一种无膜法电解低浓度盐水的次氯酸钠生产工艺及装置的制作方法

本发明涉及盐水电解相关技术领域，涉及一种无膜法电解低浓度盐水的次氯酸钠生产工艺及装置，主要应用于水处理消毒。

背景技术：

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

次氯酸钠的分子式是naclo，是一种广谱高效消毒剂，广泛应用于饮用水消毒、污水处理、畜禽养殖场消毒等场所。无膜法次氯酸钠发生器是将一定浓度的稀盐水进行电解形成次氯酸钠溶液，因其原料采购方便，操作安全，使用方便，目前得到广泛应用。次氯酸钠发生器电解主反应过程可用以下方程式来表示：

总反应：nacl+h2o+电→naclo+h2↑

阳极：2cl^--2e＝cl2↑

阴极：2h2o+2e＝h2↑+2oh-

极间：cl2+h2o＝hcl+hclo

hclo+naoh＝naclo+h2o

盐耗和电耗决定着无膜电解法次氯酸钠发生器的运行成本。目前国内降低盐耗的方法是在质量分数3-4％的盐水浓度下，增大电流，提高电解槽出液口的有效氯浓度，有效氯浓度越高，盐耗越低，但是发明人发现：在国内现有次氯酸钠发生器技术条件下过分的追求高有效氯浓度(＞0.8％)带来很多弊端：

(1)理论上来说电流越大，有效氯浓度越高，但是国内次氯酸钠发生器阴极多为纯钛阴极，这种电极材料具有较高的析氢过电位，随着电流密度升高，析氢过电位增大，同时国内多采用极间距3mm左右，导致电极之间的溶液电阻也会增大，二者综合作用使槽压升高，电耗增大，不仅用电成本增加，同时整体的电解槽发热量也会变大，电解槽内温度升高，次氯酸钠分解速度加快，导致电流效率降低。

(2)电解槽整体发热量增大，需要额外增加热交换设备，增大了设备的成本。

(3)次氯酸钠容易在阳极被氧化和阴极被还原，并且属于传质过程控制，即次氯酸钠浓度越高，次氯酸钠越容易往阴阳极扩散，在阴阳极发生如下反应的概率越高。

阳极：6clo^-+3h2o→2clo3^-+4cl^-+6h⁺+2o2+6e(1)

阴极：clo^-+h2o+2e→cl^-+2oh^-(2)

由化学反应式(1)和(2)可看出，次氯酸钠在阴阳极发生副反应，不仅会导致电流效率进一步降低，同时氯酸根含量也会随着升高。

(4)采用现有技术生产出来的次氯酸钠溶液含盐度较大，限制了电解法次氯酸钠的在循环水等领域的应用。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提出了一种无膜法电解低浓度盐水的次氯酸钠生产工艺及装置，即电解低浓度的盐水，采用隔板密封装置使大部分电解液能够流经电解槽单元小室，增加补水工艺对电解槽内部进行降温，同时降低阴阳极之间的极间距，引入高催化钛基金属氧化物析氢电极来降低槽压，达到盐耗和电耗均衡，减小电解槽发热量，降低次氯酸钠溶液中的含盐度，大幅度的降低电解法次氯酸钠生产的运行成本。

为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一个方面，提供了一种无膜法电解低浓度盐水的次氯酸钠生产工艺及装置，包括：

将饱和盐水与软化水中的稀释水混合，得到稀盐水；同时，软化水中的补水直接进入电解装置；

所述稀盐水与补水在电解槽进行混合，最后流出电解装置；

待电解装置满液后，开始电解；

电解后的次氯酸溶液和和氢气的气液混合物同时进入储存装置，鼓入空气将产生的氢气稀释至1％以下进行排放；

所述软化水由稀释水与补水组成。

本发明与国内现有生产工艺相比，该生产工艺可使盐耗降低25％左右，降低电耗10％左右，次氯酸钠溶液中含盐度降低30％左右，不仅扩展了电解法次氯酸钠的应用领域，同时大幅度降低了设备的运行成本。

本发明的第二个方面，提供了任一项上述的方法制备的次氯酸钠。所述制备的次氯酸钠浓度为0.8％左右，达到盐耗和电耗均衡，减小电解槽发热量，降低次氯酸钠溶液中的含盐度，大幅度的降低电解法次氯酸钠生产的运行成本。

本发明的第三个方面，提供了一种无膜法电解低浓度盐水的次氯酸钠生产装置，包括：电解装置，所述电解装置为无隔膜式透明管板式电解槽。

本发明采用隔板密封装置使大部分电解液能够流量电解槽单元小室，增加补水工艺对电解槽内部进行降温，同时降低阴阳极之间的距离，引入高催化钛基金属氧化物析氢电极来降低槽压，达到盐耗和电耗均衡，减小电解槽发热量。

本发明的有益效果在于：

(1)与国内现有生产工艺相比，该生产工艺可使盐耗降低25％左右，降低电耗10％左右，次氯酸钠溶液中含盐度降低30％左右，不仅扩展了电解法次氯酸钠的应用领域，同时大幅度降低了设备的运行成本。

(2)本发明的方法简单、成本低、实用性强，易于推广。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明实施例1的工艺流程图；

图2是本发明实施例1的电解槽结构图及电解液流向图；

图3是本发明实施例1的电解槽a-a剖视图；

图4是本发明实施例1与国内现有产品生产工艺及装置(对比例)相同电解条件下进行盐耗、电耗、次氯酸钠溶液中含盐度测试对比表；

其中，1、电解槽进液口，2、电解槽补水进口，3、电解槽出液口，4、隔板密封装置，5、气体通道，6、电极固定板，7、电解液流向示意图，8、电解槽外壳，9、隔板密封固定装置，10、电解槽接线铜排，11、阴极，12、阳极，4-1、隔板，4-2、氢气出口，4-3、密封圈，4-4、固定孔，4-5、电极卡槽，4-6、固定板。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

一种无膜法电解低浓度盐水的次氯酸钠生产工艺及装置，它包括下列步骤：

(1)将饱和盐水和软化水按一定的流量比配比制备低浓度盐水，其中软化水流量分为稀释水和补水两部分，用浓盐泵和软水泵将饱和盐水和稀释水先混合得到一定浓度的盐水，同时另一部分补水直接进入电解槽。先混合的盐水进入电解槽后在电解槽内部与后来的补水进行混和，最后流出电解槽。

(2)待电解槽满液后，启动电解电源开始电解。

(3)电解后的一定浓度次氯酸溶液和氢气等气液混合物同时进入储罐，此时开启风机，风机鼓入空气将产生的氢气稀释至1％以下进行排放。

在一些实施例中，所述饱和盐水流量v1和软水流量v2比例为1:15.5，此时二者最终混合得到的稀盐水浓度为质量分数2％，即未电解时出液口的盐水浓度为2％。

在一些实施例中，所述软水流量v2等于稀释水流量v3、补水流量v4之和，稀释水流量v3和补水流量v4比例为1:1，以通过增加补水工艺对电解槽内部进行降温。

在一些实施例中，所述电解槽为无隔膜透明管板式电解槽，便于观察电解槽内部反应情况。

在一些实施例中，所述无隔膜透明管板式电解槽阴阳极之间的极间距为1-1.5mm。降低电极之间的溶液电阻，使槽压下降，减少电耗和发热量。

在一些实施例中，所述无隔膜透明管板式电解槽内部含有隔板密封装置。本发明中，通过增加隔板密封装置将电解槽分割为多个单元小室，主要作用是将电解分为若干个单元小室，让盐水尽量的从电极之间流过；同时，通过隔板密封装置的设置还能与补水降温工艺、高催化阴极共同作用来降低盐耗电耗及含盐度，具体数据见图4。

在一些实施例中，所述隔板密封装置包括氢气通道，电解单元小室隔板，密封圈，电极卡槽，电极固定板卡槽，以便于安装和制作，提高分割效果。

在一些实施例中，所述无隔膜透明管板式电解槽阴极部分采用高催化钛基金属氧化物析氢电极，以获得较优的催化活性，提高电解效率。

本申请中对高催化钛基金属氧化物析氢电极涂层组成并不作特殊的限定，因此，在一些实施例中，所述高催化钛基金属氧化物析氢电极涂层成分为氧化钌、氧化铱、氧化镍、氧化钼、氧化铈、氧化镧其中的一种或多种，以获得较优的催化活性和电极稳定性。

在一些实施例中，所述制备的次氯酸钠浓度为0.8％左右。达到盐耗和电耗均衡，减小电解槽发热量，降低次氯酸钠溶液中的含盐度，大幅度的降低电解法次氯酸钠生产的运行成本。

下面结合具体的实施例，对本发明做进一步的详细说明，应该指出，所述具体实施例是对本发明的解释而不是限定。

实施例1：

如图1所示，一种无膜法电解低浓度盐水的次氯酸钠生产工艺，它包括下列步骤：将饱和盐水和软化水按流量比1:15.5进行配比制备质量分数2％的盐水，其中软化水流量分为稀释水和补水两部分，二者的流量比为1:1，其中稀释水的作用是与饱和盐水混合得到一定浓度的盐水进入电解槽。补水的作用是给电解槽内部进行降温，同时维持整个系统最终的电解液浓度为2％，即电解槽出口的盐水浓度为质量分数2％。待电解槽满液后，启动电解电源进行电解，得到的次氯酸钠溶液与氢气混合物从电解槽出液口3进入储罐，风机开启鼓入新鲜空气将氢气稀释到1％以下排出。

如图2，本工艺采用的是无膜式透明管板电解槽，主要包括电解槽进液口1、补水进液口2、电解槽出液口3、隔板密封装置4、电极固定板6、电解槽外壳8、隔板密封固定装置9及电解槽接线铜排10。如图3所示，隔板密封装置又包括隔板4-1、氢气出口4-2、密封圈4-3、固定孔4-4、电极卡槽4-5、电极固定板卡槽4-6。隔板密封装置将电解槽内部分为单元电解小室ⅰ、ⅱ、ⅲ、ⅳ、ⅴ、ⅳ，密封圈4-3与电解槽外壳8之间形成密封，阻止电解液从隔板密封装置与外壳内壁之间流过，使得大部分液体从阴阳极间流过，提高了盐水的利用率，具体液体流向如图2中的电解液流向示意7所示，稀释水与饱和盐水混合得到一定浓度的盐水先由电解槽进液口1进入电解槽依次流经单元电解小室ⅰ、ⅱ、ⅲ，后在单元电解小室ⅳ与从电解槽补水进口进入的补水混合，依次流过单元电解小室ⅴ、ⅳ，后经过电解槽出液口3流出电解槽。电解启动后，产生的氢气通过气体通道5与次氯酸钠溶液一起经由电解槽出液口3进入储罐，完成整个电解过程。隔板密封装置4中的电极卡槽4-5主要作用是固定阴极11和阳极12，可以通过调节电极卡槽4-5之间的距离来调节极间距，本实施例的极间距为1.2mm，与国内常规电解槽极间距3mm相比，降低了溶液电阻，降低了电耗。同时阴极11采用高催化钛基金属氧化物析氢电极(购自宝鸡亿科金属材料有限责任公司)，其中涂层成分由氧化钌、氧化铱、氧化镍、氧化钼组成。与国内常规纯钛阴极相比，大大的降低了析氢过电位，提高了整个电解槽的电解效率。

对上述实施例与国内现有产品生产工艺及装置相同电解条件下进行盐耗、电耗、次氯酸钠溶液中含盐度测试对比，结果如图4所示。

实施例2：

一种无膜法电解低浓度盐水的次氯酸钠生产工艺，它包括下列步骤：将饱和盐水和软化水按流量比1:12进行配比制备质量分数2％左右的盐水，其中软化水流量分为稀释水和补水两部分，二者的流量比为1:1.1，其中稀释水的作用是与饱和盐水混合得到一定浓度的盐水进入电解槽。补水的作用是给电解槽内部进行降温，同时维持整个系统最终的电解液浓度为2％左右，即电解槽出口的盐水浓度为质量分数2％左右。待电解槽满液后，启动电解电源进行电解，得到的次氯酸钠溶液与氢气混合物从电解槽出液口3进入储罐，风机开启鼓入新鲜空气将氢气稀释到1％以下排出。

本工艺采用的是无膜式透明管板电解槽，主要包括电解槽进液口1、补水进液口2、电解槽出液口3、隔板密封装置4、电极固定板6、电解槽外壳8、隔板密封固定装置9及电解槽接线铜排10。隔板密封装置又包括隔板4-1、氢气出口4-2、密封圈4-3、固定孔4-4、电极卡槽4-5、电极固定板卡槽4-6。隔板密封装置将电解槽内部分为单元电解小室ⅰ、ⅱ、ⅲ、ⅳ、ⅴ、ⅳ，密封圈4-3与电解槽外壳8之间形成密封，阻止电解液从隔板密封装置与外壳内壁之间流过，使得大部分液体从阴阳极间流过，提高了盐水的利用率，稀释水与饱和盐水混合得到一定浓度的盐水先由电解槽进液口1进入电解槽依次流经单元电解小室ⅰ、ⅱ、ⅲ，后在单元电解小室ⅳ与从电解槽补水进口进入的补水混合，依次流过单元电解小室ⅴ、ⅳ，后经过电解槽出液口3流出电解槽。电解启动后，产生的氢气通过气体通道5与次氯酸钠溶液一起经由电解槽出液口3进入储罐，完成整个电解过程。隔板密封装置4中的电极卡槽4-5主要作用是固定阴极11和阳极12，可以通过调节电极卡槽4-5之间的距离来调节极间距，本实施例的极间距为1mm，与国内常规电解槽极间距3mm相比，降低了溶液电阻，降低了电耗。同时阴极11采用高催化钛基金属氧化物析氢电极(购自宝鸡亿科金属材料有限责任公司)，其中涂层成分由氧化钌、氧化铱、氧化镍、氧化钼组成。与国内常规纯钛阴极相比，大大的降低了析氢过电位，提高了整个电解槽的电解效率。

实施例3：

一种无膜法电解低浓度盐水的次氯酸钠生产工艺，它包括下列步骤：将饱和盐水和软化水按流量比1:16进行配比制备质量分数2％左右的盐水，其中软化水流量分为稀释水和补水两部分，二者的流量比为1:1.2，其中稀释水的作用是与饱和盐水混合得到一定浓度的盐水进入电解槽。补水的作用是给电解槽内部进行降温，同时维持整个系统最终的电解液浓度为2％左右，即电解槽出口的盐水浓度为质量分数2％左右。待电解槽满液后，启动电解电源进行电解，得到的次氯酸钠溶液与氢气混合物从电解槽出液口3进入储罐，风机开启鼓入新鲜空气将氢气稀释到1％以下排出。

本工艺采用的是无膜式透明管板电解槽，主要包括电解槽进液口1、补水进液口2、电解槽出液口3、隔板密封装置4、电极固定板6、电解槽外壳8、隔板密封固定装置9及电解槽接线铜排10。隔板密封装置又包括隔板4-1、氢气出口4-2、密封圈4-3、固定孔4-4、电极卡槽4-5、电极固定板卡槽4-6。隔板密封装置将电解槽内部分为单元电解小室ⅰ、ⅱ、ⅲ、ⅳ、ⅴ、ⅳ，密封圈4-3与电解槽外壳8之间形成密封，阻止电解液从隔板密封装置与外壳内壁之间流过，使得大部分液体从阴阳极间流过，提高了盐水的利用率，稀释水与饱和盐水混合得到一定浓度的盐水先由电解槽进液口1进入电解槽依次流经单元电解小室ⅰ、ⅱ、ⅲ，后在单元电解小室ⅳ与从电解槽补水进口进入的补水混合，依次流过单元电解小室ⅴ、ⅳ，后经过电解槽出液口3流出电解槽。电解启动后，产生的氢气通过气体通道5与次氯酸钠溶液一起经由电解槽出液口3进入储罐，完成整个电解过程。隔板密封装置4中的电极卡槽4-5主要作用是固定阴极11和阳极12，可以通过调节电极卡槽4-5之间的距离来调节极间距，本实施例的极间距为1.5mm，与国内常规电解槽极间距3mm相比，降低了溶液电阻，降低了电耗。同时阴极11采用高催化钛基金属氧化物析氢电极(购自宝鸡亿科金属材料有限责任公司)，其中涂层成分由氧化钌、氧化铱、氧化镍、氧化钼组成。与国内常规纯钛阴极相比，大大的降低了析氢过电位，提高了整个电解槽的电解效率。

最后应该说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。上述虽然对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。