4.2.Классификация электролизеров

Для удобства анализа множества конструкций электролизеров, их можно разделить по ряду обобщающих признаков:

- диафрагменные;

- мембранные;

- моно- или биполярные;

- ящичные или фильтр-прессные;

- с вертикальным или горизонтальным расположением электродов;

- с внешней или внутренней сепарацией газов;

- с ртутным катодом.

Если в качестве критерия ввести фактор мощности, то это во многом определит тип конструкции электролизера. Так, для аппаратов с токовой нагрузкой менее 150-200 кА характерны электролизеры монополярные ящичные с вертикальными электродами, нижним вводом анодов и внутренней сепарацией газов. Для токовых нагрузок выше 200 кА - биполярные многоячейковые фильтр-прессные с боковым токоподводом.

Требования к конструкции электролизеров.

Особенности конструкции электролизера определяются требованиями минимальных финансовых, материальных и энергетических затрат к его изготовлению и эксплуатации.

Требования к изготовлению конструкции:

1. Легкость разборки и сборки.

2. Простота и дешевизна изготовления.

3. Минимальное число стыков и уплотнений.

4. Возможность контроля взаимного положения электродов.

5. Форма электролизера должна быть удлиненной, соотношение длины и ширины l × b = 2 × 1. Короткой стороной электролизер должен быть обращен к проходу.

6. Должна быть предусмотрена возможность транспортирования электролизера в собранном виде.

Дополнительные требования к фильтр-прессным электролизерам.

7. Высокая точность изготовления и монтажа всех элементов с минимальным межэлектродным расстоянием.

8. Возможность отключения и смены отдельных ячеек.

9. Уплотнения в стыках должны обеспечить многократную разборку и сборку электролизера.

Требования к эксплуатации электролизера:

1. Минимальное газонаполнение, минимальное падение напряжения в электролите.

2. Минимальная длина пути тока от питающих шин к электродам. Сварные контакты.

3. Минимальное сопротивление анодного и катодного блоков.

4. Должен быть предусмотрен 10 % резерв мощности.

5. Минимальные затраты площади и объема производственных помещений при размещении электролизеров в серии.

Дополнительные требования к фильтр-прессным электролизерам.

6. Высокая однородность диафрагмы.

7. Отсутствие токов утечки.

Требования к эксплуатации направлены, главным образом, на уменьшение напряжения на электролизере. Во всех крупнотоннажных электрохимических производствах, к которым относится и получение хлора и щелочи, идет борьба за снижение напряжения на десятые и сотые доли вольта. Уменьшение напряжения на несколько десятков милливольт оборачивается экономией значительного количества электроэнергии и удешевлением получаемой продукции.

Из краткого перечня требований к изготовлению и эксплуатации электролизера видно, что они часто противоречат друг другу. Например, требования минимального падения напряжения в электролите предполагает уменьшение расстояния между электродами, но изготовление большой промышленной конструкции с точно выстановленными электродами, минимальным отклонением их по размерам и высоте чрезвычайно сложно и дорого.

Другой пример. Для уменьшения производственных площадей и затрат на строительство цехов электролизеры целесообразно делать вытянутыми вверх. Однако при естественной циркуляции раствора и межэлектродном расстоянии 10 мм это приведет к очень большому газонаполнению электролита и увеличению напряжения на электролизере. Поэтому в настоящее время в диафрагменных электролизерах прослеживается тенденция к изготовлению электродов с рабочей высотой от 600 мм (электролизеры Хукера и ДМ) до 850 мм (электролизеры БГК).

В результате любой электролизер представляет собой реализацию научных и конструкторских идей, направленных на упрощение его изготовления и удешевления эксплуатации. Обычно это поиск компромиссов между необходимостью снижения больших капитальных вложений в изготовление конструкции и энергопотерь при ее эксплуатации.