专利名称：一种实验型氯碱离子膜电解槽的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种离子膜电解槽，具体的说涉及一种单极式实验型氯碱离子膜电解槽装置。
背景技术：
我国离子膜法烧碱发展十分迅速，我国氯碱企业先后从发达国家引进多项高新科技，使我国的氯碱技术有了很大的提高。我国从世界知名公司引进先进的离子膜法制碱技术，迅速发展离子膜法电解工艺，彻底淘汰了水银法烧碱和部分石墨阳极隔膜法烧碱，大大提升和优化了我国氯碱工业的产品结构，促进了相关工业的迅速发展。离子膜电解槽作为现代氯碱行业先进的电解设备，以操作方便，节能降耗，产品纯度高等特点，得到普遍应用。现有生产型离子膜电解槽的专利文件有公开号CN1306102公开了一种单极式离子膜电解槽，CN2459329公开了一种复极式自然循环离子膜电解槽、CN1407137公开了一种复极式自然循环离子膜电解槽、CN201106069, CN201128760公开了膜极距复极式自然循环离子膜电解槽，这些专利文件设计均为生产型离子膜电解槽。然而不管是研究氯碱用离子膜性能亦或是离子膜电解槽电极性能都需要有小型的电解槽装置来进行实验，目前尚未有实验型的小型离子膜电解槽的相关报道。
发明内容针对现有技术的不足，本实用新型涉及一种实验型氯碱离子膜电解槽。发明概述本实用新型实验型氯碱离子膜电解槽，是由若干个单元槽部件组成一个完整的单元槽，用于饱和氯化钠水溶液制取氯气、氢气和烧碱，或用于饱和氯化钾水溶液制取氯气、 氢气和Κ0Η。单元槽用离子交换膜分隔成阳极电解室和阴极电解室，是一种利用电化学电解氯化钠、氯化钾以产生气体和强碱的单极式氯碱离子膜电解槽装置。发明详述本实用新型的技术方案如下实验型氯碱离子膜电解槽，包括阴极室槽、阴极垫片、阴极电极网板、阴极垫片、离子膜、阳极垫片、阳极电极网板、阳极垫片和阳极室槽，依次通过法兰密封连接成为一体。阴极室槽侧面上设有氢气及碱液出口和纯水入口分别连通阴极室，阳极室槽上设有淡盐水及氯气出口、二次精制盐水入口、温度计插口、测温点插口 ；阳极室内置有钛加热管。阴极电极网板、阳极电极网板上均设有整流电源接口，分别与整流电源的负极、正极相连接。上述离子膜选自市场可购得的氯碱用商品离子交换膜，也可按现有技术自制，优选为全氟磺酸-羧酸复合离子膜，参见CN101811359A。上述所有阴极垫片、阳极垫片均优选采用三元乙丙橡胶材料。上述阴极电极网板是由涂覆有活性涂层的钛金属网焊接在钛刚性框架内制作而成。涂覆活性涂层材料是钯或铑贵金属材料，按现有公知技术即可。[0013]上述阳极电极网板是由涂覆有活性涂层的镍金属网焊接在镍或不锈钢刚性框架内制作而成。涂覆活性涂层材料是钯或铑贵金属材料，按现有公知技术即可。上述阴极电极网板、阳极电极网板的框架上均焊接有可连接整流电源线的铜鼻片，铜鼻片上有整流电源接口。阴极室槽和阴极室槽内分别是阳极室和阴极室，阳极室的容积与阴极室容积比在 50-10 1范围内。本实用新型实验型氯碱离子膜电解槽阳极室体积足够大，并且具有加热控温装置，以保持电解槽温度的易控及恒定，为此阴极室槽容积相应地尽量小。上述阴极室槽用不锈钢板或镍板焊接制作，阳极室槽用钛板焊接制作。上述阳极室内的加热管采用钛加热管，以达到防腐的功能，可长期使用。本实用新型实验型氯碱离子膜电解槽，由若干个单元槽部件组成一个完整的单元槽，单元槽用离子交换膜分隔成阳极和阴极电解室，由电极网有效面积限定电解室有效截面积，电解室与电解室之间交替设置垫片、金属电极网板、垫片及离子膜。电解室(包括阴极室和阳极室)截面面积不小于电极网有效面积，优选的电解室截面面积等于电极网有效面积。本实用新型的实验型离子膜单元电解槽的阳极室框架优选钛板制成的耐腐蚀板， 阴极室框架选自镍板或不锈钢板焊接或冲压而成，也可以采用有机玻璃聚甲基丙烯酸甲酯 (PMMA)或聚四氟乙烯材料加工制成。对阳极室、阴极室材料要求具有一定的刚度和具有较平的密封面，保证整体的刚度及密封功能。本实用新型中离子膜单元槽有利于电解过程中的气体和电解液的自然循环，使电解室中的电解条件均勻化、稳定化。本实验型离子膜电解槽简单易控，操作方便，可用于离子膜电极的快速测试、离子膜的快速测试，包括电流密度-槽电压关系、电流效率、水传递系数的测定等。本实用新型实验型电解槽可以在如下条件下进行操作电流密度l-6KA/m2 ；阳极液浓度175-305克/L的NaCl或KCl溶液；阴极液浓度与阳极相应的NaOH或 20-32wt% KOH的溶液；操作温度65-95°C。本实用新型实验型电解槽解决了经济、耐用的问题。所采用刚性钛和镍板保证电解槽使用性能，具有一定的刚度，经济、防腐。本实用新型电解槽在进槽流体控制、出槽流体的控制、气液相分离、有毒气体处理等方面可以由本领域专业技术人员用公知公用的技术简易解决。利用测温点(温度传感器)控制加热管通电与否来达到控制阳极室温度的技术属于公知公用技术。本实用新型与现有生产型离子膜电解槽相比，具有独立的电解槽加热控温装置， 易于温度的控制和稳定；各组件安装、操作、拆卸方便；该装置可以充分满足实验研究的需要，包括可以用于离子膜电极性能的快速测试、离子膜性能的快速考查，包括电流密度-槽电压关系、电流效率、水传递系数的测定等。
图1是离子膜电解槽分解结构示意图。图2为离子膜电解槽整体示意图。图3为阴极槽结构示意图。3L-阴极室槽俯视图；3R-阴极室槽平视图。[0027]图4是阳极电极网板结构示意图。其中，1-阴极室槽；IA-氢气及碱液出口 ；IB-纯水入口 ；IC-阴极室；2_阴极垫片； 3-阴极电极网板；3A-阴极整流电源接口鼻；4-阴极垫片；5-离子膜；6-阳极垫片；7-阳极电极网板，7A-阳极整流电源接口鼻，7B-连接孔，7C-网板框架，7D-电极网，7E-法兰连接孔；8-阳极垫片；9-阳极室槽，9A-淡盐水及氯气出口，9B-二次精制盐水
入口，9C-温度计插口，9D-测温点插口，9E-钛加热管，9F-阳极室，9G-加热管外部电源接□。阴极电极网板结构与阳极电极网板结构相同，但所用材料不同。
具体实施方式
以下结合附图和实施例进一步说明。实施例1 实验型氯碱离子膜电解槽，结构如图1-4所示，它包括阴极室槽1和阳极室槽9， 阴极室槽1侧面上设有氢气及碱液出口 IA和纯水入口 IB分别连接阴极室1C。阴极室槽1 和阳极室槽9之间依次是阴极垫片2、阴极电极网板3、阴极垫片4、离子膜5、阳极垫片6、阳极电极网板7、阳极垫片8，通过螺栓10用法兰密封连接在一起，使阴极室槽和阳极室槽成为一体。阳极室槽9上设有淡盐水及氯气出口 9A、二次精制盐水入口 9B、温度计插口 9C、测温点插口 9D ；阳极室9F内置钛加热管9E，外部有电源接口 9G。阴极电极网板、阳极电极网板上均焊接有铜鼻片作为接口鼻3A、7A，铜鼻片上有连接孔，分别与整流电源负极和正极相连接。电解槽有效电解面积为50cm2，阴极室槽1采用3mm厚不锈钢焊接制作，阳极室槽 9采用3mm厚钛板焊接制作。阴极室IC容积25mL，阳极室9F容积800mL。阳极电极网板7 用Imm厚钛板做框架7C，框架中间焊接钛基电极网板7D。阴极电极网极板与阳极结构相同， 但所用材料不同用Imm厚不锈钢板做框架，框架中间焊接带钯活性涂层的镍基电极网。阴极垫片2、4和阳极垫片6、8均采用三元乙丙橡胶制作。离子膜5选用东岳DF988全氟磺酸-羧酸复合离子膜。阳极室9F内置钛加热管功率为150瓦，测温点插口 9D插入PtlOO 热电偶，并配接相应控温仪。本实施例实验型氯碱离子膜电解槽电解条件电流密度3. 5KA/m2 ；阳极液浓度 200克/L的NaCl溶液；阴极液浓度32% NaOH溶液；操作温度84_86°C。实施例2 实验型氯碱离子膜电解槽，结构如实施例1所述，所不同的是电解槽有效电解面积为120cm2，阴极室槽采用PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)有机玻璃制作，阳极室槽采用4mm厚钛板焊接制作。阴极室IC容积40mL，阳极室9F容积1200mL。 阳极电极网板7用Imm厚钛板做框架7C，框架中间焊接钛基电极网板7D。阴极电极网极板与阳极结构相同，但所用材料不同用Imm厚不锈钢板做框架，框架中间焊接带钯活性涂层的镍基电极网。阴极垫片2、4和阳极垫片6、8采用三元乙丙橡胶制作。离子膜5选用N966 全氟磺酸-羧酸复合离子膜。阳极室9F内置钛加热管功率为200瓦，测温点插口 9D插入 PtlOO热电偶，配相应控温仪。本实施例实验型氯碱离子膜电解槽电解条件电流密度3. OKA/m2 ；阳极液浓度 200克/L的NaCl溶液；阴极液浓度30% NaOH溶液；操作温度84_86°C。[0039]实施例3 实验型氯碱离子膜电解槽，结构如实施例1所述，所不同的是电解槽有效电解面积为120cm2，阴极室槽采用聚四氟乙烯材料加工制成，阳极室槽采用3mm厚钛板焊接制作。阴极室IC容积50mL，阳极室9F容积1200mL。阳极电极网板 7用Imm厚钛板做框架7C，框架中间焊接钛基电极网板7D。阴极电极网极板与阳极结构相同，但所用材料不同用Imm厚镍板做框架，框架中间焊接带钯活性涂层的镍基电极网。阴极垫片2、4和阳极垫片6、8采用三元乙丙橡胶制作。离子膜5选用F6801全氟磺酸-羧酸复合离子膜。阳极室9F内置钛加热管功率为200瓦，测温点插口 9D插入PtlOO热电偶，配相应控温仪。本实施例实验型氯碱离子膜电解槽电解条件电流密度5. 5KA/m2 ；阳极液浓度 205克/L的NaCl溶液；阴极液浓度32% NaOH溶液；操作温度84_86°C。实施例4 实验型氯碱离子膜电解槽，结构如实施例1所述，所不同的是电解槽有效电解面积为80cm2，阴极室槽采用PMMA有机玻璃制作，阳极槽采用4mm 厚钛板焊接制作。阴极室IC容积30mL，阳极室9F容积1400mL。阳极电极网板7用Imm厚钛板做框架7C，框架中间焊接钛基电极网板7D。阴极电极网极板与阳极结构相同，但所用材料不同用Imm厚不锈钢板做框架，框架中间焊接带铑活性涂层的镍基电极网。阴极垫片 2、4和阳极垫片6、8采用三元乙丙橡胶制作。离子膜5选用全氟磺酸-羧酸复合离子膜。 阳极室9F内置钛加热管功率为200瓦，测温点插口 9D插入PtlOO热电偶，配相应控温仪。本实施例实验型氯碱离子膜电解槽电解条件电流密度4. 5KA/m2 ；阳极液浓度 200克/L的KCl溶液；阴极液浓度30% KOH溶液；操作温度84_86°C。本实验型离子膜电解槽简单易控，操作方便，可用于离子膜电极的快速测试、离子膜的快速测试，包括电流密度-槽电压关系、电流效率、水传递系数的测定等。具体的测定方法为本领域专业人员公知公用技术，亦可查阅相关资料和专业文献，此处不再赘述。
权利要求1.实验型氯碱离子膜电解槽，其特征在于包括阴极室槽、阴极垫片、阴极电极网板、阴极垫片、离子膜、阳极垫片、阳极电极网板、阳极垫片和阳极室槽，依次通过法兰密封连接成为一体；阴极室槽侧面上设有氢气及碱液出口和纯水入口分别连通阴极室，阳极室槽上设有淡盐水及氯气出口、二次精制盐水入口、温度计插口、测温点插口 ；阳极室内置有钛加热管，阴极电极网板、阳极电极网板上均设有整流电源接口，分别与整流电源的负极、正极相连接。
2.根据权利要求1所述的实验型氯碱离子膜电解槽，其特征在于所述阴极垫片、阳极垫片均采用三元乙丙橡胶材料。
3.根据权利要求1所述的实验型氯碱离子膜电解槽，其特征在于所述阴极电极网板是由涂覆有活性涂层的钛金属网焊接在钛刚性框架内制作而成。
4.根据权利要求1所述的实验型氯碱离子膜电解槽，其特征在于所述阳极电极网板是由涂覆有活性涂层的镍金属网焊接在镍或不锈钢刚性框架内制作而成。
5.根据权利要求1所述的实验型氯碱离子膜电解槽，其特征在于阴极室槽和阴极室槽内分别是阳极室和阴极室，阳极室的容积与阴极室容积比为50-10 1。
6.根据权利要求1所述的实验型氯碱离子膜电解槽，其特征在于所述阴极室槽用不锈钢板或镍板焊接制作。
7.根据权利要求1所述的实验型氯碱离子膜电解槽，其特征在于所述阴极室槽用有机玻璃或聚四氟乙烯制作。
8.根据权利要求1所述的实验型氯碱离子膜电解槽，其特征在于所述阳极室槽用钛板焊接制作。
专利摘要本实用新型涉及一种实验型氯碱离子膜电解槽，包括阴极室槽、阴极垫片、阴极电极网板、阴极垫片、离子膜、阳极垫片、阳极电极网板、阳极垫片和阳极室槽，依次通过法兰密封连接成为一体；阴极室槽侧面上设有氢气及碱液出口和纯水入口分别连通阴极室，阳极室槽上设有淡盐水及氯气出口、二次精制盐水入口、温度计插口、测温点插口；阳极室内置有钛加热管，阴极电极网板、阳极电极网板上均设有整流电源接口，分别与整流电源的负极、正极相连接。本实验型离子膜电解槽利用电化学电解氯化钠、氯化钾以产生气体和强碱，简单易控，操作方便，可用于离子膜电极的快速测试、离子膜的快速测试。
文档编号C25B1/46GK201999996SQ20112004801
公开日2011年10月5日 申请日期2011年2月25日 优先权日2011年2月25日
发明者张恒, 张永明, 王学军, 高自宏 申请人:山东东岳高分子材料有限公司