Электролизер
Владельцы патента RU 2364664:
Украинский государственный научно-технический центр по технологии и оборудованию, обработке металлов, защите окружающей среды и использованию вторичных ресурсов для металлургии и машиностроения "Энергосталь" (UA)
Изобретение относится к устройствам для получения металлов электролитическим способом и может быть использовано при получении хрома электролизом водного раствора его кислот и солей. Электролизер содержит ванну для электролита с проемом для бортового отсоса, стационарные аноды, сменные катоды и укрытие электролизера, расположенное над проемом бортового отсоса. Укрытие электролизера установлено по периметру ванны для электролита вокруг анодов и катодов. При этом площадь свободного от укрытия участка электролизера вокруг анодов и катодов составляет 20-30% от площади ванны для электролита. Использование изобретения позволяет сократить выделение вредных веществ из электролизера при обеспечении взрывобезопасности газовоздушной смеси, удаляемой из электролизера через бортовой отсос, и снижении энергозатрат. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.
Заявляемое изобретение относится к устройствам для получения металлов электролитическим способом и может быть использовано при получении хрома электролизом водного раствора его кислот и солей.
Наиболее близким по совокупности признаков к заявляемому изобретению является выбранный в качестве прототипа электролизер, содержащий ванну для электролита с проемом для бортового отсоса, стационарные аноды, сменные катоды и укрытие электролизера, расположенное над проемом бортового отсоса. Укрытие электролизера выполнено в виде накладок, установленных в горизонтальной плоскости на анодах над проемом бортового отсоса, закрепленных по всей их ширине с обеих сторон и выполненных с уменьшением ширины по мере удаления от проема бортового отсоса, а также накладок на катодах, закрепленных по всей их ширине с обеих сторон и выполненных с возможностью сопряжения с накладками анодов (А.с. СССР №1592403, МПК5 С25С 7/00, опубл. 15.09.1990, бюл. №34).
В заявляемом объекте и выбранном прототипе совпадают такие существенные признаки. Оба устройства содержат ванну для электролита с проемом для бортового отсоса, стационарные аноды, сменные катоды и укрытие электролизера, расположенное над проемом бортового отсоса.
Анализ технических свойств прототипа, обусловленных его признаками, показывает, что получению ожидаемого технического результата при использовании прототипа препятствуют такие причины. К основным недостаткам электролизера по прототипу можно отнести большую неперекрытую зону зеркала электролита по периметру ванны электролизера. В соответствии с требованиями технологического процесса получения хрома электролизом водного раствора его кислот и солей ванна электролизера должна быть выполнена большей ширины, чем ширина анодов и катодов. Между крайними анодами по длине ванны и торцевыми стенками ванны также должны быть выдержаны большие промежутки. Например, в электролизере ванна для электролита выполняется длиной 1050 мм и шириной 360 мм, тогда как расстояние между осями крайних анодов составляет 816 мм, а ширина катодов и анодов - 250 мм. В частности, такая неперекрытая зона обусловлена необходимостью подсасывания в электролизер воздуха снаружи, обеспечивая разбавление взрывоопасной смеси из водорода и кислорода до безопасных концентраций. Такая взрывоопасная смесь образуется из водной составляющей электролита при электролизе. Однако наличие значительной неперекрытой зоны зеркала электролита приводит к выносу больших объемов вредных веществ из электролизера наружу в атмосферу, загрязняя ее. Скорость подсасывания воздуха снаружи в электролизер для разбавления взрывоопасной смеси, образующейся при электролизе, до безопасных концентраций в наиболее удаленном от проема бортового отсоса месте должна обеспечивать полное удаление из электролизера вредных веществ. Из-за наличия указанной большой неперекрытой зоны эксплуатация такого электролизера характеризуется большими энергозатратами на подсасывание снаружи большого объема воздуха для разбавления взрывоопасной смеси, образующейся при электролизе, а также на полное отсасывание из электролизера образующейся газовоздушной смеси, которую необходимо удалять. В условиях промышленного производства при больших суммарных площадях ванн электролизеров такое техническое решение по прототипу характеризуется низкой эффективностью.
В основу заявляемого изобретения поставлена техническая задача создать такую конструкцию электролизера, в которой усовершенствования путем введения новых элементов и новых соотношений между элементами позволят при использовании изобретения обеспечить достижение технического результата, заключающегося в сокращении выделения вредных веществ из электролизера при условии взрывобезопасности газовоздушной смеси, удаляемой из электролизера через бортовой отсос, и снижении энергозатрат.
Заявляемый электролизер характеризуется такими существенными признаками, достаточными для достижения ожидаемого технического результата. Электролизер содержит ванну для электролита с проемом для бортового отсоса, стационарные аноды, сменные катоды и укрытие электролизера, расположенное над проемом бортового отсоса. Укрытие электролизера установлено по периметру ванны для электролита вокруг анодов и катодов. При этом площадь свободного от укрытия участка электролизера вокруг анодов и катодов составляет 20-30% от площади ванны для электролита.
В отдельных случаях выполнения электролизер характеризуется тем, что:
- содержит дополнительное укрытие в виде накладок, закрепленных на анодах по всей их ширине над проемом бортового отсоса;
- содержит дополнительное укрытие в виде накладок, закрепленных на катодах по всей их ширине над проемом бортового отсоса;
- содержит дополнительное укрытие в виде накладок, закрепленных на анодах и на катодах по всей их ширине над проемом бортового отсоса.
При использовании изобретения обеспечивается достижение технического результата, заключающегося в сокращении выделения вредных веществ из электролизера при условии взрывобезопасности газовоздушной смеси, удаляемой из электролизера через бортовой отсос, и снижении энергозатрат.
Между существенными признаками заявляемого изобретения и достигаемым техническим результатом существует такая причинно-следственная связь. Оборудование электролизера укрытием, которое установлено по периметру ванны для электролита вокруг анодов и катодов и обеспечивает площадь участка, свободную от укрытия вокруг анодов и катодов в пределах 20-30% от площади ванны для электролита, позволяет уменьшить промежутки между электродами и бортами ванны по всей ее длине и ширине выше проема бортового отсоса, что, в свою очередь, позволяет уменьшить открытую площадь зеркала электролита, предотвращая вынос вредных веществ из электролизера наружу в атмосферу, а также обеспечивает необходимое подсасывание в электролизер воздуха снаружи со скоростью, которая гарантирует удаление вредных веществ из электролита через проем бортового отсоса, предотвращая их вынос наружу и обеспечивая минимальные объемы газовоздушной смеси, удаляемой через бортовой отсос с минимальными энергозатратами.
Свободная от укрытия площадь участка электролизера вокруг анодов и катодов, составляющая 20-30% от площади ванны для электролита, позволяет обеспечить надлежащую скорость отсасывания воздуха из ванны электролизера при температуре электролита 18-24°С на уровне не менее 2 м/с, а также обеспечивает возможность установки и снятия сменных катодов без снятия укрытия, что позволяет снимать укрытие электролизера при чистке ванны для электролита от загрязнений.
Площадь участка электролизера вокруг анодов и катодов, которая свободна от укрытия электролизера и составляет менее 20% от площади ванны для электролита, не позволяет обеспечить надлежащую скорость и объем подсасывания воздуха снаружи в ванну для разбавления взрывоопасной смеси из водорода и кислорода, образующейся из водной составляющей электролита при электролизе, до безопасных концентраций.
Площадь участка электролизера вокруг анодов и катодов, которая свободна от укрытия электролизера и составляет более 30% от площади ванны для электролита, обусловливает увеличение открытой площади зеркала электролита, что приводит к выносу вредных веществ из электролизера наружу в атмосферу, а также увеличению энергозатрат при обеспечении условия полного удаления из электролизера вредных веществ из наиболее удаленного от проема бортового отсоса
Суть заявляемого изобретения поясняется чертежами, на которых изображено:
- на фиг.1 - общий вид электролизера;
- на фиг.2 - сечение по А-А на фиг.1;
- на фиг.3 - вид на электролизер сверху.
На приведенных чертежах позициями обозначены такие элементы:
1 - ванна для электролита;
2 - проем для бортового отсоса;
3 - аноды;
4 - катоды;
5 - укрытие;
6 - накладки;
7 - электролит.
Электролизер содержит ванну 1 для электролита с проемом 2 для бортового отсоса. Проем 2 для бортового отсоса расположен в вертикальной стенке ванны 1 над зеркалом электролита. В ванне 1 для электролита размещены стационарные аноды 3 и сменные катоды 4. По периметру ванны 1 для электролита вокруг стационарных анодов 3 и сменных катодов 4 установлено укрытие 5, расположенное над проемом 2 бортового отсоса. В отдельных случаях выполнения по всей ширине стационарных анодов 3 над проемом 2 бортового отсоса может быть закреплено дополнительное укрытие электролизера в виде накладок 6. В отдельных случаях выполнения по всей ширине сменных катодов 4 над проемом 2 бортового отсоса может быть закреплено дополнительное укрытие электролизера также в виде накладок (на чертежах не показано). Кроме того, дополнительное укрытие электролизера может быть выполнено в виде накладок, закрепленных на анодах и на катодах по всей их ширине над проемом бортового отсоса (на чертежах не показано). При этом площадь участка электролизера вокруг стационарных анодов 3 и сменных катодов 4, которая свободна от укрытия электролизера, образованного укрытием 5 и дополнительным укрытием электролизера в виде накладок 6, составляет 25% от площади ванны 1 для электролита. Укрытие электролизера, образованное укрытием 5 и дополнительным укрытием в виде накладок 6, выполнено из диэлектрического материала, обладающего коррозионной стойкостью в среде водного раствора кислот и солей хрома, например из текстолита.
Электролизер работает так.
В ванну 1 для электролита со стационарными анодами 3 заливают электролит 7 ниже проема 2 для бортового отсоса до заданного уровня. Потом в ванну 1 для электролита погружают катоды 4. Укрытие электролизера, образованное укрытием 5 и дополнительным укрытием в виде накладок 6, перекрывает площадь ванны 1 для электролита на 75%, т.е. свободная от укрытия площадь зеркала электролита составляет 25% от площади поверхности ванны 1 для электролита. При подаче напряжения на аноды 3 и катоды 4 начинается технологический процесс получения хрома электролизом водного раствора его кислот и солей. При включенном вентиляторе системы бортового отсоса (на чертежах не показано) происходит разбавление воздухом, подсасываемым в электролизер снаружи через свободную от укрытия площадь (при температуре электролита 18-24°С со скоростью не менее 2 м/с), взрывоопасной смеси из водорода и кислорода, образующейся при электролизе из водной составляющей электролита, до безопасных концентраций и удалению вредных выделений из электролита в проем 2 бортового отсоса. Необходимое подсасывание воздуха в электролизер снаружи через свободную от укрытия площадь обеспечивается со скоростью, которая гарантирует взрывобезопасные концентрации водорода и кислорода в наиболее удаленном от проема 2 бортового отсоса месте и обеспечивает полное удаление вредных выделений из электролита 7 в проем 2 бортового отсоса, предотвращая их вынос наружу в атмосферу и обеспечивая минимальные объемы газовоздушной смеси, которая удаляется через проем 2 бортового отсоса с минимальными энергозатратами.
Использование заявляемого изобретения позволяет уменьшить общую площадь промежутков и, как следствие, объемы подсасываемого снаружи воздуха по сравнению с прототипом на 40%. За счет этого удается предотвратить вынос вредных веществ из электролизера наружу при обеспечении максимального удаления вредных веществ из электролизера через проем бортового отсоса при минимальных объемах газовоздушной смеси, которая удаляется через бортовой отсос с минимальными энергозатратами.
1. Электролизер, содержащий ванну для электролита с проемом для бортового отсоса, стационарные аноды, сменные катоды и укрытие электролизера, расположенное над проемом бортового отсоса, отличающийся тем, что укрытие установлено по периметру ванны для электролита вокруг анодов и катодов, при этом площадь участка электролизера вокруг анодов и катодов, свободная от укрытия электролизера, составляет 20-30% от площади ванны для электролита.
2. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что содержит дополнительное укрытие в виде накладок, закрепленных на анодах по всей их ширине над проемом бортового отсоса.
3. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что содержит дополнительное укрытие в виде накладок, закрепленных на катодах по всей их ширине над проемом бортового отсоса.
4. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что содержит дополнительное укрытие в виде накладок, закрепленных на анодах и на катодах по всей их ширине над проемом бортового отсоса.
