DE2821980C2 - Elektrolyt-Verteilvorrichtung für filterpressenartig angeordnete Elektrolysezellen - Google Patents

Description

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Durchmessers der Rohranschlüsse (4) zu dem der Bohrungen (3) etwa 15 ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Einsteckrohr (1) aus dem Zulaufrohr (2) herausziehbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Einsteckrohr (1) flexibel ausgebildet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Einsteckrohr (t) auf eine Trommel aufwickelbar ist.

Die Erfindung betrifft eine Elektrolyt-Verteilvorrichtung für filierpressenartig angeordnete Elektrolysezellen mit mindestens einem gemeinsamen Zulaufrohr mit Rohranschlüssen für die einzelnen Elektrodenkammern.

In Elektrolysezellen erfolgt beispielsweise die Chloralkalielektrolyse, unter der man die Gewinnung von Chlor, Wasserstoff und Ätzalkalien aus wäßrigen Lösungen von Alkalichloriden durch elektrische Energie versteht. Daneben wächst die Bedeutung der elektrolytischen Zerlegung von Salzsäure. Bei der Herstellung von Alkali- oder Erdalkalimetallen durch Elektrolyse geschmolzener Salze fällt Chlor als Nebenprodukt an.

Einige dieser Produkte werden als Grundchemikalien in sehr großen Mengen hergestellt. Im Falle der Chloralkalielektrolyse werden Anlagen betrieben, in deren einzelnen Stromkreisen 500 bis 1000 Tonnen Chlor pro Tag erzeugt werden. In diesen Anlagen werden Stromstärken bis etwa 500 000 A erzielt, und abhängig von dem benutzten Verfahren werden mehr oder weniger viele Elektrolysezellen zu einem Stromkreis zusammengeschaltet.

Fließt durch eine elektrochemische Zelle mit alkalichloridhaltigem, wäßrigem Elektrolyten ein elektrischer Gleichstrom, so wird am positiven Pol, der Anode, vorwiegend Chlorgas gebildet, während am negativen Pol, der Kathode, Wasserstoffgas und Alkalihydroxid entstehen. Eine Durchmischung der Produkte, und damit eine Rückreaktion, muß verhindert werden. Zu diesem Zweck wurden zunächst zwei verschiedene Verfahren entwickelt, und zwar das sogenannte

ίο Quecksilberverfahren und das Diaphragmenverfahren.

Beim Diaphragmenverfahren trennt eine poröse

Scheidewand (Diaphragma) den Anodenraum vom Kathodenraum und verhindert eine Vermischung und damit die Rückreaktion der an den Elektroden abgeschiedenen Produkte.

In letzter Zeit setzt sich zunehmend ein drittes Elektrolyseverfahren, das sogenannte Membranzellenverfahren, durch. Da dimensionsstabile Anoden und permselektive Membranen zur Verfugung stehen, können Elektrolysezellen mit einer dünnen, zwischen flachen Elektroden aufgespannten Trennmembran hergestellt werden. Durch Aneinanderfügen mehrerer derartiger Elektrolysezellen wird ein filterpressenartig aufgebauter Zellenblock erhalten. Filterpressenartig angeordnete Elektrolysezellen sind beispielsweise aus der DE-PS 10 54 430 und der DE-OS 22 22 637 für die Elektrolyse wäßriger Salzsäure und aus der DE-OS 25 10 396 tür die Chloralkalielektrolyse bekannt. Die Zellenelemente sind im allgemeinen in Halterahmen

Ό gehalten. Mit Hilfe einer geeigneten Anpreßvorrichtung, beispielsweise einer hydraulischen Vorrichtung, eines Zugankers oder einzelner Schrauben wird der Zellenblock unter Zwischenlage von Dichtungen zwischen den Zellenelementen zur gegenseitigen Abdich-

-S5 tung zusammengepreßt und bildet so, gegebenenfalls auf einem Gestell montiert, eine starre Einheit, die etwa 10 bis beispielsweise 100 Zellenelemente und eine dementsprechende Produktionskapazität aufweisen kann.

■to Bei der Filterpressenbauweise muß den einzelnen Elektrodenkammern der Elektrolyt einzeln zugeführt werden, d. h. die einzelnen Kammern weisen jeweils Rohranschlüsse auf, die gegebenenfalls gruppenweise mit einem oder mehreren Zulaufrohren verbunden sind.

So ist es aus der US-PS 40 31001 bekannt, die Anodenkammern eines filterpressenartig aufgebauten Zellenblocks mit einem ersten gemeinsamen Zulaufrohr und die Kathodenkammern mit einem entsprechenden zweiten gemeinsamen Zulaufrohr für Elektrolyseflüssigkeit zu verbinden.

Da die Strömungsgeschwindigkeit der den Elektrodenkammern zugeführten Elektrolyseflüssigkeit relativ gering ist und da es andererseits für den störungsfreien Betrieb des Zellenblocks außerordentlich wichtig ist, daß den einzelnen Elektrodenkammern die gleichen Flüssigkeitsmengen zugeführt werden, sind bei den aus der US-PS 40 31 001 bekannten Elektrolysezelle in den Rohranschlüssen für die Elektrodenkammern Düsen vorgesehen, so daß der Druckabfall im gemeinsamen

w) Zulaufrohr im Vergleich zu dem in der einzelnen Düse praktisch vernachlässigbar ist. Aufgrund des geringen Flüssigkeitsstromes muß der erforderliche Düsendurchmesser sehr klein sein, so daß die Düsen durch in den Elektrolytströmen unvermeidlich mitgeführte Feststoff-

t>> teilchen leicht verstopfen können. Eine Unterbrechung der Elektrolytzufuhr muß jedoch vermieden werden, da anderenfalls in der Elektrolysezelle ein ungünstiger Betriebszustand eintreten kann, der zu deren Beschädi-

gung oder Zerstörung führen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verteilvorrichtung der eingangs beschriebenen Art mit hoher Betriebssicherheit zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindung-sgemäß dadurch gelöst, daß in dem Zulaufrohr zumindest im Bereich der Rohranschlüsse ein durchgehendes Eit.^teckrohr vorgesehen ist, das einseitig geschlossen und am anderen Ende mit dem Zulaufrohr verbunden ist und radiale Bohrungen aufweist, und daß das Zulauf rohr und Jas Einsteckrohr so bemessen sind, daß zwischen diesen ein Ringraum verbleibt. Falls einzelne Bohrungen des Einsteckrohrs verstopft werden, so erhalten die mit dem Ringraum zwischen dem Zulaufrohr und dem Einsteckrohr über die Rohranschlüsse in Verbindung stehenden Elektrodenkammern noch genügend Elektrolytflüssigkeit, um gefährliche Betriebszustände zu vermeiden.

In vorteilhafter Weise liegen die Bohrungen des Einsteckrohrs den entsprechenden Rohranschlüssen gegenüber, so daß die Flüssigkeitszufuhr im wesentlichen nur durch den begrenzenden Durchmesser der Bohrungen in der gewünschten Weise behindert ist.

Erfindungsgemäß weisen das Zulaufrohr und/oder das Einsteckrohr kreisförmige Querschnitte auf, wobei in vorteilhafter Weise die beiden Rohre zueinander koaxial sind.

Um die gewünschte Düsenwirkung weitgehend auf das Einsteckrohr zu beschränken, ist der Durchmesser der Bohrungen kleiner als der der Rohranschlüsse; vorzugsweise beträgt deren Durchmesserverhältnis i< > etwa 1/15.

Erfindungsgemäß ist das Einsteckrohr derart ausgebildet, daß es aus dem Zulaufrohr, etwa zum Reinigen oder zum Austausch gegen ein anderes Einsteckrohr mit einem anderen Durchmesser der Bohrungen, herausge- y> zogen werden kann. In vorteilhafter Weise ist das Einsteckrohr dabei flexibel ausgebildet, so daß die Montage bzw. die Demontage des relativ langen Einsteckrohrs er'eichtert wird. Zu diesem Zweck kann das etwa als Schlauch ausgebildete Einsteckrohr auf mi einer Trommel aufgewickelt werden.

Die Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 a eine Endansicht einer Elektrolysezelle mit im Rahmen integrierten Zulaufrohren, 4-j

Fig. Ib einen Teillängsschnitt eines Zellenblocks in der Ebene der Achsen eines Zulaufrohrs und der zugehörigen Rohranschlüsse und

F i g. 2a und 2b Ansichten ähnlich den F i g. 1 a bzw. 1 b einer anderen Ausführungsform.

Bei der in F i g. 1 dargestellten Ausführungsform besteht ein Zellenblock 10 aus einer Vielzahl Zellenelementen A und B, die filterpressenartig abwechselnd hintereinander angeordnet sind. Diese Zellenelemente bestehen beispielsweise bei Diaphragmenzellen aus den 5-5 Elektrodenelementen, wobei jedes Elektrodenelement wiederum durch ein nicht eingezeichnetes Diaphragma zwischen einem Elektrodenpaar in einen Kathoden- und einen Anodenraum unterteilt ist.

Besteht dagegen der dargestellte Zellenblock aus «1 Membranzellen, so handelt es sich bei den Zellenelementen A und B um Kathoden- bzw. Anodenelemente oder umgekehrt. In diesen Fällen ist zwischen den benachbarten Zellenelementen A und B jeweils eine als Trennwand ausgebildete, nicht eingezeichnete Mem- t>-, bran aufgespannt.

Sowohl bei einem Diaphragmen- als auch einem Membranzellenblock sind die Zellenelemente A mit einem gemeinsamen ersten Zulauf rohr 20 (F i g. 1) bzw. 20' (Fig.2) und die Zellenelemente B mit einem gemeinsamen zweiten Zulauf rohr 2 (Fig. 1) bzw. 2' (F i g. 2) verbunden.

Bei der Ausführungsform der r i g. 1 sind die beiden Zula'ifrohre 2, 20 in den Zellenrahmen integriert und verlaufen beispielsweise an der Unterseite des Zellenblocks parallel zur Blocklängsachse.

Gemäß Fig. Ib ist in das Zulaufrohr 2 ein Einsteckrohr 1 eingesetzt, dessen Innenraum mit einer Versorgungsleitung 9 zur Zufuhr des Elektrolyten verbunden ist. Der Außendurchmesser des Einsteckrohrs 1 ist gegenüber dem Innendurchmesser des Zulaufrohrs 2 derart bemessen, daß zwischen beiden ein Ringraum 5 verbleibt. Insbesondere ist das Einsteckrohr 1 ;.ü dem Zulaufrohr 2 koaxial angeordnet. Vom Ringraum 5 ausgehend erstrecken sich durch den Rahmen der Zellenelemente B in deren Innenraum Bohrungen 4. In dem Einsteckrohr 1 sind kleine, als Düsen wirkende, radiale Bohrungen 3 ausgebildet, die zu den Bohrungen 4 koaxial sind. Um die gewünschte Düsenwirkung zu erzielen, ist der Durchmesser der Bohrungen 3 in dem Einsteckrohr 1 kleiner als der der als Rohranschlüsse dienenden Bohrungen 4 in den Zellenelementen.

Bei der in F i g. 2 dargestellten Ausführungsform sind die Zulaufrohre 2' und 20' nicht in den Rahmen der Zellenelemente integriert, sondern verlaufen parallel tür Längsachse des Zellenblocks im Abstand unterhalb der Zellenanordnung. Zur Verbindung des Ringraums 5 zwischen dem Zulaufrohr 2' und dem Einsteckrohr 1 mit den einzelnen Zellenelementen B sind an diesen und am Zulaufrohr 2' Rohrstutzen 6 bzw. 7 vorgesehen, die über eine Rohrkupplung 8, beispielsweise einen Schlauch, miteinander verbunden sind. Vorzugsweise fluchten die beiden Rohrstutzen 6 und 7 miteinander und mit den Bohrungen 3 in dem Einsteckrohr 1. Die Verbindung zwischen dem anderen Zulaufrohr 20' und den zugehörigen Zellenelementen A ist entsprechend ausgebildet.

Das Einsteckrohr 1 ist bei den beiden Ausführungsformen an den nicht dargestellten, freien Enden abgeschlossen, so daß der Zulauf des Elektrolyten nur über die als Düsen wirkenden Bohrungen 3 in den Ringraum und von dort über die Rohranschlüsse 4 in die jeweiligen Zellenelemente A bzw. B erfolgt. Bei Verstopfung einzelner Bohrungen 3 in dem Einsteckrohr 1 wird die Versorgung für die zugehörigen Zellenelemente über die anderen Bohrungen 3 und den Ringraum sichergestellt.

Durch die Verbindung der einzelnen Rohranschlüssc untereinander über den Ringraum 5 wird eine gleichmäßige Versorgung der zugehörigen Zellenelemente erzielt, und zwar selbst dann, wenn einzelne Bohrungen 3 in dem Einsteckrohr 1 verstopft oder die Durchmesser der Bohrungen 3 in dem Einsteckrohr 1 aus Herstellungsgründen unterschiedlich sind.

Das Einsteckrohr 1 kann in einfacher Weise aus dem Zulaufrohr zum Reinigen herausgezogen und/oder gegen ein anderes Einsteckrohr ausgewechselt werden, dessen Bohrungen 3 zur Anpassung an eine andere Zulaufgeschwindigkeit einen anderen Durchmesser aufweist. Um das Herausziehen des häufig sehr langen Ein'ieckrohrs entsprechend der Länge des Zellenblocks zu erleichtern, kann dieses flexibel ausgebildet sein und gegebenenfalls zur Lagerung auf eine geeignete Trommel aufgewickelt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Elektrolyt-Verteilvorrichtung für filterpressenartig angeordnete Elektrolysezellen mit mindestens einem gemeinsamen Zulaufrohr mit Rohranschlüssen für die einzelnen Elektrodenkammern, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Zulaufrohr (2) zumindest im Bereich der Rohranschlüsse (4) ein durchgehendes Einsteckrohr (1) vorgesehen ist, das einseitig geschlossen und am anderen Ende mit dem Zulaufrohr (2) verbunden ist und radiale Bohrungen (3) aufweist, und daß das Zulaufrohr (2) und das Einsteckrohr (1) so bemessen sind, daß zwischen diesen ein Ringraum (5) verbleibt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen (3) den Rohranschlüssen (4) gegenüberliegen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zulaufrohr (2) und/oder das Einsteckrohr (1) kreisförmige Querschnitte aufweisen.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Zulaufrohr (2) und das Einsteckrohr(t) zueinander koaxial sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Bohrungen (3) kleiner ist als der der Rohranschlüsse