CA1167799A - Ensemble cathodique pour cellule d'electrolyse - Google Patents
Ensemble cathodique pour cellule d'electrolyseInfo
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Abstract
Ensemble cathodique pour électrolyse comprenant une enceinte verticale en métal conducteur de l'électricité à l'intérieur de laquelle enceinte est disposée une chambre périphérique en communication avec des prolongements internes de section sensiblement rectangulaire en métal ajouré s'étendant à l'intérieur de la cellule, caractérisé en ce que ladite chambre et lesdits prolongements sont renforcés par une série de plats de métal, disposés horizontalement à l'intérieur desdits prolongements et fixés sur des plats verticaux, disposés dans la chambre périphérique, ces plats verticaux étant eux-mêmes reliés à l'enceinte verticale de la cellule. Cet ensemble est spécialement destiné aux cellules à diaphragmes ou à membranes à cathodes en doigts de gants.
Description
~77~
La presente invention concerne un ensemble cathodi-que pour cellule d'electrolyse, et e~ particulier une cathode du type dit -en doigts de gants", pour cellule d'électrolyse, dont la conductivité electrique, en particuIier, est ameliorée.
Depuis plusieurs decennies, on utilise pour l'élec-trolyse des chlorures de métaux alcalins et en particulier, pour la preparation du chlore et de la soude causti~ue, des cathodes ''en doigts de gants traversants ou non traversants' selon qulils s'etendent d'un coté a l'autre de la cellule ou laissent, entre leurs extremités internes, un couloir pour la circulation de l'électrolyte. Ces cathodes sont alimentées en courant électrique par l'intermédiaire des parois verti-cales de la cellule et d'une ceinture cathodique formée par une plaque pliée en forme de fer à cheval ou plusieurs plaques en metal bon conducteur appliquées a l'extérieur de l'une ou de plusieurs des d.~tes parois~ Ce courant électrique doit être réparti de a~on homogène a l'intérieur des ce~lules et notamment sur les sur~aces cathodiques actives dans l'é-lectrolyse, en xegard des anodes, par des or~anes presentant un minimum de résistance.
Il faut savoir également que dans l'industrie du chlore, on désigne souvent par le terme "cathode" non seu-lement la partie interne de la cellule ayant un rôle actif dans la décharge des ions positifs, mais aussi les parois ~25 verticales ou enceinte de la cellule et la ceinture cathodi-que, c'est-a-dire tout l'ensemble qui conduit le courant depuis le conducteur relié a la source négative de courant, géneralement par l'intermédiaire d'autres cellules, jusqu'à
l'électrolyte. Le terme -ensemble cathodique- sera employé
ci-dessous pour désigner la "cathode" dans ce concept large, qui comprend donc une partie interne a la cellule qui sera appelée -cathode interne- et est elle-même formée d'une chambre périphérique au contact des parois avec des prolonge-ments tubuIaires de section rectanguIaire ou doigts, en -1 ~
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~7~99 communication avec ladite chambre et une par-tie externe for-mee des parois verticales ou enceinte de la cellule et de la ceinture cathodique.
La cathode interne constituée de meta~ ajoure ou, le plus souvent, de grillage en fer ou acier, supporte géne-ralement le diaphragme depose par filtration sur le metal ajoure servant de filtre, d'une bouillie contenant le mate-riau solide de ce separateur, grâce à une depression creee à l'interieur de la cathode. Les fibres d'amiante qui pen-dant longtemps ont constitue l'essentiel de ce materiau, sont maintenant additionnées, voire remplacees par des resines fluorees, ce qui necessite, après le depôt, une cuisson à
une temperature qui peut avoisiner 400C, pour consolider ce diaphragme par frittage. La pression qui s'exerce sur les cathodes internes et les tensions engendrees par le traitement thermique, lorsque ces electrodes presentent une grande sur-face, entralnent frequemment des deformations et nuisent à
leur plane;te et au parallelisme des surfaces actives entre-elles et vis-à-vis des anodes.
Pour pallier ces divers inconvenients, il a ete necessaire de disposer des elements de renforcement sous forme de plaques d'acier ondulees, à l'interieur des doigts cathodiques, ces plaques sur lesquelles est construite la cathode interne, evitant l'ecrasement des doigts lors du depôt du diaphragme. Un tel montage ne remedie pas complè-tement aux dificultes evoquees cl-dessus; de plus, les contacts entre ces elements et les parois ajourees de la cathode interne, sont ponctuels et se font souvent par l'in-termediaire de surfaces oxydees; de ce fait, ils n'inter-viennent pratiquement pas dans la conduction du courant et ceci d'autant plus que les liaisons electriques et mecani-ques entre la paroi de la cellule et la partie active de la cathode se fait essentiellement par l'intermediaire des pa-rois ajourees inferieures et superieures de la cha~bre peri-pherique.
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Dans le brevet Era~çais 2.287.527 o~ propose d'u-tiliser des pieces d'espacemen-t a~ant la forme de plaques rectilignes a bords longitudinaux dentelés. Plus précisement ce brevet recommande l'emploi de pièces d'espacement ~ont les dents ont une section en forme de rectangle dont les côtes sont l'un plus grand et l'autre plus petit que le dia-mètre des plaques perforees, le pas des dents etant diffé-rent de celui des perforations des plaques perforees qui constituent la structure en caisson des elements cathodiques (page 16 ligne 14 à page 17, ligne 2 du brevet précité).
La présente invention a pour objet un ensemble cathodique dont le montage et le démontage de la partie in-terne est facilite, qui ntest pas sujet à des deformations sensibles lors des divers traitements qu'il peut avoir a subirr qui présente une résistance relati~ement faible au passage du courant électrique et qui, de surcrolt, fait appel a des pièces d'espacement associant à leur e~Eicacité sur les plans mécaniques et électriques, une grande facilite de realisation.
Selon l'invention, il est prevu un ensemble catho-dique pour electrol~se comprenant une enceinte verticale en metal conducteur de l'electricite à l'interieur de laquelle enceinte est disposée une chambre périphérique en communica-tion avec des prolongements internes de section sensiblement rectangulaire en metal ajoure s'etendant à l'intérieur de la cellule, caractérise en ce que ladite cl~ambre et lesdits prolongements sont renforces par une serie de plats de metal, disposes horizontalement a l'intérieur desdits prolongements et fixés sur des plats verticaux, disposes dans la chambre peripherique, ces plats verticaux etant eux-memes relies à
l'enceinte verticale de la cellule.
L'expression métal ajouré` est utilisé presente-ment pour designer une surface métallique discontinue. Elle s~applique notamment aux grillages, aux plaques métalliques ' - : ~
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perforees, au metal deplo~e et produits similaires.
L'ense~ble peut presenter donc et en outre l'une ou l'autre des caracteristiques suivantes:
L'enceinte de la cellule est generalement en aciex has carbone; elle porte sur au moins une de ses faces, ~ais plus generalement sur trois de ses Eaces externes, une cein ture cathodique formee le plus souvent par une plaque de cuivre. La chambre peripherique est limitee vers l'exterieur par cette enceinte et vers le haut et le bas, par des parois en metal ajoure. Sur deux de ses cotes internes sont adaptes les prolon~ements tubulaires dont les axes sont parallèles deux des parois de la cellule. Le materiau prefere, pour l'ensemble de la cathode interne qui supporte le diaphragme, est la tôle perforee de fer ou d'acier.
Les elements de renforcement comprennent donc, à
l'interieur des doigts ou prolongements, plusieurs plaques separees par une distance qui depend de la rigidite du mate-riau mis en oeuvre pour la cathode interne. A titre purement indicatif, on peut recommander un nombre de plats horizon-taux tels que la distance entre deux plats represente entre 5 et 15~ de la distance entre les extremites inerieure et superieure de la cathode. Naturellement cette indication est basee sur une repartition reguliere des plats mais on peut sans sortir du cadre de l'invention faire varier, par exemple de ~ 20% la distance entre deux plats successifs.
Ils sont soudes sur les parois de la cathode interne par points et a leurs extremites ou a l'une de leurs extremites, selon qu'il s'agit de doigts traversants ou non, sur des plats en position verticale. Les differentes variantes de disposition de ces plats verticaux seront explicitees plus loin.
La liaison entre ces plats verticaux et la paroi de la cellule peut, comme cela sera egalement mon.tré plus en detail par.la suite, s'effectuer par soudure des plats ... ' . ..
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sur les brides fixées elles-m~mes aux parties sUpéxieures et inerieures de l'enceinte verticale, et destinees pour l'une a recevoir le couvercle et pour l'autre à reposer sur le fond de la cellule, ou, de préférence, cette liaison s`effectue par l'intermédiaire de pla~ues de fer ou d'acier en forme de S ou de Z, telles qu'elles présentent une cer-taine souplesse et sont raccordées a la paroi de la cellule, sensiblement au niveau de la ceinture cathodique.
L'épaisseur des plats est choisie en fonction de l'intensité qui traverse la cellule et de la nature des mé-taux mis en oeuvre, de façon à ne pas presenter de resistance sensible et de pertes d'energie par effet Joule.
L'épaisseur des pièces de liaison avec la paroi cellulaire est de l'ordre de 3 a 6 mm.
Pour permettre une libre circulation de l'electro-lyte, il est nécessaire que les différentes pièces de renfor-cement soient pourvues de perforations; la proportion des surfaces évidées par rapport à la surface totale de ces pièces est de préférence de 10 a 30%. Les plats verticaux peuvent également être en métal ajoure de meme nature que celui de la cathode interne.
La ceinture cathodique genéralement en cuivre dont la section et la decoupe sont telles que, comme cela est bien connu dans l'industrie du chlore, des pertes de courant notables par effet Joule sont évitées tout en favorisant une distribution homogene du courant, peut etre réalisée et montee avec la cellule de differentes facon qui seron illus-trees ci-après. On prefere appliquer par explosion les parois verticales de la cellule ou des portions de ces parois sur la ceinture cathodique ou des elements de cette ceinture.
Des modes de realisations preferentiels vont etre maintenant decrit ci-après à titre d'exemples non limitatifs en se referant aux dessins dans lesquels:
La figure 1 est une vue d'ensemble d'une cathode .~
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75~9 du type à doigts de gants traversants.
Les figures 2, 5 et 7 sont des vues en coupe d'un fragment de cellule dont des vues plus partielles sont mon-trees respectivement par les figures 3, 4 et 6.
La ~igure 8 est une vue laterale de la paroi externe d'une cellule munie d'un co-te de ceinture cathodique.
Les figures 9 et 10 representent deux variantes de realisation de cette ceinture cathodique.
On voit dans la figure l les paro:Ls verticales 1 d'une cellule d'électrolyse, munies de brides 2 à leurs parties superieure et inferieure; sur ces parois est appli-quee une ceinture cathodique 3. A l'intérieur de la cellule une chambre peripherique 4, dont on voit la partie superieure, limites avec les doigts 5 dont on voit eyalement la partie superieure, le compartiment cathodique de la cellule. Entre les doigts 5 apparaissent les espaces vides 6 dans lesquels viennent se loger les anodes fixées sur le fond de la cellule, lors du montage de celle-ci, lesquelles anodes ne sont pas representees ici. L'oriEice 7 en communication avec la cham-bre peripherique 4 perme-t l'evacuation des gaz :Eormes à la cathode.
Les parois des doigts cathodiques 5 et de la chambre peripherique 4 sont également visibles dans la ~igure 2. On voit les plats métalliques 8 fixés en position horizontale sur les doigts cathodiques, et intérieurement à ceux-ci, par les points de soudure représentés par des points noirs sur la figure, et à leurs extrémites sur le plat vertical 9 lui-même relie à la paroi cellulaire 1 par les pièces souples ou soufflets 10. Les éléments de la cathode interne sont repxé-sentés sur la Eigure 3. On notera que les plats horizontaux 8 sont soudés à leurs extremites sur les plats verticaux 9 qui sont disposes en regard des compartiments cathodiques et des doig.ts correspondants 5.
Une realisation analogue est representee dans les '' ,: . : , .
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~igures 4 et 5. Les plats ver-ticaux sont cependant consti--tués par des pliages du métal perforé, rabattu en 9a, de la ca-thode interne; des corni~res de métal plein pourxaient être également utilisées au lieu du métal ajoure rabattu;
les plats horizontaux que supportent les pla-ts verticaux sont principalement en regard de l'espace situe entre des doigts cathodiques.
Dans la realisation des figures 6 et 7, une cathode, dont la partie interne est plus ~igide que precedemment, est représentée; les pla-ts verticaux 9 sont soudés en bout sur les brides 2 qui débordent vers l'intérieur de la cellule.
La figure 8 représente une vue latérale d'une paroi 1 de cellule munie d'une ceinture cathodique 3. ~ne portion de la paroi est plaquée de préférence par explosion sur la ceinture cathodique 3 puis cette portion est soudée aux parties complémentaires de la paroi, selon la ligne lb. Cette cein-ture cathodique peut 8trecons-tituee de trois parties planes tels ~ue cela est représenté figure 9, cle de~x partles en équerre tel que cela est representé figure 10. Elle peut être également en deux parties, l'une étant en équerre et l'autre plane ou etre en une seule partie en ~er a cheval.
Les parois verticales de la cellule sont ensuite soudées entre-elles comme représenté figure 9 ou 10. Dans tous les cas, les soudures sont effectuées entre métaux de meme nature. Pour éviter les problèmes dus à la dilatation, il peut être utile de plaquer une plaque d'acier sur la ceinture aux endroits ou cette ceinture n'est pas en contact avec les parois. Dans la figure 10, les prolongements ld des côtés de la cellule sont ainsi plaqués mais des plaques indé-pendantes peuvent être utilisées.
La partie interne de La cathode est construiteavantageusement en soudant d'abord les plats horizontaux intérieurement aux doigts cathodiques puis en fi~ant ces plats horizontaux sur les plats verticaux, les éléments souples de . . . ;. . : . . - . :
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liaison son-t fixes sur la pa~oi interne de la cellule; puis, la partie interne est introduite a l'interieur du caisson, les plats verticaux sont alors soudes sur les elements souples et finalement les parois in~erieure et superieure de la chambre peripherique sont soudées sur les brides ou le haut des pa-rois verticales de la cellule. ~a souplesse des éléments de liaison entre les elements de ren~orcement et la paroi ver-ticale, permet un ajustage rapide et precis de l'ensemble.
~n cas de necessite, la partie interne de la cathode 10- peut êtredesolidarisee du caisson; les operations sont alors les suivantes: decoupe de la partie ajouree de la chambre peripherique d'abord et de soudures entre les plats verticaux et les liaisons souples ensuite.
Un exemple est donne ci-après aux seules ins d'illustration de l'invention.
EXEMPLE COMPAR~TIF
Une cellule de 760mm de hauteur, 1800mm de longueur et 1600mm de largeur dont les parois vertlcales sont en acier de 10 mm d'épaisseur porte une ceinture cathodique en cuivre de 39 mm d'épaisseur et ~60 mm de largeur, sur trois de ses côtés verticaux; le fond et le couvercle ,sont en polyester. Cette cellule renferme une cathode interne de structure dite en doigts de gants traversants. Ces doigts sont renforcés au moyen d'un raidisseur en tôle ondulée soudée sur le caisson. Ces doigts, au nombre de 20, sont constitués par une plaque de fer perforée de 2,5 mm d'épais-seur, les trous ayant 3 mm de diamètre et étant distants de 5 mm les uns des autres. Le taux de vide est de 32%. Les doigts ont eux-mêmes une épaisseur totale de 22 mm et sont séparés les uns des autres par un espace de 57 mm dans lequel sont logées des anodes, en grillage de titane recouvert d'alliage de platine, de 37 mm d'epaisseur moyenne. Le taux de vide du grillage est ae 21% + 5%.
L'électrolyse d'une solution de chlorure de sodium .
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à 300 g/l est effectuee dans cette cellule sous une densité
de courant de 25 ~/dm~. Les di:Efe~ences de tensions releyées après stabilisation de la cellule, entre l'extremi.te et le milieu d'un doigt est de 35 m V et, entre llextremité des doigts et le caisson de 90 m V, soit une chute totale de ten-sion de 125 m V.
EXEMPLE SELON L'INVENq'ION
Une cellule identique contient une cathode de forme analogue constituee d'une plaque de fer perforee de 2,5 mm d'epaisseur, les trous ayant 3 mm de diamètre et distants de 5 mm les uns des autres. Le taux de vide de la tôle perfo-rée est de 32%. Les doigts de cette cathode sont renforces au moyen de plats horizontaux en fer de 4 mm d'epaisseur, à
raison de 6 plats par doigt. Ces plats sont perfores sur toute leur longueur (perforation de 10 mm de diamètre, taux de vide 15%) et chanfreines sur les bords pour permettre leur soudure sur la plaque per~orée constituant la cathode.
Par ailleurs ils sont soudés aux deux extrémités des doigts à des plats vertlcaux (repère 9 sur la figure.3~ qui sont eux-mêmes relies à la paroi de la cellule au moyen des pièces 10 (figures 2 et 3). Cette cellule est utilisee pour l'e-lectrolyse d'une solution de chlorure de sodium à 300 g/l, comme dans l'exemple comparatiE. La chute de potentiel après stabilisation est en moyenne de 40 m V, entre l'extre-mite et le milieu dlun doigt, celle entre les doigts et lecaisson est de 50 m.V, soit une chute totale de 90 m V; on n'observe de variation notable ni dans les heures qui suivent la mise en service de la cellule ni au bout de 30 mois de fonctionnement.
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La presente invention concerne un ensemble cathodi-que pour cellule d'electrolyse, et e~ particulier une cathode du type dit -en doigts de gants", pour cellule d'électrolyse, dont la conductivité electrique, en particuIier, est ameliorée.
Depuis plusieurs decennies, on utilise pour l'élec-trolyse des chlorures de métaux alcalins et en particulier, pour la preparation du chlore et de la soude causti~ue, des cathodes ''en doigts de gants traversants ou non traversants' selon qulils s'etendent d'un coté a l'autre de la cellule ou laissent, entre leurs extremités internes, un couloir pour la circulation de l'électrolyte. Ces cathodes sont alimentées en courant électrique par l'intermédiaire des parois verti-cales de la cellule et d'une ceinture cathodique formée par une plaque pliée en forme de fer à cheval ou plusieurs plaques en metal bon conducteur appliquées a l'extérieur de l'une ou de plusieurs des d.~tes parois~ Ce courant électrique doit être réparti de a~on homogène a l'intérieur des ce~lules et notamment sur les sur~aces cathodiques actives dans l'é-lectrolyse, en xegard des anodes, par des or~anes presentant un minimum de résistance.
Il faut savoir également que dans l'industrie du chlore, on désigne souvent par le terme "cathode" non seu-lement la partie interne de la cellule ayant un rôle actif dans la décharge des ions positifs, mais aussi les parois ~25 verticales ou enceinte de la cellule et la ceinture cathodi-que, c'est-a-dire tout l'ensemble qui conduit le courant depuis le conducteur relié a la source négative de courant, géneralement par l'intermédiaire d'autres cellules, jusqu'à
l'électrolyte. Le terme -ensemble cathodique- sera employé
ci-dessous pour désigner la "cathode" dans ce concept large, qui comprend donc une partie interne a la cellule qui sera appelée -cathode interne- et est elle-même formée d'une chambre périphérique au contact des parois avec des prolonge-ments tubuIaires de section rectanguIaire ou doigts, en -1 ~
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~7~99 communication avec ladite chambre et une par-tie externe for-mee des parois verticales ou enceinte de la cellule et de la ceinture cathodique.
La cathode interne constituée de meta~ ajoure ou, le plus souvent, de grillage en fer ou acier, supporte géne-ralement le diaphragme depose par filtration sur le metal ajoure servant de filtre, d'une bouillie contenant le mate-riau solide de ce separateur, grâce à une depression creee à l'interieur de la cathode. Les fibres d'amiante qui pen-dant longtemps ont constitue l'essentiel de ce materiau, sont maintenant additionnées, voire remplacees par des resines fluorees, ce qui necessite, après le depôt, une cuisson à
une temperature qui peut avoisiner 400C, pour consolider ce diaphragme par frittage. La pression qui s'exerce sur les cathodes internes et les tensions engendrees par le traitement thermique, lorsque ces electrodes presentent une grande sur-face, entralnent frequemment des deformations et nuisent à
leur plane;te et au parallelisme des surfaces actives entre-elles et vis-à-vis des anodes.
Pour pallier ces divers inconvenients, il a ete necessaire de disposer des elements de renforcement sous forme de plaques d'acier ondulees, à l'interieur des doigts cathodiques, ces plaques sur lesquelles est construite la cathode interne, evitant l'ecrasement des doigts lors du depôt du diaphragme. Un tel montage ne remedie pas complè-tement aux dificultes evoquees cl-dessus; de plus, les contacts entre ces elements et les parois ajourees de la cathode interne, sont ponctuels et se font souvent par l'in-termediaire de surfaces oxydees; de ce fait, ils n'inter-viennent pratiquement pas dans la conduction du courant et ceci d'autant plus que les liaisons electriques et mecani-ques entre la paroi de la cellule et la partie active de la cathode se fait essentiellement par l'intermediaire des pa-rois ajourees inferieures et superieures de la cha~bre peri-pherique.
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Dans le brevet Era~çais 2.287.527 o~ propose d'u-tiliser des pieces d'espacemen-t a~ant la forme de plaques rectilignes a bords longitudinaux dentelés. Plus précisement ce brevet recommande l'emploi de pièces d'espacement ~ont les dents ont une section en forme de rectangle dont les côtes sont l'un plus grand et l'autre plus petit que le dia-mètre des plaques perforees, le pas des dents etant diffé-rent de celui des perforations des plaques perforees qui constituent la structure en caisson des elements cathodiques (page 16 ligne 14 à page 17, ligne 2 du brevet précité).
La présente invention a pour objet un ensemble cathodique dont le montage et le démontage de la partie in-terne est facilite, qui ntest pas sujet à des deformations sensibles lors des divers traitements qu'il peut avoir a subirr qui présente une résistance relati~ement faible au passage du courant électrique et qui, de surcrolt, fait appel a des pièces d'espacement associant à leur e~Eicacité sur les plans mécaniques et électriques, une grande facilite de realisation.
Selon l'invention, il est prevu un ensemble catho-dique pour electrol~se comprenant une enceinte verticale en metal conducteur de l'electricite à l'interieur de laquelle enceinte est disposée une chambre périphérique en communica-tion avec des prolongements internes de section sensiblement rectangulaire en metal ajoure s'etendant à l'intérieur de la cellule, caractérise en ce que ladite cl~ambre et lesdits prolongements sont renforces par une serie de plats de metal, disposes horizontalement a l'intérieur desdits prolongements et fixés sur des plats verticaux, disposes dans la chambre peripherique, ces plats verticaux etant eux-memes relies à
l'enceinte verticale de la cellule.
L'expression métal ajouré` est utilisé presente-ment pour designer une surface métallique discontinue. Elle s~applique notamment aux grillages, aux plaques métalliques ' - : ~
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perforees, au metal deplo~e et produits similaires.
L'ense~ble peut presenter donc et en outre l'une ou l'autre des caracteristiques suivantes:
L'enceinte de la cellule est generalement en aciex has carbone; elle porte sur au moins une de ses faces, ~ais plus generalement sur trois de ses Eaces externes, une cein ture cathodique formee le plus souvent par une plaque de cuivre. La chambre peripherique est limitee vers l'exterieur par cette enceinte et vers le haut et le bas, par des parois en metal ajoure. Sur deux de ses cotes internes sont adaptes les prolon~ements tubulaires dont les axes sont parallèles deux des parois de la cellule. Le materiau prefere, pour l'ensemble de la cathode interne qui supporte le diaphragme, est la tôle perforee de fer ou d'acier.
Les elements de renforcement comprennent donc, à
l'interieur des doigts ou prolongements, plusieurs plaques separees par une distance qui depend de la rigidite du mate-riau mis en oeuvre pour la cathode interne. A titre purement indicatif, on peut recommander un nombre de plats horizon-taux tels que la distance entre deux plats represente entre 5 et 15~ de la distance entre les extremites inerieure et superieure de la cathode. Naturellement cette indication est basee sur une repartition reguliere des plats mais on peut sans sortir du cadre de l'invention faire varier, par exemple de ~ 20% la distance entre deux plats successifs.
Ils sont soudes sur les parois de la cathode interne par points et a leurs extremites ou a l'une de leurs extremites, selon qu'il s'agit de doigts traversants ou non, sur des plats en position verticale. Les differentes variantes de disposition de ces plats verticaux seront explicitees plus loin.
La liaison entre ces plats verticaux et la paroi de la cellule peut, comme cela sera egalement mon.tré plus en detail par.la suite, s'effectuer par soudure des plats ... ' . ..
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sur les brides fixées elles-m~mes aux parties sUpéxieures et inerieures de l'enceinte verticale, et destinees pour l'une a recevoir le couvercle et pour l'autre à reposer sur le fond de la cellule, ou, de préférence, cette liaison s`effectue par l'intermédiaire de pla~ues de fer ou d'acier en forme de S ou de Z, telles qu'elles présentent une cer-taine souplesse et sont raccordées a la paroi de la cellule, sensiblement au niveau de la ceinture cathodique.
L'épaisseur des plats est choisie en fonction de l'intensité qui traverse la cellule et de la nature des mé-taux mis en oeuvre, de façon à ne pas presenter de resistance sensible et de pertes d'energie par effet Joule.
L'épaisseur des pièces de liaison avec la paroi cellulaire est de l'ordre de 3 a 6 mm.
Pour permettre une libre circulation de l'electro-lyte, il est nécessaire que les différentes pièces de renfor-cement soient pourvues de perforations; la proportion des surfaces évidées par rapport à la surface totale de ces pièces est de préférence de 10 a 30%. Les plats verticaux peuvent également être en métal ajoure de meme nature que celui de la cathode interne.
La ceinture cathodique genéralement en cuivre dont la section et la decoupe sont telles que, comme cela est bien connu dans l'industrie du chlore, des pertes de courant notables par effet Joule sont évitées tout en favorisant une distribution homogene du courant, peut etre réalisée et montee avec la cellule de differentes facon qui seron illus-trees ci-après. On prefere appliquer par explosion les parois verticales de la cellule ou des portions de ces parois sur la ceinture cathodique ou des elements de cette ceinture.
Des modes de realisations preferentiels vont etre maintenant decrit ci-après à titre d'exemples non limitatifs en se referant aux dessins dans lesquels:
La figure 1 est une vue d'ensemble d'une cathode .~
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75~9 du type à doigts de gants traversants.
Les figures 2, 5 et 7 sont des vues en coupe d'un fragment de cellule dont des vues plus partielles sont mon-trees respectivement par les figures 3, 4 et 6.
La ~igure 8 est une vue laterale de la paroi externe d'une cellule munie d'un co-te de ceinture cathodique.
Les figures 9 et 10 representent deux variantes de realisation de cette ceinture cathodique.
On voit dans la figure l les paro:Ls verticales 1 d'une cellule d'électrolyse, munies de brides 2 à leurs parties superieure et inferieure; sur ces parois est appli-quee une ceinture cathodique 3. A l'intérieur de la cellule une chambre peripherique 4, dont on voit la partie superieure, limites avec les doigts 5 dont on voit eyalement la partie superieure, le compartiment cathodique de la cellule. Entre les doigts 5 apparaissent les espaces vides 6 dans lesquels viennent se loger les anodes fixées sur le fond de la cellule, lors du montage de celle-ci, lesquelles anodes ne sont pas representees ici. L'oriEice 7 en communication avec la cham-bre peripherique 4 perme-t l'evacuation des gaz :Eormes à la cathode.
Les parois des doigts cathodiques 5 et de la chambre peripherique 4 sont également visibles dans la ~igure 2. On voit les plats métalliques 8 fixés en position horizontale sur les doigts cathodiques, et intérieurement à ceux-ci, par les points de soudure représentés par des points noirs sur la figure, et à leurs extrémites sur le plat vertical 9 lui-même relie à la paroi cellulaire 1 par les pièces souples ou soufflets 10. Les éléments de la cathode interne sont repxé-sentés sur la Eigure 3. On notera que les plats horizontaux 8 sont soudés à leurs extremites sur les plats verticaux 9 qui sont disposes en regard des compartiments cathodiques et des doig.ts correspondants 5.
Une realisation analogue est representee dans les '' ,: . : , .
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~igures 4 et 5. Les plats ver-ticaux sont cependant consti--tués par des pliages du métal perforé, rabattu en 9a, de la ca-thode interne; des corni~res de métal plein pourxaient être également utilisées au lieu du métal ajoure rabattu;
les plats horizontaux que supportent les pla-ts verticaux sont principalement en regard de l'espace situe entre des doigts cathodiques.
Dans la realisation des figures 6 et 7, une cathode, dont la partie interne est plus ~igide que precedemment, est représentée; les pla-ts verticaux 9 sont soudés en bout sur les brides 2 qui débordent vers l'intérieur de la cellule.
La figure 8 représente une vue latérale d'une paroi 1 de cellule munie d'une ceinture cathodique 3. ~ne portion de la paroi est plaquée de préférence par explosion sur la ceinture cathodique 3 puis cette portion est soudée aux parties complémentaires de la paroi, selon la ligne lb. Cette cein-ture cathodique peut 8trecons-tituee de trois parties planes tels ~ue cela est représenté figure 9, cle de~x partles en équerre tel que cela est representé figure 10. Elle peut être également en deux parties, l'une étant en équerre et l'autre plane ou etre en une seule partie en ~er a cheval.
Les parois verticales de la cellule sont ensuite soudées entre-elles comme représenté figure 9 ou 10. Dans tous les cas, les soudures sont effectuées entre métaux de meme nature. Pour éviter les problèmes dus à la dilatation, il peut être utile de plaquer une plaque d'acier sur la ceinture aux endroits ou cette ceinture n'est pas en contact avec les parois. Dans la figure 10, les prolongements ld des côtés de la cellule sont ainsi plaqués mais des plaques indé-pendantes peuvent être utilisées.
La partie interne de La cathode est construiteavantageusement en soudant d'abord les plats horizontaux intérieurement aux doigts cathodiques puis en fi~ant ces plats horizontaux sur les plats verticaux, les éléments souples de . . . ;. . : . . - . :
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liaison son-t fixes sur la pa~oi interne de la cellule; puis, la partie interne est introduite a l'interieur du caisson, les plats verticaux sont alors soudes sur les elements souples et finalement les parois in~erieure et superieure de la chambre peripherique sont soudées sur les brides ou le haut des pa-rois verticales de la cellule. ~a souplesse des éléments de liaison entre les elements de ren~orcement et la paroi ver-ticale, permet un ajustage rapide et precis de l'ensemble.
~n cas de necessite, la partie interne de la cathode 10- peut êtredesolidarisee du caisson; les operations sont alors les suivantes: decoupe de la partie ajouree de la chambre peripherique d'abord et de soudures entre les plats verticaux et les liaisons souples ensuite.
Un exemple est donne ci-après aux seules ins d'illustration de l'invention.
EXEMPLE COMPAR~TIF
Une cellule de 760mm de hauteur, 1800mm de longueur et 1600mm de largeur dont les parois vertlcales sont en acier de 10 mm d'épaisseur porte une ceinture cathodique en cuivre de 39 mm d'épaisseur et ~60 mm de largeur, sur trois de ses côtés verticaux; le fond et le couvercle ,sont en polyester. Cette cellule renferme une cathode interne de structure dite en doigts de gants traversants. Ces doigts sont renforcés au moyen d'un raidisseur en tôle ondulée soudée sur le caisson. Ces doigts, au nombre de 20, sont constitués par une plaque de fer perforée de 2,5 mm d'épais-seur, les trous ayant 3 mm de diamètre et étant distants de 5 mm les uns des autres. Le taux de vide est de 32%. Les doigts ont eux-mêmes une épaisseur totale de 22 mm et sont séparés les uns des autres par un espace de 57 mm dans lequel sont logées des anodes, en grillage de titane recouvert d'alliage de platine, de 37 mm d'epaisseur moyenne. Le taux de vide du grillage est ae 21% + 5%.
L'électrolyse d'une solution de chlorure de sodium .
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à 300 g/l est effectuee dans cette cellule sous une densité
de courant de 25 ~/dm~. Les di:Efe~ences de tensions releyées après stabilisation de la cellule, entre l'extremi.te et le milieu d'un doigt est de 35 m V et, entre llextremité des doigts et le caisson de 90 m V, soit une chute totale de ten-sion de 125 m V.
EXEMPLE SELON L'INVENq'ION
Une cellule identique contient une cathode de forme analogue constituee d'une plaque de fer perforee de 2,5 mm d'epaisseur, les trous ayant 3 mm de diamètre et distants de 5 mm les uns des autres. Le taux de vide de la tôle perfo-rée est de 32%. Les doigts de cette cathode sont renforces au moyen de plats horizontaux en fer de 4 mm d'epaisseur, à
raison de 6 plats par doigt. Ces plats sont perfores sur toute leur longueur (perforation de 10 mm de diamètre, taux de vide 15%) et chanfreines sur les bords pour permettre leur soudure sur la plaque per~orée constituant la cathode.
Par ailleurs ils sont soudés aux deux extrémités des doigts à des plats vertlcaux (repère 9 sur la figure.3~ qui sont eux-mêmes relies à la paroi de la cellule au moyen des pièces 10 (figures 2 et 3). Cette cellule est utilisee pour l'e-lectrolyse d'une solution de chlorure de sodium à 300 g/l, comme dans l'exemple comparatiE. La chute de potentiel après stabilisation est en moyenne de 40 m V, entre l'extre-mite et le milieu dlun doigt, celle entre les doigts et lecaisson est de 50 m.V, soit une chute totale de 90 m V; on n'observe de variation notable ni dans les heures qui suivent la mise en service de la cellule ni au bout de 30 mois de fonctionnement.
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Claims (10)
1. Ensemble cathodique pour électrolyse comprenant une enceinte verticale en métal conducteur de l'électricité
à l'intérieur de laquelle enceinte est disposée une chambre périphérique en communication avec des prolongements internes de section sensiblement rectangulaire en métal ajouré s'é-tendant à l'intérieur de la cellule, caractérisé en ce que ladite chambre et lesdits prolongements sont renforcés par une série de plats de métal, disposés horizontalement à l'in-térieur des dits prolongements et fixés sur des plats verti-caux, disposés dans la chambre périphérique, ces plats verti-caux étant eux-mêmes reliés à l'enceinte verticale de la cellule.
à l'intérieur de laquelle enceinte est disposée une chambre périphérique en communication avec des prolongements internes de section sensiblement rectangulaire en métal ajouré s'é-tendant à l'intérieur de la cellule, caractérisé en ce que ladite chambre et lesdits prolongements sont renforcés par une série de plats de métal, disposés horizontalement à l'in-térieur des dits prolongements et fixés sur des plats verti-caux, disposés dans la chambre périphérique, ces plats verti-caux étant eux-mêmes reliés à l'enceinte verticale de la cellule.
2. Ensemble cathodique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les plats horizontaux sont perforés.
3. Ensemble selon la revendication 2, caractérisé
en ce que les plats horizontaux perforés présentent un taux de vide compris entre 10 et 30%.
en ce que les plats horizontaux perforés présentent un taux de vide compris entre 10 et 30%.
4. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé
en ce que les plats horizontaux sont répartis de manière sensiblement régulière.
en ce que les plats horizontaux sont répartis de manière sensiblement régulière.
5. Ensemble selon la revendication 4, caractérisé
en ce que le nombre de plats horizontaux est tel que la dis-tance entre deux plats successifs représente de 5 à 15% de la distance comprise entre les extrémités inférieure et supérieure de la cathode.
en ce que le nombre de plats horizontaux est tel que la dis-tance entre deux plats successifs représente de 5 à 15% de la distance comprise entre les extrémités inférieure et supérieure de la cathode.
6. Ensemble cathodique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les plats verticaux sont disposés au moins partiellement en regard des prolongements internes de la cellule et en ce qu'ils sont soudés en bout des plats horizontaux.
7. Ensemble cathodique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les plats verticaux sont disposés au moins partiellement en regard de l'espace s'étendant entre les prolongements internes et en ce que les plats horizontaux sont soudés sur les côtés desdits plats verticaux.
8. Ensemble cathodique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les liaisons entre les plats verticaux et l'enceinte verticale de la cellule sont en métal souple.
9. Ensemble cathodique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la liaison entre les plats verticaux et l'enceinte verticale se fait sensiblement en regard de la ceinture cathodique, elle-même plaquée sur l'extérieur de l'enceinte verticale de la cellule.
10. Ensemble cathodique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les plats verticaux sont soudés à
leurs extrémités sur les bords supérieur et inférieur de l'enceinte verticale de la cellule, sur laquelle est plaquée la ceinture cathodique.
leurs extrémités sur les bords supérieur et inférieur de l'enceinte verticale de la cellule, sur laquelle est plaquée la ceinture cathodique.
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| FR8107196A FR2503739B1 (fr) | 1981-04-10 | 1981-04-10 | Ensemble cathodique pour cellule d'electrolyse |
| FR8107196 | 1981-04-10 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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ID=9257231
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