[go: up one dir, main page]

WO2014204332A1 - Modular electrochemical cell for treating electrolyte solutions - Google Patents

Modular electrochemical cell for treating electrolyte solutions Download PDF

Info

Publication number
WO2014204332A1
WO2014204332A1 PCT/RU2013/000501 RU2013000501W WO2014204332A1 WO 2014204332 A1 WO2014204332 A1 WO 2014204332A1 RU 2013000501 W RU2013000501 W RU 2013000501W WO 2014204332 A1 WO2014204332 A1 WO 2014204332A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
cathode
cell
anodes
anode
devices
Prior art date
Application number
PCT/RU2013/000501
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Витольд Михайлович БАХИР
Original Assignee
Bakhir Vitold Mikhaylovich
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bakhir Vitold Mikhaylovich filed Critical Bakhir Vitold Mikhaylovich
Priority to PCT/RU2013/000501 priority Critical patent/WO2014204332A1/en
Publication of WO2014204332A1 publication Critical patent/WO2014204332A1/en

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01—Products
    • C25B1/34—Simultaneous production of alkali metal hydroxides and chlorine, oxyacids or salts of chlorine, e.g. by chlor-alkali electrolysis
    • C25B1/46—Simultaneous production of alkali metal hydroxides and chlorine, oxyacids or salts of chlorine, e.g. by chlor-alkali electrolysis in diaphragm cells
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • C25B9/17—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof
    • C25B9/19—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof with diaphragms

Definitions

  • the invention relates to the field of chemical technology, in particular to devices for electrochemical processing of electrolyte solutions, and can be used in the processes of electrochemical production of various chemical products by electrolysis of aqueous solutions, in particular, in the process of producing a mixture of oxidants in the electrolysis of an aqueous solution of alkali or alkaline earth metal chlorides .
  • a mixture of oxidants can be used in water purification and disinfection processes, in processes related to the electrochemical regulation of acid-base, redox properties and catalytic activity of water and / or aqueous solutions, as well as in the processes of obtaining various chemical products.
  • flow diaphragm electrolyzers of various designs are used, containing both flat electrodes with a flat diaphragm installed between them, and coaxially arranged cylindrical electrodes with coaxially placed between them aperture.
  • Such electrolyzers are usually designed with a fixed capacity for the target products.
  • modular electrolyzers which achieve the required performance by connecting the required number of electrochemical modular cells, which reduces the cost of designing and manufacturing electrolyzers of fixed capacity, unify parts and assemblies, and reduce the time of installation and repair of such electrolyzers.
  • design of the electrochemical cell is essential, which determines all the advantages and disadvantages of a modular electrolyzer.
  • electrochemical modular cell containing a main electrode mounted 5 vertically, a cylindrical counter electrode also mounted vertically, a ceramic diaphragm placed coaxially with the main electrode and dividing the interelectrode space into sealed anode and cathode chambers, lower and upper sealing devices, devices for supplying processed liquids to the cathode and anode chambers and devices for I drain liquids and gases from the anode and cathode chambers (see US Patent N 5635040, C 02 F 1/461, 06/03/97).
  • the electrolyte or water solution is treated with a single or multiple (using an external circulation circuit) flow 15 of the treated solution through the electrode chambers of the cell from the bottom up.
  • Devices of the required performance are made of the required number of electrochemical modular cells.
  • the electrodes and the diaphragm are cylindrical and 25 are fixed in special dielectric bushings and heads, the latter being mounted for rotation.
  • the bushings and heads channels are made for supplying and discharging the treated aqueous solution from the electrode chambers.
  • preferred cell sizes are indicated. Such an implementation is relatively complicated, requires pairing a large number of parts, while there are requirements for maintaining the tightness of the cell, which requires the use of a significant number of sealing parts.
  • the known cell can be made in a narrow range of sizes, and, as a result, has a relatively small performance.
  • a disadvantage of the known cell is the fact that it works mainly with a fixed connection of the electrodes in such a way that the main electrode located inside the diaphragm is the anode and the external counter electrode is the cathode. This is due to the fact that there are significant difficulties in applying anodic electrocatalytic coatings to the inner surface of tubular electrodes.
  • a well-known electrochemical cell operating at a current strength of 8 - 10 A and on concentrated (more than 10 g / l) chloride solutions, it is impossible to control the composition and properties of catholyte, as well as its purity (amount of chlorides entering the catholyte). Due to the intense gas evolution in the anode chamber, the tightness of the cell chambers can be violated over time, which leads to a deterioration in the performance of the reactor based on electrochemical modular cells.
  • the technical result achieved by using the invention is to provide the possibility of increasing cell productivity by anode products, while simplifying the design of the cell, and making it possible to arrange the required number of cells in a smaller space, simplifying the fixation nodes of the cell elements while improving reliability, simplifying the design of high power reactors due to reducing auxiliary communications, as well as expanding the functionality of the cell, which is achieved at the expense of providing opportunities regulating the properties of catholyte and anolyte; and increasing the purity of the resulting products.
  • an electrochemical module cell for processing electrolyte solutions containing a cylindrical main electrode mounted vertically, a cylindrical counter electrode also mounted vertically, a ceramic diaphragm placed coaxially with the main electrode and dividing the interelectrode space into sealed anode and cathode chambers, the lower and top sealing devices, devices for supplying processed fluids to the cathode and anode chambers , devices for draining liquids and gases from the anode and cathode chambers, the upper and lower sealing devices are made in the form of plugs, and the cell contains one or more main vertical electrodes and more than one counter electrode (with respect to each main electrode), and the main electrodes are cathodes and counter electrodes — by anodes.
  • the anodes in the cell are fixed in the upper and lower plugs, the diaphragms are mounted either on the plugs or on the cathodes, and the cell is equipped with a housing on which the plugs are installed on the upper and lower parts.
  • the electrodes In the inner space of the casing there are electrodes that are installed at the vertices and center of one or more regular polygons inscribed in the plane of the cross section of the casing.
  • a cathode and a diaphragm are installed at the center of each regular polygon, and anodes at the vertices of the polygon.
  • the anodes can be made hollow and equipped with devices for supplying and removing coolant, which are connected respectively to the lower and upper ends of the anodes.
  • the cathode in the cell can be made of metal or graphite.
  • the cathode can be made tubular, and additionally contain devices for supplying and removing coolant, respectively connected to the ends of the cathode.
  • perforations can be made on the surface of the cathode, and devices for supplying the liquid to be processed into the cathode chamber, and devices for removing liquids and gases from the cathode chamber, can be connected to the lower and upper ends of the cathode, respectively.
  • the plugs and the cell body can be made of a dielectric acid-base material or of metal, while the inner surface of the metal parts is coated with a layer of a dielectric acid-base material.
  • One regular polygon with the number of vertices 3 - 12, or several close-packed regular polygons, each of which is either an equilateral triangle or a square or hexagon, can be inscribed in the plane of the cross section of the body.
  • the cell diaphragm must be made of acid-alkali-resistant nanostructured ultrafiltration ceramics.
  • an electrochemical modular cell for processing electrolyte solutions containing a main electrode mounted vertically, a cylindrical counter electrode also mounted vertically, a ceramic diaphragm placed coaxially with the main electrode and dividing the interelectrode space into sealed anode and cathode chambers, lower and upper sealing devices made in the form of plugs and the cell contains one or more main vertical electrodes and more than one prot of the electrode (with respect to each main electrode), with the main electrodes being the cathodes and the counter electrode as the anodes, it becomes possible to increase the cell performance of the anode products and place more electrodes in a smaller space, which also leads to a reduction in the number and length of auxiliary communications when combined cells in the reactors.
  • the anodes in the cell are fixed in the upper and lower plugs and the diaphragms are fixed either on the plugs or on the cathodes. This simplifies the manufacturing process of the cell.
  • the fact that the cell is equipped with a housing with plugs on its upper and lower parts allows to increase the safety of the cell, since in this case, unlike the prototype, the outer surface of the cell is not an electrode.
  • the electrodes are located in the interior of the housing, and are installed at the vertices and center of one or more regular polygons inscribed in the plane of the cross section of the housing.
  • a cathode and a diaphragm are installed at the center of each regular polygon, and anodes at the vertices of the polygon.
  • This implementation allows for constancy the distance between the electrodes and the diaphragm at any possible pressure drops, maintain the stability of the cell. Moreover, the fact that the number of anodes exceeds the number of cathodes allows one to directionally change the properties of solutions obtained by electrolysis, and, in particular, to increase the concentration of catholyte at
  • the heat removal system from the anode chamber can be constructed differently, for example, in the form of hollow tubes located in the anode chamber connected to means for supplying and removing heat carrier, or supplying a cooling case
  • the coolant can be directed by direct flow or countercurrent with respect to the movement of the electrolyte processed in the anode chamber.
  • the 20 cathode chambers can be installed both on sealing devices and on the side surfaces of the housing.
  • the choice of constructive execution is determined by the required performance and spatial limitations of the placement of cells.
  • the cathode in the cell can be made of metal or graphite.
  • the choice of 25 cathode material is determined by the conditions of the problem being solved, that is, the requirements for optimizing the ongoing electrochemical process, and depends both on the composition of the electrolyte and on the requirements for the type and quality of the products obtained.
  • the cathode can also be performed in various ways.
  • the cathode may be tubular, and further comprise devices for supplying and discharging the coolant, connected respectively to the ends of the cathode. This allows you to intensify the electrolysis process due to the removal of excess heat generated at the cathode.
  • the coolant can be directed by direct flow or countercurrent with respect to the movement of the electrolyte processed in the cathode chamber.
  • various methods of supplying the processed electrolyte to the cathode chamber can be applied.
  • the cathode is tubular, perforations can be made on the surface of the cathode, while devices for supplying the liquid to be processed into the cathode chamber, and devices for removing liquids and gases from the cathode chamber, can be connected to the lower and upper ends of the cathode, respectively.
  • This embodiment is advisable to apply in conditions when it is necessary to organize the effective circulation of catholyte in the cathode chamber of the cell due to gas lift.
  • the holes can be equipped with visors located in the upper part of the holes along the course of the solution in the chamber.
  • the plugs and the cell body can be made of various materials. They can be made of a dielectric acid-base material, for example glass, ceramics, fluoroplastic, polyvinyl chloride, polypropylene. They can also be made of metal, while the inner surface of the housing parts and plugs must be coated with a layer of dielectric acid-base material.
  • the material for the manufacture of body parts and plugs is determined by the conditions of the problem. The use of dielectrics is advisable in the design of cells containing a relatively small number of electrodes, for example, one cathode and three to six, in some cases (when using electrodes of relatively small diameters) up to twelve anodes.
  • One regular polygon with the number of vertices 3 - 12, or several close-packed regular polygons, each of which is either an equilateral triangle or a square or hexagon, can be inscribed in the plane of the cross section of the body.
  • the number of electrodes, their size (and, accordingly, the choice of the pattern by which they are placed inside the housing) is also determined by the conditions of the problem being solved.
  • the number of anodes can be
  • the number of anodes cannot be less than three, since otherwise it is impossible to ensure comparative uniformity of the electric field (and the characteristics of the electrolysis process).
  • the number of anodes is impractical to increase over twelve, as this will require either an increase in the outer diameter of the cell, which in turn will lead to an increase in the interelectrode distance, possible violations of the hydraulic regime of electrolyte movement, or the placement of anodes with small gaps between them, which will lead to uneven density distribution current on the surface of the anodes.
  • the number of anodes will be determined by the choice of the pattern of their placement. In this case, the electrodes
  • the 20 can provide close packing of polygons in a plane.
  • the type of polygons - an equilateral triangle, square or equilateral hexagon - is selected depending on the selected cross-sectional shape of the casing and the conditions of the problem being solved - the requirements for the electrolysis process and the requirements for the materials of the casing and flange plugs.
  • the cell diaphragm must be made of acid-alkali-resistant nanostructured ultrafiltration ceramics.
  • the diaphragm may be made of ceramic based on metal oxides, in particular, based on aluminum oxide, and may contain various additives, including additives of oxides of zirconium, yttrium, niobium, tantalum, titanium, gadolinium and hafnium. In this case, the aperture is performed by ultrafiltration.
  • FIG. 1 shows the upper part of the cell containing one cathode and four anodes.
  • FIG. Figure 2 shows the cross section of the cell body containing cathodes and anodes distributed in the cell cross section, respectively, at the centers and vertices of close-packed regular hexagons inscribed in the cross section of the cell.
  • FIG. 3 shows a diagram of an apparatus for producing a mixture of oxidants, in accordance with which comparative tests of the cells of the present invention and the cells of the prototype were performed.
  • the electrochemical modular cell for processing aqueous solutions contains a vertical cylindrical inner hollow cathode 1 and four anodes 2.
  • the cathode 1 and anodes 2 are located respectively in the center and at the tops of the square inscribed in the cross section of the housing 3.
  • a sealing plug 4 is installed at the upper end of the housing 3 .
  • a cathode 1, anodes 2 and a diaphragm 5 are fixed on the sealing plug 4.
  • the diaphragm 5 divides the interelectrode space into the anode 6 and the cathode 7 of the chamber.
  • a device for removing liquids and gases from the anode chamber is also located on the upper plug; devices for removing liquids and gases from the cathode chamber are connected to the cavity of the cathode 1 (not shown in the drawing).
  • a plug is installed, made similar to the upper plug, on which the cathode 1, anodes 2, diaphragm 5, and a device for supplying the processed fluids to the anode chamber 6 and a device for supplying the processed fluids to the cathode chamber 7 connected to the cavity of the cathode 1 are fixed (on not shown).
  • the cathode 1 is made with perforations 8, providing the flow of the processed fluid into the space between the outer surface of the cathode 1 and the inner surface of the diaphragm 5.
  • the cell works as follows.
  • the processed liquid enters, and through a device for supplying the processed liquids to the anode chamber 6, placed on the lower sealing plug (not shown in the drawing), the processed liquid enters - for example, a solution of sodium chloride.
  • water fills the cavity of the cathode 1 and through the holes 9 enters the space between the diaphragm 5 and the outer surface of the cathode 1, that is, into the cathode chamber 7.
  • the flow of water into the cathode chamber 7 is stopped after it is filled.
  • gas hydrogen gas
  • gas bubbles trap the catholyte (liquid in the cathode chamber) up.
  • the catholyte enters the space between the diaphragm 5 and the outer surface of the cathode 1, and through the upper holes 8 it is discharged into the inner cavity of the cathode 1 and is removed from the cell. Since electrolysis does not occur on the inner surface, the catholyte simply fills the inner space of the hollow electrode and, since it is less saturated with gas bubbles and has a greater apparent density, a slow catholyte circulation occurs in the hollow cathode chamber 1.
  • the perforation holes 8 are located along a helical line along of the entire surface of the cathode 1, then part of the hydrogen bubbles from the space between the outer surface of the cathode 1 and the inner surface of the diaphragm 5 penetrates into the inner cavity of the cathode 1, where x coalescence, accompanied by a significant acceleration of circulation in the internal cavity of the cathode 1 due to the separation of the gas and liquid phases.
  • the hydrogen bubbles move up while the liquid freed from the gas phase moves down and enters the working space of the electrode 1 through the lower perforation holes.
  • an electrolyte for example, a solution of sodium chloride enters the treatment through a device for supplying the processed liquids to the anode chamber located on the lower sealing plug (not shown in the drawing), and, passing the anode chamber 6 from the bottom up, it is discharged through device for draining liquids and gases from the anode chamber 6.
  • the electrolyte is circulated in the anode chamber 6 due to the convective movement of the electrolyte under the action of gases released at the anodes 2, in particular chlorine and in small lichestvah - oxygen.
  • metal ions in particular, sodium
  • a cell containing 7 cathodes and 24 anodes which are installed in accordance with the following rule: 7 regular hexagons are inscribed in the cross section of the cell body made of CPVC pipe with an inner diameter of 200 mm, cathodes made of steel pipe are installed at their centers 12X18H10T, with an external diameter of 16 mm and a wall thickness of 1.5 mm, surrounded by a diaphragm with a thickness of 2.5 mm, with an external diameter of 28 mm made of ceramic based on aluminum oxide (A1 2 0z).
  • the anodes are made of titanium tube grade VT 1-00 with an electrocatalytic coating ORTA deposited on its surface.
  • the interelectrode distance is 12 mm, while the outer diameter of the anode is 16 mm with a pipe wall thickness of 1 mm.
  • a coolant — water — was supplied to the internal cavities of the anodes at a rate of 20 liters per hour through each anode.
  • the heat carrier was supplied by direct flow in relation to the electrolyte solution being treated.
  • the housing and sealing plugs are made of chlorinated polyvinyl chloride (CPVC).
  • Devices for supplying the processed electrolytes to the cathode and anode chambers and devices for removing liquid and gaseous electrolysis products from the anode and cathode chambers (fittings) are installed on sealing plugs.
  • Installation for producing a mixture of oxidants contains a reactor 9 made of modular cells or cells.
  • Cells or cell contain anode 6 and cathode 7 cameras.
  • the installation also contains a container with a processed solution 10, a pump 11, a circulation loop of the cathode chamber 7 with a separation tank 12, a line for supplying the processed solution 13 to the anode chamber 6, a discharge line for catholyte 14, an output line for the mixture of oxylants 15 with a regulator installed on it pressure "to yourself" 16, the discharge line of the gas-liquid mixture (hydrogen and catholyte) 17 with a primary separator 18 installed on it.
  • the gas-liquid mixture — hydrogen and catholyte — is removed from the cathode chamber 7 through a line 17.
  • hydrogen is separated from the catholyte, after which hydrogen is removed from the system, and the catholyte enters the circulation tank 12. Excess catholyte is discharged from tank 12
  • the installation with a cell according to the invention consumed 2.94 liters of saline per hour, while the installation with 16 cells according to the prototype consumed 3.5 liters per hour.
  • the concentration of sodium hydroxide in catholyte from the installation with a cell according to the invention was 194 g / l, and from the installation with 16 cells according to the prototype it was 163 g / l, which indicates a more complete use of salt in the installation with a cell according to the invention.
  • the voltage on the electrochemical cell of the reactor of the installation with the cell according to the invention was 4.3 V during operation, while the voltage on the cells of the prototype in the installation was 4.7 V. Therefore, the electric power consumed to produce an equal amount of chlorine in installation with 16 cells of the prototype with the investigated operating mode is 8% more than in the installation with a cell according to the invention.
  • the current strength was 400 amperes
  • the voltage at the terminals of the current source was 4.3 V
  • the installation's chlorine gas productivity was 500 g / h.
  • the parameters of the installation with 16 cells according to the prototype were as follows: the current strength in a circuit of four groups of electrically parallel connected cells, where in each group four cells are electrically connected in series, was 100 amperes at a voltage of 22.5 volts against 18.8 volts at the beginning comparative tests. Therefore, the electric power spent on the production of chlorine after 60 hours of continuous operation increased by 16% in the installation with 16 cells of the prototype and remained unchanged in the installation with a cell according to the invention.
  • the voltage on the unit cell with the cell according to the invention increased to 4.8 volts.
  • the electrolyte temperature in the cell increased by 1 degree in comparison with the temperature at a current of 400 A equal to 34 ° ⁇ and, having reached 35 ° ⁇ , remained at this level during the duration of the comparative tests that lasted 48
  • EFFECT makes it possible to increase cell productivity by anode products, while simplifying cell design and providing the possibility of arranging the required number of cells in a smaller space, to simplify fixation units of cell elements while increasing reliability, to simplify the creation of high power reactors by reducing auxiliary communications, and expand the functionality of the cell by providing the ability to control the properties of catholyte and anolyte and Improving the purity of the resulting products.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Abstract

The claimed invention relates to the field of electrical engineering, and more particularly to a device for electrochemical treatment of aqueous solutions, and can be used, for example, for electrolysis of aqueous solutions of chlorides of alkali metals or alkaline earth metals. A modular electrochemical cell for treating the above-mentioned solutions comprises one or more main vertical cylindrical electrodes, which are cathodes, a ceramic diaphragm co-axially arranged with respect to the main electrode and separating the space between electrodes into sealed anode and cathode compartments, lower and upper sealing means in the form of caps, means for feeding liquids to be treated into the compartments, and means for discharging liquids and gases from the anode and cathode compartments. The cell comprises more than one cylindrical opposing electrode, namely an anode. The modular cell is equipped with an outer shell having caps at the bottom and top parts thereof, wherein the cell anodes are fastened in the upper and lower caps. The diaphragms are fastened to the caps or to the cathodes. The cell electrodes are mounted at the apexes and in the centers of regular close-packed polygons inscribed in the plane of the outer shell cross section. The invention makes it possible to increase the productivity of the modular electrochemical cell with respect to anodic products, and to simplify assembly of the structure.

Description

Электрохимическая модульная ячейка  Electrochemical Modular Cell
для обработки растворов электролитов  for processing electrolyte solutions
Область применения Application area
Изобретение относится к области химической технологии, в частности к устройствам для электрохимической обработки растворов электролитов, и может быть использовано в процессах электрохимического получения различных химических продуктов путем электролиза водных растворов, в частности, в процессе получения смеси оксидантов при электролизе водного раствора хлоридов щелочных или щелочноземельных металлов. Смесь оксидантов может быть использована в процессах очистки и обеззараживания воды, в процессах, связанных с электрохимическим регулированием кислотно-основных, окислительно- восстановительных свойств и каталитической активности воды и/или водных растворов, а также в процессах получения различных химических продуктов.  The invention relates to the field of chemical technology, in particular to devices for electrochemical processing of electrolyte solutions, and can be used in the processes of electrochemical production of various chemical products by electrolysis of aqueous solutions, in particular, in the process of producing a mixture of oxidants in the electrolysis of an aqueous solution of alkali or alkaline earth metal chlorides . A mixture of oxidants can be used in water purification and disinfection processes, in processes related to the electrochemical regulation of acid-base, redox properties and catalytic activity of water and / or aqueous solutions, as well as in the processes of obtaining various chemical products.
Предшествующий уровень техники State of the art
В прикладной электрохимии для проведения электрохимических процессов, таких как электролитическое получение различных продуктов или обработка воды и/или водных растворов, используются проточные диафрагменные электролизеры различных конструкций, содержащие как плоские электроды с установленной между ними плоской диафрагмой, так и коаксиально расположенные цилиндрические электроды с коаксиально размещенной между ними диафрагмой. Такие электролизеры обычно проектируются с фиксированной производительностью по целевым продуктам.  In applied electrochemistry for conducting electrochemical processes, such as the electrolytic production of various products or the treatment of water and / or aqueous solutions, flow diaphragm electrolyzers of various designs are used, containing both flat electrodes with a flat diaphragm installed between them, and coaxially arranged cylindrical electrodes with coaxially placed between them aperture. Such electrolyzers are usually designed with a fixed capacity for the target products.
Наиболее перспективными являются модульные электролизеры, обеспечивающие достижение требуемой производительности путем соединения необходимого числа электрохимических модульных ячеек, что позволяет сократить затраты на проектирование и производство электролизеров фиксированной производительности, унифицировать детали и узлы, сократить время монтажа и ремонта таких электролизеров. Для модульных электролизеров наиболее существенным является конструкция электрохимической ячейки, которая и определяет все достоинства и недостатки модульного электролизера. The most promising are modular electrolyzers, which achieve the required performance by connecting the required number of electrochemical modular cells, which reduces the cost of designing and manufacturing electrolyzers of fixed capacity, unify parts and assemblies, and reduce the time of installation and repair of such electrolyzers. For modular electrolyzers the most the design of the electrochemical cell is essential, which determines all the advantages and disadvantages of a modular electrolyzer.
Наиболее близкой по технической сути и достигаемому результату является электрохимическая модульная ячейка, содержащая основной электрод, установленный 5 вертикально, цилиндрический противоэлектрод, также установленный вертикально, керамическую диафрагму, размещенную коаксиально основному электроду и разделяющую межэлектродное пространство на герметичные анодную и катодную камеры, нижнее и верхнее герметизирующие приспособления, приспособления для подачи обрабатываемых жидкостей в катодную и анодную камеры и приспособления ю для отвода жидкостей и газов из анодной и катодной камер (см. патент США N 5635040, С 02 F 1/461, 03.06.97).  The closest in technical essence and the achieved result is an electrochemical modular cell containing a main electrode mounted 5 vertically, a cylindrical counter electrode also mounted vertically, a ceramic diaphragm placed coaxially with the main electrode and dividing the interelectrode space into sealed anode and cathode chambers, lower and upper sealing devices, devices for supplying processed liquids to the cathode and anode chambers and devices for I drain liquids and gases from the anode and cathode chambers (see US Patent N 5635040, C 02 F 1/461, 06/03/97).
Это техническое решение выбрано в качестве прототипа.  This technical solution is selected as a prototype.
Обработка раствора электролита или воды производится при однократном или многократном (с использованием внешнего циркуляционного контура) протоке 15 обрабатываемого раствора через электродные камеры ячейки снизу вверх. Устройства требуемой производительности изготавливают из необходимого количества электрохимических модульных ячеек.  The electrolyte or water solution is treated with a single or multiple (using an external circulation circuit) flow 15 of the treated solution through the electrode chambers of the cell from the bottom up. Devices of the required performance are made of the required number of electrochemical modular cells.
При использовании известной электрохимической модульной ячейки достигается эффективная обработка растворов электролитов при низком расходе 20 энергии. Устройство достаточно просто в эксплуатации, сравнительно легко объединяется в блоки, представляющие собой проточные диафрагменные электрохимические реакторы заданной производительности (мощности).  When using the well-known electrochemical modular cell, efficient processing of electrolyte solutions is achieved with a low energy consumption of 20. The device is quite simple to operate, relatively easily combined into blocks, which are flow diaphragm electrochemical reactors of a given capacity (power).
Однако известное устройство обладает рядом недостатков.  However, the known device has several disadvantages.
В известном решении электроды и диафрагма выполнены цилиндрическими и 25 закреплены в специальных диэлектрических втулках и головках, причем последние установлены с возможностью поворота. Во втулках и головках выполнены каналы для подачи в электродные камеры и отвода из них обрабатываемого водного раствора. В техническом решении указаны предпочтительные размеры ячейки. Такое выполнение сравнительно сложно, требует сопряжения большого количества деталей, при этом зо предъявляются требования по сохранению герметичности ячейки, что требует использования значительного количества уплотняющих деталей.  In a known solution, the electrodes and the diaphragm are cylindrical and 25 are fixed in special dielectric bushings and heads, the latter being mounted for rotation. In the bushings and heads, channels are made for supplying and discharging the treated aqueous solution from the electrode chambers. In the technical solution, preferred cell sizes are indicated. Such an implementation is relatively complicated, requires pairing a large number of parts, while there are requirements for maintaining the tightness of the cell, which requires the use of a significant number of sealing parts.
Кроме того, известная ячейка может быть выполнена в узком диапазоне размеров, и, как результат, обладает сравнительно небольшой производительностью. При создании модульных электролизеров высокой производительности необходимо использовать значительное количество ячеек и при этом возникает необходимость применения внешних циркуляционных контуров, с помощью которых осуществляется отделение электролизных газов и возврат раствора электролита в электродные камеры. При этом возникают трудности с обеспечением равномерного распределения потока возвращаемого раствора электролита в электродные камеры электрохимических модульных ячеек, объединенных в блок, т.е. в электрохимический реактор большой мощности. Это обусловлено влиянием капиллярных сил и различиями гидравлического сопротивления узких концентрически расположенных электродных камер ячеек при интенсивном газовыделении на электродах. In addition, the known cell can be made in a narrow range of sizes, and, as a result, has a relatively small performance. When creating modular electrolyzers of high productivity, it is necessary to use a significant number of cells and at the same time there is a need to use external circulation circuits, with the help of which electrolysis gases are separated and the electrolyte solution is returned to the electrode chambers. In this case, difficulties arise in ensuring a uniform distribution of the flow of the returned electrolyte solution into the electrode chambers of the electrochemical modular cells combined into a block, i.e. into an electrochemical reactor of high power. This is due to the influence of capillary forces and differences in hydraulic resistance of narrow concentrically located electrode chambers of the cells during intense gas evolution at the electrodes.
Недостатком известной ячейки также является тот факт, что она работает преимущественно при фиксированном подключении электродов таким образом, что основной электрод, расположенный внутри диафрагмы является анодом, а внешний противоэлектрод - катодом. Это связано с тем, что имеются значительные трудности при нанесении анодных электрокаталитических покрытий на внутреннюю поверхность трубчатых электродов. Кроме того, в известной электрохимической ячейке, работающей при силе тока 8 - 10 А и на концентрированных (более 10 г/л) хлоридных растворах, невозможно регулировать состав и свойства католита, а также его чистоту (количество хлоридов, попадающих в католит). За счет интенсивного газовыделения в анодной камере герметичность камер ячейки со временем может нарушаться, что приводит к ухудшению показателей работы реактора на основе электрохимических модульных ячеек.  A disadvantage of the known cell is the fact that it works mainly with a fixed connection of the electrodes in such a way that the main electrode located inside the diaphragm is the anode and the external counter electrode is the cathode. This is due to the fact that there are significant difficulties in applying anodic electrocatalytic coatings to the inner surface of tubular electrodes. In addition, in a well-known electrochemical cell operating at a current strength of 8 - 10 A and on concentrated (more than 10 g / l) chloride solutions, it is impossible to control the composition and properties of catholyte, as well as its purity (amount of chlorides entering the catholyte). Due to the intense gas evolution in the anode chamber, the tightness of the cell chambers can be violated over time, which leads to a deterioration in the performance of the reactor based on electrochemical modular cells.
Раскрытие изобретения Disclosure of invention
Техническим результатом, достигаемым при использовании изобретения является обеспечение возможности повышения производительности ячейки по анодным продуктам, при упрощении конструкции ячейки, и обеспечении возможности компоновки требуемого количества ячеек в меньшем пространстве, упрощение узлов фиксации элементов ячейки при одновременном повышении надежности, упрощение конструкции реакторов большой мощности за счет сокращения вспомогательных коммуникаций, а также расширение функциональных возможностей ячейки, которое достигается за счет обеспечения возможности регулирования свойств католита и анолита и повышения чистоты получаемых продуктов. The technical result achieved by using the invention is to provide the possibility of increasing cell productivity by anode products, while simplifying the design of the cell, and making it possible to arrange the required number of cells in a smaller space, simplifying the fixation nodes of the cell elements while improving reliability, simplifying the design of high power reactors due to reducing auxiliary communications, as well as expanding the functionality of the cell, which is achieved at the expense of providing opportunities regulating the properties of catholyte and anolyte; and increasing the purity of the resulting products.
Указанный результат достигается тем, что в электрохимической модульной ячейке для обработки растворов электролитов, содержащей цилиндрический основной электрод, установленный вертикально, цилиндрический противоэлектрод, также установленный вертикально, керамическую диафрагму, размещенную коаксиально основному электроду и разделяющую межэлектродное пространство на герметичные анодную и катодную камеры, нижнее и верхнее герметизирующие приспособления, приспособления для подачи обрабатываемых жидкостей в катодную и анодную камеры, приспособления для отвода жидкостей и газов из анодной и катодной камер, верхнее и нижнее герметизирующие приспособления выполнены в виде заглушек, и ячейка содержит один или несколько основных вертикальных электродов и более одного противоэлектрода (по отношению к каждому основному электроду), причем основные электроды являются катодами, а противоэлектроды— анодами. Аноды в ячейке закреплены в верхней и нижней заглушках, диафрагмы закреплены или на заглушках или на катодах, и ячейка снабжена корпусом, на верхней и нижней частях которого установлены заглушки. Во внутреннем пространстве корпуса размещены электроды, которые установлены в вершинах и центре одного или нескольких правильных многоугольников, вписанных в плоскость поперечного сечения корпуса. В центре каждого правильного многоугольника установлен катод и диафрагма, а в вершинах многоугольника - аноды.  This result is achieved in that in an electrochemical module cell for processing electrolyte solutions, containing a cylindrical main electrode mounted vertically, a cylindrical counter electrode also mounted vertically, a ceramic diaphragm placed coaxially with the main electrode and dividing the interelectrode space into sealed anode and cathode chambers, the lower and top sealing devices, devices for supplying processed fluids to the cathode and anode chambers , devices for draining liquids and gases from the anode and cathode chambers, the upper and lower sealing devices are made in the form of plugs, and the cell contains one or more main vertical electrodes and more than one counter electrode (with respect to each main electrode), and the main electrodes are cathodes and counter electrodes — by anodes. The anodes in the cell are fixed in the upper and lower plugs, the diaphragms are mounted either on the plugs or on the cathodes, and the cell is equipped with a housing on which the plugs are installed on the upper and lower parts. In the inner space of the casing there are electrodes that are installed at the vertices and center of one or more regular polygons inscribed in the plane of the cross section of the casing. A cathode and a diaphragm are installed at the center of each regular polygon, and anodes at the vertices of the polygon.
Аноды могут быть выполнены полыми и снабженными приспособлениями для подачи и отвода теплоносителя, которые соединены соответственно с нижними и верхними торцами анодов.  The anodes can be made hollow and equipped with devices for supplying and removing coolant, which are connected respectively to the lower and upper ends of the anodes.
Катод в ячейке может быть выполнен из металла или графита.  The cathode in the cell can be made of metal or graphite.
Катод может быть выполнен трубчатым, и дополнительно содержать приспособления для подачи и отвода теплоносителя, соединенные соответственно с торцами катода.  The cathode can be made tubular, and additionally contain devices for supplying and removing coolant, respectively connected to the ends of the cathode.
Также, при трубчатом выполнении катода, на поверхности катода могут быть выполнены перфорационные отверстия, и приспособления для подачи обрабатываемой жидкости в катодную камеру, и приспособления для отвода жидкостей и газов из катодной камеры, могут быть соединены соответственно с нижним и верхним торцами катода. Заглушки и корпус ячейки могут быть выполнены из диэлектрического кислото-щелочестойкого материала или из металла, при этом внутренняя поверхность деталей из металла покрыта слоем диэлектрического кислото-щелочестойкого материала. Also, when the cathode is tubular, perforations can be made on the surface of the cathode, and devices for supplying the liquid to be processed into the cathode chamber, and devices for removing liquids and gases from the cathode chamber, can be connected to the lower and upper ends of the cathode, respectively. The plugs and the cell body can be made of a dielectric acid-base material or of metal, while the inner surface of the metal parts is coated with a layer of a dielectric acid-base material.
В плоскость поперечного сечения корпуса может быть вписан один правильный многоугольник с числом вершин 3 - 12, или несколько плотноупакованных правильных многоугольников, каждый из которых является или равносторонним треугольником или квадратом или шестиугольником.  One regular polygon with the number of vertices 3 - 12, or several close-packed regular polygons, each of which is either an equilateral triangle or a square or hexagon, can be inscribed in the plane of the cross section of the body.
Диафрагма ячейки должна быть выполнена из кислотощелочестойкой наноструктурированной ультрафильтрационной керамики.  The cell diaphragm must be made of acid-alkali-resistant nanostructured ultrafiltration ceramics.
Благодаря тому, что в электрохимической модульной ячейке для обработки растворов электролитов, содержащей основной электрод, установленный вертикально, цилиндрический противоэлектрод, также установленный вертикально, керамическую диафрагму, размещенную коаксиально основному электроду и разделяющую межэлектродное пространство на герметичные анодную и катодную камеры, нижнее и верхнее герметизирующие приспособления выполнены в виде заглушек и ячейка содержит один или несколько основных вертикальных электродов и более одного противоэлектрода (по отношению к каждому основному электроду), причем основные электроды являются катодами, а противоэлектрода - анодами, появляется возможность увеличить производительность ячейки по анодным продуктам и разместить большее количество электродов в меньшем пространстве, что также ведет к сокращению числа и протяженности вспомогательных коммуникаций при объединении ячеек в реакторы.  Due to the fact that in an electrochemical modular cell for processing electrolyte solutions containing a main electrode mounted vertically, a cylindrical counter electrode also mounted vertically, a ceramic diaphragm placed coaxially with the main electrode and dividing the interelectrode space into sealed anode and cathode chambers, lower and upper sealing devices made in the form of plugs and the cell contains one or more main vertical electrodes and more than one prot of the electrode (with respect to each main electrode), with the main electrodes being the cathodes and the counter electrode as the anodes, it becomes possible to increase the cell performance of the anode products and place more electrodes in a smaller space, which also leads to a reduction in the number and length of auxiliary communications when combined cells in the reactors.
Аноды в ячейке закреплены в верхней и нижней заглушках а диафрагмы закреплены или на заглушках или на катодах. Это позволяет упростить процесс изготовления ячейки. То, что ячейка снабжена корпусом, на верхней и нижней частях которого установлены заглушки, позволяет повысить безопасность ячейки, так как в этом случае, в отличие от прототипа, внешняя поверхность ячейки не является электродом. Электроды размещены во внутреннем пространстве корпуса, и установлены в вершинах и центре одного или нескольких правильных многоугольников, вписанных в плоскость поперечного сечения корпуса. В центре каждого правильного многоугольника установлен катод и диафрагма, а в вершинах многоугольника - аноды. Такое выполнение позволяет обеспечить постоянство расстояния между электродами и диафрагмой при любых возможных перепадах давления, поддерживать стабильность работы ячейки. При этом тот факт, что число анодов превышает число катодов, позволяет направленно изменять свойства растворов, получаемых при электролизе, и, в частности, повысить концентрацию католита приThe anodes in the cell are fixed in the upper and lower plugs and the diaphragms are fixed either on the plugs or on the cathodes. This simplifies the manufacturing process of the cell. The fact that the cell is equipped with a housing with plugs on its upper and lower parts allows to increase the safety of the cell, since in this case, unlike the prototype, the outer surface of the cell is not an electrode. The electrodes are located in the interior of the housing, and are installed at the vertices and center of one or more regular polygons inscribed in the plane of the cross section of the housing. A cathode and a diaphragm are installed at the center of each regular polygon, and anodes at the vertices of the polygon. This implementation allows for constancy the distance between the electrodes and the diaphragm at any possible pressure drops, maintain the stability of the cell. Moreover, the fact that the number of anodes exceeds the number of cathodes allows one to directionally change the properties of solutions obtained by electrolysis, and, in particular, to increase the concentration of catholyte at
5 электролизе растворов хлоридов щелочных металлов. Кроме того, такое вьшолнение позволяет, регулируя параметры электролиза, повысить чистоту католита за счет предотвращения загрязнения его избыточным содержанием хлоридов. Вьшолнение анодов полыми и снабжение их приспособлениями для подачи и отвода теплоносителя, соединенными соответственно с нижними и верхними торцами анодов, ю позволяет интенсифицировать процесс электролиза за счет отвода избыточного тепла. 5 electrolysis of alkali metal chloride solutions. In addition, such an implementation allows, by adjusting the electrolysis parameters, to increase the purity of catholyte by preventing pollution with its excessive chloride content. The implementation of hollow anodes and supplying them with devices for supplying and removing coolant, connected respectively to the lower and upper ends of the anodes, makes it possible to intensify the electrolysis process by removing excess heat.
Такое решение для отвода тепла из анодной камеры является оптимальным, однако система отвода тепла из анодной камеры может быть конструктивно выполнена иначе, например, в виде расположенных в анодной камере полых трубок, соединенных со средствами подачи и отвода теплоносителя, или снабжение корпуса охлаждающей Such a solution for heat removal from the anode chamber is optimal, however, the heat removal system from the anode chamber can be constructed differently, for example, in the form of hollow tubes located in the anode chamber connected to means for supplying and removing heat carrier, or supplying a cooling case
15 рубашкой, или каким-либо иным образом. В зависимости от условий решаемой задачи теплоноситель может быть направлен прямотоком или противотоком по отношению к движению обрабатываемого в анодной камере электролита. 15 shirt, or in any other way. Depending on the conditions of the problem being solved, the coolant can be directed by direct flow or countercurrent with respect to the movement of the electrolyte processed in the anode chamber.
Приспособления для подачи обрабатываемых жидкостей в катодную и анодную камеры и приспособления для отвода жидкостей и газов из анодной и Devices for supplying processed liquids to the cathode and anode chambers and devices for removing liquids and gases from the anode and
20 катодной камер могут быть установлены как на герметизирующих приспособлениях, так и на боковых поверхностях корпуса. Выбор конструктивного выполнения определяется требуемой производительностью и пространственными ограничениями размещения ячеек. The 20 cathode chambers can be installed both on sealing devices and on the side surfaces of the housing. The choice of constructive execution is determined by the required performance and spatial limitations of the placement of cells.
Катод в ячейке может быть выполнен из металла или графита. Выбор 25 материала катода определяется условиями решаемой задачи, то есть требованиями к оптимизации протекающего электрохимического процесса, и зависит как от состава электролита, так и от требований к виду и качеству получаемых продуктов.  The cathode in the cell can be made of metal or graphite. The choice of 25 cathode material is determined by the conditions of the problem being solved, that is, the requirements for optimizing the ongoing electrochemical process, and depends both on the composition of the electrolyte and on the requirements for the type and quality of the products obtained.
Конструктивно катод также может быть выполнен различно. Например, катод может быть выполнен трубчатым, и дополнительно содержать приспособления для зо подачи и отвода теплоносителя, соединенные соответственно с торцами катода. Это позволяет интенсифицировать процесс электролиза за счет отвода избыточного тепла, образующегося на катоде. В зависимости от условий решаемой задачи теплоноситель может быть направлен прямотоком или противотоком по отношению к движению обрабатываемого в катодной камере электролита. Structurally, the cathode can also be performed in various ways. For example, the cathode may be tubular, and further comprise devices for supplying and discharging the coolant, connected respectively to the ends of the cathode. This allows you to intensify the electrolysis process due to the removal of excess heat generated at the cathode. Depending on the conditions of the problem being solved, the coolant can be directed by direct flow or countercurrent with respect to the movement of the electrolyte processed in the cathode chamber.
В зависимости от требований к организации процесса обработки могут быть применены различные приемы подачи обрабатываемого электролита в катодную камеру. При выполнении катода трубчатым, на поверхности катода могут быть выполнены перфорационные отверстия, при этом приспособления для подачи обрабатываемой жидкости в катодную камеру, и приспособления для отвода жидкостей и газов из катодной камеры, могут быть соединены соответственно с нижним и верхним торцами катода. Такое выполнение целесообразно применять в условиях, когда необходимо организовать эффективную циркуляцию католита в катодной камере ячейки за счет газлифта. В этом случае также целесообразно использовать различные конструктивные приемы, интенсифицирующие отвод выделяющихся электролизных газов, например, отверстия могут быть снабжены козырьками, расположенными в верхней части отверстий по ходу движения раствора в камере.  Depending on the requirements for the organization of the processing process, various methods of supplying the processed electrolyte to the cathode chamber can be applied. When the cathode is tubular, perforations can be made on the surface of the cathode, while devices for supplying the liquid to be processed into the cathode chamber, and devices for removing liquids and gases from the cathode chamber, can be connected to the lower and upper ends of the cathode, respectively. This embodiment is advisable to apply in conditions when it is necessary to organize the effective circulation of catholyte in the cathode chamber of the cell due to gas lift. In this case, it is also advisable to use various design methods that intensify the discharge of released electrolysis gases, for example, the holes can be equipped with visors located in the upper part of the holes along the course of the solution in the chamber.
Заглушки и корпус ячейки могут быть выполнены из различных материалов. Они могут быть выполнены из диэлектрического кислото-щелочестойкого материала, например стекла, керамики, фторопласта, поливинилхлорида, полипропилена. Они также могут быть выполнены из металла, при этом внутренняя поверхность деталей корпуса и заглушек должна быть покрыта слоем диэлектрического кислото- щелочестойкого материала. Материал для изготовления деталей корпуса и заглушек определяется условиями решаемой задачи. Использование диэлектриков целесообразно при конструировании ячеек, содержащих сравнительно небольшое количество электродов, например одного катода и трех - шести, в некоторых случаях (при использовании электродов сравнительно небольших диаметров) до двенадцати анодов. В случае конструирования ячейки с большим количеством электродов или ячейки, корпус которой имеет сложную форму, целесообразно использовать прочные материалы, облегчающие создание деталей сложной формы, например металл, защищенный от воздействия агрессивной среды изолирующим покрытием.  The plugs and the cell body can be made of various materials. They can be made of a dielectric acid-base material, for example glass, ceramics, fluoroplastic, polyvinyl chloride, polypropylene. They can also be made of metal, while the inner surface of the housing parts and plugs must be coated with a layer of dielectric acid-base material. The material for the manufacture of body parts and plugs is determined by the conditions of the problem. The use of dielectrics is advisable in the design of cells containing a relatively small number of electrodes, for example, one cathode and three to six, in some cases (when using electrodes of relatively small diameters) up to twelve anodes. In the case of constructing a cell with a large number of electrodes or a cell, the body of which has a complex shape, it is advisable to use durable materials that facilitate the creation of parts of complex shape, for example metal, protected from the effects of aggressive environment by an insulating coating.
В плоскость поперечного сечения корпуса может быть вписан один правильный многоугольник с числом вершин 3 - 12, или несколько плотноупакованных правильных многоугольников, каждый из которых является или равносторонним треугольником или квадратом или шестиугольником. Количество электродов, их размер (и, соответственно, выбор закономерности, по которой они размещены внутри корпуса) также определяется условиями решаемой задачи. One regular polygon with the number of vertices 3 - 12, or several close-packed regular polygons, each of which is either an equilateral triangle or a square or hexagon, can be inscribed in the plane of the cross section of the body. The number of electrodes, their size (and, accordingly, the choice of the pattern by which they are placed inside the housing) is also determined by the conditions of the problem being solved.
При конструировании ячейки с одним катодом число анодов может составлять When designing a cell with one cathode, the number of anodes can be
5 от трех до двенадцати. Число анодов не может быть менее трех, так как иначе невозможно обеспечить сравнительную равномерность электрического поля (и характеристик процесса электролиза). Число анодов нецелесообразно увеличивать свыше двенадцати, так как это потребует либо увеличения внешнего диаметра ячейки, что в свою очередь приведет к увеличению межэлектродного расстояния, возможным ю нарушениям гидравлического режима движения электролита, либо размещения анодов с малыми зазорами между собой, что приведет к неравномерности распределения плотности тока по поверхности анодов. 5 from three to twelve. The number of anodes cannot be less than three, since otherwise it is impossible to ensure comparative uniformity of the electric field (and the characteristics of the electrolysis process). The number of anodes is impractical to increase over twelve, as this will require either an increase in the outer diameter of the cell, which in turn will lead to an increase in the interelectrode distance, possible violations of the hydraulic regime of electrolyte movement, or the placement of anodes with small gaps between them, which will lead to uneven density distribution current on the surface of the anodes.
При конструировании ячейки с числом катодов более одного число анодов будет определяться выбором закономерности их размещения. В этом случае электроды When constructing a cell with more than one cathode number, the number of anodes will be determined by the choice of the pattern of their placement. In this case, the electrodes
15 располагаются в центре (катоды) и по вершинам (аноды) нескольких плотноупакованных правильных многоугольников, расположенных в поперечном сечении корпуса. Эти правильные многоугольники являются или равносторонним треугольником или квадратом или шестиугольником. Использование иных условно вписанных многоугольников в плоскость сечения корпуса нецелесообразно, так как не15 are located in the center (cathodes) and along the vertices (anodes) of several close-packed regular polygons located in the cross section of the casing. These regular polygons are either an equilateral triangle or a square or hexagon. The use of other conditionally inscribed polygons in the plane of the section of the body is impractical, since
20 может обеспечить плотную упаковку многоугольников на плоскости. Вид многоугольников - равносторонний треугольник, квадрат или равносторонний шестиугольник - выбирается в зависимости от выбранной формы поперечного сечения корпуса и условий решаемой задачи - требований к процессу электролиза и требований к материалам корпуса и фланцевых заглушек. 20 can provide close packing of polygons in a plane. The type of polygons - an equilateral triangle, square or equilateral hexagon - is selected depending on the selected cross-sectional shape of the casing and the conditions of the problem being solved - the requirements for the electrolysis process and the requirements for the materials of the casing and flange plugs.
25 Диафрагма ячейки должна быть выполнена из кислотощелочестойкой наноструктурированной ультрафильтрационной керамики. Диафрагма может быть выполнена из керамики на основе оксидов металлов, в частности, на основе оксида алюминия, и может содержать различные добавки, в том числе добавки оксидов циркония, иттрия, ниобия, тантала, титана, гадолиния и гафния. При этом диафрагма зо выполняется ультрафильтрационной.  25 The cell diaphragm must be made of acid-alkali-resistant nanostructured ultrafiltration ceramics. The diaphragm may be made of ceramic based on metal oxides, in particular, based on aluminum oxide, and may contain various additives, including additives of oxides of zirconium, yttrium, niobium, tantalum, titanium, gadolinium and hafnium. In this case, the aperture is performed by ultrafiltration.
Такая диафрагма является устойчивой к агрессивной среде, в которой протекают электрохимические процессы, обладает постоянством размеров и характеристик. Краткое описание фигур чертежей Such a diaphragm is resistant to an aggressive environment in which electrochemical processes take place, has a constant size and characteristics. Brief Description of the Drawings
Основные детали ячейки согласно изобретению представлены на фиг. 1 и 2. На фиг.1 показана верхняя часть ячейки, содержащей один катод и четыре анода.  The main details of the cell according to the invention are shown in FIG. 1 and 2. Figure 1 shows the upper part of the cell containing one cathode and four anodes.
На фиг. 2 представлено поперечное сечение корпуса ячейки, содержащей катоды и аноды, распределенные в поперечном сечении ячейки соответственно по центрам и по вершинам плотноупакованных правильных шестиугольников, вписанных в поперечное сечение корпуса.  In FIG. Figure 2 shows the cross section of the cell body containing cathodes and anodes distributed in the cell cross section, respectively, at the centers and vertices of close-packed regular hexagons inscribed in the cross section of the cell.
На фиг. 3 представлена схема установки для получения смеси оксидантов, в соответствии в которой производилась сравнительные испытания ячейки по настоящему изобретению и ячейки по прототипу.  In FIG. 3 shows a diagram of an apparatus for producing a mixture of oxidants, in accordance with which comparative tests of the cells of the present invention and the cells of the prototype were performed.
Электрохимическая модульная ячейка для обработки водных растворов (фиг. 1) содержит вертикальные цилиндрические внутренний полый катод 1 и четыре анода 2. Катод 1 и аноды 2 размещены соответственно в центре и в вершинах квадрата, вписанного в поперечное сечение корпуса 3. На верхнем торце корпуса 3 установлена герметизирующая заглушка 4. На герметизирующей заглушке 4 закреплены катод 1, аноды 2 и диафрагма 5. Диафрагма 5 разделяет межэлектродное пространство на анодную 6 и катодную 7 камеры. На верхней заглушке также размещено приспособление для отвода жидкостей и газов из анодной камеры приспособления для отвода жидкостей и газов из катодной камеры соединено с полостью катода 1 (на чертеже не показаны).  The electrochemical modular cell for processing aqueous solutions (Fig. 1) contains a vertical cylindrical inner hollow cathode 1 and four anodes 2. The cathode 1 and anodes 2 are located respectively in the center and at the tops of the square inscribed in the cross section of the housing 3. At the upper end of the housing 3 a sealing plug 4 is installed. A cathode 1, anodes 2 and a diaphragm 5 are fixed on the sealing plug 4. The diaphragm 5 divides the interelectrode space into the anode 6 and the cathode 7 of the chamber. A device for removing liquids and gases from the anode chamber is also located on the upper plug; devices for removing liquids and gases from the cathode chamber are connected to the cavity of the cathode 1 (not shown in the drawing).
На нижнем торце установлена заглушка, выполненная аналогично верхней заглушке, на которой закреплены катод 1, аноды 2, диафрагма 5 и приспособление для подачи обрабатываемых жидкостей в анодную камеру 6 и приспособление для подачи обрабатываемых жидкостей в катодную камеру 7, соединенное с полостью катода 1 (на чертеже не показано). Катод 1 выполнен с перфорационными отверстиями 8, обеспечивающими поступление обрабатываемой жидкости в пространство между наружной поверхностью катода 1 и внутренней поверхностью диафрагмы 5.  At the lower end, a plug is installed, made similar to the upper plug, on which the cathode 1, anodes 2, diaphragm 5, and a device for supplying the processed fluids to the anode chamber 6 and a device for supplying the processed fluids to the cathode chamber 7 connected to the cavity of the cathode 1 are fixed (on not shown). The cathode 1 is made with perforations 8, providing the flow of the processed fluid into the space between the outer surface of the cathode 1 and the inner surface of the diaphragm 5.
Ячейка работает следующим образом.  The cell works as follows.
Через приспособление для подачи обрабатываемых жидкостей в катодную камеру 7, соединенную с полостью катода 1 в его нижней части, поступает вода, а через приспособление для подачи обрабатываемых жидкостей в анодную камеру 6, размещенное на нижней герметизирующей заглушке (на чертеже не показаны) поступает обрабатываемая жидкость - например, раствор хлорида натрия. Through the device for supplying the processed liquids to the cathode chamber 7, connected to the cavity of the cathode 1 in its lower part, water enters, and through a device for supplying the processed liquids to the anode chamber 6, placed on the lower sealing plug (not shown in the drawing), the processed liquid enters - for example, a solution of sodium chloride.
В катодной камере 7 вода заполняет полость катода 1 и через отверстия 9 поступает в пространство между диафрагмой 5 и наружной поверхностью катода 1, то есть в катодную камеру 7. Поступление воды в катодную камеру 7 прекращают после ее заполнения. После подачи напряжения на внешней поверхности катода 1 начинается выделение газа (газообразного водорода), и газовые пузырьки увлекают католит (жидкость, находящуюся в катодной камере) вверх. В случае, если перфорационные отверстия 8 расположены только в верхней и только в нижней частях катода 1, то через нижние отверстия 8 католит поступает в пространство между диафрагмой 5 и внешней поверхностью катода 1, а через верхние отверстия 8 выводится во внутреннюю полость катода 1 и удаляется из ячейки. Так как на внутренней поверхности электролиз не идет, то католит просто заполняет внутреннее пространство полого электрода и, поскольку он менее насыщен газовыми пузырьками и имеет большую кажущуюся плотность, возникает медленная циркуляция католита в камере полого катода 1. Если перфорационные ответстия 8 расположены по винтовой линии по всей поверхности катода 1, то часть пузырьков водорода из пространства между внешней поверхностью катода 1 и внутренней поверхности диафрагмы 5 проникает во внутреннюю полость катода 1, где происходит их коалесценция, сопровождающаяся значительным ускорением циркуляции во внутренней полости катода 1 за счет разделения газовой и жидкой фазы. Пузырьки водорода движутся вверх в то время, как жидкость, освобожденная от газовой фазы, перемещается вниз и поступает в рабочее пространство электрода 1 через нижние перфорационные ответстия.  In the cathode chamber 7, water fills the cavity of the cathode 1 and through the holes 9 enters the space between the diaphragm 5 and the outer surface of the cathode 1, that is, into the cathode chamber 7. The flow of water into the cathode chamber 7 is stopped after it is filled. After applying voltage to the outer surface of the cathode 1, gas (hydrogen gas) is released, and gas bubbles trap the catholyte (liquid in the cathode chamber) up. If the perforation holes 8 are located only in the upper and only lower parts of the cathode 1, then through the lower holes 8 the catholyte enters the space between the diaphragm 5 and the outer surface of the cathode 1, and through the upper holes 8 it is discharged into the inner cavity of the cathode 1 and is removed from the cell. Since electrolysis does not occur on the inner surface, the catholyte simply fills the inner space of the hollow electrode and, since it is less saturated with gas bubbles and has a greater apparent density, a slow catholyte circulation occurs in the hollow cathode chamber 1. If the perforation holes 8 are located along a helical line along of the entire surface of the cathode 1, then part of the hydrogen bubbles from the space between the outer surface of the cathode 1 and the inner surface of the diaphragm 5 penetrates into the inner cavity of the cathode 1, where x coalescence, accompanied by a significant acceleration of circulation in the internal cavity of the cathode 1 due to the separation of the gas and liquid phases. The hydrogen bubbles move up while the liquid freed from the gas phase moves down and enters the working space of the electrode 1 through the lower perforation holes.
В анодную камеру б анодов 2 электролит (например, раствор хлорида натрия) поступает на обработку через приспособление для подачи обрабатываемых жидкостей в анодную камеру, размещенное на нижней герметизирующей заглушке (на чертеже не показано), и, пройдя анодную камеру 6 снизу вверх, выводится через приспособление для отвода жидкостей и газов из анодной камеры 6. Циркуляция электролита в анодной камере 6 осуществляется за счет конвективного движения электролита под действием выделяющихся на анодах 2 газов, в частности, хлора и в небольших количествах - кислорода. В процессе работы ячейки ионы металла (в частности, натрия) из анодной камеры 6 под действием электрического тока переходят через диафрагму в катодную камеру 7 и образуют раствор гидроксида натрия. In the anode chamber of the anodes 2, an electrolyte (for example, a solution of sodium chloride) enters the treatment through a device for supplying the processed liquids to the anode chamber located on the lower sealing plug (not shown in the drawing), and, passing the anode chamber 6 from the bottom up, it is discharged through device for draining liquids and gases from the anode chamber 6. The electrolyte is circulated in the anode chamber 6 due to the convective movement of the electrolyte under the action of gases released at the anodes 2, in particular chlorine and in small lichestvah - oxygen. During the operation of the cell, metal ions (in particular, sodium) from the anode chamber 6 under the influence of electric current pass through the diaphragm into the cathode chamber 7 and form a solution of sodium hydroxide.
Варианты осуществления изобретения Embodiments of the invention
Изобретение иллюстрируется следующими примерами, которые, однако, не исчерпывают всех возможностей реализации изобретения.  The invention is illustrated by the following examples, which, however, do not exhaust all the possibilities of implementing the invention.
Во всех примерах использовалась ячейка, содержащая 7 катодов и 24 анода, которые установлены в соответствии со следующим правилом: в поперечное сечение корпуса ячейки, выполненной из трубы ХПВХ, с внутренним диаметром 200 мм вписаны 7 правильных шестиугольников, по их центрам установлены катоды из стальной трубы 12Х18Н10Т, внешним диаметром 16 мм с толщиной стенки 1,5 мм, окруженные диафрагмой толщиной 2,5 мм, с наружным диаметром 28 мм, выполненной из керамики на основе оксида алюминия (А120з ). Аноды выполнены из титановой тубы марки ВТ 1-00 с нанесенным на его поверхность электрокаталитическим покрытием ОРТА. Межэлектродные расстояния составляют 12 мм, при этом внешний диаметр анода равен 16 мм при толщине стенки трубы 1 мм. Во внутренние полости анодов подавался теплоноситель— вода— с расходом 20 литров в час через каждый анод. Теплоноситель подавался прямотоком по отношению к обрабатываемому раствору электролита. На поверхности катода по всей его высоте между входными и выходными отверстиями расположено девять отверстий с шагом 30 мм по винтовой линии. Корпус и герметизирующие заглушки выполнены из хлорированного поливинилхлорида (ХПВХ). Приспособления для подачи обрабатываемых электролитов в катодную и анодную камеры и приспособления для отвода жидких и газообразных продуктов электролиза из анодной и катодной камер (штуцеры) установлены на герметизирующих заглушках. In all examples, we used a cell containing 7 cathodes and 24 anodes, which are installed in accordance with the following rule: 7 regular hexagons are inscribed in the cross section of the cell body made of CPVC pipe with an inner diameter of 200 mm, cathodes made of steel pipe are installed at their centers 12X18H10T, with an external diameter of 16 mm and a wall thickness of 1.5 mm, surrounded by a diaphragm with a thickness of 2.5 mm, with an external diameter of 28 mm made of ceramic based on aluminum oxide (A1 2 0z). The anodes are made of titanium tube grade VT 1-00 with an electrocatalytic coating ORTA deposited on its surface. The interelectrode distance is 12 mm, while the outer diameter of the anode is 16 mm with a pipe wall thickness of 1 mm. A coolant — water — was supplied to the internal cavities of the anodes at a rate of 20 liters per hour through each anode. The heat carrier was supplied by direct flow in relation to the electrolyte solution being treated. On the surface of the cathode along its entire height between the inlet and outlet openings there are nine openings with a pitch of 30 mm along a helical line. The housing and sealing plugs are made of chlorinated polyvinyl chloride (CPVC). Devices for supplying the processed electrolytes to the cathode and anode chambers and devices for removing liquid and gaseous electrolysis products from the anode and cathode chambers (fittings) are installed on sealing plugs.
В примерах использовалась установка, схема которой приведена на фиг.З.  In the examples, the installation was used, the circuit of which is shown in Fig.Z.
Установка для получения смеси оксидантов (фиг. 3) содержит реактор 9, выполненный из модульных ячеек или ячейки. Ячейки или ячейка содержат анодную 6 и катодную 7 камеры. Установка также содержит емкость с обрабатываемым раствором 10, насос 11, циркуляционный контур катодной камеры 7 с разделительной емкостью 12, линию подачи обрабатьюаемого раствора 13 в анодную камеру 6, линию отвода католита 14, линию вывода смеси оксилантов 15 с установленным на ней регулятором давления «до себя» 16, линию отвода газожидкостной смеси (водорода и католит) 17 с установленным на ней первичным сепаратором 18. Installation for producing a mixture of oxidants (Fig. 3) contains a reactor 9 made of modular cells or cells. Cells or cell contain anode 6 and cathode 7 cameras. The installation also contains a container with a processed solution 10, a pump 11, a circulation loop of the cathode chamber 7 with a separation tank 12, a line for supplying the processed solution 13 to the anode chamber 6, a discharge line for catholyte 14, an output line for the mixture of oxylants 15 with a regulator installed on it pressure "to yourself" 16, the discharge line of the gas-liquid mixture (hydrogen and catholyte) 17 with a primary separator 18 installed on it.
После вывода на рабочий режим установка работает следующим образом.  After entering the operating mode, the installation works as follows.
Из емкости 10 с помощью насоса 11 концентрированный раствор хлорида  From the tank 10 using a pump 11 concentrated chloride solution
5 натрия подается в анодную камеру ячейки или ячеек реактора 9. С помощью насоса 11 и регулятора давления 16 поддерживается превышение давления в анодной камере 6 по сравнению с катодной камерой 7. Скорость подачи раствора определяется скоростью срабатывания раствора хлорида натрия в анодной камере 6. Газообразная смесь оксидантов через регулятор давления 16 по линии 15 выводится из анодной камеры 6. ю В катодной камере 7 осуществляется циркуляция католита по замкнутому  5 sodium is fed into the anode chamber of the cell or cells of the reactor 9. Using the pump 11 and the pressure regulator 16, the pressure in the anode chamber 6 is maintained higher than the cathode chamber 7. The feed rate of the solution is determined by the response rate of the sodium chloride solution in the anode chamber 6. Gaseous mixture oxidants through the pressure regulator 16 through line 15 is withdrawn from the anode chamber 6. in the cathode chamber 7 is the circulation of catholyte in a closed
циркуляционному контуру. Газожидкостная смесь - водород и католит - через линию 17 выводятся из катодной камеры 7. В первичном сепараторе 18 происходит отделение водорода от католита, после чего водород выводится из системы, а католит поступает в емкость 12 циркуляционного контура. Избыток католита отводится из емкости 12 по circulation circuit. The gas-liquid mixture — hydrogen and catholyte — is removed from the cathode chamber 7 through a line 17. In the primary separator 18, hydrogen is separated from the catholyte, after which hydrogen is removed from the system, and the catholyte enters the circulation tank 12. Excess catholyte is discharged from tank 12
15 линии 14. При выполнении установки с ячейкой по прототипу на фиг.З. не показаны линии подвода и отвода теплоносителя в полости анодов. 15 lines 14. When performing installation with a cell according to the prototype in FIG. not shown lines of supply and removal of coolant in the cavity of the anodes.
Пример 1. В установку для получения оксидантов в соответствии с фиг. 3, реактор которой содержит одну ячейку, выполненную согласно настоящему изобретению, подавался раствор хлорида натрия концентрацией 300 г/л. Точно такой EXAMPLE 1 To an oxidant production apparatus in accordance with FIG. 3, the reactor of which contains one cell made according to the present invention, a solution of sodium chloride with a concentration of 300 g / l was supplied. Just like that
20 же раствор подавался в реактор установки, с ячейками, изготовленными по патенту США N° 5635040 (прототип). Для обеспечения одинаковой производительности установка содержала 16 ячеек по прототипу. 20, the same solution was supplied to the reactor of the installation, with cells made according to US patent N ° 5635040 (prototype). To ensure the same performance, the installation contained 16 cells according to the prototype.
При суммарной одинаковой силе тока, расходуемой на электролиз и равной 400 ампер, производительность обеих установок по газообразному хлору составляла 500 With a total equal current strength spent on electrolysis of 400 amperes, the productivity of both plants for gaseous chlorine was 500
25 граммов в час. При этом установка с ячейкой по изобретению потребляла в час 2,94 литра солевого раствора, в то время, как установка с 16 ячейками по прототипу - 3,5 литров в час. Концентрация гидроксида натрия в католите из установки с ячейкой по изобретению составляла 194 г/л, а из установки с 16 ячейками по прототипу - 163 г/л, что говорит о более полном использовании соли в установке с ячейкой по изобретению. зо Напряжение на электрохимической ячейке реактора установки с ячейкой по изобретению составляло в процессе работы 4,3 В, в то время, как напряжение на ячейках по прототипу в установке напряжение было 4,7 В. Следовательно, затрачиваемая электрическая мощность на производство равного количества хлора в установке с 16 ячейками по прототипу при исследованном режиме работы на 8 % больше, чем в установке с ячейкой по изобретению. 25 grams per hour. At the same time, the installation with a cell according to the invention consumed 2.94 liters of saline per hour, while the installation with 16 cells according to the prototype consumed 3.5 liters per hour. The concentration of sodium hydroxide in catholyte from the installation with a cell according to the invention was 194 g / l, and from the installation with 16 cells according to the prototype it was 163 g / l, which indicates a more complete use of salt in the installation with a cell according to the invention. The voltage on the electrochemical cell of the reactor of the installation with the cell according to the invention was 4.3 V during operation, while the voltage on the cells of the prototype in the installation was 4.7 V. Therefore, the electric power consumed to produce an equal amount of chlorine in installation with 16 cells of the prototype with the investigated operating mode is 8% more than in the installation with a cell according to the invention.
Измерения параметров на обеих установках были проведены через 60 часов непрерывной работы. Параметры работы установки с ячейкой по изобретению Measurements of parameters at both installations were carried out after 60 hours of continuous operation. The parameters of the installation with a cell according to the invention
5 остались неизменными: сила тока составляла 400 ампер, напряжение на клеммах источника тока при этом было равно 4,3 В, производительность установки по газообразному хлору составляла 500 г/ч. Параметры работы установки с 16 ячейками по прототипу были следующими: сила тока в цепи из четырех групп электрически параллельно соединенных ячеек, где в каждой группе четыре ячейки электрически ю соединены последовательно, составляла 100 ампер при напряжении 22,5 вольт против 18,8 вольт в начале сравнительных испытаний. Следовательно, электрическая мощность, затрачиваемая на производство хлора спустя 60 часов непрерывной работы увеличилась на 16 % в установке с 16 ячейками по прототипу и осталась неизменной в установке с ячейкой по изобретению. 5 remained unchanged: the current strength was 400 amperes, the voltage at the terminals of the current source was 4.3 V, and the installation's chlorine gas productivity was 500 g / h. The parameters of the installation with 16 cells according to the prototype were as follows: the current strength in a circuit of four groups of electrically parallel connected cells, where in each group four cells are electrically connected in series, was 100 amperes at a voltage of 22.5 volts against 18.8 volts at the beginning comparative tests. Therefore, the electric power spent on the production of chlorine after 60 hours of continuous operation increased by 16% in the installation with 16 cells of the prototype and remained unchanged in the installation with a cell according to the invention.
15 При увеличении действующей силы тока на обеих установках до 500 ампер, напряжение на ячейке установки с ячейкой по изобретению увеличилось до 4,8 вольт. При этом температура электролита в ячейке увеличилась на 1 градус в сравнении с температурой при токе 400 А, равной 34 °С и, достигнув отметки 35 °С, оставалась на этом уровне во все время проведения сравнительных испытаний, продолжавшихся 48 15 With an increase in the effective current strength at both installations to 500 amperes, the voltage on the unit cell with the cell according to the invention increased to 4.8 volts. In this case, the electrolyte temperature in the cell increased by 1 degree in comparison with the temperature at a current of 400 A equal to 34 ° С and, having reached 35 ° С, remained at this level during the duration of the comparative tests that lasted 48
20 часов. При увеличении действующей силы тока с 400 до 500 ампер, напряжение на каждой из 16 ячеек по прототипу увеличилось с 4,7 до 5,5 вольт и продолжало медленно расти в темпе 0,03 вольт в час. Температура электролита в ячейках при изменении действующей силы тока с 400 до 500 ампер изменилась с 36 °С до 45 °С. Через 48 часов напряжение на каждой ячейке по прототипу достигло 6,94. При этом20 hours With an increase in the effective current from 400 to 500 amperes, the voltage in each of the 16 cells of the prototype increased from 4.7 to 5.5 volts and continued to grow slowly at a rate of 0.03 volts per hour. The temperature of the electrolyte in the cells when changing the effective current from 400 to 500 amperes changed from 36 ° C to 45 ° C. After 48 hours, the voltage on each cell of the prototype reached 6.94. Wherein
25 температура электролита увеличилась до 89 °С, что обусловило необходимость прекращения испытания ввиду опасности разгерметизации ячеек. 25, the electrolyte temperature increased to 89 ° C, which necessitated the termination of the test due to the danger of depressurization of the cells.
Полученные в процессе испытаний данные подтверждают эффективность использования ячейки по изобретению. При этом при снижении расхода энергии на процесс и повышении стабильности работы установки достигается и упрощение зо конструкции. Также подтверждена возможность стабильной работы ячеек по изобретению в условиях работы со значительной перегрузкой по току. Промышленная применимость The data obtained during testing confirm the efficiency of using the cell according to the invention. At the same time, while reducing energy consumption for the process and increasing the stability of the installation, simplification of the design is also achieved. Also confirmed the possibility of stable operation of the cells according to the invention under conditions of operation with significant overcurrent. Industrial applicability
Изобретение позволяет обеспечить возможность повышения производительности ячейки по анодным продуктам, при упрощении конструкции ячейки, и обеспечении возможности компоновки требуемого количества ячеек в меньшем пространстве, упростить узлы фиксации элементов ячейки при одновременном повышении надежности, упростить создания реакторов большой мощности за счет сокращения вспомогательных коммуникаций, а также расширить функциональные возможности ячейки за счет обеспечения возможности регулирования свойств католита и анолита и повышения чистоты получаемых продуктов.  EFFECT: invention makes it possible to increase cell productivity by anode products, while simplifying cell design and providing the possibility of arranging the required number of cells in a smaller space, to simplify fixation units of cell elements while increasing reliability, to simplify the creation of high power reactors by reducing auxiliary communications, and expand the functionality of the cell by providing the ability to control the properties of catholyte and anolyte and Improving the purity of the resulting products.

Claims

Формула изобретения Claim
1. Электрохимическая модульная ячейка для обработки растворов электролитов, содержащая цилиндрический основной электрод, установленный вертикально, цилиндрический противоэлектрод, также установленный вертикально, 1. An electrochemical modular cell for processing electrolyte solutions, comprising a cylindrical main electrode mounted vertically, a cylindrical counter electrode also mounted vertically,
5 керамическую диафрагму, размещенную коаксиально основному электроду и разделяющую межэлектродное пространство на герметичные анодную и катодную камеры, нижнее и верхнее герметизирующие приспособления, приспособления для подачи обрабатываемых жидкостей в катодную и анодную камеры, приспособления для отвода жидкостей и газов из анодной и катодной камер, ОТЛИЧАЮЩАЯСЯ тем,5 a ceramic diaphragm placed coaxially with the main electrode and dividing the interelectrode space into the sealed anode and cathode chambers, lower and upper sealing devices, devices for supplying processed fluids to the cathode and anode chambers, devices for removing liquids and gases from the anode and cathode chambers, DIFFERENT ,
Ю что верхнее и нижнее герметизирующие приспособления выполнены в виде заглушек, ячейка содержит один или несколько основных вертикальных электродов и более одного противоэлектрода, причем основные электроды являются катодами, а противоэлектроды - анодами, аноды закреплены в верхней и нижней заглушках, диафрагмы закреплены или на заглушках или на катодах, и ячейка снабжена корпусом,The upper and lower sealing devices are made in the form of plugs, the cell contains one or more main vertical electrodes and more than one counter electrode, the main electrodes being cathodes, and the counter electrodes being anodes, anodes are fixed in the upper and lower plugs, the diaphragms are either fixed on the plugs or at the cathodes, and the cell is provided with a housing,
15 на верхней и нижней частях которого установлены заглушки, а во внутреннем пространстве корпуса размещены электроды, которые установлены в вершинах и центре одного или нескольких правильных плотноупакованных многоугольников, вписанных в плоскость поперечного сечения корпуса, и в центре каждого правильного многоугольника установлен катод с диафрагмой, а в вершинах многоугольника -15, plugs are installed on the upper and lower parts of the body, and electrodes are placed in the inner space of the housing, which are installed at the vertices and center of one or more regular close-packed polygons inscribed in the plane of the cross section of the housing, and a cathode with a diaphragm is installed in the center of each regular polygon, and at the vertices of the polygon -
20 аноды. 20 anodes.
2. Электрохимическая модульная ячейка для обработки растворов электролитов по п.1, ОТЛИЧАЮЩАЯСЯ тем, что, аноды выполнены полыми и снабжены приспособлениями для подачи и отвода теплоносителя, соединенными соответственно с нижними и верхними торцами анодов. 2. The electrochemical modular cell for processing electrolyte solutions according to claim 1, characterized in that the anodes are hollow and equipped with devices for supplying and discharging a coolant connected respectively to the lower and upper ends of the anodes.
25 3. Электрохимическая модульная ячейка для обработки растворов электролитов по п.1, ОТЛИЧАЮЩАЯСЯ тем, что катод выполнен из металла или графита. 25 3. An electrochemical modular cell for processing electrolyte solutions according to claim 1, characterized in that the cathode is made of metal or graphite.
4. Электрохимическая модульная ячейка для обработки растворов зо электролитов по п.1, ОТЛИЧАЮЩАЯСЯ тем, что катод выполнен трубчатым, и дополнительно содержит приспособления для подачи и отвода теплоносителя, соединенные соответственно с торцами катода. 4. An electrochemical modular cell for processing electrolyte solutions according to claim 1, characterized in that the cathode is tubular, and additionally contains devices for supplying and discharging coolant, respectively connected to the ends of the cathode.
5. Электрохимическая модульная ячейка для обработки растворов 5 электролитов по п.1, ОТЛИЧАЮЩАЯСЯ тем, что катод выполнен металлическим, трубчатым, на поверхности катода вьшолнены перфорационные отверстия, приспособления для подачи обрабатываемой жидкости в катодную камеру, и приспособления для отвода жидкостей и газов из катодной камеры, соединены соответственно с нижним и верхним торцами катода. 5. An electrochemical modular cell for processing solutions of 5 electrolytes according to claim 1, characterized in that the cathode is made of metal, tubular, perforation holes are provided on the surface of the cathode, devices for supplying the processed liquid to the cathode chamber, and devices for removing liquids and gases from the cathode cameras connected respectively to the lower and upper ends of the cathode.
6. Электрохимическая модульная ячейка для обработки растворов электролитов по п.1, ОТЛИЧАЮЩАЯСЯ тем, что заглушки и корпус вьшолнены или из диэлектрического кислото-щелочестойкого материала или из металла при этом6. The electrochemical modular cell for processing electrolyte solutions according to claim 1, characterized in that the plugs and housing are made of either a dielectric acid-alkali-resistant material or metal
15 внутренняя поверхность деталей из металла покрыта слоем диэлектрического кислото- щелочестойкого материала. 15, the inner surface of metal parts is coated with a layer of dielectric acid-base material.
7. Электрохимическая модульная ячейка для обработки растворов электролитов по п.1, ОТЛИЧАЮЩАЯСЯ тем, что в плоскость поперечного сечения7. Electrochemical modular cell for processing electrolyte solutions according to claim 1, characterized in that it is in the plane of the cross section
20 корпуса вписан один правильный многоугольник с числом вершин 3- 12. 20 of the case, one regular polygon is inscribed with the number of vertices 3-12.
8. Электрохимическая модульная ячейка для обработки растворов электролитов по п.1, ОТЛИЧАЮЩАЯСЯ тем, что в плоскость поперечного сечения корпуса вписаны несколько плотноупакованных правильных многоугольников, каждый8. The electrochemical modular cell for processing electrolyte solutions according to claim 1, characterized in that several close-packed regular polygons are inscribed in the plane of the cross section of the housing, each
25 из которых является или равносторонним треугольником или квадратом или шестиугольником. 25 of which are either an equilateral triangle or a square or hexagon.
9. Электрохимическая модульная ячейка для обработки растворов электролитов п.1, ОТЛИЧАЮЩАЯСЯ тем, что диафрагма выполнена из зо кислотощелочестойкой наноструктурированной ультрафильтрационной керамики. 9. An electrochemical modular cell for processing electrolyte solutions of claim 1, characterized in that the diaphragm is made of an acid-alkali-resistant nanostructured ultrafiltration ceramic.
PCT/RU2013/000501 2013-06-17 2013-06-17 Modular electrochemical cell for treating electrolyte solutions WO2014204332A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2013/000501 WO2014204332A1 (en) 2013-06-17 2013-06-17 Modular electrochemical cell for treating electrolyte solutions

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2013/000501 WO2014204332A1 (en) 2013-06-17 2013-06-17 Modular electrochemical cell for treating electrolyte solutions

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2014204332A1 true WO2014204332A1 (en) 2014-12-24

Family

ID=52104950

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2013/000501 WO2014204332A1 (en) 2013-06-17 2013-06-17 Modular electrochemical cell for treating electrolyte solutions

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2014204332A1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5635040A (en) * 1996-03-11 1997-06-03 Rscecat, Usa, Inc. Electrochemical cell
JP3141995B1 (en) * 1999-12-03 2001-03-07 株式会社荏原電産 Alkaline permanganate solution electrolytic regeneration equipment
US20110226615A1 (en) * 2008-12-03 2011-09-22 Vitold Mikhailovich Bakhir Electrochemical modular cell for processing electrolyte solutions

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5635040A (en) * 1996-03-11 1997-06-03 Rscecat, Usa, Inc. Electrochemical cell
JP3141995B1 (en) * 1999-12-03 2001-03-07 株式会社荏原電産 Alkaline permanganate solution electrolytic regeneration equipment
US20110226615A1 (en) * 2008-12-03 2011-09-22 Vitold Mikhailovich Bakhir Electrochemical modular cell for processing electrolyte solutions

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2516226C2 (en) Electrochemical module cell for processing electrolyte solutions
US3984303A (en) Membrane electrolytic cell with concentric electrodes
US4151052A (en) Process for producing sodium hypochlorite
US5082543A (en) Filter press electrolysis cell
KR101716349B1 (en) Continuous electrolyzed oxidizing/reduction water generator device
UA75594C2 (en) An electrolytic cell and a system for electrolysis
US4032426A (en) Electrolysis cells
WO2006038831A1 (en) Device for producing anodic oxidation products of analkali or alkali-earth metal chloride solution
US3791947A (en) Electrolytic cell assemblies and methods of chemical production
EP2691341B1 (en) Method of hypochlorite production and related sea water electrolyzer with anti scale implement
DK154027B (en) METHOD AND APPARATUS FOR ELECTROLYSEING Aqueous SOLUTION CONTAINING SODIUM AND / OR POTASSIUM SALTS
US3819503A (en) Electrolytic cell for the production of oxyhalogens
CN108193223A (en) A kind of hypochlorite production system
RU2581054C1 (en) Electrochemical modular cell for treatment of electrolyte solutions
JP6543277B2 (en) Narrow gap non-split electrolytic cell
RU2516150C2 (en) Installation for obtaining products of anode oxidation of solutions of alkali or alkali-earth metal chlorides
US3930980A (en) Electrolysis cell
JP6599411B2 (en) Electrolytic cell and electrode plate for electrolytic cell
SE445562B (en) electrolysis
WO2014204332A1 (en) Modular electrochemical cell for treating electrolyte solutions
CN208136345U (en) A kind of hypochlorite production system
RU2614450C1 (en) Electrochemical module cell for treatment of electrolyte solutions
JPS6011113B2 (en) electrolytic cell
EP3239360B1 (en) Pipe-type electrolysis cell
RU171421U1 (en) ELECTROCHEMICAL REACTOR FOR PRODUCING ANODIC OXIDATION PRODUCTS OF ALKALI OR ALKALINE EQUIPMENT CHLORIDES

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 13887138

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 13887138

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1