DE2821983A1 - Dichtelement fuer membranen, insbesondere bei filterpressenartig angeordneten elektrolysezellen - Google Patents

Description

• Dichtelement für Membranen, insbesondere bei filterpressen-
• artig angeordneten Elektrolysezellen Die Erfindung betrifft ein Dichtelement aus elastischem Material zum Abdichten und Haltern von Membranen, insbesondere bei filterpressenartig angeordneten Elektrolysezellen.
• In derartigen Elektrolysezellen erfolgt z. B. die Chloralkalielektrolyse; darunter versteht man die Gewinnung von Chlor, Wasserstoff und Ätzalkalien aus wäßrigen Lösungen von Alkalichloriden durch elektrische Energie. 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 abhnnZig 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 Durchnischung der Produkte, und damit eine Rückreaktion, muß verhindert werden. Zu diesem Zweck wurden zun-ichst nebeneinander zwei verschiedene Verfahren entwickelt, und zwar das sogenannte Quecksilberverfahren und das Diaphragmenverfahren, Bei Diaphragmenverfahren trennt eine poröse Scheidewand (Diaphragma) den Anodenraum vom Kathodenraum und verhindert eine Vermischung der an den Elektroden abgeschiedenen Produkte. In letzter Zeit setzt sich zunehmend ein drittes Elektrolyseverfatlren, das sogenannte Membranzellenverfahren, durch. Da dimensionsstabile Anoden und permselektive Membranen zur Verfügung stehen, können Elektrolysezellcn 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 z, B. aus der DE-ss 1 054 430 und der DE-OS 2 222 63y für die Elektrolyse wäßriger Salzsäure und aus der DE-OS 2 510 396 für die Chloralkalielektrolyse bekannt. Die Zellenelemente sind allgemein in Halterahmen gehaltert. Mit Hilfe einer geeigneten Anpreßvorrichtung, beispielsweise einer hydraulischen Vorrichtung, eines ugankers oder einzelner Schrauben wird der Zellenblock unter Zwischenlage von Dichtungen zwischen den Zellenelementen zur gegenseitigen Abdichtung zusammengepreßt und bildet so geebenenfalls auf einem Gestell montiert eine starre Einheit, Wegen der chemiscllen Aggressivität der Elektrolyten ist eine vollkommende Abdichtung au.3erordentlicll wichtig.
• Aus der DE-PS 1 230 771 ist ein erfahren zum Einspannen und Abdichten von Diaphragmen in Zellen der Filterpressenbauart für die Elektrolyse waßriger Salzsäure bekannt. Dabei wird das Diaphragma in eine ITut ues einen Elektrodenraiimens einOelel;t und mit einer Keilleiste festgeklemmt, und danach wird eine endlose Dichtungsschnur in die Nut eingelegt, die durch den Rahmen der Nachbarelektrode angepreßt wird.
• Zur Erzeugung des benötigten Dichtdruckes ist eine Mindestverformung der elastischen Dichtung notwendig. Aus Gründen der Fertiungsgenauigkeit der Dichtung sowohl hinsichtlich der Maße als auch der Härte, der Fertigungstoleranzen der Elektrodenrahmen und der thermischen Dimensionsänderungen der Elektrolysezellen kann eine maximale Verformung der Dichtungen nur scher limitiert werden.
• Da ferner die beim rmbranzellenverfahren eingesetzten Membranen aus Gründen des möglichst gering zu haltenden elektrischen Widerstandes in den meisten Fällen außerordentlich dünn sind, beispielsweise eine Dicke von etwa 100 pm aufweisen, und daher nur eine begrenzte Reißfestigkeit haben, besteht bei Anwendung des bekannten Verfahrens die Gefahr, daß das Diaphragma oder die Membran an der Dichtungsstelle reißt.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Dichtelement der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, das einerseits eine sichere Abdichtung gewährleistet und andererseits eine Beschädigung des abzudichtenden Bauteils verhindert.
• Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Dichtelement einen Hohlraum aufweist, dessen Querschnittsfläche 1/3 bis l/8 der Gesamtquerschnittsfläche des Dichtelements beträgt. Durch den erfindunbsgemäßen Hohlraum in dem Dichtungsquerschnitt wird erreicht, daß beim Zusammenpressen der Dichtung durch die vorgegebene Dichtkraft das verdrängte Dichtungsvolumen nicht nur nach außen, sondern auch nach innen wandern kann, so daß die an der Berührungefläche zwischen dem Dichtelement und der lyembran auf letztere einwirkenden Zugkräfte wesentlich vermindert werden. Durch diese Verminderung der in der Membranebene wirkenden Zugkräfte wird ein unerwünschtes Dehnen der Membran in dem BerUhrungsbereich und damit ein Reißen der Membran vermieden.
• In vorteilhafter Weise ist der Hohlraum, in der QuerschnittsflAche des Dichtelements gesehen, exzentrisch angeordnet. Dadurch kann die Verminderung der auftretenden Zugkräfte optimiert werden.
• Erfindungsgemäß weist der Hohlraum einen kreisförmigen Querschnitt auf, was sowohl die Herstellung des erfindungsgemäßen Dichtelements als auch die Abschätzung der zu erwartenden Zugkräfte beim Zusammendrücken des Dichtelements erleichtert.
• Das erfindungsgemße Dichtelement wird hier meist im Zusammenhang mit dem Abdichten und Haltern von Membranen bei filterpressenartig zngeordneten Elektrolysezellen beschrieben, doch ist die Verwendung dieses Dichtelements nicht hierauf beschränkt; es kann vielmehr in allen den Fällen eingesetzt werden, wo z r Vermeidung von Beschädigungen der abzudichtenden Bauteile unerwünschte Zugkräfte bei der Verformung des Dichtelements vermieden werden sollen.
• Die Erfindung wird in folgenden mit Bezug auf die anliegende Zeichnung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine perspektivische Explosionsdarstellung einer Elektrolysezelle, Fig. 2 eine schematische Querschnittsansicht mehrerer filterpressenartig angeordneter Elektrolysezellen, Fig, 3 und 4 eine schematische Querschnittsansicht einer Membranabdichtung mit bekannten Dichtelementen und Fig. 5 und 6 Querschnittsansichten ähnlich den Fig, 3 und 4 mit erfindungsgemäßen Dichtelementen.
• Gemaß den Fig. 1 und 2 besteht ein Elektrolysezellenblock nach dem Filterpressenprinzip aus mehreren hintereinander angeordneten, zumeist rechteckigen oder quadratischen Elektroden- elementen 1, wobei Jeweils zwischen zwei benachbarten Elektrodenelementen 1 eine Membran 3 zur Trennung der Elektrodenräume vorgesehen ist. Die Abdichtung der Membran gegenüber den Elektrodenelementen 1 erfolgt durch ein dazwischen angeordnetes Dichtelement 2 mit den entsprechznden Abmessungen. Die Dichtkraft erfolgt durch ZusalLraendrücken des Zellenblocks in seiner Längsrichtung.
• In den Fig. 3 und 4 ist dargestellt, welche Kräfte beim Zusammendrücken der Dichtelemente ohne den erfindungsgemäßen Hohlraum auftreten können. Durch das Zusammendrücken der Elektrodenelemente 1 in Richtung der beiden vertikalen Teile wandert das zusammengepreßte Dichtungsmaterial der beiden Dichtelemente 20 quer zur Druckrichtung ab, so daß horizontale Zugicräfte im Bereich der Berührungsfläche mit der ltembran 3 auf diese einwirken. Durch diese Dehnung in der idembranebene können Risse 4 der Meribran 3 auftreten.
• Bei Verwendung des erfindungsgemäßen Dichtelements 2 gemäß den Fig. 5 und 6 treten derartig große Zugkräfte in der Membranebene nicht auf, da beim Zusammendrücken der Elektrodenelemente in Richtung der eingezeichneten vertikalen Pfeile das Dichtungsmaterial nicht nur nach außen sondern auch nach innen in den freien Hohlraum 5 abwandern kann. Dadurch werden die unerwünschten horizontalen Zugkräfte im Berührungsbereich zwischen dem Dichtelement 2 und der Membran 3 wesentlich vermindert. Ferner erhönt sich die Dichtwirkung auch gegenüber dem Elektrodenelement 1, da durch geringere Rorizontalbewegung des Dichtungsmaterials an der entsprechenden Berührungsfläche der Abrieb vermindert wird. Anstnjle or zusätzlich zu der Nambran können auch mikroponse Membranen einçJesetzt werden.
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Claims (5)

1. "Dichtelement fiir Meinbrannn, insbesondere bei filterpressenartig angeordneten Elektrolsezellen" P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Dichtelement aus elastischem Material zum Abdichten und Haltern von Membranen, insbesondere bei filterpressenartiq angeordneten Elektrolysezellen, d a d u r c h g 2 -k e n n z e 1 c h n e t , daß das Dicntelemont (2) einen Hohlraum (5) aufweist, dessen Querschnittsfläche 1/3 bis 1/3 der Gesamtquerschnittsfliche des Dichtelements beträgt.
2. 2. Dichtelement nach nnsprch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (5)exzentrisch angeordnet ist.
3. 3. Dichtelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeihnet, daß der Hohlraum (5) einen kreisförmigen Querschnitt aufweist.
4. 4. Dichtelement nach einem der Anserücne 1 bis 3, dadurch gkennzeichnet, daß die Gesamtquerschnittsflache des Dich-telements (2) kreisf.5rmig ist.
5. 5. Dichtelement nach einem der Ansprücht 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtquerschnittsfläcne des Dichtelements (2) rechteckig, vorzugsweise quadratisch ist.