有平板状的中间导电板，中间导电板与筋板垂直固定连接在一起。
2.根据权利要求1所述的单极式单元电解槽，其特征是阳极单元槽内的中间导电板为三层爆炸复合板，中间层为铜板，铜板两侧为钛板。
3.根据权利要求1所述的单极式单元电解槽，其特征是阴极单元槽内的中间导电板由中间层的铜板、铜板两侧焊接的碳钢板条及碳钢板条外层的阴极用金属板材组合焊接在一起构成。
4.根据权利要求1所述的单极式单元电解槽，其特征是阳极单元槽及阴极单元槽的框架的上边框为贵金属材料制成的方管形结构，侧边框及下边框由表面为贵金属材料、中间为碳钢体的组合板材构成。
5.根据权利要求1所述的单极式单元电解槽，其特征是阳极单元槽及阴极单元槽的下部分别设置有液分散角板，液分散角板的两侧板面上带有出液孔。
6.根据权利要求1所述的单极式单元电解槽，其特征是中间导电板内层的铜板从侧边框伸出，用于导电连接。
专利摘要本实用新型为一种单极式单元电解槽，它主要由阳极单元槽、阴极单元槽及离子交换膜构成，密封垫片将离子交换膜密封固定在阳、阴极单元槽之间。阳、阴极单元槽的框架分别由四条边框构成，上边框为方管形，下边框及侧边框为复合金属板材制成，分别在阳、阴极单元槽中间固定有平板状的中间导电板，通过筋板与电极网连接。本实用新型大大降低单元电解槽的成本，并且易于加工制造，工作性能稳定，保证产品质量，可广泛用于氯碱工业中。
文档编号C25B9/00GK2226071SQ9521735
公开日1996年5月1日 申请日期1995年7月27日 优先权日1995年7月27日
发明者邢家梧, 甘锁才, 刘秀明, 冯忠贵, 康建忠 申请人:北京化工机械厂