Електролізери з верхнім введенням анодів

При електролізі на електродах протікають реакції виділення хлору й утворення магнію:

Аноди вугільні, набрані з блоків перерізом 200х200 мм, склеєних між собою кам'яновугільним пеком. Аноди можуть уводитися в електролізер через кришку (верхнє введення анодів) або через стінку (бічне введення анодів). Незалежно від способу введення, блоки мають вертикально орієнтовані робочі поверхні. Катоди у всіх електролізерах уводяться зверху і виготовлені з листової сталі товщиною близько 10 мм. Вибір цього електродного матеріалу обумовлений досить високою інертністю і малою взаємною розчинністю металів. Відмітною ознакою електролізу MgCl₂´KCl´NaCl є густина електроліту (1,6 -1,7 г/см³), більша, ніж у продуктів електролізу (1,5 г/см³ у розплавленого магнію і тисячні частки г/см³ у хлору). Тому і краплі розплавленого магнію, що утворилися на катоді, і пузирі хлору спливають на поверхню і можуть взаємодіяти між собою з утворенням вихідних речовин. Для запобігання цим процесам і зниження виходу за струмом у конструкціях магнієвих електролізерів необхідно передбачати заходи щодо розділення продуктів реакції. Першими конструкціями магнієвих електролізерів тому були так звані діафрагмені електролізери. У них анодні й катодні простори розділялися за допомогою шамотних діафрагм. Правда, цей пристрій не можна повною мірою назвати діафрагмою, оскільки він встановлений тільки у верхній частині електроліту і функціонально аналогічний дзвонам для розділення кисню і водню в електролізерах для електролізу води. При роботі електролізера діафрагму скоріше призначено для організації конвективних потоків, що сприяють розділенню продуктів реакції і винесенню магнію на поверхню електроліту. Елементарну комірку діафрагменого магнієвого електролізера з верхнім введенням анода показано на рис. 5.29.

Діафрагма дзвонового типу кріпиться у верхній частині електролізера і через неї герметично пропускається анод. Нижче діафрагми розміщується винесена робоча поверхня катода. Пузирі, що виділяються на аноді, при спливанні ініціюють інтенсивні конвективні потоки, що рухаються вздовж поверхні анода і катода. Простір під дзвоном замкнено за електролітом і рух рідини в цьому напрямку розвиватися не може. У результаті в комірці формується замкнений циркуляційний потік, спрямований перпендикулярно поверхні анода: міжелектродний простір-щілина між анодом і катодом - тильний бік катода-міжелектродий простір. Під дією цих потоків краплі магнію змиваються з катодної поверхні й виносяться на поверхню електроліту.

 

 

Рис. 5.29. Елементарна комірка діафрагменого магнієвого електролізера з верхнім введенням анода.

1-анод, 2-катод, 3-діафрагма, 4-шар рідкого магнію, 5-штуцер для відведення хлору.

 

 

Електролізер прямокутної форми (рис. 5.30) має сталевий кожух, футерований зсередини шамотною цеглою. Аноди зібрано в блоки з шести-восьми штук і стягнуто у верхній частині між мідними смугами. Для зменшення руйнації анода у верхній частині за рахунок контакту з киснем повітря, вони просочуються концентрованою ортофосфорною кислотою. При високих температурах вона утворює склоподібну плівку, що захищає графит від окислювання.

Катоди мають прямокутну робочу поверхню і струмопідвід, що звужується у верхній частині. Обидві частини електрода з'єднано масивними ребрами жорсткості для запобігання жолобленню при високій температурі.

Над робочою поверхнею катоди мають ряд прямокутних і трикутних отворів, що забезпечують нормальну циркуляцію електроліту (рис. 5.31).

Електролізер працює таким чином. Електролізер завантажується розплавленим карналітом, поповнення витрати хлориду магнію здійснюється в процесі електролізу. При цьому може вводитися розплавлений збезводнений хлорид магнію, що транспортується в герметично закритому котлі. Доливання розплаву здійснюється в катодну комірку після відбирання отриманого магнію. Магній, що плаває на поверхні електроліту, відбирається вакуумним ковшем з кожного окремого катодного простору або із спільного каналу, що з'єднує катодні комірки електролізера і розташований уздовж довгої стінки ванни. При роботі катодні простори закрито лючками.Існує метод живлення електролізера сухим гранульованим не цілком збезводненим хлоридом магнію. При цьому хлорид магнію подається не в катодний, а в анодний

 

Рис. 5.30. Конструкція діафрагменого електролізера з верхнім введенням анодів.

а - подовжній розріз, б - поперечний розріз по катодному просторові, в - поперечний розріз по анодному просторові.

1-теплоізоляція, 2-діафрагма, 3-катод, 3- 4-анод, 5-накладення катодних шин, 6-шамот, 7-відсмоктувач з катодного простору, 8-укриття катодних комірок, 9-плічко катода, 10-вушко катода, 11-робоче вікно з кришкою, 12-кожух, 13-ребра жорсткості, 14-відбирання газоподібного хлору, 15- місця накладення анодних шин.

 

простір у безпосередній близькості від анода, де відбувається збезводнення хлориду магнію

MgCl₂^. H₂O + C + Cl₂ = MgCl₂ + 2HCl + CO

Хлорид магнію в цьому випадку подається за допомогою механічного дозатора невеликими порціями. Гази, що виділяються з анодного простору, являють собою суміш Cl₂, HCl, CO₂ і CO і не можуть використовуватися для хлорування сировини на стадіях підготовки останньої.

 

 

 

Рис. 5.31. Катод електролізера з верхнім введенням анодів.

 

Сучасні електролізери не вимагають підведення тепла ззовні, висока температура в них підтримується за рахунок проходження електричного струму.