一种用于氟化氢电解的新型电解槽

技术领域

本发明涉及电解槽技术领域，具体涉及一种用于氟化氢电解的新型电解槽。

背景技术

氟是一种化学性质很活泼的元素，在自然界中几乎没有游离氟存在；目前普遍的电解槽槽型主要结构均为整体隔膜将阳极与阴极分开，阳极连接的方式普遍为每块炭板用螺栓连接在铜吊架或铜架上，再由导电杆引出槽外，多块炭板与铜吊架或铜架连接点产生多处导体接触电阻，降低电流效率，多块炭板连成整体，组装、检修时工作量大，导致电解槽产量低、能耗大、制氟成本高。

同时在氟化氢电解产生的氟气与氢气，需要对其进行及时的处理以确保安全性，且氟化氢的电解过程属于放热状态，需及时进行降温，避免影响到电解槽中电解质的稳定电解状态，而内置在电解槽中的冷却管，增加了电解槽的体积，并对其内部造型造成了破坏，影响到电解质在电极板上的电解效果。

现有技术中也出现了一些关于氟化氢电解的电解槽的技术方案，如申请号为CN201110276871.2的一项中国专利公开了一种氟气发生装置，包括包括电解槽、氢气脱HF器、氟气净化管、氟化氢原料罐、氟化氢液化器、直流电源，其中：在电解槽槽体上设置有截面成半环形的两个加热夹套，夹套设置循环水进水口和出水口；电解槽阳极与阳极导电杆连接；阳极导电杆是中空的，阳极导电杆上开有氟气进口；阴极为截面为矩形的圆环型，紧邻阴、阳极室隔断的外部，通过阴极导电杆固定在顶盖上；该技术方案可以生产高纯度的氟气、可满足不同使用压力，结构简单，部件更换和维护方便，操作过程简单，价格便宜，可随开随用；但是该技术方案未有效解决氟化氢电解过程中产生的热量问题，且在电解过程中同步产生的氢气未得到有效处理，削弱了其实用效果。

鉴于此，本发明提出了一种用于氟化氢电解的新型电解槽，解决了上述技术问题。

发明内容

为了弥补现有技术的不足，本发明提出了一种用于氟化氢电解的新型电解槽，通过设置的隔膜组将槽体内部均分开来，通过吹氮管置换出制备的氟气和氢气，降低了其气体单质的浓度并增强了安全性，且采用扁状的冷却管贴合在槽体的外壁上以便于热量传导，并避免了对槽体内部空间的干涉，增加了对电解质的利用率，继而使电解质处于稳定的电解状态下，从而提升了用于氟化氢电解的新型电解槽的运行效果。

本发明所述的一种用于氟化氢电解的新型电解槽，包括槽体、阳极组、阴极组、隔膜组和控制器；所述槽体的内部空间被隔膜组均分开来，槽体的外壁上还设置有液位测量管，液位测量管底部的槽体上还设置有加料管，液位测量管顶部的槽体上还设置有吹氮管；所述吹氮管分别连通至槽体中的隔膜组内外两侧，吹氮管的外侧还设有排气管，排气管对槽体中的电解产物进行收集；所述槽体的顶部还设有槽盖，槽盖上还设有阳极导电杆，阳极导电杆的底部与阳极组相连；所述槽盖在安装至槽体后使其处于密闭状态，槽盖下方的阳极组浸入至槽体中的隔膜组外部的电解质中；所述阴极组安装在隔膜组内部的槽体底部上；所述槽体的外侧还设有环绕的冷却管，冷却管为扁状管并贴合在槽体的侧壁上；所述控制器用于调节电解槽的运行；

现有技术中，氟化氢电解产生的氟气与氢气，需要对其进行及时的处理以确保安全性，且氟化氢的电解过程属于放热状态，需及时进行降温，避免影响到电解槽中电解质的稳定电解状态，而内置在电解槽中的冷却管，增加了电解槽的体积，并对其内部造型造成了破坏，影响到电解质在电极板上的电解效果；

因此，本发明通过设置槽体内的隔膜组，在氟化氢的电解过程中，将槽盖密闭安装在槽体上，然后启动控制器控制导电杆传输向阳极组的电流参数，对槽体中的氟化氢进行电解，并使电解产生的氟气和氢气分别上浮聚集在隔膜组的内外两侧，然后通过吹氮管中通入的氮气，使槽体内部的氟气和氢气伴随流通的氮气经排气管收集起来，同时在电解过程中产生的热量经槽体外壁上的冷却管进行散失，接着将氟化氢溶解至设定的水溶液中，通过加料管中的单向阀从槽体的底部对氟化氢进行补充，并通过液位测量管获得槽体内的氟化氢水溶液量，使槽体内的氟化氢处于将隔膜组淹没的状态，确保氟化氢的电解过程在槽体内处于稳定的液位范围；本发明利用了设置的隔膜组将槽体内部均分开来，通过吹氮管置换出制备的氟气和氢气，降低了其气体单质的浓度并增强了安全性，且采用扁状的冷却管贴合在槽体的外壁上以便于热量传导，并避免了对槽体内部空间的干涉，增加了对电解质的利用率，继而使电解质处于稳定的电解状态下，从而提升了用于氟化氢电解的新型电解槽的运行效果。

优选的，所述槽盖上还设有密封盒，密封盒为绝缘材料并套接在阳极导电杆上；所述密封盒用于保持阳极导电杆在槽盖上的密闭状态；工作时，槽盖在安装到槽体后，需要通过阳极导电杆控制阳极组的位置，而槽盖上常采用氟化钙的密封材料，其安装不便且在氟化氢电解质的影响下易发生泄露的问题；因此，本发明通过设置的密封盒，将其套接在阳极导电杆上，继而在调节槽盖下方阳极组的位置后，利用密封盒对槽盖上的阳极导电杆进行最终的密封，确保槽盖在安装到槽体后的密封性能，从而维持了用于氟化氢电解的新型电解槽的运行效果。

优选的，所述冷却管上还设置有鳍片，鳍片位于冷却管上背向槽体的表面；所述冷却管在其弯折部位还安装有风扇，风扇的轴向与鳍片相平行；工作时，氟化氢电解形成水合离子的放能过程大于断裂化学键所需的能量，进而升高了电解质溶液的温度，影响到电解过程的稳定性；通过设置在冷却管上的鳍片，配合安装在冷却管弯折部的风扇，对冷却管起到了侧吹式的风冷散热作用，使其与冷却管对槽体的水冷作用相叠加，进一步增强对槽体的降温作用，确保电解质的温度处于稳定范围内，从而维持了用于氟化氢电解的新型电解槽的运行效果。

优选的，所述阳极组还包括碳板、铜吊架和碳纤维夹板；所述碳板的表面经镀镍处理；所述铜吊架的顶端与槽盖上的阳极导电杆相连接，铜吊架的底端上安装有碳纤维夹板，铜吊架通过碳纤维夹板对碳板进行固定；工作时，由于电解质中的氟化氢材料具有强酸性，会在多次使用后对阳极组中的碳板造成腐蚀，削弱了碳板的电解性能，同时铜夹板在夹紧碳板时受到的反作用力下易造成变形，伴随浸入到氟化氢电解质的过程中，同样会产生腐蚀并污染到电解槽；因此，本发明通过对碳板的表面进行镀镍处理，增强了碳板的强度、导电性和耐腐蚀性能，大大延长了碳板的使用寿命，并通过将铜吊架连接在槽盖上的阳极导电杆上，能够将碳板调整至与隔膜组处于最佳的间距位置，且通过碳纤维夹板替代铜夹板，解决了铜夹板较低强度及腐蚀的情况，同时碳纤维夹板具有的韧性，避免了在与碳板硬性连接的状态下而对镀镍层造成损伤，确保了阳极组在电解过程中的稳定状态，从而提升了用于氟化氢电解的新型电解槽的运行效果。

优选的，所述阴极组还包括阴极框和阴极板；所述阴极框安装在槽体中的隔膜组内部，阴极框在垂直于隔膜组的平面方向上通过伸缩杆连接起来，阴极框在隔膜组内的顶部还留有阴极腔；所述阴极板通过阻尼轴安装在阴极框中并调整成倾斜状态；工作时，氟化氢生成的氟气与氢气会在电解质溶液中上浮起来，而两者若在电解质溶液中产生混合现象，既破坏了排气管收集的产物纯净度，也会产生安全隐患；因此，本发明通过将阴极框设置在隔膜组的内部，并在隔膜组的内部形成了阴极腔，使电解产物分别被隔膜组内外两侧的排气管收集起来，使得阴极产生的氢气能够完全进入到阴极腔中，不窜出隔膜组，确保运行的安全性，且阴极框中通过阻尼轴安装的阴极板，能够根据设定的电解速率调节阴极板的偏转状态，并配合阴极框中安装的伸缩杆，调节阴极板与隔膜组间的距离，使阴极板上生成的氢气顺畅的排至阴极腔中，从而提升了用于氟化氢电解的新型电解槽的运行效果。

优选的，所述隔膜组为倒U型结构，隔膜组的上方还设置有固定的小盖板；所述小盖板的外侧还设有大盖板，小盖板卡合安装在大盖板中，小盖板和大盖板分别与隔膜组和槽体的尺寸相匹配；工作时，电解槽中的隔膜组在长期运行后，在电解质环境下会产生损耗，而现有技术中隔膜组的拆卸需要对电解槽中的大盖板和阴极组构件进行相应的拆除，方能取出隔膜组，不便于对隔膜组进行检修；本发明通过设置的小盖板，使其与隔膜组合为一体，进而在检修隔膜组时，仅需挪开槽盖直接取出大盖板中的小盖板，即可将隔膜组从槽体中取出，避免了拆除大盖板及阴极组的操作，并通过优化隔膜组在槽体中的尺寸，保证碳板与隔膜的间距，使得阳极上产生的氟气不窜入隔膜组内，确保运行的安全性，从而提升了用于氟化氢电解的新型电解槽的运行效果。

本发明的有益效果如下：

1.本发明通过吹氮管置换出制备的氟气和氢气，降低了其气体单质的浓度并增强了安全性，且采用扁状的冷却管贴合在槽体的外壁上以便于热量传导，并避免了对槽体内部空间的干涉，增加了对电解质的利用率；利用密封盒对槽盖上的阳极导电杆进行最终的密封，确保槽盖在安装到槽体后的密封性能。

2.本发明通过设置在冷却管上的鳍片，配合安装在冷却管弯折部的风扇，对冷却管起到了侧吹式的风冷散热作用，增强对槽体的降温作用；对碳板的表面进行镀镍处理，延长了碳板的使用寿命，通过碳纤维夹板替代铜夹板，避免了在与碳板硬性连接的状态下而对镀镍层造成损伤。

3.本发明通过将阴极框设置在隔膜组的内部，使电解产物分别被隔膜组内外两侧的排气管收集起来，使得阴极产生的氢气能够完全进入到阴极腔中，确保运行的安全性；设置的小盖板与隔膜组合为一体，进而在检修隔膜组时，避免了拆除大盖板及阴极组的操作。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明进一步说明。

图1是本发明中电解槽的立体图；

图2是本发明中电解槽部件的爆炸图；

图3是本发明中电解槽部件的剖视图；

图4是图2中A处的局部放大图；

图5是图2中B处的局部放大图；

图6是图3中C处的局部放大图；

图中：槽体1、液位测量管11、加料管12、吹氮管13、排气管14、冷却管15、鳍片151、风扇152、阳极组2、碳板21、铜吊架22、碳纤维夹板23、阴极组3、阴极框31、伸缩杆311、阴极板32、阻尼轴321、隔膜组4、小盖板41、大盖板42、槽盖5、阳极导电杆51、密封盒52。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

如图1至图6所示，本发明所述的一种用于氟化氢电解的新型电解槽，包括槽体1、阳极组2、阴极组3、隔膜组4和控制器；所述槽体1的内部空间被隔膜组4均分开来，槽体1的外壁上还设置有液位测量管11，液位测量管11底部的槽体1上还设置有加料管12，液位测量管11顶部的槽体1上还设置有吹氮管13；所述吹氮管13分别连通至槽体1中的隔膜组4内外两侧，吹氮管13的外侧还设有排气管14，排气管14对槽体1中的电解产物进行收集；所述槽体1的顶部还设有槽盖5，槽盖5上还设有阳极导电杆51，阳极导电杆51的底部与阳极组2相连；所述槽盖5在安装至槽体1后使其处于密闭状态，槽盖5下方的阳极组2浸入至槽体1中的隔膜组4外部的电解质中；所述阴极组3安装在隔膜组4内部的槽体1底部上；所述槽体1的外侧还设有环绕的冷却管15，冷却管15为扁状管并贴合在槽体1的侧壁上；所述控制器用于调节电解槽的运行；

现有技术中，氟化氢电解产生的氟气与氢气，需要对其进行及时的处理以确保安全性，且氟化氢的电解过程属于放热状态，需及时进行降温，避免影响到电解槽中电解质的稳定电解状态，而内置在电解槽中的冷却管15，增加了电解槽的体积，并对其内部造型造成了破坏，影响到电解质在电极板上的电解效果；

因此，本发明通过设置槽体1内的隔膜组4，在氟化氢的电解过程中，将槽盖5密闭安装在槽体1上，然后启动控制器控制导电杆传输向阳极组2的电流参数，对槽体1中的氟化氢进行电解，并使电解产生的氟气和氢气分别上浮聚集在隔膜组4的内外两侧，然后通过吹氮管13中通入的氮气，使槽体21内部的氟气和氢气伴随流通的氮气经排气管14收集起来，同时在电解过程中产生的热量经槽体1外壁上的冷却管15进行散失，接着将氟化氢溶解至设定的水溶液中，通过加料管12中的单向阀从槽体1的底部对氟化氢进行补充，并通过液位测量管11获得槽体1内的氟化氢水溶液量，使槽体1内的氟化氢处于将隔膜组4淹没的状态，确保氟化氢的电解过程在槽体1内处于稳定的液位范围；本发明利用了设置的隔膜组4将槽体1内部均分开来，通过吹氮管13置换出制备的氟气和氢气，降低了其气体单质的浓度并增强了安全性，且采用扁状的冷却管15贴合在槽体1的外壁上以便于热量传导，并避免了对槽体1内部空间的干涉，增加了对电解质的利用率，继而使电解质处于稳定的电解状态下，从而提升了用于氟化氢电解的新型电解槽的运行效果。

作为本发明的一种实施方式，所述槽盖5上还设有密封盒52，密封盒52为绝缘材料并套接在阳极导电杆51上；所述密封盒52用于保持阳极导电杆51在槽盖5上的密闭状态；工作时，槽盖5在安装到槽体1后，需要通过阳极导电杆51控制阳极组2的位置，而槽盖5上常采用氟化钙的密封材料，其安装不便且在氟化氢电解质的影响下易发生泄露的问题；因此，本发明通过设置的密封盒52，将其套接在阳极导电杆51上，继而在调节槽盖5下方阳极组2的位置后，利用密封盒52对槽盖5上的阳极导电杆51进行最终的密封，确保槽盖5在安装到槽体1后的密封性能，从而维持了用于氟化氢电解的新型电解槽的运行效果。

作为本发明的一种实施方式，所述冷却管15上还设置有鳍片151，鳍片151位于冷却管15上背向槽体1的表面；所述冷却管15在其弯折部位还安装有风扇152，风扇152的轴向与鳍片151相平行；工作时，氟化氢电解形成水合离子的放能过程大于断裂化学键所需的能量，进而升高了电解质溶液的温度，影响到电解过程的稳定性；通过设置在冷却管15上的鳍片151，配合安装在冷却管15弯折部的风扇152，对冷却管15起到了侧吹式的风冷散热作用，使其与冷却管15对槽体1的水冷作用相叠加，进一步增强对槽体1的降温作用，确保电解质的温度处于稳定范围内，从而维持了用于氟化氢电解的新型电解槽的运行效果。

作为本发明的一种实施方式，所述阳极组2还包括碳板21、铜吊架22和碳纤维夹板23；所述碳板21的表面经镀镍处理；所述铜吊架22的顶端与槽盖5上的阳极导电杆51相连接，铜吊架22的底端上安装有碳纤维夹板23，铜吊架22通过碳纤维夹板23对碳板21进行固定；工作时，由于电解质中的氟化氢材料具有强酸性，会在多次使用后对阳极组2中的碳板21造成腐蚀，削弱了碳板21的电解性能，同时铜夹板在夹紧碳板21时受到的反作用力下易造成变形，伴随浸入到氟化氢电解质的过程中，同样会产生腐蚀并污染到电解槽；因此，本发明通过对碳板21的表面进行镀镍处理，增强了碳板21的强度、导电性和耐腐蚀性能，大大延长了碳板21的使用寿命，并通过将铜吊架22连接在槽盖5上的阳极导电杆51上，能够将碳板21调整至与隔膜组4处于最佳的间距位置，且通过碳纤维夹板23替代铜夹板，解决了铜夹板较低强度及腐蚀的情况，同时碳纤维夹板23具有的韧性，避免了在与碳板21硬性连接的状态下而对镀镍层造成损伤，确保了阳极组2在电解过程中的稳定状态，从而提升了用于氟化氢电解的新型电解槽的运行效果。

作为本发明的一种实施方式，所述阴极组3还包括阴极框31和阴极板32；所述阴极框31安装在槽体1中的隔膜组4内部，阴极框31在垂直于隔膜组4的平面方向上通过伸缩杆311连接起来，阴极框31在隔膜组4内的顶部还留有阴极腔；所述阴极板32通过阻尼轴321安装在阴极框31中并调整成倾斜状态；工作时，氟化氢生成的氟气与氢气会在电解质溶液中上浮起来，而两者若在电解质溶液中产生混合现象，既破坏了排气管14收集的产物纯净度，也会产生安全隐患；因此，本发明通过将阴极框31设置在隔膜组4的内部，并在隔膜组4的内部形成了阴极腔，使电解产物分别被隔膜组4内外两侧的排气管14收集起来，使得阴极产生的氢气能够完全进入到阴极腔中，不窜出隔膜组4，确保运行的安全性，且阴极框31中通过阻尼轴321安装的阴极板32，能够根据设定的电解速率调节阴极板32的偏转状态，并配合阴极框31中安装的伸缩杆311，调节阴极板32与隔膜组4间的距离，使阴极板32上生成的氢气顺畅的排至阴极腔中，从而提升了用于氟化氢电解的新型电解槽的运行效果。

作为本发明的一种实施方式，所述隔膜组4为倒U型结构，隔膜组4的上方还设置有固定的小盖板41；所述小盖板41的外侧还设有大盖板42，小盖板41卡合安装在大盖板42中，小盖板41和大盖板42分别与隔膜组4和槽体1的尺寸相匹配；工作时，电解槽中的隔膜组4在长期运行后，在电解质环境下会产生损耗，而现有技术中隔膜组4的拆卸需要对电解槽中的大盖板42和阴极组3构件进行相应的拆除，方能取出隔膜组4，不便于对隔膜组4进行检修；本发明通过设置的小盖板41，使其与隔膜组4合为一体，进而在检修隔膜组4时，仅需挪开槽盖5直接取出大盖板42中的小盖板41，即可将隔膜组4从槽体1中取出，避免了拆除大盖板42及阴极组3的操作，并通过优化隔膜组4在槽体1中的尺寸，保证碳板21与隔膜的间距，使得阳极上产生的氟气不窜入隔膜组4内，确保运行的安全性，从而提升了用于氟化氢电解的新型电解槽的运行效果。

工作时，通过设置槽体1内的隔膜组4，在氟化氢的电解过程中，将槽盖5密闭安装在槽体1上，然后启动控制器控制导电杆传输向阳极组2的电流参数，对槽体1中的氟化氢进行电解，并使电解产生的氟气和氢气分别上浮聚集在隔膜组4的内外两侧，然后通过吹氮管13中通入的氮气，使槽体21内部的氟气和氢气伴随流通的氮气经排气管14收集起来，同时在电解过程中产生的热量经槽体1外壁上的冷却管15进行散失，接着将氟化氢溶解至设定的水溶液中，通过加料管12中的单向阀从槽体1的底部对氟化氢进行补充，并通过液位测量管11获得槽体1内的氟化氢水溶液量，使槽体1内的氟化氢处于将隔膜组4淹没的状态，确保氟化氢的电解过程在槽体1内处于稳定的液位范围；设置的密封盒52，将其套接在阳极导电杆51上，继而在调节槽盖5下方阳极组2的位置后，利用密封盒52对槽盖5上的阳极导电杆51进行最终的密封，确保槽盖5在安装到槽体1后的密封性能；设置在冷却管15上的鳍片151，配合安装在冷却管15弯折部的风扇152，对冷却管15起到了侧吹式的风冷散热作用，使其与冷却管15对槽体1的水冷作用相叠加，进一步增强对槽体1的降温作用，确保电解质的温度处于稳定范围内；对碳板21的表面进行镀镍处理，增强了碳板21的强度、导电性和耐腐蚀性能，大大延长了碳板21的使用寿命，并通过将铜吊架22连接在槽盖5上的阳极导电杆51上，能够将碳板21调整至与隔膜组4处于最佳的间距位置，且通过碳纤维夹板23替代铜夹板，解决了铜夹板较低强度及腐蚀的情况，同时碳纤维夹板23具有的韧性，避免了在与碳板21硬性连接的状态下而对镀镍层造成损伤，确保了阳极组2在电解过程中的稳定状态；将阴极框31设置在隔膜组4的内部，并在隔膜组4的内部形成了阴极腔，使电解产物分别被隔膜组4内外两侧的排气管14收集起来，使得阴极产生的氢气能够完全进入到阴极腔中，不窜出隔膜组4，确保运行的安全性，且阴极框31中通过阻尼轴321安装的阴极板32，能够根据设定的电解速率调节阴极板32的偏转状态，并配合阴极框31中安装的伸缩杆311，调节阴极板32与隔膜组4间的距离，使阴极板32上生成的氢气顺畅的排至阴极腔中；设置的小盖板41，使其与隔膜组4合为一体，进而在检修隔膜组4时，仅需挪开槽盖5直接取出大盖板42中的小盖板41，即可将隔膜组4从槽体1中取出，避免了拆除大盖板42及阴极组3的操作，并通过优化隔膜组4在槽体1中的尺寸，保证碳板21与隔膜的间距，使得阳极上产生的氟气不窜入隔膜组4内，确保运行的安全性。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。