DE2303589C3 - Diaphragmalose Elektrolysezelle - Google Patents
Diaphragmalose ElektrolysezelleInfo
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- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
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Description
20
Die Erfindung betrifft eine diaphragmalose Elektrolysezelle mit zumindest einem Stapel oder Paket
horizontal angeordneter, zueinander paralleler abwechselnder Anoden und Kathoden sowie Zuführungen und
Abführungen für den elektrischen Strom, den Elektrolyt und die Reaktionsprodukte. Sie eignet sich besonders
zur elektrolytischen Herstellung von Alkalihypochlorit und -chlorat sowie anderen anorganischen und organi- jo
sehen Produkten.
Für die Herstellung von Atkalihypochloriten und -chloraten hat man bisher !Slektrolysezellen angewandt,
deren Elektroden vertikal in geringem Abstand voneinander angeordnet sind. Da bekanntlich die J5
benötigte Zellenspannung mit zunehmendem Elektrodenabstand ansteigt, ist man bestrebt, möglichst geringe
Elektrodenabstände anzuwenden; diese geringen Elektrodenabstände beeinträchtigten jedoch bei den bekannten
Elektrolysezellen die Eleklrolytströmung und -to die Entwicklung der gasförmigen Produkte. Durch die
unzureichende Elektrolytströmung entlang der Elektroden kommt es leicht zu schlechter Stromausbeute und
geringer Leistungsfähigkeit in Folge einer sich an den Elektroden oberflächlich bildenden Gashaut. Vertikale 4ri
Kanäle in den Anoden zur Erleichterung der Gasentwicklung und des Abtransportes des Gases von der
Elektrodenoberfläche führten nicht zu dem angestrebten Ziel.
Aus der US-PS 25 15 614 ist eine Elektrolysezelle mit ή>
von dem Deckel in die Wanne herabhängenden Graphitanoden bekannt. Die Elektrolytströmung durch
diese Zelle erfolgt in Längsrichtung, wobei durch Leitplatten eine gewisse Turbulenz erzeugt wird. Um
den Elektrolyten durch die Zelle zu fördern, ist ein « Pumpensystem erforderlich.
Aus der US-PS 36 16 444 ist eine Elektrolysezelle bekannt, in der sich eine nichtdurchbrochene Anode, die
die eine Wand der Zelle bildet, und eine Kathode befindet, die die andere Wand der Zelle bildet. Von der (.0
Kathodenwand reicht eine Lochplatte in die Kammer, in welche der Elektrolyt unten eintritt und oben abgeführt
wird. Die Elektroden befinden sich bei dieser Elektrolysezelle geneigt in einem Winkel von 5 bis 45° zur
Vertikalen. Mit steigendem Winkel von der Vertikalen μ steigen die benötigten Betriebsspannungen, wodurch
eine solche Zelle unwirtschaftlich wird. Die Elektrolytströmung erfolgt parallel zu den Elektroden. Wesentlich
bei dieser bekannten Elektrolysezelle ist es, daß die in unmittelbarer Nähe der Kathode entstehenden Gase
aus dem eigentlichen Elektrolysebereich entfernt werden, um damit die Ausbildung einer Gashaut an den
Elektroden zu vermeiden.
Gegenstand der US-PS 31 19 760 ist eine Redoxzelle, in der keine Gasentwicklung stattfindet. Bei dieser
Konstruktion sind die Elektroden horizontal angeordnet und abwechselnd als Anode und Kathode geschaltet
Die Elektroden als solche sind massive Platten mit einzelnen öffnungen für eine Zwangsströmung des
flüssigen Mediums. Es wirkt jeweils eine Anode mit einer Kathode zusammen und die ganze Anlage ist eine
Obereinanderschichtung derartiger Einzelzellen. In jeder Zelle ist die Strömung des Elektrolyten parallel zu
den Elektroden. Der Elektrolyt durchströmt die einzelnen Zellen hintereinander. Dafür ist — wie leicht
ersichtlich — ein Pumpsystem erforderlich.
Aufgabe der Erfindung ist nun eine Elektrolysezelle, deren Konstruktion einfach in der Herstellung und
Wartung ist, die mit hoher Stromausbeute und Leistung an dem angestrebten. Produkt arbeitet, ohne daß eine
komplizierte oder aufwendige Elektrolytströmung erforderlich wäre.
Die Erfindung geht nun aus von einer diaphragmalosen Elektrolysezelle mit zumindest einem Stapel
horizontal angeordneter, zueinander paralleler abwechselnder Anoden und Kathoden sowie Zuführungen und
Abführungen für den elektrischen Strom, den Elektrolyten und die Reaktionsprodukte. Sie ist dadurch
gekennzeichnet, daß die Elektroden durchbrochen sind und jeweils die Anoden und Kathoden zusammengeschaltet
sind.
Erfindungswesentlich ist somit, daß die in der Elektrolysezelle angeordneten Elektroden horizontal
angeordnet sind und abwechselnd Kathoden und Anoden kammartig ineinandergreifen, wobei zwischen
den entgegengesetzt geladenen Elektroden ein minimaler Abstand eingehalten werden kann. Dadurch daß die
Elektroden durchbrochen sind, wird die Gasentwicklung an den Elektroden nicht beeinträchtigt, sondern im
Gegenteil dazu verwertet, den Elektrolyten vom Einlauf zum Auslauf zu befördern und eine rasche und
vollständige Umsetzung durch die angestrebte elektrochemische Reaktion zu gewährleisten. Bei der erfindungsgemäßen
Elektrolysezelle bewirkt der Auftrieb der aufsteigenden Gasblasen durch den Raum des
Elektrolyten und durch die Elektroden in einfacher Weise eine gute Durchmischung und eine Förderung
des Elektrolyten vom Eintritt zum Austritt. Diese Strömung ist besonders geeignet zur raschen Heranführung
der umzusetzenden Produkte an die Elektroden und Abführung der Reaktionsprodukte. Diese Elektrolytströmung
quer und durch die Elektroden bei der erfindungsgemäßen Zelle steht im Gegensatz zu dem
Stand der Technik, wo durchwegs nur eine parallele Strömung des Elektrolyten an den Elektroden stattfand.
Man war nämlich der Ansicht, daß diese parallele Eiektrolytströmung entlang der Elektrodenoberfläche
erforderlich ist, um die Gashaut zu zerstören und eine Passivierung der Elektroden zurückzudrängen.
Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Elektrolysezelle liegt auch darin, daß kein Pumpensystem
für die Förderung des Elektrolyten benötigt wird. Schließlich sind alle Elektroden gleicher Polarität
zusammengefaßt zu einer Stromschiene, wodurch die Schaltungsarbeit und die Manipulation bei Wartung
oder Austausch vereinfacht wird.
Purch die Möglichkeit, einen besonders geringen
Elektrodenabstand einzuhalten, und bei der guten Elektrolytmischung führt die erfindungsgemSße Elektrolysezelle
zu hohen Reaktionsgeschwindigkeiten, geringen Betriebsspannungen bei gleichzeitig hoher
Strom- und Energieausbeute, In Folge der speziellen Elektrolytführung durch die Elektroden selbst kommt es
zu einer geringeren Polarisation der Elektroden, weil
die Produktkonzentration an der Grenzfläche gering gehalten werden kann.
Die erfindungsgemäßen Zellen können zu größeren Einheiten hintereinander angeordnet und zusammengeschlossen
werden. Man kann aber auch bipolare Elektroden zwischen Endelektroden vorsehen.
Die bipolaren Elektroden werden voneinander und von den Endelektroden durch eine elektrisch isolierende
und im wesentlichen flOssigkeitsabdichtende Trennwand
getrennt, welche sie durchdringen.
Bei dieser verschachtelten Elektrodenanordnung bzw. diesen kammerartig ineinandergreifenden Elektroden
fließt der elektrische Strom somit vor, einem Teil der einen Polarität zu dem anderen Teil der
entgegengesetzten Polarität in der benachbarten Zelleneinheit
Bei den monopolaren und auch bipolaren Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Zelle strömt der Elektrolyt schnell von einer Stelle unter der unteren
Endelektrode durch das Elektrodenpaket, bedingt durch den Auftrieb der an den Elektroden gebildeten Gase.
Beachtlich erhöhte Strömungsgeschwindigkeiten des Elektrolyten aufwärts ungefähr senkrecht zu di.r
Elektrodenebene wird durch Abschluß der Kanten des Elektrodenpakets bewirkt. Bei einer einzigen Zelleneinheit
werden die Elektroden an den Längskanten z. B. mit Hilfe von Abstandshaltern, Halterungsstäben, Leitungsstäben und Zwischen- und Unterlegscheiben, in der
Zelle gehalten. Die Querkanten der Elektroden werden im wesentlichen unmittelbar an der Zellenwand oder
der Trennwand angeordnet. Beispielsweise wird das ganze so befestigt, daß ungefähr 3 mm Abstand
zwischen den Elektrodenkanten und den Zellenwänden vorhanden ist. Bei einer anderen Ausführungsform
werden die Elektrodenkanten nicht so eng an den Zellenwänden angeordnet und in dem Abstand ein
elektrisch nichtleitender Abstandshalter vorgesehen, jedoch noch ein kleiner Abstand von ungefähr 3 min
zwischen Elektrodenkanten und Abstandshalter gelassen. Man kann aber auch alle oder einen Teil der Kanten
mit Hilfe eines undurchlässigen Streifens eines elektrisch nichtleitenden Materials, wie eines Kunststoffs, an
dem tragenden Rahmen fixieren. Manchmal ist eine Temperaturregelung nötig. In diesem Fall kann man in
einem Bereich der Zelle das Elektrodenpaket und in einem anderen Bereich Kühlschlangen vorsehen, wobei
die beiden Bereiche durch eine Trennwand, die nicht bis zum Boden der Zelle reicht und obere Ausschnitte hat,
um darüber die Zirkulation des Elektrolyten zu ermöglichen, gegeneinander abgeteilt sind. Der Elektrolyt
fließt abwärts längs der Kühlschlangen und durch den Bodenkanal in der Trennwand zu den Elektroden.
Die Elektroden werden durch Abstandshalter, Abstandsscheiben, Leiterstäbe und Endstäbe in entsprechender
Lage gehalten und voneinander durch elektrisch nichtleitende Bauteile isoliert. Werden dafür
flache oder zylindrische Elemente verwendet, so sind sie im allgemeinen in abwechselnde Öffnungen an den
äußeren Kanten der Elektroden eingesetzt. Sie können aber auch in andere Teile der Elektroden eingesetzt
sein. Diese Isolatoren bestehen aus inerten Stoffen und können eine beliebige Form besitzen. Im allgemeinen
bestehen sie z, B. aus Polyvinylidenchlorid, Polyvinylchlorid,
nachchloriertem Polyvinylchlorid, Polyvinylfluorid
oder Polytetrafluorethylen und können massiv oder hohl und z, B, zylindrisch oder flach sein. Ab
Abstandshalter eignen sich auch nichtleitende Streifen mit Erhebungen — wie knopfartige Vorsprünge —, die
eine Fixierung in den Elektrodenöffnungen gestatten,
ίο Sie sollen einen elektrischen Kontakt und damit einen
Kurzschluß zwischen den Elektroden verhindern und gleichzeitig eine maximale Strömung des Elektrolyten
durch die Elektroden ermöglichen.
Die Erfindung wird anhand von Zeichnung weiter erläutert.
Fig.! ist eine Seitenansicht emer Elektrolysezelle
nach der Erfindung mit einer Vielzahl von Elektroden in einer einzigen Kammer, wobei die Kammerwände
teilweise abgebrochen sind und Her Deckel entfernt
20 wurde; Fig.2 ist eine Endansicht einer Anodenanordnung
nach F i g. 1 einschließlich der Abdeckung, wobei die Stirnwände und die Trennwand weggelassen sind und
der Zirkulationsbereich nicht gezeigt ist;
F i g. 3 ist eine Endansicht einer Kathodenanordnung nach F i g. 1, wobei die Stirnwände, die Kammerabdekkung
und die Trennwand weggelassen sind und der Zirkulationsbereich gezeigt wird;
F i g. 4 zeigt einen Querschnitt durch die Elektrodenanordnung nach F i g. 5 längs der Linie 4-4. Es wird die
Anordnung in einer Kammer dargestellt, die eine Kühlschlange und Trennwände oder Leitbleche enthält,
wobei die Pfeile die Strömungsrichtung anzeigen;
F i g. 5 ist ein Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Zelle, wobei die Seitenwände nicht gezeigt werden und
die Pfeile die Strömungsrichtung angeben.
Die Zelle 9 in den F i g. 1 bis 3 besteht aus Seitenwänden 10, einem Boden 11 und einer Abdeckung
IZ Das Elektrodenpaket oder der Elektrodenstapel enthält eine Vielzahl von dimensionsstabilen Anoden 15
und eine Vielzahl von Kathoden 16. Die Zelle und die Abdeckung können aus einem beliebigen beständigen
Material bestehen, insbesondere aus Kunststoff wie Polyäthylen, Polyvinylchlorid, nachchloriertem Polyvinylchlorid
oder Polytetrafluorethylen. Bevorzugt ist Polyvinylchlorid mit Glasfaserschicht.
Die dimensionsstabile Anode 15 enthält ein elektrisch leitendes Substrat mit einer Beschichtung aus einer
festen Lösung von mindestens einem Edelmetalloxid und mindestens einem Ventilmetalloxid. Die geometrische
Form der Anoden kann variieren vorausgesetzt, daß sie mit winzigen Öffnungen versehen sind. Das
Suustrat besteht z. B. aus Titan, Tantal, Niob und Zirkonium, wobei ein Streckmetall aus Titan bevorzugt
wird. Die Anodenbeschichtung aus den festen Lösungen ist elektrisch leitend und katalytisch bzw. elektrokatalytisch
wirksam. Das Wirtsgitter ist dabei meist das eines Venlilmetalls (Titan, Tantal, Niob und Zirkonium), das
mit Edelmetallen (Platin, Ruthenium, Palladium, Iridium, Rhodium und Osmium) dotiert ist. Titandioxid-Rutheniumdioxid
wird bevorzugt. Das Mo've>'häftnis von Ventilmetall zu Edelmetall variiert zwischen (0,2—5); 1;
bevorzugt beträgt es 2 :1.
Gegebenenfalls kann man diese festen Lösungen modifizieren, beispielsweise indem ein Teil des Edelmetalloxids bis zu 50% durch Zinndioxid ersetzt wird. Ein Defekt-Elektronen-Gitter kann mit Kobaltverbindungen, insbesondere Kobalttitanat, modifiziert werden,
Gegebenenfalls kann man diese festen Lösungen modifizieren, beispielsweise indem ein Teil des Edelmetalloxids bis zu 50% durch Zinndioxid ersetzt wird. Ein Defekt-Elektronen-Gitter kann mit Kobaltverbindungen, insbesondere Kobalttitanat, modifiziert werden,
wodurch eine Stabilisierung eintritt und die Betriebszeil der Anoden verlängert werden kann. Als dimensionsstabile
Anode kann man auch ein Substrat mit einem Überzug aus chemisch und mechanisch beständigen
organischen Polymeren und festen Lösungen von Ventilmetall- und Edelmetalloxiden anwenden, wobei
das Polymere z. B. ein Fluorkohlenwasserstoff wie Polyvinylfluorid oder Polyvinylidenfluorid ist.
Geeignet sind aber auch Überzüge aus Edelmetallen oder Edelmetallegierungen, insbesondere Platinlegie- in
rungen (GB-PS 21 95 871).
Die Kathode kann wie üblich aus einem beliebigen korrosionsbeständigen Werkstoff bestehen, wie rostfreier
Stahl, Nickel, Titan, Blei und Platin. Man kann auch gesinterte oder poröse, katalytische wirksame r>
Flächen mit niedriger Wasserstoffüberspannung anwenden, wie sie auch bei den dimensionsstabilen
Anoden vorliegen.
Die Träger 22 bestehen aus korrosionsbeständigen Schraubenbolzen, vorzugsweise aus Titan, und erstrekken
sich durch öffnungen an einem Ende jeder Kathode und Anode. Die Tragstäbe 18 liegen den beiden
Endelektroden an. Zwischen den Elektroden befinden sich Abstandsstäbe 19. Abstandshalter 21 und Leiterstäbe
20. durch deren Bohrungen sich die Träger 22 _>-,
erstrecken. Damit ist das Elektrodenpaket sicher gehalten. Die Träger 22. Abstandshalter und Leiter
haben freie Enden mit Außengewinde, auf die Mutlern zur Halterung aufgeschraubt sind. Die auf diese Weise
an einer Seite fixierten Anoden enden kurz vor der m
Fixierung der Kathoden. Die Kathoden sind auf gleiche Weise befestigt und enden kurz vor der Fixierung für die
Anoden. Dadurch kommt es zu keinem Kurzschluß.
Die in der Zeichnung gezeigte Kathodenabstütziing weist mehrere Abstandshalter als die Anodenabstüt- r,
zung auf. weil in der gezeigten Anordnung weniger Kathoden vorhanden sind, und um ausgeglichene
Elektrodenflächen zu erhalten, sind zusätzliche Abstandshalter für die Kathodenabstützung erforderlich.
Eine Stabilisation 24 aus Streifen aus elektrisch ^i
r*-i. ■-■. ι 1 — r»-i
erfolgt. Die Fixierung der Abdeckung 12,12a miteinander
und mit der Kautschukdichtung 27 geschieht durch Muttern. Die auf die Stäbe aufgeschraubten Muttern
gewährleisten einen ausreichenden Druck für einen dichten Abschluß des Abstands zwischen dem Stab und
dem Rohr. Die beiden Muttern 29 sind oben auf den Stäben eingeschraubt und fixieren damit den durchbrochenen
Teil einer langen Stromschiene 30. Die Stromschiene hat Bohrungen, in die die Stäbe passen,
wodurch der Stromanschluß an die Energiequelle erreicht ist. Es kann eine Schutzkappe 51 aus
Isoliermaterial über die Stromanschlüsse gestülpt werden, um eine chemische und atmosphärische
Korrosion weitgehend auszuschalten.
Um das Elektrodenpaket über dem Boden der Zelle zu halten, können Paletten 31 angewandt werden, die
dem Elektrolyt eine Strömung von im wesentlichen 90° zur Elektrodenfläche ermöglichen. Dadurch kann der
unten zugeführte Elektrolyt nach einer Umlenkung von ~ 90° aufwärts durch das Elektrodenpaket strömen.
Die Leitersläbe 20 können aus irgendeinem Ventilmetall
bestehen; Titan wird bevorzugt.
Die Anzahl der Elektroden in den erfindungsgemäßen Zellen sollte für eine ausreichende Elektrolytströnning
und eine ausreichende Freisetzung der Gase bemessen werden. Meist werden mehrere Zelleneinheiten in
Reihen geschaltet zu einer Anlage vereinigt, um die Elektrodenzahl erhöhen zu können, ohne die Stromausbeute
zu verschlechiern.
Wie oben angedeutet, soll der Elektrodenabstand möglichst gering sein, damit der elektrische Widerstand
klein ist. Gleichzeitig muß jedoch eine schnelle, durch die Gasentwicklung unterstützte Elektrolytströmung
gewährleistet sein. Der Elektrodenabstand kann ungefähr 0.25 bis 6.3 mm betragen. Um jedoch eine maximale
Stromausbeute zu erhalten, sollte der Elektrodenabstand ungefähr 0.5 bis I mm sein. Um den Abstand
aufrechtzuerhalten, werden nichtleitende Abstandshalter z. B. aus keramischen Stoffen oder Kunststoffen wie
Polyäthylen. Polyvinylchlorid, Polypropylen verwendet:
nylchlorid, nachchloriertem Polyvinylchlorid, Polytetrafluorethylen)
ist am oberen Ende der Träger 22 mit Muttern 23 und Beilagscheiben 23a vorgesehen, um
insbesondere eine horizontale Bewegung der Elektro- -r,
den zu vermeiden.
Ein Elektrodenabstand von ungefähr 0.76 mm wird durch hohle oder massive, zylindrische oder flache
Stücke 17 aus elektrisch isolierendem Kunststoff (wie aus Polypropylen. Polyvinylidenchlorid. Polyäthylen) -,0
gewährleistet, die in die Öffnungen der Kathoden eingreifen.
Der Stromanschluß erfolgt über die oberen und unteren Leiterstäbe 20 bzw. 22a mit Innengewinde, die
sich im Abstand zwischen den Elektroden befinden und von den Trägern 22 gehalten werden, indem sie sich
durch Öffnungen in den Leiterstäben erstrecken. Leiterstäbe sind in zwei Niveaus für die Stromverteilung
vorgesehen. Der Strom wird den Leiterstäben durch mit Außengewinde versehene angeschraubte Stäbe 25 ω
zugeführt, die über die Elektroden hinausreichen. Die Stäbe 25 sind von Rohren 26 umgeschlossen. Eine
Berührung der Stäbe mit dem Elektrolyten wird durch Stützringe 25a und Kautschukdichtungen 256und durch
die Abdeckung 12 mit oberem Teil 12a, Kautschukdichtung 27 und Schraubenmutter 28 verhindert. Die
Kupferstäbe besitzen oben ein Außengewinde, über das der Verschluß mit Hilfe der Abdeckung 12 und 12a
Ul V. .3 V, (\WI 111\. 11 PiU CV, II t, MdIUMJiCtIIg, ltClV.ll, £. V Il IIUI 1I>L·! 1
oder dergleichen sein.
In Fig. 3 ist die Elektrolytströmung innerhalb der
einzelnen Zellen bzw. Zelleneinheiten durch Pfeile angedeutet. Eine Trennwand 32 in der Zelle 9 zwischen
den Seitenwänden 10 läßt am Boden 11 einen Durchtritt
für den Elektrolyt frei, so daß die Zellenteile 9a, 9b kommunizieren. In 9Z>
ist eine Möglichkeit zur Einstellung der gewünschten Temperatur vorgesehen.
In dem Zellenteil 9a befindet sich das Elektrodenpakct. dessen drei Kanten im wesentlichen an die Zellenwände
und die vierte Kante an die Trennwand reichen bzw. von diesen durch isolierende Abstandshalter getrennt sind.
Wenn die Kanten des Elektrodenpakets an die Zellen- und Trennwand reichen, strömt der in den Zeilenteil 9b
eingeführte Elektrolyt unter der Trennwand durch und durch die durchbrochenen Elektroden, und zwar
aufsteigend von der unteren Endelektrode bis zur oberen Endelektrode, und dann aus dem Zellenteil 9a
durch den oberen Elektrolytdurchtritt in der Trennwand wieder in den Zellenteil 96. Bei in Serie geschalteten
Zelleneinheiten durchströmt der Elektrolyt die Einheiten hintereinander, bis er aus der letzten ausgetragen
wird Ein Stromdurchgang von Einheit zu Einheit sollte dabei jedoch vermieden werden.
In F i g. 5 ist eine Anlage mit mehreren Zelleneinheiten im Sinne der F i g. 2 und 3 dargestellt und zwar mit
Endanode 15' in Kammer 35 und Endkathode 16' in
Kammer 39 und dazwischen Kammer 36,37 und 38 mit bipolaren Elektroden 46. Der Stromanschluß erfolgt
über Leiterstab 20' in Kammer 35 bzw. 39. Die bipolaren Elektroden 46 sind aufgebaut aus durchbrochenen,
ebenen, zueinander parallelen horizontalen, dimensionsstabilen Anodenteilen 48 und ebenen, parallelen,
durchbrochenen, horizontalen Kathodenteilen 49.
L?.e Zelle 9' besitzt eine Trennwand 32' zwischen den
Zellen 10', die die Zelle in den Elektroden-Zellenteil 9a' und den Strömungs-Zellenteil 9b' teilt. Jede Einheit ist
von der benachbarten durch eine '/'rennwand 43
getrennt, und zwar zum Zellenteil 9a' elektrisch isolierend und flüssigkeitsabdichtend zwischen 32' und
10' und durch eine Trennwand 40 zum Zellenteil 9b'
flüssigkeitsabdichtend zwischen 32' und 10'. Wenn Elektrolyt in den Teil 9i>'der Kammer 35 eintritt, strömt
er von 96'durch den unteren Durchtritt 41 in 32' in den
Teil 9a'und damit unter die untere Endelektrode, dann uuicii uiii LickuOucnpakc! und die obere Endcickircde
und gelangt durch den oberen Durchtritt 42 in 32' wieder in den Zellenteil 9b'. Von dem Elektrolyt
mitgenommene Gase können hier ausgetragen werden. Der Elektrolyt durchströmt diese Einheit 35 einige
Male. Wenn das Niveau in der Kammer 35 steigt, fließt Elektrolyt über die Trennwand 40 in den Strömungsteil
der benachbarten Kammer 36. da die Wand 40 weniger hoch ist als die Wand 43. aber höher als der Durchtritt
42 durch die Trennplatte 32'. In dieser Weise durchströmt der Elektrolyt hintereinander alle Einheiten
der Zelle und tritt aus der lcl/ten Einheit bei 47 aus.
Die Halterung der Endclektrodenpakete und deren Werkstoffe entsprechen F i g. I bis 3. Die Halterungen
für die bipolaren Elektroden unterscheiden sich von den Halterungen für die Endpakete dadurch, daß die
Abstandshalter 50 aus nichtleitendem Material bestehen. Halterungen 45 für die Elektrodenpakete sind in
jeder Kammer vorgesehen, gestatten jedoch die Elektrolytströmling am Boden unter der unteren
Endelektrode. Eine Grundplatte 44 kann gegebenenfalls mit den Halterungen 45 verbunden sein, um die
Befestigung der ganzen Baugruppe in der Zelle 9' zu erleichtern.
Der Anoden- bzw. Kathodenteil der bipolaren Elektroden entsprechen im allgemeinen den oben
beschriebenen Anoden und Kathoden.
Bei diesen mehrzelligen Anlagen wird eine Elektrolytströmung von Einheit zu Einheil durch die Trennwände 43 und Abstandshalter 50 vermieden; diese ist nur
über die Trennwände 40 möglich. Ein Stromfluß von Einheit zu Einheit wird durch die isolierenden
Abstandshalter 50 vermieden.
Ί Die erfindungsgemäße Zelle eignet sich z. B. zur
Herstellung von Alkalihypochlorit aus einer wäßrigen Alkalihalogenid-Lösung bei etwa 15 bis 4O0C und einem
pH-Wert von ungefähr 6 bis 10, insbesondere aus einer Salzlösung mit einer Konzentration von ungefähr 25 bis
in 30 g/l. Der pH-Wert beträgt 8,5 bis ungefähr 9,2 und die
Temperatur ungefähr 20 bis 25"C.
Die bevorzugte dimensionsstabile Anode isl ein Titan-Streckmetall, das eine Beschichtung aus einer
festen Lösung von Titandioxid und Rutheniumdioxid
r. besitzt. Die Kathode ist bevorzugt ein offenmaschiges
Titannetz.
Überraschenderweise wurde festgestellt, daß die Zugabe von geringen Mengen an Chrom und Vanadium
in die Alksühslo^eni''-' Os11H0 di^ Sfforn^'ishpntp
:ii während de.· Elektrolyse verbessert. Die Zugabe von
Chrom und Vanadium geschieht etnweder durch Anwendung von selbstverzehrenden Anoden oder
durch die Zugabe von Verbindungen, wie Natriumchro· mat und Natriumvanadat. Es ist besonders unerwartet
j-, und überraschend, daß die Stromausbeute schon durch
die Zugabe von sehr geringen Mengen an Chrom und Vanadium in der Größenordnung von ungefähr 0.1 bis
0,6 ppm. vorzugsweise von ungefähr 0.3 ppm, verbessert wird. Obgleich die Wirkungsweise des Chroms und
in Vanadiums nicht bekannt ist, nimmt man an. daß sie eine
kathodische Zersetzung des Hypochlorits zurückdrängen.
Die erfindungsgemäßc Zelle eignet sich auch zur Herstellung von Alkalichlorat durch Elektrolyse von
r, ζ. B. einer Lösung von 300 g/l NaCI bei ungefähr 60 bis
800C und dem pH-Wert von ungefähr 6,0 bis 7,5.
Bevorzugt enthält die wäßrige Lösung 315 g/l NaCI und etwa 2 g/l Natriumbichromat bei ungefähr 60 bis 700C
und einem pH-Wert von 6.8 bis 7.2.
Beispiele 1 bis 4
In der folgenden I abelle sind die in einer Anlage nach
F i g. I bis 4 bei der Herstellung von Natriumhypochlorit
j-, entstehenden Produkte angegeben, und zwar bei
absatzweisem Betrieb, einer Salzkonzentration von 30 g/l und 23 bis 270C.
Tabelle I | V | A | kW ■ h/kg | Verfügbares | Stromaus |
Beispiel | verfügbares | Chlor | beute | ||
Chlor | g/l | % | |||
3,73 | 1280 | 0,66 | 1,9 | 86 | |
1 | 3,73 | 1280 | 0,72 | 3.7 | 80 |
2 | 3,73 | 1280 | 0,79 | 7,1 | 70 |
3 | 3,73 | 1280 | 1,21 | 9,9 | 56 |
4 | |||||
Bei den folgenden Beispielen wurden drei Anlagen nach Fig. 1 in Reihe in einer einzigen Zelle angewandt
Die Natriumchloridlösung, 30 g/l NaCl, 15 bis 28 C, wurde kontinuierlich in die Zelle eingeleitet.
ιο
Tabelle II | V | Λ | kW · h/kg verfügbares Chlor |
Oesätt. Salz lösung l/min |
Wasser l/min |
Verfügbares Chlor g/l |
Stromausbeute % |
Beispiel | 11,71 11,93 11,53 |
2500 3000 2000 |
1,03 0,99 0,90 |
0,92 1,59 1,29 |
9,1 11,7 12,3 |
9,34 9,56 6,6 |
57 63 66 |
5 6 7 |
|||||||
Beispiele 8 bis 10
Ks wurde Natriumchlorat hergestellt und zwar aus 17^ 1 gesättigter Sal/H'sung (300 g/l NaCl und 2 g/l Natriumbichromat)
in einer Anlage nach Fig. 1 bis 4.
Tabelle I | III | Kl · Zeit | Natrium | Klemmen | Temp. | Stromausbeute | kW · h/t |
Beisp. | Stromdichte | chlorat | spannung | ||||
h | g/l | V | t | % | Chloral | ||
Λ/dtn3 | 2 | 40 | 3,77 | 58 | 92,6 | 5062 | |
8 | 31 | 2.5 | 203 | 3,88 | 47 | 88 | 5488 |
9 | 31 | 1,5 | 185 | 3.33 | 47 | 94,0 | 4409 |
10 | 15,5 | ||||||
Hierzu 3 Blatt Zciclimumeii
Claims (2)
- Patentansprüche;1, Diaphragmalose Elektrolysezelle mit zumindest einem Stapel horizontal angeordneter zueinander paralleler abwechselnder Anoden und Kathoden sowie Zuführungen und Abführungen für den elektrischen Strom, den Elektrolyt und die Reaktionsprodukte, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden durchbrochen sind und jeweils die Anoden und Kathoden zusammengeschaltet sind,
- 2. Verfahren zum Betreiben der Elektrolysezelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Elektrolyt unter der untersten Elektrode einführt und mit Hilfe des Auftriebs der gebildeten Gase die Strömung durch die durchbrochenen Elektroden bis zur oberen Abführung bewirkt.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US22090272A | 1972-01-26 | 1972-01-26 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2303589A1 DE2303589A1 (de) | 1973-08-02 |
DE2303589B2 DE2303589B2 (de) | 1979-11-22 |
DE2303589C3 true DE2303589C3 (de) | 1980-07-31 |
Family
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: ELTECH SYSTEMS CORP., BOCA RATON, FLA., US |
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8328 | Change in the person/name/address of the agent |
Free format text: FRHR. VON UEXKUELL, J., DIPL.-CHEM. DR.RER.NAT. GRAF ZU STOLBERG-WERNIGERODE, U., DIPL.-CHEM. DR.RER.NAT. SUCHANTKE, J., DIPL.-ING. HUBER, A., DIPL.-ING. VON KAMEKE, A., DIPL.-CHEM. DR.RER.NAT., PAT.-ANW., 2000 HAMBURG |