一種定向流電解裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種電解反應(yīng)器，具體的說(shuō)是一種定向流電解裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)的電化學(xué)反應(yīng)器按結(jié)構(gòu)不同，可分為箱式、壓濾式或板框式、特殊結(jié)構(gòu)式三 類(lèi);按其工作方式不同，可分為間歇式、柱塞流式、連續(xù)攪拌箱式三類(lèi)。特殊結(jié)構(gòu)的三維電極 反應(yīng)器以及柱塞流式電極反應(yīng)器為了防止生成物進(jìn)入相反電極區(qū)域發(fā)生可逆反應(yīng)，一般需 要采用特殊結(jié)構(gòu)的隔膜，對(duì)于這種反應(yīng)物與生成物之間電化學(xué)轉(zhuǎn)化具有很好可逆性的反應(yīng) 體系，采用隔膜后可以節(jié)省電耗、提高反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率。但由于分隔膜的存在，既導(dǎo)致反應(yīng) 器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，增加反應(yīng)器制作成本，還阻礙了反應(yīng)物的混合擴(kuò)散效果，降低了單位體積電 解反應(yīng)器的使用效率。特別是對(duì)于包含某些反應(yīng)物與生成物之間電化學(xué)轉(zhuǎn)化具有很好的可 逆性，同時(shí)某些反應(yīng)物與生成物之間電化學(xué)轉(zhuǎn)化可逆性很低的反應(yīng)體系，采用該類(lèi)反應(yīng)器， 由于隔膜的分割，其轉(zhuǎn)化率最高也將低于50%。
[0003] 如乙二腈是制造尼龍66的中間體，同時(shí)又可作為橡膠生產(chǎn)的助劑和除草劑。乙二 腈的電解合成中，傳統(tǒng)的方法分兩步，首先是以石油工業(yè)的丙烯為原料，在催化劑的作用下 將其加工為丙烯腈溶液：
[0005] 然后，通過(guò)電解，在陰極表面加氫二聚生成已二腈：
[0006] 2CH2 = CHCN+2H20+2e^N0 (CH2) 4CN+20H_ (1-2)
[0007] 陽(yáng)極發(fā)生析O2反應(yīng)：
[0009] 總反應(yīng)為：
[0011]傳統(tǒng)的電解工藝中，作為電解液的丙烯腈溶液的流動(dòng)方向與電極表面平行，即反 應(yīng)液在陰極板和陽(yáng)極板圍成的區(qū)域內(nèi)，由極板的一端流向另一端。為防止陰極區(qū)物質(zhì)進(jìn)入 陽(yáng)極液中，采用陽(yáng)離子交換膜作為隔膜;為避免陰極副反應(yīng)的發(fā)生，需將OiT盡快移出陰極 區(qū)，現(xiàn)有的設(shè)備難以做到；由于丙烯腈還原電位很負(fù)，還需要采用析氫電位高的材料作為陰 極，防止析氫。
[0012] 因此現(xiàn)有的電解反應(yīng)器存在以下主要問(wèn)題：
[0013] ⑴針對(duì)反應(yīng)物和生成物之間具有很好的電化學(xué)轉(zhuǎn)化可逆性的反應(yīng)體系，現(xiàn)有的電 解裝置會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)物與生成物之間在電解反應(yīng)器中反復(fù)轉(zhuǎn)化，既影響轉(zhuǎn)化效率，又浪費(fèi)電 耗；
[0014] ⑵現(xiàn)有的電解裝置不能有效利用電解液自身的流動(dòng)對(duì)電極表面的反應(yīng)物提供快 速更新的較大的湍動(dòng)力，電化學(xué)反應(yīng)速度較慢，進(jìn)而降低了反應(yīng)轉(zhuǎn)化率；
[0015] ⑶對(duì)于復(fù)雜的含有副反應(yīng)的反應(yīng)體系，現(xiàn)有電解裝置不能及時(shí)有效移出引起副反 應(yīng)的電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物；
[0016] ⑷現(xiàn)有電解裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，占地面積大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017] 本實(shí)用新型的目的是為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、投資成本和運(yùn) 行成本低、轉(zhuǎn)化效率高、適用于多種性質(zhì)電解液的定向流電解裝置。
[0018] 技術(shù)方案包括筒體，所述筒體兩端分別為進(jìn)口連接短管和出口連接短管，所述筒 體內(nèi)設(shè)有至少一個(gè)反應(yīng)單元，所述反應(yīng)單元由兩個(gè)極向相反且相互絕緣的電極室組成，分 別為陰極室和陽(yáng)極室，所述筒體的進(jìn)口連接短管依次經(jīng)所述反應(yīng)單元的兩個(gè)電極室與出口 連接短管連通。
[0019] 所述電極室由至少一塊多孔板電極與對(duì)應(yīng)的筒體圍成的區(qū)域組成，或者由導(dǎo)電材 料制成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)及對(duì)應(yīng)的筒體組成。
[0020] 所述電極室由兩端的多孔板電極與對(duì)應(yīng)的筒體圍成的區(qū)域組成，所述電極室內(nèi)填 充有具有導(dǎo)電性的電極材料。
[0021] 所述電極材料為貴金屬鹽改性后的顆粒狀活性炭、煤焦炭、石油焦或耐腐蝕的金 屬肩、或金屬丸，粒度為8 - 20mm。
[0022] 所述導(dǎo)電材料制成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)可以使用導(dǎo)電性能好、抗腐蝕性強(qiáng)的鉛、鉑、鈦、石 墨等材料制成，優(yōu)選空隙率控制在〇. 7 - 0.9。
[0023]所述多孔板電極為孔板結(jié)構(gòu)，孔板上的孔徑為6-10mm。
[0024]相鄰兩個(gè)電極室端部的多孔板電極平行設(shè)置，多孔板電極間具有間隙，所述間隙 的一端經(jīng)過(guò)多孔板電極與電極室內(nèi)壁面上的進(jìn)液通道的一端連接，所述進(jìn)液通道的另一端 連接沖洗液入口管;所述間隙的另一端經(jīng)過(guò)多孔板電極與電極室內(nèi)壁面上的排液通道的一 端連接，所述排液通道的另一端連接沖洗液出口管。
[0025]所述間隙的寬度為l - 10mm。
[0026] 所述筒體為臥式，每個(gè)電極室頂部設(shè)有氣體緩沖箱，所述氣體緩沖箱頂部設(shè)有氣 體排出口。
[0027] 每個(gè)電極室的多孔板電極與對(duì)應(yīng)的電極室壁面電導(dǎo)通。
[0028] 針對(duì)【背景技術(shù)】中存在的問(wèn)題，發(fā)明人對(duì)現(xiàn)有的電解反應(yīng)器進(jìn)行了如下改進(jìn)：
[0029] 取消了現(xiàn)有的電化學(xué)反應(yīng)器中常用的隔膜，改變電化學(xué)反應(yīng)器單元結(jié)構(gòu)。所述反 應(yīng)單元由兩個(gè)極向相反且相互絕緣的電極室組成，電極室內(nèi)填充電極材料，或者電極室也 可由電解材料制成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)組成；電解液依次流經(jīng)串聯(lián)的電極室，一方面避免電解液中 的反應(yīng)物與生成物之間在電解反應(yīng)器中反復(fù)轉(zhuǎn)化，提高轉(zhuǎn)化效率，節(jié)能降耗，另一方面，填 充的電極材料或者網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)組成;也有利于電解液在電極室內(nèi)的均布，因而且無(wú)需另設(shè)攪 拌裝置，進(jìn)一步減化結(jié)構(gòu)、降低能耗；
[0030] 創(chuàng)造性的在電極室的兩端設(shè)置多孔板電極，多孔板電極為具有孔板結(jié)構(gòu)的電極， 多孔板電極的設(shè)置一方面可與對(duì)應(yīng)的筒體形成相對(duì)封閉的空間（即電極室），以便于在電極 室內(nèi)填充電極材料，另一方面，以便于電解液流可由多孔板電極上的開(kāi)孔由一個(gè)極性的電 極室向另一個(gè)極性相反的電極室定向流動(dòng)，降低阻力，液相流動(dòng)方向垂直于多孔板電極的 表面，電解液在一個(gè)極性的電極室內(nèi)發(fā)生氧化或還原反應(yīng)后再進(jìn)入另一個(gè)反向極向的電極 室進(jìn)行還原或氧化反應(yīng)，避免反復(fù)轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)換效率高;相鄰兩個(gè)電極室間被各自對(duì)應(yīng)的多孔 板電極(合計(jì)有兩個(gè)多孔板電極)隔開(kāi)，進(jìn)一步保證轉(zhuǎn)換反應(yīng)的可靠性，提高反應(yīng)效率。所述 多孔板電極的孔徑為優(yōu)選為為6 - 10mm，過(guò)大會(huì)導(dǎo)致填充的電極材料流失，同時(shí)不利于電解 液的均布。過(guò)小會(huì)出現(xiàn)部分孔被填充的電極材料堵塞，同時(shí)會(huì)增加電解液流動(dòng)的阻力。
[0031] 相鄰兩個(gè)電極室端部的多孔板電極平行設(shè)置，多孔板電極間具有間隙，該間隙是 為了保證相鄰現(xiàn)電極室處于絕緣狀態(tài)。同時(shí)，間隙的設(shè)置還有利于電極室內(nèi)細(xì)小固體顆粒 物的清除，當(dāng)電解液中含有的顆粒物及填充電極材料破碎顆粒聚集在間隙內(nèi)時(shí)，由沖洗液 入口管通入沖洗液，沖洗液經(jīng)電極室筒體內(nèi)壁面上的進(jìn)液通道進(jìn)入相鄰兩多孔板電極之間 間隙的一端，對(duì)間隙進(jìn)行沖洗，沖洗液由間隙的另一端進(jìn)入電極室筒體內(nèi)壁面上的排液通 道，最后由沖洗液出口管排出。
[0032] 間隙的寬度優(yōu)選為1 一 10mm，過(guò)大會(huì)導(dǎo)致電解反應(yīng)的效率下降，過(guò)小會(huì)增加反應(yīng)器 的加工及安裝成本。
[0033] 本實(shí)用新型反應(yīng)器根據(jù)需要可以設(shè)計(jì)為立式或臥式，當(dāng)反應(yīng)器為臥式時(shí)，可以在 電極室頂部設(shè)置氣體緩沖箱，氣體緩沖箱有多個(gè)作用，用于收集反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的反應(yīng)中 間產(chǎn)物如氣體，并及時(shí)排出；還可作為填充電極材料的加入口；當(dāng)需要向電解液中通入反應(yīng) 物如氣體參于反應(yīng)時(shí)，可通過(guò)氣體緩沖箱和/或者沖洗液入口管向電極室內(nèi)充入氣體。
[0034] 本實(shí)用新型反應(yīng)器可以采用一個(gè)反應(yīng)單元，也可以采用兩個(gè)或兩個(gè)以上的多個(gè)反 應(yīng)單元串聯(lián)。
[0035] 當(dāng)反應(yīng)器內(nèi)設(shè)有至少兩個(gè)反應(yīng)單元時(shí)，相鄰兩個(gè)反應(yīng)單元內(nèi)電極室的排列順序可 以相同也可以相反，本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)電解液中反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化需要合理確定。
[0036] 進(jìn)一步的，電解反應(yīng)時(shí)，過(guò)多的電化學(xué)反應(yīng)析出物在陰極室的多孔板電極上析出， 會(huì)導(dǎo)致電解液中反應(yīng)物濃度過(guò)低，影響轉(zhuǎn)化效果。同時(shí)，析出物還可能會(huì)堵塞填充的電極材 料的微孔，減少了電極的比表面積，此時(shí)可調(diào)換兩個(gè)電極室的極性，并改變電解液在反應(yīng)器 內(nèi)的流動(dòng)方向，使析出物發(fā)生氧化重新進(jìn)入電解液中，以提高反應(yīng)器的自?xún)裟芰Α?br>[0037] 有益效果：
[0038] 本實(shí)用新型采用填充了電極材料的陰極室和陽(yáng)極室，結(jié)合多孔板電極，使液流垂 直于多孔板電極流動(dòng)，流過(guò)填充有電極材料的電極室時(shí)，顆粒狀電極材料或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)對(duì)流 體具有均布效果，無(wú)需攪拌設(shè)施，結(jié)構(gòu)緊湊，比電極面積大，電極室內(nèi)填充顆粒狀填料，填料 的作用，使電解液流動(dòng)的通道曲折，電解液流動(dòng)時(shí)的湍動(dòng)程度大于平板電極結(jié)構(gòu)時(shí)電解液 的流動(dòng)，增大了液相流動(dòng)時(shí)