专利名称：复极式离子膜电解装置的制作方法
技术领域：
本发明属于电解装置，尤其与复极式离子膜电解装置有关。
在电解工业中，尤其是氯碱工业中的电解碱金属氯化物水溶液，一般都推荐使用离子膜法电解装置，以复极式电解装置而论，它包括多个单元电解槽、两个端部半单元电解槽、设置在单元电解槽之间的阳极衬垫、阴极衬垫和离子交换膜及将多个单元电解槽串联起来的前、后端头和侧杆，这类电解装置中使用的单元电解槽有不同的结构，有一种复极式单元电解槽是采用一块爆炸复合的三层复合板连接两个极性相反的两个反应室，四周用不锈钢和爆炸复合的钛-钢二层复合板的焊接件围成边框，用这种单元槽形成的电解装置的不足之处是三层复合板造价太高，为了降低造价，还有一种单元电解槽，它是用整板制成由带钩凸缘、构架壁和间壁构成的盘状构件，两盘状构件背靠背配置，用条形构架插在各构件的带钩凸缘和构架壁之间，从而形成两个反应室，这种单元电解槽的不足之处是刚度和强度较低，结构易发生变形;盘状构件的成形加工精度要求极高，需专用设备;此外，密封不易保证，在工作过程中容易发生泄漏及带动内部构件变形。
本发明的目的是要设计一种复极式离子膜电解装置，这种装置中各部件易于加工成形、成本低、密封可靠、在电解过程中不易变形和泄漏。
本发明的复极式离子膜电解装置包括多个单元电解槽、两个端部半单元电解槽、设置在单元电解槽之间的阳极衬垫和阴极衬垫和离子交换膜及将多个单元电解槽串联起来的连接件，单元电解槽由背靠背配置的、在电上连接的阴极盘和阳极盘、由四个边框条构成的框架、通过导电肋条焊接到阴阳极盘上的阴极和阳极组成，阴极盘和阳极盘为四周带侧壁的盘状构件，边框条由一端带两侧凹槽的边框条本体、适配在两侧凹槽中的夹板条、在边框条本体的一端与夹板条固定连接的阳极密封件组成，在相对的边框条上连接有供电解液和电解产品流通的进出管口，阴极盘的四周与边框条本体固定连接，阳极盘的四周与阳极密封件固定连接。
端部半单元电解槽分为阳极端部半单元电解槽和阴极端部半单元电解槽，端部半单元电解槽由极盘，由四个边框条构成的框架、通过导电肋条焊接到极盘上的电极，设置在极盘背侧在电上连接的安装板组成，阳极端部半单元电解槽中的边框条由一端带两侧凹槽的边框条本体、适配在两侧凹槽中的夹板条、在边框条本体的一端与夹板条固定连接的阳极密封件组成，阳极盘的四周与边框条中的阳极密封件固定连接，阴极端部半单元槽中的边框条由边框条本体及在端部与边框条本体固定连接的阴极密封件组成，阴极盘的四周与阴极密封件固定连接。
为了进一步降低成本，防止阴极介质的腐蚀，在边框条本体的另一端还有与边框条本体固定连接的阴极密封件，阴极盘与阴极密封件固定连接。
为了改善阴极盘和阳极盘之间的导电性，在阴阳极盘之间还有导电板。
为了进一步提高单元电解槽的刚度和强度，在阴阳极盘之间还有两端插接在边框条本体内的支承板。
为了防止端部半单元电解槽中极盘与安装板在焊接时发生焊漏，在极盘和安装板之间还有连接板。
本发明设计的复极式离子膜电解装置具有下述优点。
1.装置中的单元电解槽不易变形、配合精度高，这是由于采用了组合式边框条结构，不仅成本低、可满足阴阳极材质不同的焊接要求，而且所形成的框架为刚性构件，在使用中不易变形，也不会带动阴阳极盘变形，而且两端的密封件可以通过机加工达到精确的尺寸要求，保证极距的尺寸。
2.装置中的各部件易于加工，尤其是阴阳极盘，用一般设备即可成形。
3.密封可靠，不易泄漏。
4.刚度和强度好。
图1是本发明设计的复极式离子膜电解装置的结构示意图。
图2是单元电解槽的正视图。
图3是图2的俯视图。
图4是阳极端部半单元电解槽的结构图。
图5是阴极端部半单元电解槽的结构图。
图6是阴(阳)极盘的剖视图。
图7是单元电解槽中的边框条的立体图。
下面将结合附图对本发明的实施方式及其效果作进一步的描述。
图1是本发明设计的复极式离子膜电解装置的结构示意图。它包括多个单元电解槽27，两个端部半单元电解槽24、25，设置在单元电解槽之间的阳极衬垫22和阴极衬垫21及离子交换膜23，及将单元电解槽和半单元电解槽串联起来的连接件，如前端头17、后端头18、活动端头19和侧杆20组成，在端部半单元电解槽上连接有电缆26，各单元电解槽上的进出口还与阴、阳极的入出口总管连接，单元电解槽的结构见图2～图3。它由背靠背配置的、在电上连接的阴极盘1和阳极盘2，由四个边框条构成的框架3、通过导电肋条4焊接到阴阳极盘上的阴极5和阳极6组成，阴极盘1可以用镍、不锈钢或这些金属的合金板材加工而成，可以是整体结构，也可以裁剪后四角焊接而成，阴极盘中的导电肋条可用阴极盘的相同材料制成，阴极5可采用阴极盘相同的材料，在其表面进行活化处理，也可采用表面涂以镭铌镍涂层的不同材质，这些材料都可沿用通常使用的电解装置中用的阴极材料，阴极盘与阴极之间的空间即为阴极室，阳极盘2可以采用钛或钛合金，其加工方法可与阴极盘的加工方法一样，阳极6可以使用任何一般，电解碱金属氯化物水溶液所使用的阳极材料，如钛、或钛合金，并再在这些材料表面涂以含钌、钛、铱等元素的活性层，阳极盘和阳极之间的空间为阳极室，阳极室内的导电肋条也与阳极盘的材料相同，阴极盘1和阳极盘2之间在电上连接，它们可以靠两盘底部紧密接触或在两盘之间加入导电板7后焊接实现电连接，加入导电板7再将阴阳极盘与导电板7焊接连成一体，则有更好的导电效果，阴阳极盘上均应分别连有进出管口(见图6)，框架3是由四个边框条构成的，各边框条之间可以采用焊接、螺钉连接等连接方式，边框条的结构见图7，它由边框条本体9、适配在边框条本体两侧凹槽中的两根夹板条10、11、在边框条本体一端与两根夹板条10、11固定连接的阳极密封件12、在另一端固定连接的阴极密封件13组成，边框条本体可以使用价廉的普通碳钢，阳极密封件12和夹板条10、11一般使用与阳极盘相同的材料，以便实现与阳极盘2之间的焊接，夹板条10、11与边框条本体间可采用螺钉连接、粘接等连接方式，而阴极密封件13一般使用与阴极相同的金属材料，它们与碳钢制成的边框条本体是很容易焊接在一起的，如果边框本体也使用不锈钢等材料制成，则阴极密封件就可以不需要，阴极盘就可直接焊接到边框条本体上，然后将四根这样的边框条按设计尺寸连接构成一个框架，可以看到这种结构的框架本身就是一种刚性结构，在使用中是不会变形的，而且根据极距的需要可分别对阴极密封件和阳极密封件的表面进行机加工，以便达到表面粗糙度和尺寸的要求，框架上应有相应的电解液和电解产品流通管口的进出口，在此框架内再安装阴阳极盘、导电板及支承板，并根据要求将导电板和阴阳极盘焊接在一起，再在阴阳极盘内焊入导电肋板和阴极、阳极，这就构成了单元电解槽。
阳极端部半单元电解槽的一种结构见图4，它由阳极盘42、由四个边框条构成的框架、通过导电肋条焊接到阳极盘42上的阳极、与阳极盘42电连接的安装板413组成。为了提高半单元电解槽的刚度，在边框条一端设有盖板415及设置在盖板415和安装板413之间的支承筋条414，阳极盘和安装板之间电连接，边框条由一端带两侧凹槽的边框条本体49、适配在凹槽中的两个夹板条411、412及在边框条一端与夹板条412、412固定连接的阳极密封件412组成，阳极盘42的四周与边框条中的夹板条固定连接，阳极端部半单元电解槽的一种结构见图5，与阳极端部半单元电解槽不同之处是，边框条由边框条本体59和在一端与边框条本体固定连接的阴极密封件513组成，阴极盘51的四周与阴极密封件513固定连接，为了防止极盘与安装板在焊接时发生焊漏，在它们之间可加设连接板514，先将连接板与极盘焊接在一起，然后再将连接板与安装板之间采用塞焊连接在一起，端部半单元电解槽中各个部件所用的材料与单元电解槽中的相同，根据使用和设计的要求确定单元电解槽的数量，在各单元电解槽之间设置离子交换膜及阳极衬垫或阴极衬垫，顺序配置就可构成本发明的电解装置，各单元电解槽之间的配置方法、配置步骤可沿用本技术领域中常用的各种方式，离子交换膜可以选用通常使用的各种型号，衬垫可以是橡胶垫片，如乙丙橡胶等，阳极盘和阴极盘分别用1.5毫米厚和2毫米厚的板材，采用压弯成形，四周焊接而成，导电肋条每隔9.5厘米间距焊在盘的内侧，各导电肋条上有直径12毫米的孔20个，供电解液和电解产品通过，阳极是1.2毫米厚的钛板制成的多孔板或网孔板，即可以在板上打多个孔，也可以是板材拉网轧平形成的网轧，然后再涂以活性层，阴极是用1.5毫米的不锈钢板制成的多孔板或网孔板，导电板是钢和钛的复合板，用点焊将其分别与阴、阳极盘焊在一起，支承板用一般钢板条，导电板和支承板的厚度均为4毫米，阴阳极盘的尺寸为长×宽×高＝2356×1156×26毫米，98对单元电解槽构成的电解装置用于电解食盐水生产烧碱和氯气，按照阳极物料进口NaCl浓度305g/l，出口180g/l，阴极物料NaOH入口浓度30%，出口32%的工艺进行，结果如下电流效率97%、单元电解槽槽电压3.15～3.2V，直流电耗≤2250KWH/t 100%NaOH，在使用中，由于装置的刚性和耐温较好，因此不会发生变形、泄漏;由于极距精度高，在使用中不会变化，所以槽电压稳定;即使过程中因各种原因压差增大时，单元槽也不会变形，更不会破坏离子膜。
权利要求
1.一种复极式离子膜电解装置，它包括多个单元电解槽、两个端部的半单元电解槽、设置在单元电解槽之间的阳极衬垫和阴极衬垫及离子交换膜、将多个电解槽串联起来的连接件，所说的单元电解槽包括背靠背配置的、在电上连接的阴极盘和阳极盘、框架、通过导电肋条焊接到阴阳极盘上的阴极和阳极，其特征是所说的阴极盘和阳极盘为四周带侧壁的盘状构件，侧壁上有进出口，所说的框架由四个边框条构成，所说的边框条由一端带两侧凹槽的边框条本体、适配在两侧凹槽中的夹板条、在边框条本体的一端与夹板条固定连接的阳极密封件组成，在相对边框条上连接有进出管口，所说的阴极盘的四周与边框条本体固定连接，所说的阳极盘的四周与阳极密封件固定连接。
2.按权利要求1所说的复极式离子膜电解装置，其特征是在边框条本体的另一端还有与边框条本体固定连接的阴极密封件，所说的阴极盘的四周与阴极密封件固定连接。
3.按权利要求2所说的复极式离子膜电解装置，其特征是在所说的阴阳盘之间还固定连接有导电板。
4.按权利要求1或2或3所说的复极式离子膜电解装置，其特征是在所说的阴阳盘之间还有两端插接在边框条本体内的支承板。
5.按权利要求4所说的复极式离子膜电解装置，其特征是所说的端部的半单元电解槽包括极盘、由四个边框条构成的框架、通过导电肋条焊接到极盘上的电极、设置在极盘背侧的在电上连接的安装板，所说的阳极端部半单元电解槽中的边框条由一端带两侧凹槽的边框条本体、适配在两侧凹槽中的夹板条、在边框条本体的一端与夹板条固定连接的阳极密封件组成，所说的极盘是阳极盘，它的四周与阳极密封件固定连接，所说的阴极端部半单元电解槽中的边框条由边框条本体和在端部与边框条本体固定连接的阴极密封件组成，所说的极盘是阴极盘，它的四周与阴极密封件固定连接。
6.按权利要求5所说的复极式离子膜电解装置，其特征是在极盘与安装板之间还有连接板。
全文摘要
本发明属于复极式离子膜电解装置，它由多个单元电解槽顺序串联配置而成，单元电解槽由背靠背配置的、在电上连接的阴极盘和阳极盘，由四个边框条构成的框架、通过导电肋条焊接到阴阳极盘上的阴极和阳极组成，由于各单元电解槽采用组合式、刚性结构，又可实现二次机加工，因此本装置成本低、不易变形和泄漏、各部件易于加工成型、工作稳定。
文档编号C25B1/46GK1105714SQ94100649
公开日1995年7月26日 申请日期1994年1月20日 优先权日1994年1月20日
发明者邢家梧, 甘锁才, 冯忠贵 申请人:北京化工机械厂