RU161511U1 - ELECTROLYZER FOR CARRYING OUT ELECTROCHEMICAL REDOX AND REDUCING PROCESSES OF LIQUID MEDIA CONTAINING METALS OF VARIABLE VALENCY - Google Patents

Abstract

1. Электролизер для проведения электрохимических окислительно-восстановительных процессов жидких сред, содержащих металлы переменной валентности, содержащий корпус с установленными коаксиально в нем цилиндрическими анодом, катодом и диафрагмой, разделяющей межэлектродное пространство на анодную и катодную камеры, с отдельными вводами и выводами в и из электродных камер, причем каждая из камер снабжены циркуляционным контуром, а также содержащий приспособления для регулирования температуры растворов в межэлектродном пространстве, отличающийся тем, что электролизер выполнен модульным из, по крайней мере, одной, электрохимической ячейки, в корпусе которой размещен один или несколько цилиндрических катодов, установленных каждый в коаксиальной же керамической диафрагме, причем каждый из катодов окружен по крайней мере тремя цилиндрическими анодами, равномерно установленными с соблюдением постоянства межэлектродного расстояния по отношению к катоду или к каждому из катодов, а циркуляционные контуры электродных камер снабжены приспособлениями повышения давления в электродных камерах и приспособлениями для регулирования давления в электродных камерах, а также сепараторами для разделения газожидкостной смеси, и сепараторы снабжены выводами газообразных продуктов электролиза и средствами для регулируемого отбора циркулирующих растворов.2. Электролизер для проведения электрохимических окислительно-восстановительных процессов жидких сред, содержащих металлы переменной валентности по п. 1, отличающийся тем, что приспособления для повышения давления в электродных камерах выполнены в виде насосов, приспо1. The electrolyzer for conducting electrochemical redox processes of liquid media containing metals of variable valency, comprising a housing with a cylindrical anode, cathode and diaphragm mounted coaxially therein, separating the interelectrode space into the anode and cathode chambers, with separate inputs and outputs to and from electrode chambers, and each of the chambers is equipped with a circulation circuit, and also containing devices for regulating the temperature of solutions in the interelectrode space, about characterized in that the electrolyzer is made modular from at least one electrochemical cell, in the housing of which one or more cylindrical cathodes are installed, each installed in a coaxial ceramic diaphragm, each cathode surrounded by at least three cylindrical anodes uniformly installed in compliance with the constancy of the interelectrode distance with respect to the cathode or to each of the cathodes, and the circulation circuits of the electrode chambers are equipped with pressure boosting devices in lektrodnyh chambers and means for controlling the pressure in the electrode chambers, and separators for separating gas-liquid mixture, and separators provided with pin gaseous products of electrolysis and means for adjustable selection of circulating rastvorov.2. An electrolyzer for carrying out electrochemical redox processes of liquid media containing metals of variable valency according to claim 1, characterized in that the devices for increasing the pressure in the electrode chambers are made in the form of pumps,

Description

Полезная модель относится к области устройств для проведения электрохимических окислительно-восстановительных процессов жидких сред, содержащих металлы переменной валентности и может быть использована в различных областях техники, и в частности, в процессах разделения смеси редкоземельных металлов путем окисления трехвалентного церия для последующего его отделения от смеси РЗМ.The utility model relates to the field of devices for carrying out electrochemical redox processes of liquid media containing metals of variable valency and can be used in various fields of technology, and in particular, in the processes of separation of a mixture of rare-earth metals by oxidation of trivalent cerium for its subsequent separation from a rare-earth metal mixture .

В процессе переработки смеси редкоземельных металлов на первоначальной стадии наиболее часто стоит вопрос об отделения церия от смеси остальных РЗМ, так как количество церия является преимущественным в смеси. Для осуществления подобной операции широко применяется метод электрохимического окисления растворов, что позволяет получить в растворе устойчивую фракцию окисленных целевых компонентов без применения химических окислителей.In the process of processing a mixture of rare-earth metals at the initial stage, the most frequent question is the separation of cerium from the mixture of the remaining rare-earth metals, since the amount of cerium is predominant in the mixture. To carry out such an operation, the method of electrochemical oxidation of solutions is widely used, which makes it possible to obtain a stable fraction of oxidized target components in a solution without the use of chemical oxidizing agents.

Для проведения электрохимического окисления жидких сред, содержащих металлы переменной валентности, используют электролизеры как бездиафрагменные, так и электролизеры с разделенным межэлектродным пространством. Недостатком бездиафрагменных электролизеров является сравнительно невысокая степень окисления, которая ограничивает их применение.To conduct electrochemical oxidation of liquid media containing metals of variable valency, electrolyzers are used both diaphragmless and electrolyzers with a divided interelectrode space. The disadvantage of diaphragmless electrolyzers is the relatively low oxidation state, which limits their use.

Указанных недостатков лишены диафрагменные электролизеры, позволяющие получить степень окисления свыше 90% при количественном выходе по току.The indicated drawbacks are deprived of diaphragm electrolyzers, which make it possible to obtain an oxidation state of more than 90% with a quantitative current output.

Наиболее близким по технической сути и достигаемому результату является диафрагменный электролизер для электрохимического окисления церия, содержащий корпус из титана с установленными коаксиально в нем цилиндрическими анодом из титана с электрокаталитическим покрытием, катодом из графита и газонепроницаемой диафрагмой или из фильтровальной ткани или из анионообменной мембраны, разделяющей межэлектродное пространство на анодную и катодную камеры, с отдельными вводами и выводами в и из электродных камер, причем каждая из камер снабжены циркуляционным контуром, а также содержащий приспособления для регулирования температуры растворов в межэлектродном пространстве, выполненное в виде теплообменника, размещенного на корпусе электролизера (см. А.И. Михальченко, «Редкоземельные металлы», М, Химия, 1987, стр. 124-125). Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.The closest in technical essence and the achieved result is a diaphragm electrolyzer for electrochemical oxidation of cerium containing a titanium case with a coaxial cylindrical titanium anode made of electrocatalytic coating, a graphite cathode and a gas-tight diaphragm or from a filter fabric or from an anion-exchange membrane separating the interelectrode the space on the anode and cathode chambers, with separate inputs and outputs to and from the electrode chambers, each of which is equipped with They are provided with a circulation circuit, and also containing devices for regulating the temperature of solutions in the interelectrode space, made in the form of a heat exchanger placed on the electrolyzer body (see A. I. Mikhalchenko, “Rare-earth metals”, M, Chemistry, 1987, pp. 124-125 ) This technical solution is selected as a prototype.

Известное техническое решение позволяет повысить выход по току за счет охлаждения раствора и более равномерного движения обрабатываемого раствора вдоль поверхности электродов. Однако известное решение обладает рядом недостатков. Известный электролизер, имеющий фиксированные размеры, обладает определенной производительностью, которая может быть изменена только путем изменения размеров электролизера, то есть для решения задач, одним из условий которых является переменная потребность в объемах перерабатываемых растворов, требуется либо наличие нескольких электролизеров разной производительности, либо создание гидравлической схемы со значительной буферной емкостью. Кроме того используемые в конструкции материалы - такие, например, как графит или материал диафрагмы накладывают дополнительные ограничения на использование электролизера - возможно использование растворов, которые не влияют на стойкость графита, а использование анионообменных мембран повышает расход энергии, увеличивает трудозатраты на монтаж и демонтаж электролизера, и ограничивает ресурс его непрерывной работы ресурсом работоспособности мембраны. Имеющаяся система регулирования температуры, размещенная на корпусе требует повышенных затрат, так как процесс теплопередачи идет через корпус электролизера, и не может эффективно регулировать температурный режим в катодной камере, которая размещены в центре корпуса.The known technical solution allows to increase the current efficiency due to cooling of the solution and more uniform movement of the treated solution along the surface of the electrodes. However, the known solution has several disadvantages. The known electrolyzer having fixed sizes has a certain capacity, which can only be changed by changing the size of the electrolyzer, that is, to solve problems, one of the conditions of which is the variable need for volumes of processed solutions, either several electrolytic cells of different capacities are required, or hydraulic circuits with significant buffer capacity. In addition, the materials used in the construction - such as, for example, graphite or diaphragm material impose additional restrictions on the use of the electrolyzer - it is possible to use solutions that do not affect the resistance of graphite, and the use of anion-exchange membranes increases energy consumption, increases labor costs for installation and dismantling of the electrolyzer, and limits the resource of its continuous operation to the resource of membrane operability. The existing temperature control system located on the casing requires increased costs, since the heat transfer process goes through the casing of the electrolyzer, and cannot effectively control the temperature in the cathode chamber, which is located in the center of the casing.

Техническим результатом использования предложенной полезной модели является расширение функциональных возможностей электролизера за счет обеспечения возможности сравнительно легкого изменения производительности электролизера без демонтажа всей конструкции, обеспечение эффективного регулирования температурного режима как в анодной, так и в катодной камерах, повышение эффективности процесса окисления и снижения затрат на проведение процесса.The technical result of using the proposed utility model is to expand the functionality of the cell by providing a relatively easy change in the capacity of the cell without dismantling the entire structure, providing effective temperature control in both the anode and cathode chambers, increasing the efficiency of the oxidation process and reducing the cost of the process .

Указанный технический результат достигается тем, что электролизер для проведения электрохимических окислительно-восстановительных процессов жидких сред, содержащих металлы переменной валентности, выполнен модульным из, по крайней мере одной, электрохимической ячейки, в корпусе которой размещен один или несколько цилиндрических катодов, установленных каждый в коаксиальной же керамической диафрагме, причем каждый из катодов окружен по крайней мере тремя цилиндрическими анодами, равномерно установленными с соблюдением постоянства межэлектродного расстояния по отношению к катоду или к каждому из катодов. Таким образом, в каждой ячейке имеются по крайней мере одна катодная камера, ограниченная наружной поверхностью катода и внутренней поверхностью диафрагмы (или, в случае установки нескольких катодов и диафрагм, объем катодной камеры является суммарным объемом отдельных элементов) и анодная камера ограниченная внутренней поверхностью корпуса и внешней поверхностью диафрагмы (или диафрагм). В анодной камере размещены по крайней мере три анода (или по крайней мере по три анода на каждый катод). Электродные камеры имеют отдельные вводы и вывод и из электродных камер, расположенные соответственно в нижней и верхней частях корпуса ячеек и каждая из камер снабжены циркуляционным контуром. Циркуляционные контуры электродных камер снабжены приспособлениями повышения давления в электродных камерах и приспособлениями для регулирования давления в электродных камерах, а также сепараторами для разделения газожидкостной смеси, и сепараторы снабжены выводами газообразных продуктов электролиза и средствами для регулируемого отбора циркулирующих растворов. Электролизер содержит также приспособления для регулирования температуры в межэлектродном пространстве.The indicated technical result is achieved in that the electrolyzer for carrying out electrochemical redox processes of liquid media containing metals of variable valency is made modular from at least one electrochemical cell, in the housing of which one or several cylindrical cathodes are installed, each installed in a coaxial a ceramic diaphragm, with each of the cathodes being surrounded by at least three cylindrical anodes uniformly mounted with constant m zhelektrodnogo distance relative to the cathode or to each of the cathodes. Thus, in each cell there is at least one cathode chamber bounded by the outer surface of the cathode and the inner surface of the diaphragm (or, in the case of installing several cathodes and diaphragms, the volume of the cathode chamber is the total volume of the individual elements) and the anode chamber bounded by the inner surface of the housing and the outer surface of the diaphragm (or diaphragm). At least three anodes are placed in the anode chamber (or at least three anodes per cathode). The electrode chambers have separate inputs and outputs from the electrode chambers located respectively in the lower and upper parts of the cell body and each of the chambers is provided with a circulation circuit. The circulation circuits of the electrode chambers are equipped with devices for increasing the pressure in the electrode chambers and devices for regulating the pressure in the electrode chambers, as well as separators for separating the gas-liquid mixture, and the separators are equipped with outlets of gaseous electrolysis products and means for the controlled selection of circulating solutions. The cell also contains devices for controlling the temperature in the interelectrode space.

Аноды и катоды могут быть выполнены стержневыми, в этом случае приспособления для регулирования температуры в межэлектродном пространстве выполнены в виде теплообменников, расположенных в циркуляционных контурах электродных камер между сепараторами и вводами в электродные камеры.The anodes and cathodes can be made rod, in this case, the devices for regulating the temperature in the interelectrode space are made in the form of heat exchangers located in the circulation circuits of the electrode chambers between the separators and the inputs to the electrode chambers.

Аноды и катоды могут быть выполнены полыми и снабжены приспособлениями для ввода и вывода в и из полости электродов. В этом случае целесообразно приспособления для регулирования температуры в межэлектродном пространстве выполнять в виде циркуляционных контуров теплоносителя, соединяющих вводы и выводы полостей электродов, причем в циркуляционных контурах теплоносителя между выводом и вводом последовательно установлены буферная емкость, насос и узел регулирования температуры теплоносителя.Anodes and cathodes can be made hollow and equipped with devices for input and output in and out of the cavity of the electrodes. In this case, it is advisable to carry out temperature control devices in the interelectrode space in the form of circulation coolant circuits connecting the inputs and outputs of the electrode cavities, and in the circulation circuits of the coolant between the output and the input, a buffer tank, a pump, and a coolant temperature control unit are installed in series.

Электролизер выполнен их ячеек, в которых катоды и диафрагмы установлены в центре одного или нескольких правильных плотноупакованных многоугольников, условно вписанных в плоскость поперечного сечения корпуса, в вершинах многоугольников установлены аноды, причем многоугольниками являются равносторонние треугольники, квадраты или шестиугольники.The cell is made of their cells, in which the cathodes and diaphragms are installed in the center of one or more regular close-packed polygons, conditionally inscribed in the plane of the cross section of the housing, anodes are installed at the vertices of the polygons, and the polygons are equilateral triangles, squares or hexagons.

Диафрагмы в электролизере выполнены из кислотощелочностойкой наноструктурированной керамики.The diaphragms in the electrolyzer are made of acid-base-resistant nanostructured ceramics.

Выполнение электролизера модульным из электрохимических ячеек, позволяет создать конструкцию, в которой изменение производительности осуществляется путем присоединения к гидравлическим линиям дополнительных ячеек, без демонтажа всей системы. Кроме того, такое выполнение значительно сокращает трудозатраты на ремонт электролизера, так как позволяет заменить дефектную ячейку без демонтажа всей системы.The implementation of the electrolyzer modular of the electrochemical cells, allows you to create a design in which the change in performance is carried out by connecting to the hydraulic lines of additional cells, without dismantling the entire system. In addition, this embodiment significantly reduces the labor costs for the repair of the cell, as it allows you to replace the defective cell without dismantling the entire system.

Электролизер выполнен из ячеек в которых размещены один или несколько цилиндрических катодов, установленных каждый в коаксиальной же керамической диафрагме, причем каждый из катодов окружен по крайней мере тремя цилиндрическими анодами, равномерно установленными с соблюдением постоянства межэлектродного расстояния по отношению к катоду или к каждому из катодов. Это позволяет создать ячейки, которые имеют различную производительность, и, кроме того, расширить функциональные возможности за счет регулирования объемов электродных камер и регулирования соотношения площадей электродов, так как в каждой ячейке имеются катодная камера, ограниченная наружной поверхностью катода и внутренней поверхностью дифрагмы (или катодная камера составлена из нескольких таких элементов) и анодная камера ограниченная внутренней поверхностью корпуса и внешей поверхностью диафрагмы (или диафрагм) в которой размещены по крайней мере три анода (или по крайней мере по три анода на каждый катод). Выбор конкретного выполнения осуществляется в зависимости от условий решаемой задачи - требуемой производительности и характеристик обрабатываемых растворов.The electrolyzer is made of cells in which one or more cylindrical cathodes are placed, each installed in a coaxial ceramic diaphragm, each of the cathodes being surrounded by at least three cylindrical anodes uniformly installed, maintaining a constant interelectrode distance with respect to the cathode or to each of the cathodes. This allows you to create cells that have different capacities, and, in addition, expand the functionality by adjusting the volume of the electrode chambers and adjusting the ratio of the areas of the electrodes, since each cell has a cathode chamber bounded by the outer surface of the cathode and the inner surface of the diaphragm (or cathode the chamber is composed of several such elements) and the anode chamber is limited by the inner surface of the housing and the outer surface of the diaphragm (or diaphragms) in which at least three anodes (or at least three anodes per cathode) are provided. The choice of a specific implementation is carried out depending on the conditions of the problem being solved - the required performance and characteristics of the processed solutions.

Электродные камеры имеют отдельные вводы и вывод и из электродных камер, расположенные соответственно в нижней и верхней частях корпуса ячеек и каждая из камер снабжены циркуляционным контуром. То, что отдельным циркуляционным контуром снабжена каждая из камер, расширяет функциональные возможности электролизера, так как позволяет независимо регулировать температуру в анодной и катодной камерах в зависимости от условий решаемой задачи и тем самым улучшать условия протекания процесса. Снабжение циркуляционных контуров электродных камер приспособлениями повышения давления в электродных камерах и приспособлениями для регулирования давления в электродных камерах позволяет обеспечивать эффективное регулирования процессы переноса через диафрагму, что также расширяет функциональные возможности электролизера. Сепараторы для разделения газожидкостной смеси, которые снабжены выводами газообразных продуктов электролиза и средствами для регулируемого отбора циркулирующих растворов позволяет эффективно регулировать гидравлику процесса и, минимизировать расход энергии, связанный с газонаполнением электролитовThe electrode chambers have separate inputs and outputs from the electrode chambers located respectively in the lower and upper parts of the cell body and each of the chambers is provided with a circulation circuit. The fact that each of the chambers is equipped with a separate circulation circuit expands the functionality of the electrolyzer, as it allows you to independently adjust the temperature in the anode and cathode chambers depending on the conditions of the problem being solved and thereby improve the process conditions. Providing the circulation circuits of the electrode chambers with devices for increasing the pressure in the electrode chambers and devices for regulating the pressure in the electrode chambers makes it possible to efficiently control the transfer processes through the diaphragm, which also extends the functionality of the cell. Separators for separating a gas-liquid mixture, which are equipped with leads of gaseous electrolysis products and means for the controlled selection of circulating solutions, can effectively control the process hydraulics and minimize energy consumption associated with gas filling of electrolytes

Аноды и катоды могут быть выполнены стержневыми, в этом случае приспособления для регулирования температуры в межэлектродном пространстве выполнены в виде теплообменников, расположенных в циркуляционных контурах электродных камер между сепараторами и вводами в электродные камеры. Такое выполнение при сравнительной простоте конструкции позволяет эффективно регулировать температурный режим протекания процесса.The anodes and cathodes can be made rod, in this case, the devices for regulating the temperature in the interelectrode space are made in the form of heat exchangers located in the circulation circuits of the electrode chambers between the separators and the inputs to the electrode chambers. This embodiment, with the comparative simplicity of the design, allows you to effectively control the temperature regime of the process.

Аноды и катоды могут быть выполнены полыми и снабжены приспособлениями для ввода и вывода в и из полости электродов. В этом случае целесообразно приспособления для регулирования температуры в межэлектродном пространстве выполнять в виде циркуляционных контуров теплоносителя, соединяющих вводы и выводы полостей электродов. Подобная конструкция электролизера целесообразна, когда существенным для протекания процесса является необходимость регулирования температурного режима поверхности электродов. Установка в циркуляционных контурах теплоносителя между выводом и вводом буферной емкости, насоса и узла регулирования температуры теплоносителя обеспечивает оптимальные условия гидравлики циркуляции теплоносителя и поддержания требуемого температурного режима.Anodes and cathodes can be made hollow and equipped with devices for input and output in and out of the cavity of the electrodes. In this case, it is advisable to adjust the temperature in the interelectrode space in the form of circulating coolant circuits connecting the inputs and outputs of the cavities of the electrodes. Such a design of the electrolyzer is advisable when the essential for the process is the need to control the temperature of the surface of the electrodes. The installation of a coolant in the circulation circuits between the outlet and the inlet of the buffer tank, pump and the temperature control unit of the coolant provides optimal hydraulics for circulating the coolant and maintaining the required temperature regime.

Для обеспечения равномерности расположения электродов в ячейке, и обеспечения постоянства межэлектродного расстояния, что является необходимым условием стабильности протекающего процесса, в ячейках катоды и диафрагмы установлены в центре одного или нескольких правильных плотноупакованных многоугольников, условно вписанных в плоскость поперечного сечения корпуса, а в вершинах многоугольников установлены аноды, причем многоугольниками являются равносторонние треугольники, квадраты или шестиугольники.To ensure uniform distribution of the electrodes in the cell, and to ensure a constant interelectrode distance, which is a necessary condition for the stability of the process, cathodes and diaphragms are installed in the cells in the center of one or more regular close-packed polygons, conditionally inscribed in the plane of the cross section of the housing, and at the vertices of the polygons anodes, with polygons being equilateral triangles, squares or hexagons.

Целесообразно выполнение диафрагм в ячейках электролизера из кислотощелочностойкой наноструктурированной керамики, что обеспечивает их механическую прочность, стабильность в различных условиях проведения процесса.It is advisable to make diaphragms in cells of an electrolytic cell made of acid-base-resistant nanostructured ceramics, which ensures their mechanical strength and stability under various process conditions.

Полезная модель иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1 и 2.The utility model is illustrated by the drawings shown in FIG. 1 and 2.

На фиг. 1 представлен электролизер, содержащий стержневые электрода и приспособления для регулирования температуры, выполненные в виде теплообменников в циркуляционных контурах электродных камер.In FIG. 1 shows an electrolyzer containing rod electrodes and temperature control devices made in the form of heat exchangers in the circulation circuits of electrode chambers.

Электролизер выполнен из одной электрохимической ячейки, имеющей цилиндрический корпус 1, в центре которого размещен катод 2, установленный коаксиально в цилиндрической керамической диафрагме 3. Между внутренней поверхностью корпуса 1 и наружной поверхностью диафрагмы 3 установлены три стержневых анода 4 (условно показанных на чертеже). В корпус 1 условно вписан равносторонний треугольник, катод 2 установлен в центре треугольника, а аноды 4 в его вершинах. Диафрагма 3 делит межэлектродное пространство электролизера на катодную 5 и кольцевую анодную 6 камеры. Электродные камеры имеют приспособления для ввода и вывода обрабатываемых растворов в из электродных камер 5 и 6 (на чертеже не показаны).The electrolyzer is made of one electrochemical cell having a cylindrical body 1, in the center of which there is a cathode 2 mounted coaxially in a cylindrical ceramic diaphragm 3. Three rod anodes 4 (conventionally shown in the drawing) are installed between the inner surface of the housing 1 and the outer surface of the diaphragm 3. An equilateral triangle is conventionally inscribed in the housing 1, the cathode 2 is installed in the center of the triangle, and the anodes 4 at its vertices. The diaphragm 3 divides the interelectrode space of the cell into the cathode 5 and the annular anode 6 of the chamber. The electrode chambers have devices for input and output of the processed solutions from the electrode chambers 5 and 6 (not shown in the drawing).

Приспособление для ввода в катодную камеру 5 соединено линией 7 с емкостью 8 раствора электролита, подаваемого в катодную камеру 5. На линии 7 установлен насос 9.A device for introducing into the cathode chamber 5 is connected by a line 7 with a capacity 8 of an electrolyte solution supplied to the cathode chamber 5. A pump 9 is installed on line 7.

Приспособление для вывода обрабатываемого раствора из катодной камеры 5 соединено гидравлической линией 10 с линией 7 с образованием циркуляционного контура катодной камеры 5. Между выводом и вводом на линии 10 последовательно установлены сепаратор 11, с вводом в средней части и выводами в нижней, средней и верхней частях, и теплообменник 12. Верхний вывод сепаратора 11 снабжен линией 13 для вывода катодных электролизных газов, на которой установлен регулятор давления «до себя» 14. Нижний вывод сепаратора 11 замыкает циркуляционный контур, а вывод в средней части снабжен линией 15 с установленным на ней дозирующим насосом 16. Линия 15 соединена с емкостью 17 для сбора католита.The device for outputting the solution to be processed from the cathode chamber 5 is connected by a hydraulic line 10 to line 7 with the formation of the circulation circuit of the cathode chamber 5. Between the output and input on line 10, a separator 11 is installed in series, with input in the middle part and conclusions in the lower, middle and upper parts , and the heat exchanger 12. The upper output of the separator 11 is equipped with a line 13 for outputting the cathode electrolysis gases, on which the pressure regulator is installed "to itself" 14. The lower output of the separator 11 closes the circulation circuit, and in the middle part is provided with a line 15 with a metering pump mounted thereon 16. The line 15 is connected with the container 17 for collecting the catholyte.

Приспособление для ввода в анодную камеру 6 соединено линией 18 с емкостью 19 раствора электролита, подаваемого в анодную камеру 6. На линии 18 установлен насос 20.The device for entering into the anode chamber 6 is connected by a line 18 with a capacity 19 of an electrolyte solution supplied to the anode chamber 6. A pump 20 is installed on line 18.

Приспособление для вывода обрабатываемого раствора из анодной камеры 6 соединено гидравлической линией 21 с линией 18 с образованием циркуляционного контура анодной камеры 6. Между выводом и вводом на линии 18 последовательно установлены сепаратор 22, с вводом в средней части и выводами в нижней, средней и верхней частях, и теплообменник 23. Верхний вывод сепаратора 22 снабжен линией 24 для вывода анодных электролизных газов (в случае необходимости), на которой установлен регулятор давления «до себя» 25. Нижний вывод сепаратора 22 замыкает циркуляционный контур, а вывод в средней части снабжен линией 26 с установленным на ней дозирующим насосом 27. Линия 126 соединена с емкостью 28 для сбора анолита.The device for outputting the solution to be treated from the anode chamber 6 is connected by a hydraulic line 21 to line 18 with the formation of the circulation circuit of the anode chamber 6. A separator 22 is sequentially installed between the output and input on line 18, with the input in the middle part and the terminals in the lower, middle and upper parts , and a heat exchanger 23. The upper output of the separator 22 is provided with a line 24 for outputting the anode electrolysis gases (if necessary), on which the pressure regulator is installed "to itself" 25. The lower output of the separator 22 closes the compass ion path, and the output is provided in the middle of the line 26 with the attached metering pump 27. The line 126 is connected with the container 28 for collecting the anolyte.

Электролизер работает следующим образом. Из емкостей 8 и 19 с помощью насосов 9 и 20 обрабатываемые растворы поступают в катодную 5 и кольцевую анодную 6 камеры. Конструктивное выполнение насосов определяется условиями решаемой задачи, например требованиями к созданию перепада давления на диафрагме 3. Характеристики растворов определяются в зависимости от условий решаемой задачи и требований к целевому продукту. После заполнения электродных камер и циркуляционных контуров на электроды подается напряжение и включается режим работы теплообменников 12 и 23. В зависимости от условий решаемой задачи выбирается производительность насосов и режим работы теплообменников. Из емкостей 11 и 22 дозировано отводятся в емкости 17 и 28 растворы, обработанные соответственно в катодной 5 и анодной 6 камерах.The cell operates as follows. From containers 8 and 19, with the help of pumps 9 and 20, the processed solutions enter the cathode 5 and the annular anode 6 of the chamber. The design of the pumps is determined by the conditions of the problem being solved, for example, the requirements for creating a differential pressure across the diaphragm 3. The characteristics of the solutions are determined depending on the conditions of the problem being solved and the requirements for the target product. After filling of the electrode chambers and circulation loops, voltage is applied to the electrodes and the operation mode of the heat exchangers 12 and 23 is turned on. Depending on the conditions of the problem being solved, the pump performance and the operation mode of the heat exchangers are selected. From containers 11 and 22, the solutions processed in the cathode 5 and anode 6 chambers, respectively, are metered into the tanks 17 and 28.

На фиг. 2 представлен электролизер, содержащий полые цилиндрические электроды и приспособления для регулирования температуры, выполненные в виде циркуляционных контуров полостей электродов.In FIG. 2 shows an electrolyzer containing hollow cylindrical electrodes and devices for temperature control, made in the form of circulating circuits of the cavities of the electrodes.

Электролизер выполнен из одной электрохимической ячейки, имеющей цилиндрический корпус 29, в центре которого размещен катод 30, установленный коаксиально в цилиндрической керамической диафрагме 31. Между внутренней поверхностью корпуса 1 и наружной поверхностью диафрагмы 3 установлены четыре полых цилиндрических анода 32 (условно показанных на чертеже). В корпус 29 условно вписан квадрат, катод 30 установлен в центре квадрата, а аноды 32 в его вершинах. Диафрагма 31 делит межэлектродное пространство электролизера на катодную 33 и кольцевую анодную 34 камеры. Электродные камеры имеют приспособления для ввода и вывода обрабатываемых растворов в из электродных камер 33 и 34 (на чертеже не показаны).The electrolyzer is made of one electrochemical cell having a cylindrical body 29, in the center of which a cathode 30 is placed, mounted coaxially in a cylindrical ceramic diaphragm 31. Four hollow cylindrical anodes 32 (conventionally shown in the drawing) are installed between the inner surface of the housing 1 and the outer surface of the diaphragm 3. A square is conventionally inscribed in the housing 29, the cathode 30 is installed in the center of the square, and the anodes 32 at its vertices. The diaphragm 31 divides the interelectrode space of the cell into the cathode 33 and the annular anode 34 of the chamber. The electrode chambers have devices for input and output of the processed solutions from the electrode chambers 33 and 34 (not shown in the drawing).

Полость катода 30 имеет приспособления для ввода и вывода теплоносителя, расположенные соответственно в нижней и верхней частях катода 30 (на чертеже не показаны). Эти приспособления соединены линией 35 с образованием циркуляционного контура теплоносителя. На линии 35 установлены накопительная емкость 36, насос 37 и устройство для регулирования температуры теплоносителя 38.The cavity of the cathode 30 has a device for input and output of the coolant located respectively in the lower and upper parts of the cathode 30 (not shown). These devices are connected by line 35 with the formation of a circulation circuit of the coolant. On line 35, a storage tank 36, a pump 37 and a device for controlling the temperature of the coolant 38 are installed.

Аноды 32 имеют приспособления для ввода и вывода теплоносителя, расположенные соответственно в нижней и верхней частях анодов 32 (на чертеже не показаны). Эти приспособления соединены линией 39 с образованием циркуляционного контура теплоносителя. На линии 39 установлены накопительная емкость 40, насос 41 и устройство для регулирования температуры теплоносителя 42.The anodes 32 have devices for input and output of a coolant located respectively in the lower and upper parts of the anodes 32 (not shown in the drawing). These devices are connected by line 39 with the formation of the circulation circuit of the coolant. On line 39, a storage tank 40, a pump 41, and a device for controlling the temperature of the coolant 42 are installed.

Катодная камера 33 имеет ввод и вывод соответственно в нижней м верхней частях (на чертеже не показаны). Ввод катодной камеры 33 соединен линией 43 с емкостью для обрабатываемого раствора 44. на линии 43 установлен насос 45. Вывод катодной камеры 33 соединен линией 46 с линией 43 перед вводом в катодную камеру 33 с образованием циркуляционного контура обрабатываемого раствора. На линии 46 установлен сепаратор 47 с вводом в средней части и выводом в верхней и двумя выводами в нижней частях. Верхний вывод сепаратора 47 установлен редуктор «до себя» 48 с линией 49 для отвода газообразного водорода. Ввод и нижний вывод сепаратора 47 замыкают циркуляционный контур, а другой нижний вывод соединен линией 50 с установленным на ней дозирующим насосом 51 с емкостью 52 для сбора католита. В циркуляционном контуре камеры 33 после сепаратора 47 установлен насос 53.The cathode chamber 33 has an input and output, respectively, in the lower and upper parts (not shown in the drawing). The input of the cathode chamber 33 is connected by a line 43 to the container for the processed solution 44. A pump 45 is installed on the line 43. The output of the cathode chamber 33 is connected by a line 46 with a line 43 before being introduced into the cathode chamber 33 to form a circulation circuit of the processed solution. On line 46, a separator 47 is installed with an input in the middle part and an output in the upper and two terminals in the lower parts. The upper output of the separator 47 is installed reducer "to yourself" 48 with line 49 for the removal of gaseous hydrogen. The input and lower terminal of the separator 47 close the circulation circuit, and the other lower terminal is connected by a line 50 to a metering pump 51 mounted on it and a capacity 52 for collecting catholyte. In the circulation circuit of the chamber 33 after the separator 47, a pump 53 is installed.

Кольцевая анодная камера 34 содержит приспособления для ввода и вывода обрабатываемого раствора, размещенные соответственно в нижней и верхней частях камеры 34 (на чертеже не показаны). Ввод анодной камеры 34 соединен линией 54 Они соединены линией 54 с емкостью 55 раствора, подлежащего обработке в анодной камере 34. На линии 54 установлен насос 56. Вывод анодной камеры 34 соединен линией 57 с линией 54 с образованием циркуляционного контура обрабатываемого раствора. На линии 57 установлены сепаратор 58 с вводом в средней части и двумя выводами в нижней части и насос 59. Ввод и один из нижних выводов сепаратора 58 замыкает циркуляционный контур, а второй нижний вывод соединен линией 60, на которой установлен дозирующий насос 61 с емкостью 62 обработанного в анодной камере раствора. В случае необходимости вывода анодных электролизных газов, сепаратор 58 может быть снабжен верхним выводом с установленным приспособлением для регулирования давления (на чертеже не показаны).The annular anode chamber 34 contains devices for input and output of the treated solution, located respectively in the lower and upper parts of the chamber 34 (not shown). The input of the anode chamber 34 is connected by a line 54 They are connected by a line 54 to the capacity 55 of the solution to be processed in the anode chamber 34. A pump 56 is installed on the line 54. The output of the anode chamber 34 is connected by a line 57 to line 54 to form a circulation circuit of the solution being processed. Separator 58 is installed on line 57 with an inlet in the middle part and two leads in the lower part and a pump 59. An inlet and one of the lower ends of the separator 58 closes the circulation circuit, and the second lower terminal is connected by line 60, on which the metering pump 61 is installed with a capacity of 62 processed in the anode chamber of the solution. If it is necessary to withdraw the anode electrolysis gases, the separator 58 may be provided with an upper outlet with an installed pressure control device (not shown in the drawing).

Электролизер работает следующим образом. Из емкостей 44 и 55 с помощью насосов 45 и 56 обрабатываемые растворы поступают в катодную 33 и кольцевую анодную 34 камеры. Конструктивное выполнение насосов определяется условиями решаемой задачи, например требованиями к созданию перепада давления на диафрагме 31. Характеристики растворов определяются в зависимости от условий решаемой задачи и требований к целевому продукту. После заполнения электродных камер и циркуляционных контуров и контуров охлаждения полостей электродов, на электроды 30 и 32 подается напряжение и осуществляется режим циркуляции теплоносителя по линиям 39 и 35 с обеспечением теплового режима за счет регуляторов 38 и 42. В зависимости от условий решаемой задачи выбирается производительность насосов 53 и 59 обеспечивающих циркуляцию обрабатываемых растворов в электродных камерах 33 и 34. Из емкостей 50 и 58 дозировано отводятся в емкости 52 и 62 растворы, обработанные соответственно в катодной 33 и анодной 34 камерах.The cell operates as follows. From containers 44 and 55, with the help of pumps 45 and 56, the processed solutions enter the cathode 33 and the annular anode 34 of the chamber. The design of the pumps is determined by the conditions of the problem being solved, for example, the requirements for creating a differential pressure across the diaphragm 31. The characteristics of the solutions are determined depending on the conditions of the problem being solved and the requirements for the target product. After filling the electrode chambers and circulation circuits and cooling circuits of the electrode cavities, voltage is applied to the electrodes 30 and 32 and the coolant is circulated along lines 39 and 35 with the thermal regime ensured by the controllers 38 and 42. Depending on the conditions of the problem being solved, the pump performance is selected 53 and 59 for circulating the processed solutions in the electrode chambers 33 and 34. From the containers 50 and 58, the solutions treated in the cathode 33 and ano bottom 34 cameras.

Электролизер, содержащий один полый катод, установленный в коаксиальной керамической диафрагме и четыре полых анода (в соответствии с фиг. 2) был испытан на модельном исходном растворе, содержащем 80 г/л азотной кислоты и 140 г/л церия (III), который подавали в анодную камеру. В катодную камеру подавали раствор азотной кислоты концентрацией 80 г/л. Процесс вели при циркуляции раствора в анодной камере в 5 раз выше, чем циркуляция в катодной камере. Температуру в камерах поддерживали на уровне 50°С в анодной камере и 10°С в катодной. Перепад давления на диафрагме составлял 0,2 бара (давление в катодной камере выше, чем в анодной). Степень окисления церия (III) составила 99% при количественном выходе по току и расходе энергии порядка 0,6 кВт. ч.The electrolyzer containing one hollow cathode installed in a coaxial ceramic diaphragm and four hollow anodes (in accordance with Fig. 2) was tested on a model initial solution containing 80 g / l of nitric acid and 140 g / l of cerium (III), which was supplied into the anode chamber. A solution of nitric acid with a concentration of 80 g / L was fed into the cathode chamber. The process was conducted during the circulation of the solution in the anode chamber 5 times higher than the circulation in the cathode chamber. The temperature in the chambers was maintained at 50 ° C in the anode chamber and 10 ° C in the cathode. The differential pressure across the diaphragm was 0.2 bar (the pressure in the cathode chamber is higher than in the anode). The oxidation state of cerium (III) was 99% with a quantitative current efficiency and energy consumption of about 0.6 kW. hours

Приведенные сведения и данные показывают, что использование предложенной полезной модели позволяет расширить функциональные возможности электролизера за счет обеспечения возможности сравнительно легкого изменения производительности электролизера без демонтажа всей конструкции. Кроме того, в электролизере по данной полезной модели обеспечивается эффективное независимое регулирование температурного режима как в анодной, так и в катодной камерах. За счет возможности создания перепада давления на диафрагме обеспечена возможность регулировки процесса переноса тока через диафрагму, что позволяет повысить эффективность процесса окисления и снизить затраты на проведение процесса.The above information and data show that the use of the proposed utility model allows you to expand the functionality of the cell by providing the ability to relatively easily change the performance of the cell without dismantling the entire structure. In addition, in the electrolyzer according to this utility model, effective independent temperature control is provided in both the anode and cathode chambers. Due to the possibility of creating a differential pressure across the diaphragm, it is possible to adjust the process of current transfer through the diaphragm, which allows to increase the efficiency of the oxidation process and reduce the cost of the process.

Claims (6)

1. Электролизер для проведения электрохимических окислительно-восстановительных процессов жидких сред, содержащих металлы переменной валентности, содержащий корпус с установленными коаксиально в нем цилиндрическими анодом, катодом и диафрагмой, разделяющей межэлектродное пространство на анодную и катодную камеры, с отдельными вводами и выводами в и из электродных камер, причем каждая из камер снабжены циркуляционным контуром, а также содержащий приспособления для регулирования температуры растворов в межэлектродном пространстве, отличающийся тем, что электролизер выполнен модульным из, по крайней мере, одной, электрохимической ячейки, в корпусе которой размещен один или несколько цилиндрических катодов, установленных каждый в коаксиальной же керамической диафрагме, причем каждый из катодов окружен по крайней мере тремя цилиндрическими анодами, равномерно установленными с соблюдением постоянства межэлектродного расстояния по отношению к катоду или к каждому из катодов, а циркуляционные контуры электродных камер снабжены приспособлениями повышения давления в электродных камерах и приспособлениями для регулирования давления в электродных камерах, а также сепараторами для разделения газожидкостной смеси, и сепараторы снабжены выводами газообразных продуктов электролиза и средствами для регулируемого отбора циркулирующих растворов.1. The electrolyzer for conducting electrochemical redox processes of liquid media containing metals of variable valency, comprising a housing with a cylindrical anode, cathode and diaphragm mounted coaxially therein, separating the interelectrode space into the anode and cathode chambers, with separate inputs and outputs to and from electrode chambers, and each of the chambers is equipped with a circulation circuit, and also containing devices for regulating the temperature of solutions in the interelectrode space, about characterized in that the electrolyzer is made modular from at least one electrochemical cell, in the housing of which one or more cylindrical cathodes are installed, each installed in a coaxial ceramic diaphragm, each cathode surrounded by at least three cylindrical anodes uniformly installed in compliance with the constancy of the interelectrode distance with respect to the cathode or to each of the cathodes, and the circulation circuits of the electrode chambers are equipped with pressure boosting devices in lektrodnyh chambers and means for controlling the pressure in the electrode chambers, and separators for separating gas-liquid mixture, and separators provided with pin gaseous products of electrolysis and means for adjustable selection of circulating solution. 2. Электролизер для проведения электрохимических окислительно-восстановительных процессов жидких сред, содержащих металлы переменной валентности по п. 1, отличающийся тем, что приспособления для повышения давления в электродных камерах выполнены в виде насосов, приспособления для регулирования давления в электродных камерах выполнены в виде регуляторов давления "до себя".2. The electrolyzer for conducting electrochemical redox processes of liquid media containing variable valence metals according to claim 1, characterized in that the devices for increasing the pressure in the electrode chambers are made in the form of pumps, the devices for regulating the pressure in the electrode chambers are made in the form of pressure regulators "to yourself." 3. Электролизер для проведения электрохимических окислительно-восстановительных процессов жидких сред, содержащих металлы переменной валентности по п. 1, отличающийся тем, что аноды и катоды выполнены стержневыми, приспособления для регулирования температуры в межэлектродном пространстве выполнены в виде теплообменников,3. The electrolyzer for conducting electrochemical redox processes of liquid media containing metals of variable valency according to claim 1, characterized in that the anodes and cathodes are made rod, devices for controlling the temperature in the interelectrode space are made in the form of heat exchangers, расположенных в циркуляционных контурах электродных камер между сепараторами и вводами в электродные камеры.located in the circulation circuits of the electrode chambers between the separators and the inputs to the electrode chambers. 4. Электролизер для проведения электрохимических окислительно-восстановительных процессов жидких сред, содержащих металлы переменной валентности по п. 1, отличающийся тем, что аноды и катоды выполнены полыми, снабжены приспособлениями для ввода и вывода в и из полости электродов, а приспособления для регулирования температуры в межэлектродном пространстве выполнены в виде циркуляционных контуров теплоносителя, соединяющих вводы и выводы полостей электродов, причем в циркуляционных контурах теплоносителя между выводом и вводом последовательно установлены буферная емкость, насос и узел регулирования температуры теплоносителя.4. An electrolyzer for conducting electrochemical redox processes in liquid media containing variable valence metals according to claim 1, characterized in that the anodes and cathodes are hollow, equipped with devices for input and output to and from the cavity of the electrodes, and devices for controlling the temperature in interelectrode space is made in the form of circulating coolant circuits connecting the inputs and outputs of the cavities of the electrodes, and in the circulating circuits of the coolant between the output and the input of the last A buffer tank, pump, and coolant temperature control unit have been installed. 5. Электролизер для проведения электрохимических окислительно-восстановительных процессов жидких сред, содержащих металлы переменной валентности по п. 1, отличающийся тем, что в электрохимической ячейке катоды и диафрагмы установлены в центре одного или нескольких правильных плотноупакованных многоугольников, условно вписанных в плоскость поперечного сечения корпуса, в вершинах многоугольников установлены аноды, причем многоугольниками являются равносторонние треугольники, квадраты или шестиугольники.5. An electrolyzer for conducting electrochemical redox processes of liquid media containing variable valence metals according to claim 1, characterized in that the cathodes and diaphragms are installed in the center of one or more regular close-packed polygons inscribed in the plane of the cross section of the body, anodes are installed at the vertices of the polygons, and the polygons are equilateral triangles, squares or hexagons. 6. Электролизер для проведения электрохимических окислительно-восстановительных процессов жидких сред, содержащих металлы переменной валентности по п. 1, отличающийся тем, что диафрагмы выполнены из кислотощелочностойкой наноструктурированной керамики.

6. The electrolyzer for conducting electrochemical redox processes of liquid media containing metals of variable valency according to claim 1, characterized in that the diaphragms are made of acid-alkali-resistant nanostructured ceramics.

Images