一种电极室、电极板框及复极式电解槽的制作方法

本发明属于电解技术领域，具体涉及一种电极室、电极板框及复极式电解槽。

背景技术：

电解是将电流通过电解液，在阳极和阴极上引起氧化还原反应的过程，具体说是利用在作为电子导体的电极与作为离子导体的电解液的界面上发生的电化学反应的过程，电解过程已广泛应用于有色金属冶炼、氯碱和无机盐生产以及有机化学合成等行业。影响电解过程优劣的主要标准是单位产品电耗，其高低取决于电解过程的电流效率和电压效率。

电解过程必须具备电解液、电解槽、直流电供给系统、分析控制系统等，其中电解槽是电解所用主体设备，可分为隔膜电解槽和无隔膜电解槽，其中隔膜电解槽用隔膜将阳极室和阴极室隔开，隔膜电解槽又可分为均向膜(石棉绒）、离子膜及固体电解质膜等形式。其中离子膜电解槽是利用离子交换膜将单元电解槽分隔为阳极室和阴极室，使电解产品分开的一种新技术。根据供电方式的不同，分为复极式和单极式两种。复极式电解槽的各单元电解槽串联连接，电解槽的总电压为各个单元电解槽的电压之和，为低电流高电压运行，与单极槽相比电流是轴向输入，因此电流分布均匀，膜利用率比单极槽高，电流效率和电压效率高，适用于大形生产，在电解水、氯碱行业、有机电合成行业中应用较多。

复极式电解槽采用较多的为板框式电解槽，由很多单元反应器重叠并加压密封而成，数量可达100个以上，每一个单元反应器都包括电极、板框、隔膜，电解液从电极与板框之间或电极与隔膜之间形成的密闭的电极室内流过，不需要另外制作反应槽体。

电解液在经过电极室时，由于液体很难保持均匀一致的流速，容易出现流量不均、电解液浓度分布不均匀或者死角的现象，不仅使电极上的电流分布不均，造成电解电流效率下降，而且当用于电化学合成时，还增加了副反应产生的机会。上述问题普遍存在于各种电解槽内，尤其是在板框式电解槽内这种现象更为突出。

技术实现要素：

本发明的目的就在于为解决现有技术的不足而提供一种电极室、电极板框及复极式电解槽。

本发明的目的是以下述技术方案实现的：

一种电极室，包括由四周挡板、底板和电极组成的容纳电解液的腔室，所述腔室设电解液入口和出口，所述底板上设多个四周闭合的流道，所述流道由多个筋条之间围挡形成或由筋条与所述挡板之间围挡形成；所述筋条突出于所述底板而低于所述电极。

所述流道包括多个依次相连的蜂窝形流道，或包括多个依次相连的矩形流道，或多个依次相连的不规则形状流道；或多个选自所述蜂窝形流道、矩形流道或不规则形状流道之间两个以上的组合流道。

所述多个为大于等于6个，所述流道布满整个底板。

所述矩形流道、不规则形状流道、或蜂窝形流道内设挡条，所述挡条包括设置方向与所述电解液流动方向垂直或/和平行的挡条；或所述矩形流道、不规则形状流道、或蜂窝形流道内设四周闭合的内流道。

当所述流道为多个依次相连的矩形流道时，所述筋条呈王字形设置，所述矩形流道内设所述挡条。

所述电解液入口和出口分别位于所述腔室的底部和顶部，所述电解液入口和出口呈对角设置，所述底板上的电解液入口侧和出口侧分别设流体分布器和液体收集器，所述流体分布器和液体收集器布满所述底板左右两侧、所述流体分布器和液体收集器之间的底板上设所述多个四周闭合的流道。

一种电极板框，包括容纳槽，所述容纳槽和电极可形成如权利要求上所述的电极室，优选的包括单元电极板框或半单元电极板框，所述单元电极板框包括两个背靠背设置的所述容纳槽，所述半单元电极板框包括单个所述容纳槽。

一种复极式电解槽，包括多个单元电解槽以及位于所述多个单元电解槽两端的半单元电解槽，所述多个单元电解槽之间以及单元电解槽与半单元电解槽之间设离子膜和密封组件，所述单元电解槽包括背靠背设置的阳极电极室和阴极电极室，所述两端的半单元电极槽其中一个仅包括阳极电极室，另一个仅包括阴极电极室，电极室为如上所述的电极室。

所述单元电解槽由单元电极板框、阳极电极、阴极电极组成，所述阳极电极和阴极电极分别位于所述单元电极板框背靠背设置的容纳槽内，并分别与所述容纳槽形成所述阳极电极室和所述阴极电极室，所述半单元电解槽由半单元电极板框、阳极电极或阴极电极组成；所述单元电极板框和半单元电极板框为金属材料或非金属材料。

本发明提供的电极室、电极板框和复极式电解槽，在容纳电解液腔室即电极室底部设多个四周闭合的流道，使电解液在腔室内流动时分布均匀，无死角，使电流密度分布均匀，提高了电解效率，还进一步提高了电解液中的反应物和生成物在电解过程中的充分吸附和扩散作用，减少了副反应产生的机会；同时延长了电解液在电极室内的停留时间，相对增加了电极的有效面积，提高了电极的有效利用率。

附图说明

图1是矩形流道结构示意图；

图2是图1的a-a剖面图；

图3是蜂窝形流道示意图；

图4是不规则流道结构示意图；

图5是电极板框结构示意图；

图6是复极式电解槽结构示意图；

图7是交指形流道结构示意图。

具体实施方式

本发明提供的电极室，如图1-2所示，包括由四周挡板1、底板2和电极组成的容纳电解液的腔室3，腔室上设电解液入口4和出口5，电解液由入口进入电极室到从出口流出电极室过程中完成电解，底板2上设多个四周闭合的流道，流道由多个筋条6之间围挡形成或由筋条与挡板1之间围挡形成；筋条6突出于底板2而低于电极。这样当电解液从入口进入电极室后，电解液经过闭合流道的充分扰流作用（电解液在闭合流道内受筋条或挡板的阻挡作用多次回流），可延长电解液在电极室内的停留时间，相对增加电极的有效面积，同时使电解液浓度分布均匀，提高电解效率。

优选的，上述流道可包括如图3所示的多个依次相连的蜂窝形流道7，或包括如图1所示的多个依次相连的矩形流道8，或包括如图4所示的多个依次相连的不规则形状流道9；或多个选自所述蜂窝形流道、矩形流道或不规则形状流道之间两个以上的组合流道，优选为蜂窝形流道，其电解液分布更均匀，在电极室内停留时间更长。所述多个优选为大于等于6个。如图1所示，在流道内还可设挡条10，挡条可为多个，挡条设置方向可与电解液流动方向垂直或平行，在挡条扰流作用下，进一步使电解液充分混合，还可如图4所示，在流道内进一步设四周闭合的内流道11，进一步使电解液充分混合，延长停留时间。

如图1所示，当流道为多个依次相连的矩形流道时，筋条可呈王字形设置，并在矩形流道内可设竖形挡条和横形挡条，在此设置下，电解液流动更加均匀。

优选的，电解液入口和出口分别位于腔室的底部和顶部，且电解液入口和出口呈对角设置，使电解液流动路径最长，同时使流道布满整个底板，延长停留时间。进一步在底板上的电解液入口侧和出口侧分别设流体分布器12与流体收集器13，流体分布器12与流体收集器13布满底板左右两侧，在流体分布器12与流体收集器13之间的底板上设多个前段所述的四周闭合的流道（矩形流道、蜂窝形流道、不规则流道或组合流道）。设置流体分布器12与流体收集器13后，电解液从入口处进入电极室内，首先流入流体分布器12，布满整个流体分布器后，继续进入的电解液流向下一个闭合流道，同样当下一个闭合流道充满电解液时，流向下下一个闭合流道，依次类推，直至流入流体收集器13，从出口流出电极室。由于流体分布器12与流体收集器13和中间闭合流道充满整个底板，因此，电解液会流经整个底板，消除流动死区与滞流区，同时电解液在流体分布器12与流体收集器13和中间的闭合流道之间流动时，由于筋条的阻挡扰流作用，电解液混合更加均匀。

本发明还提拱了一种电极板框，如图5所示，其包括容纳槽14，此容纳槽和电极可形成如上所述的电极室。即电极板框容纳槽的底壁和侧壁分别为如上所述的底板和四周挡板。具体的，如图5所示，为流道为如图1所示矩形流道时的电极板框结构示意图，在容纳槽的下端侧壁和上端侧壁上分别设电解液入口4和出口5，在入口侧和出口侧分别设流体分布器12与流体收集器13，在流体分布器12与流体收集器13之间设多个依次相连的矩形流道8，矩形流道由呈王子形设置的筋条和四周挡板之间围挡形成，共计6个，在矩形流道中还设置由横形挡条和竖形挡条，其横形挡条和竖形挡条呈哑铃形状分布。同时还需要指出的是，除图5所示之外，本发明提供的电极板框容纳槽底壁上可设置如上所述的电极室底板上的任一流道结构，具体如图3所示的蜂窝形流道结构，如图4所示的不规则形状流道结构，或组合流道结构，同样，在流道内还可设挡条或内流道，这里不再赘述。

进一步的，本发明提供的电极板框，包括单元电极板框或半单元电极板框，其中单元电极板框包括两个背靠背设置的容纳槽，半单元电极板框仅包括单个容纳槽。电极板框上还设置有安装孔15，通过安装孔，可将多个重叠的电极板框组装至一起。

本发明还提供了一种复极式电解槽，如图6所示，包括多个单元电解槽以及位于多个单元电解槽两端的半单元电解槽，多个单元电解槽之间以及单元电解槽与半单元电解槽之间设离子膜16和密封组件17，单元电解槽包括背靠背设置的阳极电极室18和阴极电极室19，两端的半单元电极槽其中一个仅包括阳极电极室，另一个仅包括阴极电极室，其中电极室为如上所述的任一结构的电极室。具体的，单元电解槽由如前段所述的单元电极板框、阳极电极21、阴极电极22组成，阳极电极和阴极电极分别位于单元电极板框背靠背设置的容纳槽内，并分别与容纳槽形成阳极电极室和阴极电极室，半单元电解槽由如前段所述的半单元电极板框、阳极电极或阴极电极组成；其中单元电极板框和半单元电极板框优选为金属材料。使用如上所述电极室的电解槽，使电解液分布、混合均匀，在电极室内停留时间延长，相对增加了电极的有效面积，提高了电解效率。

分别以如图1所示的电极室（矩形流道）、如图3所示的电极室（蜂窝形流道）、如图4所示的电极室（不规则形流道）为试验例，同时以如图7所示的电极室（交指形流道20，在流体分布器12与流体收集器13之间设置多个不相连的横型挡条和竖型挡条）为对比例，在其他实验条件相同的情况下，对电解液停留时间进行测定，结果如表1所示。

从表1中可以看出，使用本发明公开的不规则形状流道、矩形流道和蜂窝形流道均比交指形流道停留时间长，其中蜂窝形流道停留时间最长，效果最好。