ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Электролизеры с интенсивным протоком раствора из "Электрохимические системы в синтезе химических продуктов" Предложен ряд способов электролиза и конструкций электролизера с интенсивной циркуляцией подвергаемого электролизу раствора, осуществляемой с помощью установленных вне электролизера насосов. Одна из таких конструкций, так называемая капиллярно-щелевая ячейка, представлена на рис. УП.13 [180]. Электродный комплект состоит из графитовых пластин/, выполненных в виде дисков, анодная сторона которых покрыта слоем диоксида свинца. Электродные пластины включены биполярно. Межэлектродное расстояние 2 составляет 125 мкм и фиксируется с помощью четырех радиальных полос из полиэфирной пленки. Подвергаемый электролизу раствор подается с помощью насоса через штуцер в верхней частн электролизера и по трубе 3 распределяется по капиллярным щелям между электродами (показано стрелками). Отвод раствора осуществляется из нижней части электролизера. [c.200] В литературе приводится описание промышленной установки для электросинтеза адиподинитрила, оснащенной капиллярнощелевыми электролизерами [238]. Электродный пакет промышленного электролизера данного типа состоит из 100 дисков диаметром 500 мм 12 таких электродных пакетов помещаются в один общий кожух размером 2100X1600 мм, занимающий площадь 3,36 м . Один такой электролизер снабжен общим насосом, обеспечивающим интенсивную циркуляцию раствора. Напряжение на электролизере составляет 400—500 В. Один электролизер способен производить около 1680 т адиподинитрила в год. [c.201] При очень высоких плотностях тока могут проводиться некоторые реакции получения химических продуктов в электролизерах с погруженными в ртуть анодами [205, 239]. Схема такого электролизера представлена на рис. VII. 14. За счет того, что электрический контакт между графитовым анодом, покрытым слоем РЬОг, и ртутью имеет повышенное сопротивление, при погружении в ртуть короткого замыкания не происходит, так как напряжение разложения растворенного вещества ниже падения напряжения в контакте анод — ртуть. [c.201] При условии интенсивного протока раствора в случае электролиза нейтральных или щелочных растворов и ртути (для непрерывного удаления образующейся на катоде амальгамы) удается проводить процессы при очень больших плотностях тока— до 30—50 кА/м2 и сравнительно невысоких напряжениях. [c.201] Указанный принцип электролиза может быть применен для получения хлора и амальгамы натрия, а также для электросинтеза адиподинитрила (в этом случае поверхность графитового анода погружается в ртуть на глубину примерно 2 мм и предварительно покрывается слоем диоксида свинца). [c.201] Электролизер данной конструкции предназначен для электрохимического окисления фенола, концентрация которого составляет 1—3%. Несмотря на низкое содержание фенола, выход гидрохинона оптимален при высоких анодных плотностях тока — 2—6 кА/м , достигаемых за счет интенсивной циркуляции раствора. В электролизере аналогичной конструкции, известном под названием щелевой , проводят и другие электрохимические реакции получения химических соединений, в частности реакции алкоксилирования, димеризации и дегидродиме-ризации, а также электрохимический синтез гипохлорита натрия путем электролиза разбавленных (15—20 г/л) растворов хлорида натрия или морской воды [240]. [c.202] Растворы гипохлорита использовались для дезинфекции, а также для деструктивного окисления сероводорода. При электролизе разбавленных растворов необходима интенсивная прокачка раствора через электролизер еще и для удаления выделяющихся газов (яп. заявка 56—13487), а также для поддержания теплового режима, оптимального для данной реакции. Последнее обстоятельство проявляется, например, при электрохимическом восстановлении бензойной кислоты в бензиловый спирт [241]. [c.202] Высокий выход продукта (70% по веществу) удается достигнуть в этом случае, несмотря на малое содержание исходного спирта в растворе (2,5%). При этом интенсивная циркуляция через малый меж-электродный зазор позволяет поддерживать высокую катодную плотность тока— 4 кА/м . [c.203] Малые межэлектродные расстояния и интенсивный проток раствора через узкий зазор между электродами позволяют проводить процессы получения химических продуктов при высоких плотностях тока (до 18—20 кА/м2). В то же время напряжение на электролизере, а следовательно, и расход электроэнергии невелики. Например, напряжение при получении хлората натрия в электролизере с дисковыми электродами при расстоянии между ними 0,25 мм составляет 3,8—4,5 В, несмотря на высокие электродные плотности тока [2]. [c.203] Описана электрохимическая ячейка с сетчатыми электродами, расположенными горизонтально (рис. VII.16) или вертикально (рис. 11.17). В этих электролизерах реакции электрохимического синтеза органических соединений можно проводить также при малых межэлектродных расстояниях (пат. ФРГ 1263780). При горизонтальном расположении электродов вдоль корпуса электролизера по его высоте размещаются электродные пары 1, состоящие из проницаемых для раствора и газов сеток, находящихся друг от друга на расстоянии менее 0,5 мм (см. рис. VII.16). Сетки, являющиеся электродами противоположного знака, разделены изоляторами из стекловолокна, бумаги, пористой пластмассы или керамики. Газы, образующиеся при электролизе, отделяются в абшайдере 3. Раствор, освободившийся в абшайдере 3 от газов, с помощью насоса через теплообменник 2 снова подается в электролизер, поднимаясь таким образом сквозь сетки электродов снизу вверх. Если газов при электролизере образуется много, то целесообразно использовать электролизеры с вертикальным расположением сетчатых электродов, как это показано на рис. 11.17. В этом случае газы удаляются через трубу 3 в крышке электролизера. [c.203] Столь низкие показатели по расходу электроэнергии удается получить при малых содержаниях в растворе фоновых электролитов (например, 0,5% сульфата тетраметиламмония при электросинтезе адинодинитрила). [c.204] Шведская национальная компания развития предлагает конструкции электролизеров модульного типа с турбулентным режимом потока раствора и малым межэлектродным расстоянием— так называемые Зи-электролизеры. В электролизерах этого типа предусмотрено устройство турбулентных промоторов в виде стержней, сеток или решеток, изготовленных из синтетических материалов. Схематично схема турбулизации потока с помощью промоторов представлена на рис. VII.18,а [242], тахм же (б) приведены сетки различной конфигурации, которые могут служить турбулентными промоторами. Применение турбулентных промоторов в виде сеток обеспечивает проведение процесса электролиза при скоростях массопереноса, в 3—6 раз больших скоростей, достигаемых в электролизерах без промоторов. [c.204] В электролизерах на большую нагрузку соединяют в одну конструкцию несколько модулей, как это показано на рис. VI 1.19 [243]. Подвергаемый электролизу раствор подается снизу раздельно в катодное и анодное пространства (на рис, VH.IQ показано стрелками), проходит снизу вверх через межэлектрсд-ное пространство и отводится пз верхней части электролизера. [c.205] Процесс в этом случае протекает на свинцовом катоде при плотности тока до 4 кА/м- с выходом по току 80%. [c.206] Хотя авторы называют свою конструкцию электролизера 511 пилотной [243], общая электродная поверхность шести модулей составляет 3,84 что при плотности тока 4 кА/м позволяет отнести данный электролизер к промышленным, во всяком случае в малотоннажном производстве некоторых органических соединений. [c.206] Продукт данной анодной реакции используется при получении перфторированных полимеров. [c.206] Раствор 70—90%-пой уксусной кислоты, содержащей в качестве электролита некоторые минеральные кислоты, насыщенный гексафторпропиленом, интенсивно прокачивается через анодное пространство. При плотности тока 0,1 кА/м напряжение на электролизере составляет 8 В, что соответствует расходу электроэнергии 3,97 кВт-ч/кг гексафторпропиленоксида при использовании 65—75% гексафторпропилена, селективности процесса, достигающей 90%, и выходе по току, составляющем 65 /о. [c.206] В штуцер 3 вставлен патрубок 4, по которому в систему под давлением подается эжек-тирующий газ. На конце патрубка 4 имеется коническая насадка, из которой эжекти-рующий газ выходит с большой скоростью, эмульгируя раствор и увлекая его в сепаратор 6. В сепараторе жидкость отделяется от газа и по трубе 7 возвращается в электролизер. [c.207] За счет эжектирования улучшается перемешивание раствора, что приводит к некоторому повышению выхода продукта, снижению напряжения и расхода электроэнергии на электролиз. [c.207] Вернуться к основной статье