Монополярний електролізер для отримання хлору та лугу

В различных отраслях хлор-щелочной промышленности (ртутные катоды, диафрагменные и мембранные электролизеры) хорошо известны трудности, связанные с массопереносом и образование м газа на электродах, в особенности на анодах. Введение стабильных с точки зрения размеров металлических анодов в качестве подложки для графита и использование асбестовых и политетрафторэтиленовых диафрагм, нанесенных на катод новыми технологическими методами, обеспечило увеличение плотности тока от 1,5 килоампер на квадратный метр до 2,7 килоампер на квадратный метр и позволило уменьшить расстояние меж ду анодом и диафрагмой от 7 - 10 миллиметров до 1 - 2миллиметра. В таких условиях работы оказываются чрезвычайно важ ными эффективный массоперенос на поверхность анода путем поддерж ания высокой концентрации хлорида в ограниченном зазоре меж ду анодом и диафрагмой и уменьшения количества пузырьков газа, прилипающих к аноду. Неудовлетворительная подача ионов хлорида и недостаточный отвод пузырьков газа с анода приводит к тому, что напряж ение на ячейке увеличивается, развиваются побочные реакции, ведущие к загрязнению продуктов, сниж ается электрокаталитическая активность и время жизни анода, сниж ается время ж изни диафрагмы, а реж им работы самого электролизера становится опасным. Если указанные трудности не удается преодолеть, не только значительно сократится эффективность работы диафрагменного электролизера, но и будет затруднено любое дальнейшее движ ение вперед. Французский патент FR-A-2 162248 (дата подачи 06.12.1971, индекс меж дународной классификации C25B9/00 H2) раскрывает электролизер, содержащий полые аноды, выполненные из сплошных металлических листов, отличающиеся от анодов по настоящему изобретению, в котором используются сетчатые (перфорированные или развернутые металлические листы) конструкции анодов. Пузырьки газообразного хлора образуются на внешней стороне анодов и создают восходящий рециркулирующий поток. Внутренняя часть анодов полностью занята нисходящим рециркулирующим потоком . Любая попытка уменьшить зазор меж ду анодом и диафрагмой может привести к соответствующему уменьшению сечения, необходимого для рециркуляции. Дефлекторы используются на верхних концах анодов для увеличения высоты дегазированного соляного потока с тем, чтобы увеличить энергию, необходимую для рециркулирующего потока. Однако, если сплошные металлические листы по французскому патенту FR-A2 162248 заменить перфорированными анодами по настоящему изобретению, тогда пузырьки газообразного хлора будут протекать во внутреннее пространство анодов. В таком случае, без конвейеров по настоящему изобретению рециркуляция по существу б удет затруднена. Американский патент US №4138295, кл. C25A1/16, 11/02, 1/26, C55U11/03) раскрывает рециркуляционную траекторию для электролизеров, содержащих коробчатые аноды с перфорированными поверхностями. Трубчатые электролитические конвейеры расположены вертикально внутри анодов. Никаких наклонных дефлекторов в этом изобретении не предусмотрено по сравнению с настоящим изобретением. Пузырьки газообразного хлора присутствуют в электролите снаруж и и внутри анодов, вызывая восходящее движ ение электролитных масс снаруж и конвейеров и нисходящее движ ение электролита внутри конвейеров. Несмотря на то, что возможна замена электролита по указанному американскому патенту, например ячейки остается сравнительно высоким, а плотность тока остается сравнительно низкой; таким образом эти факты показывают, что рециркуляционное движ ение может быть еще ул учшено. В настоящем изобретении этот результат достигается посредством дефлекторов, расположенных в верхней части анодов. Ближайшим прототипом является монополярный электролизер для получения хлора и щелочи, который описан в книге: Дж . С. Сконсе. Хлор, его получение, свойства и использование. Изд. Рейнольд Паблик Корп, 1962, раздел 5, с.5 - 17. Известный электролизер включает корпус с размещенными в не м катодами, выполненными в виде пальцев, и анодами, выполненными в виде полой коробки, с нанесенны м на него электрокатализатором, меж ду которыми размещены мембраны или диафрагмы. Однако, такой монополярный электролизер обладает такж е недостатками, указанными выше. Задачей изобретения является создание улучшенного монополярного электролитического электролизера, в котором за счет снабж ения по крайней мере части анодов циркуляционными трубами с дефлекторами, позволяет снизить напряж ение электролиза, ул учши ть качество продуктов. Эти и другие преимущества изобретения станут очевидными из ниж еследующего подробного описания. Поставленная задача решается предлож енным монополярным электролизером для получения хлора и щелочи, включающим корпус, с размещенными в нем катодами, выполненными в виде пальцев, и анодами, выполненными в виде коробки, с нанесенным на него электрокатализатором, между которыми размещены мембраны или диафрагмы, в котором по крайней мере, часть анодов снабж ены циркуляционными трубами с дефлекторами, установленными за верхним краем анодов. При этом электрокатализатор выполнен в виде пленки, а в нижней части анодов размещена мелкоячеистая сетка. Пленка электрокатализатора может быть выполнена загнутой вн утрь анода в ниж ней его части. Аноды могут быть снабж ены парой циркуляционных труб с дефлекторами, которые размещены симметрично относительно оси анода, отношение ширины дефлектора к расстоянию меж ду ними составляет значение не меньше единицы. При этом все аноды могут быть снабжены дефлекторами или дефлекторы могут быть установлены в анодах через один. Дефлекторы могут быть располож ены симметрично оси анода или параллельно вертикальной оси электролизера. Новый монополярный диафрагменный электролизер или ионообменный мембранный электролизер карманного типа для хлор-щелочного электролиза, включающий катодный и анодный отсеки, содерж ащие соответственно катоды и аноды, имеющие открытую структур у и удлиненные в вертикально м направлении, имеющий улучшение, предусматривающее, что по крайней мере, часть анодов снабж ена в верхней части дефлекторами для создания ряда восходящих рециркулирующи х потоков смешанной фазы анолита и газа и нисходящих потоков свободного от газа анолита, что позволяет снизить напряжение на электролизере и улучшить качество получаемых продуктов, причем восходящие и нисходящие потоки локализованы в отдельных участках анодов, а дефлекторы снабж ены верхними краями или отверстиями для перетекания расположенными под поверхностью анолита. В соответствии с предлагаемым изобретением удается преодолеть недостатки известных конструкций в особенности конструкций новых или уж е существовавши х монополярных диафрагменных электролизеров, в которых используются аноды со стабильными размерами. Однако предлагаемое изобретение обеспечивает преимущества и в сл учае использования в мембранных ячейках карманного типа. На фиг.1 показан электролизер с дефлектором, вид спереди; на фиг.2 - электролизер, вид сбоку; на фиг.3 - часть электролизера снизу с дефлекторами; на фиг.4 - различные виды дефлекторов, которые могут быть использованы в предлагаемой конструкции; на фиг.5 - конструкция и размещение двух соседних дефлекторов. Монополярный электролизер содержит корпус, в котором размещены аноды и катоды. Дефлекторы 2 расположены на электродах параллельно или ортогонально анодной поверхности. В первом случае каждая пара дефлекторов, прикрепленная к аноду, имеет края расположенные симметрично относительно центральной плоскости, определяемой поверхностью анода, приче м дефлекторы предназначены для концентрации в области 3 восходящего потока пузырьков газа, образующегося на анодной поверхности, которые таким образом вызывают восходящее движ ение смеси газа и электролита, которая от основания 4 ячейки переносится через пространство 5 меж ду диафрагмой 6 и анодной поверхностью 7 в пространство 3, а также нисходящее движ ение электролита свободного от газа, которое начинается в пространстве, определяемом каж дой парой дефлекторов 2 и проходящим через каналы для соляного раствора к основаниям анодов 7 и основания ячейки 4. Как основное следствие этого восходящие и нисходящие д виж ения локализованы в отдельных объемах анодов и не взаимодействуют одно с др угим. Восходящие движ ения могут быть принципиально сконцентрированы в пространстве 5, ограниченно м между диафрагмой 6, и анодом 7, в случае, если аноды, выполненные из металлического листа и имеющие коробчатую форму с прямоугольным сечением имеют нижний участок закрытый полоской листа или тонкой сеткой 8. В последнем случае полоска 8 может быть заменена изогнутым концом тонкого экрана, прикрепленным точечной сваркой к поверхности анода в процессе установки. Гидравлическое давление, обеспечиваемое каждой парой дефлекторов и представленное различной плотностью объемов восходящей жидкости (соляной раствор + газ) и нисходящей жидкости (соляной раствор) не только позволяет обеспечить рециркуляцию электролита, но также обеспечивает увеличение скорости вывода пузырьков газа, которые образуются на поверхности анода и собираются в пространстве 5. Более того, недостатки неоднородности и неэффективной рециркуляции электролита, присущей известным конструкциям, удается преодолеть. Дефлекторы предпочтительно выполняются из титановых листов толщиной, например, 0,5 миллиметра в форме, показанной на фиг.4 (фрагмент 1 - 6), однако могут использоваться и другие стойкие к хлору материалы. Дефлекторы крепятся к анодам как это показано на фиг.4 (фрагмент 7 - 10) и к циркуляционным трубам 9 по схеме показанной на фиг.4, фрагменты 11 - 17. Циркуляционные трубы электролита выполняются из устойчивого к хлору материала и могут изменяться в отношении количества, а также по форме и размерам (цилиндрическая, овальная, прямоугольная, трубчатая и другие формы) в зависимости от характеристик анодов. Циркуляционные трубы для электролита располагаются вертикально во внутренней части анода, а их длина составляет половину или более высоты анодов. Расстояние U (см. фиг.5) меж ду двумя последовательными ларами дефлекторов мож ет изменяться в пределах между 10 и 100 миллиметрами в зависимости от плотности тока, размеров анодов, расстояния между анодами и диафрагмой и желательной скорости восходящего потока. В любом случае предпочтительное отношение меж ду поверхностями, образуемыми длиной дефлекторов, умнож енное на ширину W и расстояние меж ду ними U соответственно (см. фиг.5) равно или превышает единицу. Высота каждого дефлектора может изменяться и зависит от уровня соляного раствора относительно анода. Важно, чтобы верхний конец дефлектора был располож ен всегда под уровнем соляного раствора, либо, в качестве альтернативы, дефлекторы могут быть снабжены отверстиями для переливания. Выше указывалось, что дефлекторы сориентированы ортогонально относительно длины ячейки (см. фиг.1), однако без заметных изменений в эффективности работы возмож на и параллельная ориентация (см. фиг.2). В нижеследующи х примерах описывается несколько предпочтительных воплощений, иллюстрирующи х настоящее изобретение. Однако следует понимать, что изобретение не ограничивается конкретными воплощениями. Пример. В диафрагменном электролизере МДС 55, имеющем размеростабильные аноды, ус тановлены 13 пар дефлекторов, выполненных из титанового листа толщиной 0,5 миллиметра. Высота V дефлекторов и расстояния U меж ду двумя смеж ными парами дефлекторов составляли соответственно 200 и 300 миллиметров. Углы b и a, заключенные меж ду двумя наклонными поверхностями и соответственно касательной у основания дефлектора и вертикальной осью составляли 30 и 70 градусов. Электролитом служ ил соляной раствор, содерж ащий 310 граммов на литр хлорида натрия, плотность тока составляла 2,5 килоампер на метр квадратный, отнесенный у анодной поверхности. Данные, полученные после продолжительной работы двух одинаковых электролизеров на одной и той ж е установке, один из которых оборудован дефлекторами по предлагаемому изобретению, а другой не имел дефлектора, приведены в следующей таблице. Сравнение данных о работе электролизеров ясно показывает, что использование гидродинамических дефлекторов по изобретению обеспечивает заметное уменьшение напряж ения электролиза, резкое сокращение содержания кислорода в хлоре при сопутствующем увеличении фарадной эффективности и, наконец, значительное увеличение срока служ бы электролизера. Возмож ны различные изменения конструкции ячейки и способа по настоящему изобретению, однако без отступления от его сути и объема, которые определены в прилагаемой формуле изобретения.