DE1197086B - Durchlochte Trennwand fuer eine Elektrolysezelle fuer die Herstellung metallorganischer Verbindungen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

BOIk

Deutsche Kl.: 12 ο - 26/03

Nummer: 1197 086

Aktenzeichen: N 23678IV b/12 ο

Anmeldetag: 30. August 1963

Auslegetag: 22. Juli 1965

Die Erfindung betrifft eine durchlochte Trennwand zur Einbringung in eine ringförmige Elektrolysezone einer mit einer Aufbrauchanode und einem flüssigen Elektrolyt arbeitenden Elektrolysezelle für die Herstellung metallorganischer Verbindungen, bestehend aus einem rohrförmigen Teil aus einem elektrisch nichtleitenden Material mit durch sich überkreuzende Fäden gebildeten Öffnungen darin, wobei diese Fäden in bezug auf die ringförmige Elektrolysezone schräg verlaufen und an den Oberkreuzungsstellen miteinander verbunden sind. Vorzugsweise besteht die Trennwand aus zwei solchen rohrförmigen Teilen wovon der eine konzentrisch innerhalb des anderen angeordnet ist. Die Erfindung eignet sich besonders zur Herstellung von Bleitetraalkylverbindungen. Die neue Zwischenwand eignet sich auch zur Herstellung anderer Organometallverbindungen auf elektrolytischem Wege unter Verwendung einer Aufbrauchanode. Der Ausdruck »Aufbrauchanode« betrifft eine Anode, die während der Elektrolyse angegriffen oder aufgelöst wird.

Bei einem mit Aufbrauchanoden arbeitenden Verfahren, z.B. zur Herstellung von Bleitetraalkylverbindungen, liegt die Bleianode in Teilchenform, z.B. in Form von Plätzchen oder kleinen Kügelchen, vor. Der Elektrolyt besteht aus einer organischen Magnesiumverbindung, z. B. einem Grignardreagenz, die in einem wasserfreien Lösungsmittel gelöst ist, das zwischen den Bleiteilchen zirkuliert. Die Kathode besteht aus einem elektrisch leitenden Metall, z.B. aus Stahl. Zwischen der Metallkathode und den Bleiteilchen ist eine durchlochte Trennwand, Auskleidung oder ein Diaphragma so angeordnet, daß die Trennwand beide berührt. Auf diese Weise befinden sich die Kathode und die Bleiteilchen sehr nahe beieinander, wobei jedoch durch die Trennwand ein schmaler Zwischenraum vorgesehen wird. Der Elektrolyt zirkuliert durch die Anodenteilchen und durch den schmalen Raum zwischen diesen Teilchen und der Kathode. Wesentlich ist, daß die durchlochte Trennwand elektrisch nicht leitend ist, und daß die Bleiteilehen durch die Trennwand außer Berührung mit der Kathode gehalten werden. Gleichzeitig sollen jedoch die Bleiteilchen und die Kathode so nah wie möglich beieinandergehalten werden, und in dem engen Zwischenraum zwischen ihnen soll eine maximale Elektrolytzirkulation vor sich gehen.

Da die Bleiteilchen schwer sind, üben sie einen beträchtlichen Druck auf die mit ihnen in Berührung befindliche Trennwand unter Deformierung und Durchbiegung derselben aus, wodurch die Öffnungen so stark vergrößert werden können, daß die Blei-Durchlochte Trennwand für eine Elektrolysezelle für die Herstellung metallorganischer
Verbindungen

Anmelder:

Nalco Chemical Company,

Chicago, JIl. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. E. Prinz, Dr. rer. nat. G. Hauser
und Dipl.-Ing. G. Leiser, Patentanwälte,
München-Pasing, Ernsbergerstr. 19

Als Erfinder benannt:
David Gordon Braithwaite,
Chicago, JU. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 31. August 1962 (220 699)

teilchen mit der Kathode in direkte Berührung kommen können und somit die Zelle kurzschließen.

Die Erfindung beseitigt diese Nachteile der bekannten, in Elektrolysezellen der beschriebenen Art verwendeten durchlochten Trennwände, indem ihre neuartige Konstruktion einmal den Durchtritt einesflüssigen Elektrolyts zwischen den Anodenteilchen und der Kathode erleichtert und zum anderen gewährleistet, daß die Form der Trennwand stets unverändert bleibt, während sie gleichzeitig die Strömungsrichtung des Elektrolyts bestimmt.

Die Erfindung wird an Hand der folgenden Bescheibung in Verbindung mit der Zeichnung besser verständlich. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 den Aufriß einer Elektrolysezelle mit der erfindungsgemäßen Trennwand,

F i g. 2 den vergrößerten Ausschnitt eines Teils einer der Elektroden der Zelle von F i g. 1,

F i g. 3 die Schnittansicht entlang der Linie 3-3 von F i g. 2 in Draufsicht,

F i g. 4 die Teilansicht eines zur Herstellung einer durchlochten Trennwand gemäß den F i g. 2 und 3 verwendeten Materials,

509 627/35G

F i g. 5 die Teilansicht eines anderen Materials und

F i g. 6 den Querschnitt entlang der Linie 6-6 von Fig. 5.

Die verwendeten Fäden überlappen einander vorzugsweise in Winkeln von 60 und etwa 120°. Vorzugsweise werden stranggepreßte Fäden verwendet. Das bevorzugte Material enthält äußere und innere Fäden. Alle äußeren Fäden laufen in der gleichen Richtung parallel miteinander, und alle inneren Fäden laufen parallel miteinander in einer anderen Richtung wie die äußeren Fäden, so daß die Zwischenräume zwischen ihnen Parallelogramme darstellen. Wo sich die Fäden kreuzen oder überlappen, sind sie miteinander verbunden, so daß man eine in Querrichtung flexible, jedoch in der Längsrichtung verhältnismäßig starre oder nahezu nicht biegsame Struktur erhält. Mit anderen Worten kann das rohrförmige Gebilde in waagerechter Richtung ausgebogen werden, gibt jedoch bei einem Längszug nicht nach.

Für die erfindungsgemäßen Zwecke empfiehlt es sich, daß die äußeren Fäden einen etwas größeren Durchmesser besitzen als die inneren Fäden. So können die äußeren Fäden z. B. einen Durchmesser von 1,5 mm und die inneren einen solchen von 0,75 mm besitzen. Für die Fäden wird zweckmäßig ein schmelzbares oder thermoplastisches Material verwendet, dessen Fäden an den Kreuzungs- oder Überlappungsstellen miteinander verschmolzen werden. Ein besonders geeignetes Material für die erfindungsgemäß zu verwendenden Fäden ist Polypropylen. Polypropylen kann leicht zu Fäden der gewünschten Dicke und Länge ausgepreßt werden, welche dann schraubenförmig zu der vorstehend beschriebenen Struktur aufgewickelt werden. Zur Verlängerung der Lebensdauer der durchlochten Trennwand wird das rohrförmige, elektrisch nichtleitende Material zweckmäßig mit einem unter den Betriebsbedingungen der Zelle inerten Harz überzogen. Ein geeignetes Harz ist z. B. ein Epoxydharz. Ein spezifisches Beispiel für ein solches Harz ist das Epoxydharz, welches man erhält, wenn man die rohrförmige Trennwand oder Auskleidung mit einem Polymeren vom Typ des Epichlorhydrin-bis-phenols überzieht, z.B. mit einer Mischung aus mit Epichlorhydrin epoxidiertem Dihydroxydiphenyldimethylmethan mit einem Epoxydäquivalent von 175 bis 210 (Epon 828®), das mit 15 Gewichtsprozent Monohydroxyproyldiäthylentriamin bei 250° F ausgehärtet wird.

Man kann ein rohrförmiges, elektrisch nichtleitendes Gebilde der vorstehend beschriebenen Art als einzige mit der Kathode und der Anode der Elektrolysezelle in Kontakt befindliche, durchlochte Trennwand verwenden. In diesem Falle sollen die Öffnungen jedoch so groß sein, daß der flüssige Elektrolyt hindurchtreten kann, während sie einen Durchtritt des Materials der Aufbrauchanode verhindern. Vom praktischen Standpunkt aus ist es besser, ein erstes, sich in direktem Kontakt mit der Kathode befindendes rohrförmiges, elektrisch nichtleitendes Gebilde der vorstehend beschriebenen Art und ein zweites, rohrförmiges, elektrisch nichtleitendes, mit öffnungen versehenes Gebilde zu verwenden, das sich mit den Anodenteilchen im Kontakt befindet, wobei das zweite konzentrisch im ersten angeordnet ist. Das Material des zweiten Gebildes kann dann ohne weiteres flexibler sein und kleinere, vorzugsweise rechteckige öffnungen besitzen; dieses Material ist vorzugsweise so gewickelt, daß es innerhalb des ersten rohrförmigen Gebildes mindestens zwei Schichten bildet. Das zweite rohrförmige Material besteht vorzugsweise aus verwebten Fäden, z. B. Glasfasern oder Fäden aus einem linearen Polyamid, z.B. Nylon®. Die bevorzugte Struktur ist die, bei welcher das erste rohrförmige, elektrisch nichtleitende Material aus Polypropylenfäden und das zweite rohrförmige, elektrisch nichtleitende, konzentrisch in dem

ίο ersten angeordnete Material aus einem gewebten Nylonstoff besteht. Andere elektrisch isolierende Materialien können sowohl für das erste als auch für das zweite Material verwendet werden, wie z. B. Polyäthylen und Polytetrafluoräthylen. Sowohl das erste als auch das zweite rohrförmig verarbeitete Material können mit einem Harz, und zwar vorzugsweise einem Epoxydharz der vorstehend beschriebenen Art, imprägniert oder überzogen sein.

Die Bauart der in F i g. 1 dargestellten Zelle fällt nicht in den Rahmen der Erfindung, soll jedoch eine Anordnung zeigen, in welcher die Erfindung verwendet wird. Die gezeigte Zelle besteht aus einem hohlen Hauptmantel 1, einem zweiten Mantel 2, einem oberen Abschlußteil 3 und einem Bodenteil 4.

Der Hauptmantel 1 besitzt eine obere Abschlußplatte 5 und eine untere Abschlußplatte 6. Jede der Abschlußplatten 5 und 6 besitzt einen kreisförmigen Querschnitt und ist mit aufeinander ausgerichteten öffnungen versehen. Elektrisch leitende Rohre 8, vorzugsweise aus Stahl, sind in den öffnungen der Endplatten 5 und 6 verschweißt oder anderweitig damit verbunden. Die Anzahl dieser Rohre hängt von der Größe des Hauptmantels 1 und der gewünschten Kapazität der Zelle ab. Der zylindrische Mantel 9 ist flüssigkeitsdicht mit den Endplatten 5 und 6 verbunden. Ebenso sind die Metallrohre 8 flüssigkeitsdicht mit den gleichen Endplatten verbunden. Der freie Raum um die Metallrohre 8 bildet einen Raum 10, in welchem eine Wärmeaustauschflüssigkeit durch eine Einlaßöffnung 11 eingeführt und durch Metallplatten 14 bzw. 15 versehene Auslaßöffnungen 12 und 13 abgeführt oder im Kreislauf geführt wird.
Der zweite Mantel 2 besteht aus zwei Endplatten

16 und 17 mit den Öffnungen in den Endplatten 5 und 6 des Hauptmantels 1 entsprechenden Öffnungen. Ein kreisförmiges Blech 18 ist mit den Endplatten 16 und 17 des zweiten Mantels 2 unter Bildung eines flüssigkeitsdichten Abschlusses verbunden. Kurze Rohre 19, vorzugsweise aus Stahl, deren Durchmesser dem der Rohre 8 entspricht, sind flüssigkeitsdicht in den Öffnungen der Platten 16 und

17 des zweiten Mantels 2 befestigt, öffnungen 20 und 21 sind als Einlaß- und Auslaßöffnungen zur Einführung und Abführung eines Wärmeaustauschmediums vorgesehen; aus ihnen kann auch Kondensat aus dem Innern des zweiten Mantels 2 abgeführt werden.

Der obere Abschluß 3 besteht aus einer Basisplatte 22 mit öffnungen 7 darin. Diese Öffnungen entsprechen in ihrer Größe den Öffnungen in den Platten 5, 6, 16 und 17 und sind auf diese ausgerichtet. Ein hohler Metallmantel 23 ist flüssigkeitsdicht an der Basisplatte 22 befestigt. Im oberen Teil dieses Mantels befindet sich ein Einlaß 24, durch welchen das Anodenmaterial, z. B. Bleiteilchen, -plätzchen oder -kügelchen eingefüllt werden können, sowie eine Öffnung 25, durch welche der Elektrolyt eingefüllt oder abgezogen werden kann. An der Innenseite des

Mantels 23 ist ein metallisches Verstärkungsband 26 angeschweißt.

Der obere Abschlußteil 3 ist mittels Bolzen 27, die durch dafür vorgesehene Durchbohrungen in den Flanschteilen 16 und 22 hindurchgesteckt sind, verbunden. Zwischen den Endplatten 16 und 22 ist eine isolierende Folie 28 vorgesehen, welche den oberen Abschluß 3 von dem zweiten Mantel 2 elektrisch isoliert. Der zweite Mantel 2 ist in gleicher Weise durch Bolzen mit dem Hauptmantel 1 verbunden, wobei diese Bolzen durch nicht gezeigte Durchbohrungen in den Außenenden der Platten 5 und 17 hindurchgeführt sind. Zwischen den Platten 5 und 17 befindet sich eine Isolierfolie 29, welche den zweiten Mantel 2 von dem Hauptmantel 1 elektrisch isoliert.

Der Bodenteil 4 der Zelle besteht aus einem konisch geformten Gehäuseteil 30, an dessen oberem Ende eine Abschlußplatte 31 flüssigkeitsdicht angebracht ist; diese Platte besitzt den Öffnungen in den Platten 5, 6,16,17 und 22 entsprechende Öffnungen. Über der Öffnung 33 im Boden des Abschlußteils 4 ist ein Sieb oder Gitter 32 angeordnet, auf welchem das Anodenmaterial ruht und welches den flüssigen Elektrolyt, jedoch kein Anodenmaterial, durchtreten läßt. Dieses Gitter oder Sieb wird mittels Bolzen 34 in Stellung gehalten. Die Anordnung ist so, daß bei Entferung der Bolzen 34 das Sieb oder Gitter 32 entfernt und die Zelle gereinigt und gegebenenfalls das gesamte Anodenmaterial entnommen werden kann.

Eine kreisförmige Platte 35 mit Öffnungen darin wird zwischen den Endplatten 6 und 31 angeordnet und mit elektrisch nichtleitenden Folien 36 und 37 isoliert. Der Bodenteil 4 ist flüssigkeitsdicht mit dem Hauptmantel 1 mittels Bolzen 38 verbunden, welche durch in den äußeren Rändern der Platten 6, 31 und 35 vorgesehene Durchbohrungen hindurchgeführt sind. Die Zelle ruht auf einem Träger 39, der eine feste Stütze bildet.

Die isolierenden Teile 28, 29, 36 und 37 enthalten Öffnungen, deren Größe den Öffnungen 7 entspricht und welche auf diese ausgerichtet sind; sie bestehen aus einem elektrisch nichtleitenden Material, z. B. aus Polyäthylen, Polypropylen oder Polytetrafhioräthylen (Teflon®). An die Endplatten 5 bzw. und 6 sind Ansätze 40 bzw. 41 befestigt; sie sind an den negativen Pol einer Gleichstromquelle angeschlossen. Zweckmäßig verwendet man eine größere Anzahl dieser Ansätze an den Endplatten 5 und 6 und ordnet sie in gleichen Abständen an.

Der Abschlußteil 4 enthält sich nach unten erstreckende, dreieckig geformte Teile 42, die mit dem Mantel 30 verbunden sind und als Anschlüsse für den positiven Pol einer Stromquelle dienen.

Wie aus den F i g. 2 und 3 hervorgeht, besteht jede der rohrförmigen Elektroden 8 aus einem äußeren Metallrohr 43, einer allgemein mit 44 bezeichneten, durchlochten Trennwand und einem Anodenmaterial, z. B. aus Bleikügelchen, die mit 45 bezeichnet sind.

Die durchlochte Trennwand 44 besteht aus einem rohrförmig angeordneten, elektrisch nichtleitenden Material 46, dessen Außenfläche sich in direktem Kontakt mit der Innenfläche des Metallrohrs 43 befindet, sowie aus einem zweiten, rohrförmig ausgebildeten, elektrisch nichtleitenden Material 47, welches konzentrisch innerhalb des rohrförmigen Materials 46 angeordnet ist und dessen Innenfläche sich mit dem Anodenmaterial 45 in Berührung befindet.

Das innere rohrförmig angeordnete Material 47 ist vorzugsweise ein aus Glasfaden, Polyamidfäden (Nylon) oder Polypropylenfäden bestehendes Gewebe und besitzt eine solche Struktur, daß die Öffnungen 48 klein genug sind, um den Durchtritt von Anodenmaterial zu verhindern, jedoch einen flüssigen Elektrolyt durchtreten lassen. Bei der in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsform wird ein gedoppeltes Nylontuch mit jeweils 92 Kett- und

ίο Schußfäden auf 2,5 cm und Leinwandbindung verwendet. Die Fäden bestehen in diesem Fall aus Einzelfäden aus Nylon®, und die Dopplung des Tuchs wird so vorgenommen, daß die gedoppelten Enden einander etwa 12,5 mm überlappen.

Der durchlochte rohrförmige Teil 46 besitzt Öffnungen 49, die die Form von Parallelogrammen aufweisen. Die spitzen Winkel der Parallelogramme verlaufen in etwa senkrechter Richtung. Die in F i g. 6 dargestellte Struktur zeigt einen Satz von äußeren Fäden 50, die in einem Winkel zur Senkrechten verlaufen, und einen Satz innerer Fäden 51, die ebenfalls in einem Winkel zur Senkrechten, jedoch in der entgegengesetzten Richtung, verlaufen.

Die durchlochte Trennwand 44 wird in der Innenseite jeder der rohrförmigen Elektroden 8 angeordnet, indem man sie zuerst mit einem kurzen, mit einem Flansch versehenen Rohrteil 52, wie in F i g. 2 dargestellt, verbindet. Dieses kurze Rohr 52 besitzt einen Teil 53 und einen Flansch 54. Der durchlochte Teil 47 der Trennwand wird um den kurzen Rohrstutzen 53 angebracht, und der durchlochte Teil

46 der Trennwand wird dann um den durchlochten Teil 47 gelegt, so daß beide konzentrisch sind; der obere Rand der beiden durchlochten Teile 46 und 47 befindet sich mit der Unterseite des Flansches 54 in Berührung. Sie werden dann mittels eines Klemmrings 55 festgeklemmt. Gegebenenfalls kann der Rohrteil 53 bei 56 etwas verbreitert sein, damit der Klemmring nicht nach unten über das untere Rohrende abrutschen kann. Das Flanschrohr 52 mit der daran befestigten durchlochten Trennwand 44 wird dann in die rohrförmige Elektrode 8 so eingeführt, daß der Flansch 54 in einer Ausnehmung 57 im oberen Teil der Abschlußplatte 16 sitzt. Der rohrförmige Teil 46 befindet sich dann mit der Innenseite des Mantels 43 in Berührung. Genauer ausgedrückt sind die äußeren Fäden 50 des rohrförmigen Teils 46 in Berührung mit der Innenseite des Mantels 43. Die inneren Fäden 51 befinden sich in Berührung mit dem zweiten rohrförmigen Teil 47 der Trennwand, welches aus einer doppelten Lage eines Nylonstoffs besteht. Der Teil

47 wiederum befindet sich mit dem Anodenmaterial in Kontakt. In gleicher Weise sind andere durchlochte Trennwände in anderen Rohren 8 innerhalb der Zelle aufgehängt oder gelagert. Jede dieser durchlochten Trennwände reicht von der Platte 16 bis zum Boden der Platte 6 und kann gegebenenfalls noch in den unteren Abschlußteil 4 hineinragen.

Da die durchlochte Trennwand vollständig aus elektrisch isolierenden Materialien besteht, braucht nicht darauf geachtet zu werden, daß die Trennwand nicht über den isolierenden Teil 37 hinausragt.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Durchlochte Trennwand zur Einbringung in eine ringförmige Elektrolysezone einer mit einer Aufbrauchanode und einem flüssigen Elektrolyt arbeitenden Elektrolysezelle für die Herstellung

metallorganischer Verbindungen, bestehend aus einem rohrförmigen Teil aus einem elektrisch nichtleitenden Material mit durch sich überkreuzende Fäden gebildeten öffnungen darin, wobei diese Fäden in bezug auf die ringförmige Elektrolysezone schräg verlaufen und an den Überkreuzungsstellen miteinander verbunden sind.

2. Durchlochte Trennwand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem ersten rohrförmigen Teil, aus einem elektrisch nichtleitenden Material und einem zweiten rohrförmigen Teil aus einem elektrisch nichtleitenden Material mit Öffnungen darin besteht, wobei der zweite rohrförmige Teil konzentrisch innerhalb des ersten angeordnet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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