Электролизер

 

В. A. Чернов, Т. Ф. Воронина, А. П. Па ннов и

1 (72) Авторы изобретения

os (7I ) Заявитель (54) ЭЛЕКТРОЛИЗЕР

Изобретение относится к аппаратуре для проведения электрохимических процессов и, в частности, может быть использовано в гидрометаллургической промышленности.

Известны электролизеры, выполненные в виде ящичных ванн с большим количеством электродов, располагаемых на рас« стоянии нескольких десятков миллиметров друг от друга. Поскольку массопередача . в электрохимических процессах интенсифицируется при перемешивании электролита, а цр расположении электродов на близком расстоянии друг от друга установка в ваннах мешалок обычных типов не эффективна, для интенсификации массопередачи чаще всего используется циркуляция электролита с помощью насосов, установленных вне электролизера.

Известен электролизер, снабженный пульсатором, передающим импульс элек- тролиту, который сообщается с полостью электролизера через отверстия перфорированной перегородки 31).

Однако размытый при переходе сквозь перфорированную перегородку гидравлический импульс не обеспечивает интенсивного перемешивания электролита в междуэлектродном промежутке.

Известен также электролизер, представляющий ящичную ванну с погруженными под уровень электролита электродами. Ванна имеет циркуляционный контур, включающий коллекторы, расположенные в ванне, сообщенные с транспортирующим устройством, помещенным вне ванны. Коллекторы расположены вдоль стен ванны, перпендикулярно к плоскостям электродов, и снабжены большим числом отверстийф7,5-1,L мм. При работе устройства электролит со скоростью 7-16 м/с поступает в ванну (2).

Однако распространение потока электролита в виде большого количества рассредоточенных струй в узких щелевых каналах, какими являются межэлектродные пространства, интенсифицирует процесс массопереноса недостаточно. Кроме того.

50 наличие перекачивающего насоса усложняет устройство и снижает его надежность в эксплуатации, поскольку для электрохи-. мических производств характерна повышенная коррозия оборудования.

Цель изобретения — повышение производительности электролизера.

Указанная цель достигается тем, что в электролизере, включающем электролитическую ванну с электродами, заполнен- 1О ную электролитом и циркуляционный конур, содержащий пульсатор, узел транспортировки и коллектор с отверстиями, размещенный под уровнем электролита, узел с транспортировки выполнен в. виде верти- 15 калькой камеры, соединяющей пульсатор с коллектором, коллектор снабжен соплами, размещенными у краев электродов, причем. гидравлический диаметр сопла составляет от 0„2 до 0,8 расстояния щ между электродами, а расстояние между соседними соплами одного межэлектродного промежутка не превышает тридцати гидравлических диаметров сопла.

При подведении энергии на перемешивание в межэлектродное пространство через сопла предлагаемого устройства процесс массопереноса интенсифицируется больше, чем при подводе энергии через большое число рассредоточенных по коллектору отверстий. При этом скорости истечения электролита через сопла значительно меньше. Отсутствие движущихся частей в контакте с электролитом повышает надежность работы устройства.

Высокая интенсификация процесса массопереноса в межэлектродном пространстве улучшает также качество осадков, получаемых при электрорафинировании и позволяет увеличить срок наращивания металла, что снижает трудозатраты на обслуживание электролизеров.

На фиг. 1 изображен электролизер, продольный разрез; на фиг. 2 — вариант выполнения электролизера с двумя кол45 лекторами, вид в плане; на фиг. 3 — вари! ант исполнения электролизера с двумя узлами транспортировки, вид в плане; на фиг. 4-7 показаны поперечные разрезы электролизера с размещением сопел и траектории спутных потоков.

Электролизер (фиг. 1) состоит из ванны 1 с электродами 2., погруженными под уровень электролита 3. Вертикальная камера 4 сообщается снизу с коллектором 5, снабженным соплами 6, выходные отверстия которых располагаются у нижнего края электродов и направлены в межэлектродное пространст3 1 во вдоль яоверхности электродов. В верхней части камера 4 сообщается трубопроводом 7 с пульсатором 8.

На фиг. 2 показан вид сверху на вариант выполнения электролизера с двумя коллекторами 5, расположенными под электродами 2 и сообщенными с камерой 4 в ее нижней части. Сечения сопла

6 могут иметь разную форму, так при малых межэлектродных расстояниях удобна форма сопла в виде овала.

На фиг. 3 показан вид сверху на вариант.электролизера, снабженный двумя камерами 4, сообщенными между собой в нижней части коллектором 5 с соплами 6.

На фиг. 4-7 показаны поперечные разрезы через межэлектродное пространство вариантов исполнения электролизера, которые отличаются различным расположением и ориентацией сопел в зависимости от соотношения размеров электродов. На этих же фигурах пунктиром показаны спутные потоки, которые генерируются пульсируюшими струями, истекающими из сопел.

Электролизер работает следующим образом.

Перед началом работы электролизер и камера 4, как сосуды сообщающиеся через сопла 6, заполняются электролитом

3 до уровня. Включается пульсатор 8, который поочередно сообщает пространство над уровнем электролита в камере

4 со штуцерами 9 и 10 подачи сжатого воздуха и выхлопа. При поступлении сжатого воздуха через пульсатор и трубопровод 7 в камеру 4 уровень электролита в ней опускается в положение 11. Затем золотник 12 пульсатора поворачивается и сообщает пульсационную камеру со штуцером 10 выхлопа, в результате, когда давление в камере 4 падает до атмосферного, уровень электролита в ней поднимается в положение 13. Таким образом, цикл повторяется с заданной частотой пульсации, которая определяется и регулируется числом оборотов золотника.

На фиг. 3 показан другой вариант выполнения пульсатора, который представляет собой систему двух клапанов 14, например электромагнитных, которая управляется специальным устройством 15, и поочередно сообщает трубопровод 7 со штуцерами 9 и 10 подачи сжатого воздуха и выхлопа. Соотношение длительности сообщения камеры 4 со штуцерами 9 и

10 в пределах цикла пульсации может регулироваться.

5543

Конструкци

Известный: коллектор с l0 отв. 6 5 мм.

Отношение Ю отверстия к расстоянию между

Скорость прокачки через отверстия - 16 м/с

35 электродами - = 0,01.

200

3,0

0,5

3,8

0,8

0,5 300

500

4,0

Предлагаемое устройство:

5,5

6,8

2,0

2,0

500 1 сопло 6 20 мм.

Вертикальная полость сечением 7 см, отно: шение 9 сопла к расстоянию меж» ду электродами — = 04

8„.

О"

5 93

При опускании уровня в камере 4 электролит по распределительному коллектору 5 поступает к соплам и истекает из них в межэлектроаное пространство в виде струй, направленных вдоль

4» поверхности электродов. Размеры пульсационной камеры, распределительного коллектора и сопел, а также частот и продолжительности подачи сжатого воздуха в пульсационную камеру определя. ют скорость истечения струй.

Указанные параметры выбираются таким образом, чтобы средняя скорость в соплах при истечении струй составляла 0,5-5м/с. При этом в межэлектродном пространстве возникает гидродинамическая обстановка, обеспечивающая интенсификацию массопередачи с поверхности электрода на расстоянии 50 гидравлических диаметров сопла — в направлении истечения струй и до 30 гидравлических диаметров сопла — в направлении, перпендикулярном направлению истечения по обе стороны от сопла.

Сравнительные испытания были провведены для двух моделей электролизера, выполненных по предлагаемому техническому решению и по известному (2).

В обоих случаях модель состояла из двух электродов размером 1,0 х 1,0м, 5 расположенных на расстоянии 50 мм друг от друга. В модели известного электролизера коллектор имел 10 отверстий диаметром 5 мм, в которых насосом, прокачивающим электролит, создавалась еко1О рость 16 м/с. Коллектор электролизера имел 1 сопло диаметром 20мм, расположенное, как показано на фиг. 6, и сообщенное с вертикальной камерой сечением

7 см, присоединенной к пневматическо15 му пульсатору.

Проводили. процесс электроосаждения меди из электролита, содержащего 2г/л меди и 0,2 Н серной кислоты. Методом

?О вольт-амперметрии определялся предель-ный ток к поверхности электрода в различных ее точках, который характеризует массопередачу.Результаты испытаний приведены в

-. таблице.

7 93854

Из таблицы видно, что при частоте пульсации ltd и скорости прокачки электролита через сопло со скоростью 1,52 м/с предлагаемая конструкция позволяет получить предельный ток почти вдвое боль- щий, чем у известной конструкции. Это, в свою очередь, позволяет повысить нагрузки по току на единицу поверхности электрода, а следовательно, и производительность электролизера. 30

Ф ор мула изобретения отличающийся тем,что,с целью повышения производительности электролизера, узел транспортировки выполнен в виде вертикальной камеры, соединяющей пульсатор с коллектором, коллектор снабжен соплами, размещенными у краев электродов, причем гидравлический диаметр сопла составляет от 0,2 до 0,8 расстояния между электродами, а расстояние между соседними соплами одного межэлектродного промежутка не превышает тридцати гидравлических диаметров сопла.

Электролизер, включающий электролитическую ванну с электродами, заполненную электролитом, и циркуляционный контур, содержащий пульсатор, узел транспортировки и коллектор с отверстиями, размещенный под уровнем электролита, 15 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 467764, кл. В 01 К 3/00, 1972..

2. Патент США М 3966567, кл. 204-105, опублик. 1974.

Р2

NMz 7

Составитель А. Костин

Редактор И. Касарда Техред Е.Харитончик Корректор Н. Стен

Заказ 4162/32 Тираж 686 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4