標籤:電解質電解槽電解粉電解儲槽

電解槽由槽體、陽極和陰極組成,多數用隔膜將陽極室和陰極室隔開。按電解液的不同分為水溶液電解槽、熔融鹽電解槽和非水溶液電解槽三類。當直流電通過電解槽時,在陽極與溶液界面處發生氧化反應,在陰極與溶液界面處發生還原反應,以製取所需產品。對電解槽結構進行優化設計,合理選擇電極和隔膜材料,是提高電流效率、降低槽電壓、節省能耗的關鍵。

1基本概念

中文(Dian Jie Cao);英文(Electrolyzer)
PP電解槽

  PP電解槽

所謂電解槽就是電解質儲存槽。
電解槽材質種類:PP/PPN/FRP/CPVC/PVDF

2主體結構

隔膜
為防止陰、陽兩極產物混合,避免可能發生的有害反應,在電解槽中,基本上都用隔膜將陰、陽極室隔開。隔膜需有一定的孔隙率,能使離子通過,而不使分子或氣泡通過,當有電流流過時,隔膜的歐姆電壓降要低。這些性能要求在使用過程中基本不變,並且要求在陰、陽極室電解液的作用下,有良好的化學穩定性和機械強度。電解水時,陰、陽極室的電解液相同,電解槽的隔膜只需將陰、陽極室隔開,以保證氫、氧純度,並防止氫氧混合發生爆炸。更多見的比較複雜的情況是電解槽中陰、陽極室的電解液組成不同。這時隔膜還需要阻止陰、陽極室電解液中電解產物的相互擴散和作用,如氯鹼生產中隔膜法電解槽中的隔膜,可以增大陰極室氫氧離子向陽極室擴散和遷移的阻力。
隔膜由惰性材料製作,如氯鹼工業中長期使用的石棉隔膜。但石棉隔膜性能不穩定,當鹽水中含有鈣、鎂雜質時,容易在隔膜中生成氫氧化物沉澱,降低透過率;在比較高的溫度和在電解液作用下,還會發生膨脹、鬆脫。為此可以在石棉中加入樹脂作為增強材料,或以樹脂為主體做成微孔隔膜,在穩定性和機械強度方面都有很大改進。近年來氯鹼生產開發的陽離子交換膜是新型的隔膜材料。它具有對離子透過的選擇性,可使氯離子基本上不進入陰極室,從而可以製得氯化鈉含量極低的鹼液。

3分類

按電極的連接方式分類
電解槽按電極的連接方式,可分為單極式和復極式兩類電解槽。單極式電解槽中同極性的電極與直流電源並聯連接,電極兩面的極性相同,即同時為陽極或同時為陰極。復極式電解槽兩端的電極分別與直流電源的正負極相連,成為陽極或陰極。電流通過串聯的電極流過電解槽時,中間各電極的一面為陽極,另一面為陰極,因此具有雙極性。當電極總面積相同時,復極式電解槽的電流較小,電壓較高,所需直流電源的投資比單極式者省。復極式一般採用壓濾機結構形式,比較緊湊。但易漏電和短路,槽結構和操作管理比單極式複雜。單極式電解槽截面一般為長方形或方形,圓筒形佔地大,空間利用率低,採用較少。

4發展

陰、陽兩極間距是影響槽電壓的重要因素之一。隨極間距增大,槽內歐姆電壓降增大,槽電壓升高。尤其是在大電流工作時,這種電壓損失更為嚴重。現代電解槽採用各種措施以降低極間距,如採用擴散陽極、改性隔膜製成零極距電解槽結構等。
電解槽

  電解槽

電解液在電解槽內的停留時間,不僅影響設備的生產能力,而且在某些情況下,會影響電解過程的電流效率,如電解法制氯酸鈉,由於中間產物次氯酸(HClO)和次氯酸根離子(ClO3)間的化學反應速度非常緩慢,如長時間留在電解槽內,不僅降低電解槽利用率,而且次氯酸根離子會在陽極表面氧化,或在陰極表面還原,降低電流效率。因此,現代電解槽設計力求減小容積,使電解液沿著電極快速流過。如還需進一步進行反應,則可在電解槽外安裝獨立的化學反應器。
電解槽內電極以垂直安裝較緊湊,導電板連接容易,並利於降低氣泡效應。因在有氣體析出的電極表面上常附有氣泡,會降低電極的工作表面積。另外,在電極附近的溶液中也會充有氣泡,增大溶液電阻,這種現象稱「氣泡效應」。但在垂直電極表面的附近,則可利用溶液中充氣度高、溶液密度低與上升速度快的特點,以形成電解液的自然循環,使氣泡加速離開電極表面,減輕氣泡效應。當垂直電極用作氣體電極時,電極形狀以網狀為多,它除了能增加工作表面積外,也有利於氣泡逸出。
電解槽材料可以是鋼材、水泥、陶瓷等。鋼材耐鹼,是應用最廣的。對於腐蝕性強的電解液,鋼槽內部用鉛、合成樹脂或橡膠等襯裡。
目前電解槽正朝大容量、低能耗方向發展。復極式電解槽適於大型生產,先後為電解水和氯鹼工業所採用。
水電解制氫電解槽多採用鐵為陰極面,鎳為陽極面的串聯電解槽(外形似壓濾機)來電解苛性鉀或苛性鈉的水溶液。陽極出氧氣,陰極出氫氣。該方法成本較高,但產品純度大,可直接生產99.7%以上純度的氫氣。

5注意事項

電解生產過程中安全注意事項
(1)電解生產人員必須經過三極安全教育方可進入車間.准許作業
(2)在電解廠房內使用鐵工具時,應注意磁場,以防發生意外
(3)凡與電解質接觸的鐵制工具,必須經過預熱方可是用
(4)禁止在車間內通道上坐.卧.休息和打鬧。禁止在槽罩上休息.小坐
(5)禁止往樓下,車間外仍工具及廢棄物,工具落下時,必須立即檢查是否與電解槽.母線.地面連通應急時清除
(6)在電解槽上工作時,禁止把腳踏在電解質殼或陽極碳塊上,以免發生燙傷
(7)加入槽內的物料,必須確定乾燥後方可加入
(8)更換陽極時,如來效應立即停止作業,待處理熄滅后,在作業
(9)打出鋁口.測水平時,應戴上眼鏡和口罩,以防電解質濺出燙傷
(10)換極人員換極前,必須穿戴好勞保用品,方可進入換極現場
(11)換鋪鐵板時,嚴禁鐵皮與立柱母線靠攏,以免造成嚴重事故
(12)換極人員指揮天車提殘極,確認吊具掛住導桿,預防吊出時落下來發生事故
(13)吊陽極時,要眼明手快,把殘極上的塊扒下來,以防大塊落入槽內影響換極速度和質量
(14)殘極吊出其他無關人員要遠離殘極,以免發生燙傷事故
(15)殘極放時,電解人員應正確指揮天車,確認放置穩後方可撤吊具
(16)鏟邊人員必須戴好面罩等勞保,方可作業,禁止站在槽沿板上直接作業
(17)撈塊人員要穩.准.快的把槽內的大小面殼塊撈出,撈時把握好力度和方向,以免發生燙傷
(18)副班長必須用耙摸爐底,杜絕有塊落入槽底,以免造成沉澱給槽子以後的運行造成隱患
(19)指揮天車吊新極安裝,如果新極潮濕,換極人員應躲開,將陽極烘乾後方可下槽,以免濺出電解質傷人
(20)清極前,要確認所清陽極是否放平穩,不平穩的不予清理
(21)清極前勞保穿戴齊全,以免飛起的熱面殼塊燙傷
(22)清極時不要站在熱面殼塊上,對面得人員必須躲開,以免清的面殼飛出燙傷
(23)砸塊時,應看準.力度均勻,以免出現意外事故
(24)清理的碳環必須檢出.清理的面殼塊應放在指定地點,不得散堆亂放在地面上,堵塞行走道路
(25)維護時將換出的大塊砸碎.鄰極空的扎三塊極的邊,嚴禁將大塊往陽極上或鄰極上堆放
(26)換完維護完將現場收拾乾淨,鐵皮放到指定位置,不得亂放,影響現場管理
(27)不能隨便將剛撈完塊的鉤子.耙子.釺子等換極工具仍在槽體旁邊紅外線外,影響拉鋁車的行走
(28)維護完陽極,應對所有當班換極的極檢查一遍,提高維護質量

停槽作業安全注意事項

(1)確定停槽后,應及時準備停槽必須工具,接觸高溫熔體物具應事先預熱
(2)吸出電解質.鋁液時,必須有專人負責降陽極,嚴禁陽極與電解質脫離,嚴禁陽極降到底,頂壞上部母線提升機物
(3)停電后,短路口必須把絕緣板取出,用微風清理乾淨,保證短路面潔凈度,並將螺栓擰緊
(4)上緊螺栓后,檢測短路口溫度,短路口溫度超過100℃時處理,嚴防溫度上升過快,熔化短路口
(5)突發漏槽時,一方面派人降陽極,一方面通知整流所停電,嚴禁陽極與電解質脫離,防止產生爆炸,影響整個系列
(6)另一方面及時找准漏爐位置,派天車或人力堵漏,一面用擋板擋母線,防止沖壞母線,另一方面指揮天車或人力堵漏鋁通道,如堵不住,及時將鋁水,電解質抽出
(7)抽出的鋁水及時送往鑄造
(8)嚴防漏到槽下的鋁水或電解質燒毀地溝的電纜.電線,防止著火事件發生,準備好滅火器,嚴禁用水滅火
(9)堵漏人員必須勞保穿戴齊全,以免發生燙傷事故
(10)停槽作業結束后,將所用工具,按要求放好.清理現場衛生,將所停槽與周圍全部檢查一遍,做好各項記錄。
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