一种电解法制备过硫酸铵的板式电解装置的制作方法

1.本实用新型涉及过硫酸铵制备的技术领域，尤其是涉及一种电解法制备过硫酸铵的板式电解装置。


背景技术：

2.工业过硫酸铵在化工、纺织、石油开采等领域有着广泛的用途，主要作为氧化剂、高分子聚合的助聚剂、纺织行业的脱浆剂、石油压裂液的添加剂等使用。
3.目前，工业生产过硫酸铵主要有电解法和蒽醌法，电解法因具有工艺操作简单、生产过程污染小、产品易分离等特点，成为应用最广泛的过硫酸铵制备方法。电解法由硫酸铵和硫酸配制成电解液，经除杂质后进行电解，hso4‑
在阳极放电而生成过二硫酸，再与硫酸铵反应生成过硫酸铵，当阳极液中过硫酸铵含量达到一定浓度，经过滤、结晶、离心分离、干燥制得过硫酸铵成品。阳极反应：2hso4‑
‑
2e
→
h2s2o8；阴极反应：2h
+
+2e
→
h2↑
；(nh4)2s2o4+h2s2o8→
(nh4)2s2o8+h2so4。现有技术中电解法制备过硫酸铵的电解装置常用的是板状隔膜分隔阴阳极室电解槽，包括：电解槽本体、阳极板、阴极板以及设置在所述阳极板和阴极板之间的电解隔膜，所述阳极板、阴极板和电解隔膜三者竖直且相互平行设置在电解槽本体内；国内电解法制备过硫酸铵常用的电解隔膜主要有离子膜和陶瓷隔膜两种。
4.由于过硫酸铵的制备需要较高的耐腐蚀、耐高温、透水性及较高的硬度的电解隔膜，而现有工艺存在的主要问题有：(1)陶瓷隔膜易碎，机械强度低，在安装及使用过程中易造成损坏，使用寿命短(约1年)，维修成本高，劳动强度大；(2)陶瓷隔膜孔隙不标准(板式，孔径0.45
‑
8微米)，会导致电解能耗增加，从而使得生产成本增加；(3)陶瓷隔膜厚度(5
‑
8mm)不均匀，导致许多隔膜在安装过程中破损，维修成本进一步增加；(4)氢气无组织排放，存在安全隐患；(5)阴极浓度不均匀，电解效率低下。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提供一种电解法制备过硫酸铵的板式电解装置，以解决现有的板式电解装置中氢气无组织排放，存在安全隐患；阴极液浓度不均匀，电解效率低；隔膜板在安装及使用的过程易损坏且电解能耗高的问题，本实用新型能够降低维修成本，延长使用寿命，提高电解效率，安全收集氢气，从而降低生产成本、提供安全性。
6.本实用新型提供一种电解法制备过硫酸铵的板式电解装置，采用如下的技术方案：
7.一种电解法制备过硫酸铵的板式电解装置，包括电解槽本体以及设置在所述电解槽本体内的电解单元；
8.所述电解单元包括：阳极、阴极和隔膜组件，所述隔膜组件由隔膜框架和隔膜板组成，所述隔膜框架为顶端开口结构的盒体，所述隔膜板设置为所述隔膜框架相互平行的两个侧壁的下段或中下段，所述阳极设置在所述隔膜组件内，所述阴极为两侧开口的u形结构，所述阴极套设在所述隔膜组件外侧，所述阴极的u形结构的两侧壁与所述隔膜板平行。
9.如上述的电解法制备过硫酸铵的板式电解装置，优选地，所述阳极为阳极盒，在与所述隔膜板相对的两侧焊接有阳极材料层。
10.如上述的电解法制备过硫酸铵的板式电解装置，优选地，所述电解装置还包括与所述电解槽本体上方开口相适配的盖件，所述盖件上开设有多个氢气收集孔。
11.如上述的电解法制备过硫酸铵的板式电解装置，优选地，所述电解装置还包括设置在所述电解槽本体内的多个隔板，多个所述隔板可将电解槽本体分隔成多个区域，每个区域内至少有一组电解单元；更优选地，所述电解槽本体的每个区域对应设置有阳极液进出口以及阴极液进出口。
12.如上述的电解法制备过硫酸铵的板式电解装置，优选地，每组所述电解单元包括多个阳极、多个阴极和隔膜组件；所述隔膜组件由一个隔膜框架和多个隔膜板组成，一个隔膜框架被分割成多个腔室，每个腔室内设置一个阳极、腔室外套设一个u形阴极，与所述隔板平行的腔室两侧壁的下段或中下段设置为隔膜板。
13.如上述的电解法制备过硫酸铵的板式电解装置，优选地，所述隔膜板为矩形碳化硅隔膜板。
14.如上述的电解法制备过硫酸铵的板式电解装置，优选地，所述隔膜板厚度为2.9
‑
3.1mm；更优选为3mm。
15.如上述的电解法制备过硫酸铵的板式电解装置，优选地，所述隔膜板的孔隙度为10
‑
20μm。
16.分析可知，与现有技术相比，本实用新型的优点和有益效果在于：
17.(1)通过将隔膜板设置为隔膜框架相互平行的两个侧壁，使得隔膜框架能够对隔膜板起到支撑固定的作用，减少隔膜板在安装和使用的过程中易损坏的现象，从而降低维修成本，进而降低生产成本；此外，碳化硅隔膜板既耐腐蚀又耐高温，不易变形、强度大，使用隔膜板的厚度和孔隙度满足本实用新型的要求，能够降低电解能耗和延长隔膜板的使用寿命，从而进一步降低成本。
18.(2)通过设置盖件，使其与电解槽本体形成密闭结构，同时在盖件上设置氢气收集孔，能够收集副产的氢气，减少车间内氢气的无组织排放，降低安全风险；
19.(3)设置隔板，将电解槽本体分割为多个电解区域，解决阴极液浓度不均匀，电解效率低的问题。
附图说明
20.图1是本实用新型实施例电解法制备过硫酸铵的板式电解装置的结构示意图；
21.图2是图1的俯视图；
22.图3是图1的左视图；
23.图4是本实用新型实施例电解法制备过硫酸铵的板式电解装置中隔膜组件的正视图；
24.图5是图4的俯视图；
25.图6是图4的左视图；
26.附图标记说明：1、盖件；2、电解槽本体；3、隔板；4、氢气收集孔；5、阳极；6、阴极；7、隔膜框架；8、隔膜板。
具体实施方式
27.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
28.在本实用新型的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型而不是要求本实用新型必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。本实用新型中使用的术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
29.本实用新型提供了一种电解法制备过硫酸铵的板式电解装置，包括电解槽本体2以及设置在所述电解槽本体2内的电解单元；所述电解单元包括：阳极5、阴极6和隔膜组件，所述隔膜组件由隔膜框架7和隔膜板8组成，所述隔膜框架7为顶端开口结构的盒体，所述隔膜板8设置为所述隔膜框架7相互平行的两个侧壁的下段或中下段，所述阳极5为单个且设置在所述隔膜组件内，所述阴极6为两侧开口的u形结构，所述阴极6套设在所述隔膜组件外侧，所述阴极6的u形结构的两侧壁与所述隔膜板8平行。
30.本实用新型中，隔膜板8能够将阳极5和阴极6分隔开来，防止两极接触造成短路，同时能够允许电解质中离子通过，并分别在阳极5和阴极6发生电解反应；隔膜框架7用于安装和固定隔膜板8且能够与隔膜板8组成隔膜组件，隔膜组件用于放置阳极5及存储阳极液；阳极5、隔膜板8以及阴极6的u形结构的两侧壁竖直且相互平行设置在电解槽本体2内，使得阴极6的u形结构的两侧壁能够共用一个阳极5，能够提高电解效率。
31.本实用新型中，通过将隔膜板8设置为所述隔膜框架7相互平行的两个侧壁的下段或中下段，使得隔膜框架7能够对隔膜板8起到支撑固定的作用，能够减少隔膜板8在安装和使用的过程中易损坏的现象，从而降低维修成本，进而降低生产成本。
32.在本实用新型的具体实施方式中，所述阳极5为阳极盒，在与所述隔膜板8相对的两侧焊接有阳极材料层。
33.本实用新型中，阳极5在与隔膜板8平行的两侧均焊接有阳极材料层，使得阳极盒与阴极6的u形结构能够组成双电极，从而提高电解效率。
34.在本实用新型的具体实施方式中，所述电解装置还包括与所述电解槽本体2上方开口相适配的盖件1，所述盖件1上开设有多个氢气收集孔4。
35.本实用新型中，电解槽本体2为顶端开口的壳体，盖件1盖设在电解槽本体2的开口处，与电解槽本体2形成密闭结构；通过在盖件1上开设氢气收集孔4，可在氢气收集孔4处连接管道从而收集电解过程产生的氢气，减少安全隐患。
36.在本实用新型的具体实施方式中，所述电解装置还包括设置在所述电解槽本体2内的多个隔板3，多个所述隔板3可将电解槽本体2分隔成多个区域，每个区域内至少有一组电解单元；更优选地，所述电解槽本体2的每个区域对应设置有阳极液进出口和阴极液进出口，比如阴极液进口可以设置在电解槽某一区域的侧壁上，阴极液出口可以设置在电解槽该区域的另一相对侧壁上，由此可根据情况将电解槽该区域中的阴极液从进口输入从出口
输出。阳极液进口可以设置在隔膜框架7的不包含隔膜板8的侧壁上，阳极液出口设置在隔膜框架7的另一相对侧壁上，可将阳极液的储存装置的输出管道出口与阳极液进口连通，从而实现阳极液的输入，同理实现阳极液的输出。
37.本实用新型中，多个隔板3可将电解槽本体2分隔成多个不同的区域，相较于一个区域的电解装置，隔板3的设置能够使得电解槽本体2的空间充分利用，能使阴极液分布更加均匀，从而提高电解效率。
38.在本实用新型的具体实施方式中，每组所述电解单元包括多个阳极5、多个阴极6和隔膜组件；所述隔膜组件由一个隔膜框架7和多个隔膜板8组成，一个隔膜框架7被分割成多个腔室，每个腔室内设置一个阳极5、腔室外套设一个u形阴极6，与所述隔膜板8平行的腔室两侧壁的下段或中下段设置为隔膜板8。
39.本实用新型中，通过将隔膜框架7设置成多个腔室，每个腔室两侧壁的下段或中下段设置为隔膜板8，每个腔室对应设置一个阳极5，腔室外套设一个u形阴极6，可使电解槽内形成多组电解单元，大大提高电解效率。
40.在本实用新型的具体实施方式中，所述隔膜板8为矩形碳化硅隔膜板8。
41.本实用新型中，将原来的陶瓷隔膜板8变为碳化硅隔膜板8，碳化硅隔膜板8具有耐腐蚀、耐高温、亲水性强、机械强度高等优点，在电解法制备过硫酸铵的过程中不易损坏，碳化硅隔膜板8的设置，能够减少隔膜板8的损坏，降低运行成本。
42.在本实用新型的具体实施方式中，所述隔膜板8厚度为2.9
‑
3.1mm；更优选为3mm。
43.本实用新型中，将隔膜板8的厚度限定在2.9
‑
3.1mm，更有利于电解质离子通过，同时降低电解能耗。
44.在本实用新型的具体实施方式中，所述隔膜板8孔隙度为10
‑
20μm。
45.本实用新型中，将隔膜板8的孔隙度由原来的0.45
‑
8μm变为10
‑
20μm，该孔隙度的设置能够使得隔膜板8的孔隙较为均匀，适合电解质中的离子通过，提高产品质量，同时，通过对隔膜板8的厚度和孔隙度进一步限定，能够降低电解能耗和延长隔膜板8的使用寿命，从而进一步降低成本。
46.综上，本实用新型提供一种电解法制备过硫酸铵的板式电解装置，其包括电解槽本体2以及设置在电解槽本体2内的电解单元，其中，电解单元包括阳极5、阴极6和隔膜组件，隔膜组件由隔膜框架7和隔膜板8组成，通过隔膜组件放置阳极5及存储阳极液，隔膜板8设置为所述隔膜框架7相互平行的两个侧壁的下段或中下段，隔膜框架7对隔膜板8起到固定支撑的作用，减小隔膜板8在安装和使用的过程中易损坏的现象，从而降低维修成本，进而降低生产成本；此外，采用耐腐蚀、耐高温的矩形碳化硅隔膜板8，又对隔膜板8的厚度和孔隙度进行进一步限定，能够降低电解能耗和延长隔膜板8的使用寿命，从而进一步降低成本。现结合具体实施例予以说明。
47.实施例
48.一种电解法制备过硫酸铵的板式电解装置，如图1所示，包括电解槽本体2及与电解槽本体2相适配的盖件1，盖件1盖设在电解槽本体2的开口处，与电解槽本体2形成密闭结构；盖件1上开设有多个氢气收集孔4，可在氢气收集孔4处外接管道，收集电解过程产生的氢气，密闭结构的电解装置相对以前敞口的电解装置，能够减少安全隐患。
49.需要说明的是，本实施例中电解槽本体2为顶部开口的矩形壳体，在其他实施例中
电解槽本体2也可为圆形、椭圆形等，电解槽本体2的大小及形状不受局限；氢气收集孔4的作用为收集电解过程中的氢气，氢气收集孔4的位置，大小及形状不受局限。
50.如图2所示，板式电解装置还包括设置在电解槽本体2内的隔板3，本实施例中，电解槽本体2内安装有一个隔板3，可将电解槽本体2分隔为两个不同的区域；隔板3的设置，相对以前一个区域的电解装置，两侧电解的阴极液浓度和中间阴极液的浓度趋于一致，阴极液分布更加均匀，提高电解效率。
51.需要说明的是，隔板3的作用为将电解槽本体2分隔成不同的区域，其中，隔板3的高度可以小于电解槽本体2或者与电解槽本体2的高度相同，使用时，电解槽内阴阳极电解液的高度均小于隔板3的高度，使得电解槽本体2通过隔板3相隔的两个区域内的阴阳极电解液互不连通；隔板3与电解槽本体2可为固定连接也可为可拆卸连接，隔板3的数量不受局限。
52.如图3
‑
6所示，板式电解装置还包括设置在电解槽本体2内的电解单元，电解单元可以是一套电解元件，也可以是一组包括多套电解元件的电解单元，本实用新型实施例中给出的是在一个电解槽中包含两组电解单元的电解装置，两组电解单元被隔板3隔开。各组电解单元包括五套电解元件，五套电解元件的隔膜框架7可以是一体结构，也可以是分开独立的，如果为一体结构，则是将一个大的隔膜框架7内部沿隔板3的走向分割成五个腔室，在本实施例中，隔膜框架7为上部开口的大盒体，其内部被分成五个大小相同的腔室，在进行电解反应时每个腔室之间通过隔膜框架7上开设的通孔相互连通，在输入阳极液或输出阳极液时每个腔室可以互相连通，从而阳极液从隔板3框架的一端输入，另一端输出；隔膜板8镶嵌在隔膜框架7相互平行的两个侧壁的中下段，每个侧壁上根据腔室的大小与数量对应镶嵌隔膜板8，即每个腔室中与隔板3平行的两侧壁的中下段设置为矩形碳化硅隔膜板8，本实施例中，每个与隔板3平行的整体侧壁上镶嵌有五块隔膜板8，且每块隔膜板8在隔膜框架7上呈间隔分布；隔膜框架7的每个腔室的底壁上均开设有卡槽，阳极5安装在隔膜框架7的每个腔室的卡槽内；阴极6为两侧开口的u形结构，阴极6套设在隔膜框架7的每个腔室的外侧，且每个阴极6的u形结构的两侧壁均与隔膜板8相互平行。
53.需要说明的是，本实施例中，阳极5为铂电极，阴极6为石墨电极，隔膜板8为矩形碳化硅隔膜板8，隔膜板8的厚度为3mm，隔膜板8的孔隙度为10
‑
20μm；隔膜框架7内部被分成的腔室的数量和形状不受限制；本实施例中，隔板3将电解槽本体2分隔成两个区域，每个区域内均设置有两组隔膜组件，每组隔膜组件被分成五个大小形同的腔室，每个腔室对应设置有一组阳极5和一组阴极6。
54.以下以电解法制备过硫酸铵的具体工艺为例简单说明本实用新型的板式电解装置的具体使用形式。电解法制备过硫酸铵的工艺主要包括以下步骤：
55.(1)阴极电解液配料准备：将阴极地罐加水，缓慢加入硫酸，待酸度1.0～1.3mol/l打至阴极高位槽，经电解槽流回阴极地罐内，加硫酸调节酸度到1.0～1.3mol/l；
56.(2)阳极电解液配料准备：将离心母液打至配料岗位二次配料1#罐，将浓缩出来的湿料硫酸铵投入1#罐中，开启搅拌一段时间后，此溶液通过管道流入二次配料2#罐内，开启打液泵将此溶液打入阳极高位槽，硫酸铵含量应控制在460～490g/l；
57.(3)分别开启阴阳极打液泵，将配料岗位准备的阴阳极电解液打入阴阳极高位槽内，打开高位槽放液底阀，打开电解槽阴阳极加料小阀门，使阴阳极电解液均匀流入电解槽
内的相应位置，开启循环水进出口阀门以保证电解温度，调整整流柜电压后，调节循环水的大小以控制温度在35～45℃之间，调整阴阳极流速，使阴极液出口溶液ph值控制在1～2；
58.(4)阳极电解回流液回流至4#投料釜，在这里完成一次配料，投硫酸铵，边搅拌边投料，使料充分溶解，此溶液流入3#配料釜内，经溢流管流入4#投料罐内，通氨至ph值7为以下，开启打液泵，打溶液经过滤器去结晶；
59.(5)阴极电解回流液回流至1#配酸地罐内，加酸加水至酸度1.0～1.3mol/l，打回阴极高位槽往复循环使用；
60.(6)从过滤器打过来的结晶液接至1#罐内搅拌横梁时开启搅拌，直至打满整罐液后，改口开启2#罐接液阀门，关闭1#进液阀门，同时开启1#进出口降温盐水阀门，匀速降温至
‑
7～0℃时，关闭盐水进出口阀门，待2#罐打满液后，开启2#进出口盐水阀门，为2#降温，如此循环结晶温度降至
‑
7～0℃后，通知离心岗位人员准备下料；
61.(7)待结晶降到温度后，打开结晶釜釜底阀门，将料液分次放入离心机内进行离心，湿品接入料车进行烘干。
62.在本实施例中，碳化硅隔膜板基本无损耗；电耗由原来的2580降至2360。
63.按照年产10000吨过硫酸铵、电0.54元/度。本实用新型年可实现经济效益如下：
64.1)年可节省(2580
‑
2360)*10000＝220万度，可增加效益220万*0.54＝118.8万元/年；
65.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。