Forbidden

You don't have permission to access /zzz_siteguard.php on this server.

ЭЛЕКТРОЛИЗЕР ДЛЯ ЭЛЕКТРОЛИЗА ВОДНОГО РАСТВОРА ХЛОРИДА НАТРИЯ - Патент РФ 2054050
Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
ЭЛЕКТРОЛИЗЕР ДЛЯ ЭЛЕКТРОЛИЗА ВОДНОГО РАСТВОРА ХЛОРИДА НАТРИЯ
ЭЛЕКТРОЛИЗЕР ДЛЯ ЭЛЕКТРОЛИЗА ВОДНОГО РАСТВОРА ХЛОРИДА НАТРИЯ

ЭЛЕКТРОЛИЗЕР ДЛЯ ЭЛЕКТРОЛИЗА ВОДНОГО РАСТВОРА ХЛОРИДА НАТРИЯ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Изобретение относится к электрохимическим производствам и касается электролизера для электролиза водного раствора хлорида натрия. Он включает анод и катод, между которыми размещена диафрагма или ионообменная мембрана, элемент прижатия одного из электродов к диафрагме или ионообменной мембране. Другой электрод выполнен в виде двух плоских перфорированных элементов, прижатых друг к другу. Причем верхний элемент имеет отверстия большего диаметра, чем нижний, нижний элемент выполнен с перфорацией 30 контактных точек на квадратный сантиметр с диафрагмой или мембраной. 2 ил., 5 табл.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2054050
Класс(ы) патента: C25B9/00
Номер заявки: 4008365/26
Дата подачи заявки: 20.01.1986
Дата публикации: 10.02.1996
Заявитель(и): Оронцио де Нора Импианти Электрохимичи С.п.А. (IT)
Автор(ы): Оронцио де Нора[IT]
Патентообладатель(и): Оронцио де Нора Импианти Электрохимичи С.п.А. (IT)
Описание изобретения: Изобретение относится к электрохимическим пpоизводствам, в частности к конструкциям электролизеров.
Известен электролизер для электролиза водного раствора хлорида натрия, включающий анод и катод с электрокаталитическим покрытием, между которыми размещена диафрагма или ионообменная мембрана, элемент прижатия одного из электродов к диафрагме или ионнообменной мембране, токоподводы. Недостатком известной конструкции является повышенный расход электроэнергии и высокий процент кислорода в получаемом хлоре.
Для устранения указанных недостатков предложен электролизер для электролиза водного раствора хлорида натрия, включающий анод и катод с электрокаталитическим покрытием, между которыми размещена диафрагма или ионообменная мембрана, элемент прижатия одного из электродов к диафрагме или ионообменной мембране, токоподводы, причем другой электрод выполнен в виде двух плоских перфорированных элементов, прижатых друг к другу, причем верхний элемент имеет отверстия большего диаметра, чем нижний, нижний элемент выполнен с перфорацией 30 контактных точек на квадратный сантиметр с диафрагмой или мембраной, и отношение площади контакта к площади диафрагмы или мембраны составляет 0,2-0,6.
Новый электролизер согласно изобретению содержит корпус из по крайней мере одного комплекта электродов из анода и катода, разделенных ионопроницаемой диафрагмой или мембраной, средств для введения электролита для электролиза, средств для удаления продуктов электролиза и средств для подачи тока электролиза, при этом по крайней мере один из электродов прижат к диафрагме или мембране упругим, сжимаемым слоем, соответствующим поверхности электрода, указанный слой сжимается к диафрагме, в то время как создается упругое усилие на электрод для контакта с диафрагмой или мембраной в нескольких, равномерно распределенных точках контакта, и создается возможность переноса излишнего давления, действующего на отдельные контактные точки, к смежным точкам с меньшим давлением, расположенным вдоль любой оси в плоскости упругого слоя, за счет чего указанный упругий слой распределяет давление по всей электродной поверхности, при этом указанный упругий слой имеет открытую структуру, позволяя газу и электролиту течь через него.
Согласно изобретению эффективный электрический контакт между пористой электродной поверхностью и мембраной или диафрагмой достигается с сохранением полярности легко и без создания излишнего давления на отдельных участках за счет прижатия токораспределяющей или электрически заряженной поверхности к электродному слою с помощью упругого листа или слоя или сетки, которая проходит вдоль значительной части всей поверхности пористого электродного слоя в непосредственном контакте с мембраной.
Такой сжимаемый слой подобен пружине и способен сжиматься до сокращения на 60% и больше процентов по сравнению со своей нормальной толщиной, прижимаясь к мембране, несущей электродный слой путем создания давления от обратной стенки или нажимного элемента. Он способен также растягиваться обратно до первоначальной толщины, когда сжимающее давление снимается. Таким образом, за счет своей эластичной памяти он создает равномерное давление на мембрану, несущую электродный слой, поскольку он способен распределять напряжение и компенсировать неравномерность на поверхности, с которой находится в контакте. Сжимаемый лист может также обеспечить легкий доступ электролиту к электроду и легкое удаление продуктов электролиза, газа или жидкости из электрода.
Экран представляет собой тонкий лист, который легко повторяет любые поверхностные неровности в электроде. Можно иметь экран из тонкой сетки или перфорированной пленки. Обычно он представляет собой более мелкую ячеистую структуру, чем сжимаемый слой, и менее сжимаем или совершенно неэластичен. В любом случае слой с открытыми ячейками находится напротив мембраны с противоэлектродом или по крайней мере у газо- и электролитопроницаемой поверхности его, и прижимается к противоположной стороне диафрагмы. Поскольку сжимаемый слой и тонкий экран, если он есть, не связаны с мембраной он подвижен вдоль поверхности мембраны и следовательно, может легко быть приспособлен к контуру мембраны и электрода.
Предпочтительный вариант упругого токового коллектора или электрода согласно изобретению отличается тем, что состоит из открытых ячей плоского электропроводящего изделия из металлической проволоки или экрана, имеющего открытую структуру и составленного из проволочной ткани, стойки к воздействию электролита и продуктам электролиза, и в том, что некоторые или все проволоки образуют серии спиралей, волн или складок или других неровностей, диаметр которых или амплитуда превышает толщину проволоки и желательно соответствуют толщине изделия, при этом по крайней мере одна из директрисс параллельна плоскости изделия. Разумеется, такие неровности или складки располагаются в направлении поперек толщины экрана.
Такие складки в форме спиралей, волн и т.п. имеют боковые части, которые наклонены или изогнуты относительно оси, по нормали к толщине ткани, так что при прижатии коллектора некоторые смещения и давление передаются горизонтально так, чтобы распределить давление более равномерно по электродной поверхности. Некоторые спирали или петли проволоки, которые за счет неровностей и нарушения плоскостности и параллельности поверхностей, прижимающих ткань, могут подвергаться прижатию большему, чем то, которое действует на смежные участки, способны больше растягиваться и передавать излишнее усилие на соседние спирали или петли проволоки.
Одно очень эффективное устройство состоит из серии спиральных, образующих цилиндр проволок, причем спирали взаимно намотаны одна на другую и взаимосвязаны. Спирали имеют длину, соответствующую высоте или ширине электродной камеры или по крайней мере 10 или больше сантиметрам, а число взаимосвязанных спиралей достаточно для того, чтобы охватить всю ширину, причем диаметр спиралей в 5-10 раз больше диаметра проволоки спиралей. Согласно такому варианту устройства проволочная спираль представляет сама по себе очень малую часть секции электродной камеры, замкнутой спиралью и, следовательно, спираль открыта со всех сторон, за счет чего обеспечивается внутренний канал для циркуляции электролита и поднятия пузырьков газа вдоль камеры.
Однако нет необходимости для намотки цилиндрических спиралей во взаимосвязи со смежными спиралями, как говорилось ранее, так как они могут также состоять из одиночных металлических проволочных спиралей. В этом случае спирали располагаются одна за другой с соответствующими витками, которые располагаются с чередованием. В этом расположении высшая плотность контакта может достигаться в связанных плоскостях, представленных противоэлектродом или противоколлектором и торцевой пластиной элемента.
Согласно иному варианту токовый коллектор или распределитель состоит из гофрированной вязанной сетки или ткани из металлической проволоки, за счет чего каждая одиночная проволока образует серии волн такой амплитуды, которая соответствует максимальной высоты гофра сетки или ткани. Каждая металлическая проволока, таким образом, соприкасается по очереди с торцевой пластиной элемента, которая служит как пластина для приложения давления, и с пористым электродным слоем, связанным с поверхностью мембраны, или промежуточным гибким экраном, вставленным между электродным слоем или мембраной и сжимаемым слоем. По крайней мере часть сетки проходит по толщине ткани и открыта для потока электролита к краю.
С другой стороны, две или большее число тканых сеток или тканей после индивидуального гофрирования, могут накладываться друг на друга, чтобы получить коллектор требуемой толщины.
Гофрирование металлической сетки или ткани создает в коллекторе большую сжимаемость и позволяет выдерживать большие нагрузки, которые могут быть по крайней мере 50-2000 г/см2 на поверхности приложения нагрузки, т.е. концевой или задней пластине. Сетка может покрываться металлом платиновой группы или окисями металлов, кобальтом или его окисью или другими электрокатализаторами, чтобы уменьшить водородное перенапряжение.
Могут быть использованы другие металлы, способные сохранять упругость во время работы, включая титан, покрытый непассивирующим покрытием, например металлом платиновой группы или его окисью. Последняя, в частности, используется, когда применяются кислотные анолиты.
Как уже говорилось, электродный слой из электродных частиц металла платиновой группы или его окиси или другого стойкого материала может быть связан с мембраной. Такой слой обычно имеет по крайней мере 40 150 мк толщины и при необходимости слой может накладываться на обе стороны диафрагмы или мембраны. Поскольку слой непрерывный, хотя и проницаем для газа и электролита, он защищает сжимаемую сетку и соответственно электролиз в какой-то степени происходит на слое с незначительным выделением газа, что наблюдается на прижатой сетке, которая зацепляет обратную сторону слоя. Это, в частности, справедливо, когда частицы слоя имеют более низкое водородное (или хлорное) перенапряжение, чем поверхность сетки. В этом случае сетка служит в большей степени как токовый распределитель или коллектор, распределяя ток по менее электрически проводящему слою.
С другой стороны, когда сжимаемая сетка непосредственно зацепляется с диафрагмой или мембраной или когда имеется перфорированный электропроводящий экран или иной перфорированный проводник между сеткой и диафрагмой, открытая ячеистая структура обеспечивает наличие свободных путей для электролита в задние участки, которые отделены от мембраны, включая участки, которые могут быть впереди, внутри и сзади сжимаемой ткани. Таким образом, сжимаемая сетка, открытая и неполностью экранированная, может сама обеспечить активную электродную поверхность, которая в 2-4 раза превышает общую выступающую поверхность, находящуюся в непосредственном контакте с диафрагмой.
Желательно, чтобы упругая сетка прижималась с усилием, когда 80-30% ее первоначальной толщины испытывает давление 50-2000 г/см2 защищенной поверхности. Даже в таком поджатом состоянии упругая сетка должна быть пористой до такой степени, чтобы отношение между объемом пустот и видимым объемом сжатой сетки, выраженное в процентах, было равно по крайней мере 75% (редко ниже 50% ), а желательно между 85 и 96% Это можно рассчитать путем измерения объема, занятого сеткой, сжатой до требуемой степени, и взвешивания сетки. Зная плотность металла сетки, ее объем можно рассчитать путем деления объема на плотность, что даст объем твердой структуры сетки, и объем пустот затем можно получить вычитанием этого значения из общего объема.
Оказалось, что, когда такое отношение становится слишком низким, например при сильном сжатии упругой сетки менее 30% ее первоначальной толщины, напряжение элемента становится больше за счет частичного уменьшения отношения массы, переносимой к активной поверхности электрода и/или способности системы обеспечить равномерный выход газа. Типичные напряжения элемента как функции степени сжатия и отношения пустот сетки приведены позднее в примерах.
Диаметр проволоки, использованной в данном случае, может изменяться в пределах широкого диапазона в зависимости от типа изготовления, но достаточно мал в некоторых случаях, чтобы получить требуемые характеристики упругости и деформации в условиях сжатия конструкции элемента. Давление в сборке, соответствующее нагрузке 50-500 г/см2 электродной поверхности, обычно требуется для получения хорошего электрического контакта между связанными с мембраной электродами и соответствующими токонесущими конструкциями или коллекторами, хотя можно использовать и большее давление, обычно до 2000 г/см2.
Оказывается, что за счет обеспечения деформации упругого электрода согласно изобретению на 1,5-3 мм, что соответствует сжатию не свыше 60% толщины изделия при давлении порядка 400 г/кв2 поверхности, давление контакта электродов может также достигаться в пределах указанных границ в элементах с большой поверхностью и при отклонениях от плоскости не свыше 2 мм/м.
На фиг.1 представлен электролизер, разрез; на фиг.2 движение электролита в электролизере.
Как видно, электролизер содержит анодную торцевую пластину 1 и катодную торцевую пластину 2, они смонтированы в вертикальной плоскости, при этом каждая торцевая пластина имеет канал с боковыми стенками, закрывающими анодное пространство 3 и катодное пространство 4. Каждая торцевая пластина имеет периферийную уплотнительную поверхность на боковой стенке, выступающую от плоскости 5 торцевой пластины, которая является анодной герметизирующей поверхностью, и 6, которая является катодной герметизирующей поверхностью. Такие поверхности удерживают мембраны или диафрагму 7, которая растягивается в закрытом пространстве между боковыми стенками. Анод 8 содержит относительно жесткий несжимаемый лист расширенного титана или другой перфорированной, анодоустойчивой подложки, имеющей непассивируемое покрытие, например из металла, или окиси, или смеси окиси металла платиновой группы. Такой лист имеет размер, чтобы вставляться в боковые стенки анодной пластины, и удерживается жестко пространственными электропроводящими металлическими или графитовыми ребрами 9, которые прикреплены к основанию анодной торцевой пластины 1 или выступают от нее. Пространства между ребрами обеспечивают свободный поток анолита, который подается снизу и вытягивается сверх таких пространств. Вся торцевая пластина и ребра могут изготавливаться из графита и с другой стороны могут изготавливаться или плакированной титаном стали или другого подходящего материала. Торцы ребер, несущие анодный лист 8, могут не покрываться, хотя, например, возможно покрытие из пластины, чтобы улучшить электрический контакт, а анодный лист может также привариваться к ребрам 9. Анодный жесткий перфорированный лист удерживается прочно в вертикальном положении. Такой лист может представлять собой расширенный металл, имеющий проходящие вверх наклонные отверстия, направленный от мембраны (см. фиг.2), чтобы отклонять поднимающиеся пузырьки газа.
Более желательно, чтобы гибкий экран 10 с мелкими ячейками из титана или иного металла, покрытого непассивируемым слоем, который преимущественно является драгоценным металлом или проводящими окисями, имеющими малое перенапряжение во время анодной реакции (например, выделении хлора), располагался между жестким перфорированным листом 8 и мембраной 7. Экран 10 обеспечивает контакты на малом участке с мембраной с плотностью свыше 30 точек на квадратный сантиметр. Он может крепиться точечной сваркой к 8.
С катодной стороны ребра 11 проходят наружу от основания катодной торцевой пластины 2 на расстояние, которое является частью всей глубины катодного пространства 4. Такие ребра распределены по элементу, чтобы обеспечить параллельные промежутки для потока электролита. Как и в описанном ранее варианте устройства, катодная торцевая пластина и ребра могут изготавливаться из стали или никелевого сплава с железом или иных стойких к катодному воздействию. На проводящих ребрах 11 приварена относительно жесткая пластина 12, которая перфорирована и легко позволяет циркулировать через одну свою сторону электролиту. Обычно такие отверстия или жалюзи наклонены вверх от мембраны или от сжимаемого электрода в направлении пространства 4. Нажимная пластина является электропроводящей и служит для создания полярности электроду и приложения к нему давления, а также может изготавливаться из расширенного металла или тяжелого экрана из стали, никеля, меди или их сплавов.
Относительно гибкий и с мелкой ячейкой экран 13 упирается в катодную сторону активного участка диафрагмы 7, которая из-за своей гибкости и относительной тонкости воспринимает контуры диафрагмы и, следовательно, анода 8. Этот экран служит в качестве катода и является электропроводящим, например экран из никелевой проволоки или иного стойкого к катодному воздействию металла, который может иметь поверхность с малым водородным перенапряжением. Экран обеспечивает плотность контакта на малом участке с мембраной, который превышает по крайней мере 30 точек на квадратный сантиметр. Сжимаемая сетка 14 располагается между катодным экраном 13 и катодной нажимной пластиной 12.
Между нулевым сжатием и сжатием до 4 мм падение напряжения составило 5-150 мВ. Напряжение элемента оставалось практически постоянным и вплоть до сжатия до 2 мм, а затем начало подниматься. Величина в 2 мм соответствует 30% первоначальной толщины ткани. Это позволяет сохранить 5% и больше энергии при электролизе рассола.
Во время работы такого устройства насыщенный водный раствор хлористого натрия подавался в нижнюю часть элемента и проходил вверх через каналы или пространства между ребрами, а разбавленный рассол и выделившийся хлор выпускались из верхней части элемента. Вода или разбавленная гидроокись натрия подавались в нижнюю часть катодных камер и поднимались через каналы, а также через пустоты сжатого листа и водород и щелочь выливались из верхней части элемента. Электролиз проходил при постоянном токе между анодной и катодной торцевыми пластинами.
Фиг. 2 представляет собой вертикальную схему потоков в элементе, где по крайней мере верхние отверстия в нажимной пластине обеспечивают в качестве жалюзей наклонный выпуск наружу от ткани, по которому некоторая часть водорода и/или электролита выпускаются к задней камере. Следовательно, вертикальные пространства у задней части нажимной пластины и пространство, занятой сжатым экраном, предусматривают поток вверх католита и газа.
В последующих примерах описываются различные варианты устройств согласно изобретению (однако, совершенно ясно, что они не ограничивают сферы его применения).
П р и м е р 1. Первый опытный элемент (А) был изготовлен в соответствии с тем, что показано на фиг.1 и 2. Размеры электродов были 50 мм по ширине и 500 мм по высоте, катодная торцевая пластина 2, катодные ребра 11 и катодная нажимная перфорированная пластина 12 были изготовлены из стали с гальваническим покрытием из никеля. Нажимная пластина была получена продольным разрезанием 1,5 мм толстой стальной пластины, в которой отверстия были сделаны размером 12 и 6 мм. Анодная торцевая пластина сделана из стали с титановым покрытием, а анодные ребра сделаны из титана.
Анод содержал грубый, жесткий металлический экран из титана, полученный путем разрезания титановой пластины толщиной 1,5 мм с отверстиями размером 10 и 5 мм, а мелкий экран из титана был получен путем разрезания титановой пластины толщиной 0,20 мм с отверстиями 1,75 и 3,0 мм и закреплен точечной сваркой на внутренней поверхности грубого экрана. Оба экрана были покрыты слоем из смеси окиси рутения и титана, соответствующей нагрузке в 12 г рутения (как металла) на квадратный метр поверхности.
Катод содержал три слоя гофрированной ткани из никелевой проволоки, образующей упругую сетку, причем диаметр никелевой проволоки равен 0,15 мм. Ткань имела рисунок "елочкой", при амплитуде волны 4,5 мм и шаге между пиками 5 мм. После того как три слоя гофрированной ткани были подвергнуты давлению порядка 100-200 г/см2 сетка имела толщину 5,6 мм. После снятия давления сетка за счет упругости приобрела прежнюю толщину. Катод также содержал никелевый экран размером 20 меш, образованный из никелевой проволоки диаметром 0,15 мм, за счет чего экран имел поpядка 64 точек контакта на квадратный сантиметр поверхности мембраны 7, что было определено способом наложения чувствительной к давлению бумаги. Мембрана представляла собой гидратированную пленку толщиной 0,6 мм из Нафиона 315, катионообменная мембрана фирмы "Дюпон де Немур", т.е. мембрана типа перфторугольной сульфокислоты.
Эталонный опытный элемент (В) такого же размера имел электроды, изготовленные обычным способом, с двумя жесткими экранами 8 и 12, непосредственно упирающимися в противоположные поверхности мембраны без использования мелкого экрана и без равномерного упругого сжатия, т.е. без сжимаемой сетки.
Рабочие характеристики были следующими:
Концентрация поступающего рассола 300 г/л NaCl
Концентрация выходящего рассола 180 г/л NaCl
Температура анолита 80оС
рН анолита 4
Плотность тока 3000 А/м2
Концентрация каустика в католите 18% от массы NaOH
Опытный элемент А находился в работе при сильном сжатии сетки, за счет чего были получены следующие характеристики элемента: напряжение элемента и ток зависели от степени сжатия сетки. Оказывается, что напряжение элемента уменьшается с увеличением сжатия сетки вплоть до толщины, соответствующей 30% первоначальной толщины. После такого сжатия напряжение элемента начинает несколько расти.
Путем снижения степени сжатия сетки до толщины 3 мм работа элемента А сравнивалась с тем, что было получено параллельно на элементе В, взятом за эталон. Полученные результаты представлены в табл.1.
Чтобы получить зависимость напряжения элемента от эффекта пузырьков, элементы были повернуты на 45о и затем на 90о от вертикального положения, при этом анод оставался горизонтально сверху мембраны. Полученные рабочие характеристики представлены в табл.2.
Эти результаты были объяснены следующим образом:
при повороте элементов из вертикального положения в горизонтальное влияние пузырькового эффекта на напряжение элемента уменьшается в элементе В, в то время как в элементе А этого не происходит за счет незначительности его влияния, что частично объясняется более низким напряжением элемента А относительно элемента В;
при достижении горизонтального положения водород начинает скапливаться под мембраной и в большей степени изолирует активную поверхность катодного экрана от ионной токовой проводимости через католит в эталонном элементе В, в то время как такой же эффект сказывается значительно в меньшей степени в элементе А.
Это можно объяснить только тем, что значительная часть ионной проводимости ограничена в пределах толщины мембраны и катод обеспечивает достаточный контакт с ионообменной группой на поверхности мембраны, чтобы эффективно поддерживать электролиз.
Оказалось, что при значительном снижении плотности и частоты точек контакта между электродами и мембраной путем замены мелких экранов на грубые экраны, режим элемента А все в большей степени напоминал режим работы эталонного элемента В. Кроме того упруго сжатый катодный слой 14 обеспечивает покрытие поверхности мембраны плотно распределенными точками контакта на 90, а чаще на 98% всей поверхности, даже в присутствии существенных отклонений от плоскости или параллельности нажимных пластин 8 и 12.
П р и м е р 2. Для сравнения открыли элемент А и мембрану заменили такой же мембраной со связанными катодом и анодом. Анод был пористый и представлял собой слой толщиной 80 микрон из частиц смеси окисей рутения и титана в соотношении Ru/Ti 45/55, который был связан с поверхностью мембраны политетрафторэти- леном. Катод представлял собой пористый слой толщиной 50 мк из частиц платинового черчения и графита в массовом отношении 1/1, связанный политетрафторэтиленом с противоположной поверхностью мембраны.
Элемент работает точно в таких же условиях, что и в примере 1. Существенно, что напряжение элемента с твердым электролитом было приблизительно на 100-200 мВ ниже, чем у элемента А в таких же условиях.
П р и м е р 3. Для проверки полученных результатов элемента А был модифицирован путем замены всех анодных структур, изготовленных из титана, на такие же конструкции из стали с никелевым покрытием (анодная торцевая пластина и анодные ребра) и чистого никеля (грубый экран и мелкий экран). Мембрана была толщиной 0,3 мм, катионообменная, Нафион 120, изготовлена фирмой "Дюпон де Немур".
Чистая, дважды дистиллированная вода, имеющая удельное сопротивление свыше 2000000 Ом˙см, циркулировала в катодной и анодной камерах. Увеличение разности потенциалов было подано на две торцевые пластины элемента и электролиз сопровождался выделением кислорода на никелевом экране анода, а водород выделялся на никелевом экране катода. После нескольких часов работы были получены результаты, представленные в табл.3.
Проводимость электролитов была незначительна и элемент работал как система с твердым электролитом.
Путем замены мелких электродных экранов 10 и 1 на грубые, за счет чего уменьшалась плотность контактов между электродами и поверхностью мембраны с 100 до 16 точек на см2, получили резкое возрастание напряжения элемента. Результаты в табл.4.
Ясно, что есть возможность увеличивать плотность точек контакта между электродами и мембраной с помощью различных способов. Например, электродный экран с мелкими ячейками может напыляться металлическими частицами через плазменную установку или металлическая проволока, образующая поверхность контакта мембраны, может обрабатываться химически для увеличения плотности точек контакта. Конструкция должна быть достаточной гибкой, чтобы обеспечить равномерно распределение контакта по всей поверхности мембраны, чтобы эластичное давление от упругой сетки на электроды равномерно распределялось на все точки контакта.
Электрический контакт между электродами и мембраной может быть улучшен путем увеличения плотности функциональных ионнообменных групп или путем уменьшения эквивалентного веса сополимера на поверхности мембраны в контакте с упругой сеткой или введением экрана или электрода. Таким образом, обменные свойства матрицы диафрагмы остаются неизменными и можно увеличивать плотность точек контакта электродов с расположением мест переноса ионов к мембране. Например, мембрана может быть изготовлена путем наложения одной или двух тонких пленок, имеющих толщину 0,05-0,15 мм из сополимера с низким эквивалентным весом, на поверхность или поверхности более толстой пленки 0,15-0,6 мм из сополимера, имеющего более высокий эквивалентный вес, или вес для оптимизации падения сопротивления и избирательности мембраны.
В экране, выполненном из металлической пряжи для образования сетки с квадратными ячейками, число контактных точек на квадратный сантиметр точно совпадает с числом отверстий (или апертур) на квадратный сантиметр, т.е. ведет к образованию минимальной величины не менее 30, предпочтительно 60 100 отверстий на квадратный сантиметр. Преобразование от размеров отверстий к количеству отверстий на квадратный сантиметр производится простым вычислением площади одного отверстия и деления квадратного сантиметра на эту площадь.
Представленные к патентованию диапазоны в отношении числа отверстий на квадратный сантиметр и отношение общей контактной площади к общей площади диафрагмы или мембраны происходят от данных потребляемой электроэнергии, представленных напряжением электролизных ячеек аналогичных ячейке А. Эти ячейки отличаются от ячейки А только типом сетчатого экрана, расположенного поверх грубых перфорированных листов. Операционные условия такие же, как в ячейке А, т.е. входной соляной раствор 300 г/л, выходной соляной раствор 150 г/л, каустическая концентрация 18% температура 80оС, рН анолита 4, плотность тока 3000 А/м2, ионнообменная мембрана из Нафинона 315, производства фирмы "Дюпон".
Характеристики электролитных ячеек:
Ячейка А-сетчатый экран, образованный из раскатанного титанового листа 0,2 мм, имеющие свои основные размеры 1,75 и 3 мм (число апертур на квадратный сантиметр 35) и отношение общей контактной поверхности к общей поверхности мембраны составляет 0,6.
Ячейки С, D, E сетчатый экран аналогичный ячейке А, но отношение (Р) составляет 0,7, 0,4 и 0,2 соответственно.
Ячейки g, H, I сетчатый экран с отношением (Р) равным 0,4 и с числом ромбообразных апертур на квадратный сантиметр равным 20, 50 и 100, соответственно.
Если все остальные условия постоянные, включая тип гибкого катода, данные в таблице являются лишь функцией геометрических характеристик сетчатых экранов, расположенных на грубых жестких перфорированных листах. Эти данные приводят к заключению, что при некотором числе апертур на квадратный сантиметр отношение (Р) общей контактной площади к общей площади диафрагмы или мембраны должны быть на уровне максимальной величины 0,6. Минимальный предел 0,2 зависит от производственных затрат, которые становятся слишком высокими, и механической слабости.
В отношении числа отверстий на квадратный сантиметр видно, что оно фактически должно быть больше 30. В этом случае максимальный предел 100 также вызван трудностями и затратами производства.
Формула изобретения: ЭЛЕКТРОЛИЗЕР ДЛЯ ЭЛЕКТРОЛИЗА ВОДНОГО РАСТВОРА ХЛОРИДА НАТРИЯ, включающий анод и катод с электрокаталитическим покрытием, между которыми размещена диафрагма или ионообменная мембрана, элемент прижатия одного из электродов к диафрагме или ионообменной мембране, токоподводы, отличающийся тем, что, с целью снижения расхода электроэнергии и уменьшения кислорода в получаемом хлоре, другой электрод выполнен в вде двух плоских перфорированных элементов, прижатых друг к другу, причем верхний элемент имеет отверстия большего диаметра, чем нижний, нижний элемент выполнен в перфорацией 30 контактных точек на 1 см2 с диафрагмой или мембраной и отношение площади контакта к площади диафрагмы или мембраны составляет площади диафрагмы или мембраны составляет 0,2 - 0,6.