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Vorrichtung zum Entsalzen von Flüssigketten auf elektrischem Wege.
Die heute für die elektrische Reinigung von Flüssigkeiten verwendeten Apparate sind durchwegs nach dem System der seit dem Jahre 1903 allgemein bekannten Dreizellenapparate gebaut : Jede ihrer
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sie die Wasserkammer - die zu reinigende Flüssigkeit zwischen Diaphragmen einschliesst, während die äusseren - die Elektrodenkammern - der Aufnahme getrennter Anoden und Kathoden dienen. Bei der heute mit Vorliebe gewählten Gruppenschaltung, bei welcher vier Zellengmppen elektrisch parallel geschaltet werden, deren erste 4, die zweite 3, die dritte 2, die vierte nur 1 Zelle umfasst, auf die sich die Netzspannung verteilt, während alle 10 Zellen hintereinander von der zu reinigenden Flüssigkeit durehflossen werden (vgl. z.
B. Blig, Zeitschrift für angewandte Chemie, Bd. 39, S. 1085/1926), enthält jeder Apparat dreimal soviel Kammern (3 n) als Wasserkammern (n) vorhanden sind, nämlich : 10 Wasserkammern, 10 Kathodenkammern, 10 Anodenkammern.
Nach vorliegender Erfindung werden von den Anoden und Kathoden nur die letzten jeder Serie in getrennten Kammern untergebracht, alle dazwischenliegenden Mittelelektroden werden aber bipolar in Serie geschaltet, so dass ein Apparat mit n Wasserkammern insgesamt nur 2 n + 1 Kammern umfasst, wenn alle Elektroden in einer Serie geschaltet sind.
Die bipolare Schaltung von Elektroden ist zwar an und für sieh bekannt ; sie wird z. B. bei der Kupferraffination (Seriensystem), bei der Hypochloritherstellung, der Wasserzersetzung usw. verwendet ; bei allen diesen meist diaphragmalosen Anordnungen stehen aber die bipolar gesehalteten E'ektroden
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bei welcher zweiteilige, durch eine isolierende Wand durchgeführte Elektroden in Verbindung mit Dia- phragmen bipolar geschaltet werden. Auch in dieser Dowzelle taucht die eine der Elektrodenhälften in den zu behandelnden Elektrolyten, und sie ist nur durch ein Diaphragma von der nächsten E'ektrode
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Elektroden, z.
B. in Form von Platten, verwendet, welche seitlich dicht an die Innenwände der Elektrodenkammern anliegen) oder automatisch miteinander vermischt werden können (wenn die bipolar geschal- teten Elektroden den Querschnitt der Ele1.'irodenkammern nicht ganz ausfüllen, aus porösem oder gelochtem Material bestehen usw.) ; die letztere Anordnung wird bevorzugt.
Sie führt dazu, dass sich die Elektrodenflüssigkeiten (nämlich der an der einen Seite der Elektrode entstehende saure Anolyt mit dem an der andern Seite derselben Elektrode entstehenden alkalischen Katholyten) gegenseitig teil-
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so bald auftretende Abscheidung sehr störender, sehleehtleitender Schichten von Kalk u. dgl. an den Kathodenoberflächen und den Kathodendiaphragmen erschwert wird. Ausserdem entfällt bei der bipolaren Anordnung jede Konta1.'iverbindung zwischen den Mittelelektroden, wodurch die Apparatur kompendiöser und einfacher wird.
Die Verwendung derartiger bipolarer, in einer gemeinsamen Diaphragmenzelle (Elektroden- kammer) angeordneter Elektroden ermöglicht es erfindungsgemäss ferner auch, angeformte Elektroden- materiale zur Anwendung zu bringen, also statt der heute allgemein gebrauchten, verhältnismässig teueren, platten-oder taschenförmigen Elektroden wohlfeile gekörnte oder granulierte Materialien (Magnetit- körner, Graphitklein od. dgl.), bei denen es keinen Elektrodenbrueh geben kann.
Ihre Verwendung'ist noch mit besonderen technischen Vorteilen verbunden ; denn derartige gekörnte Elektroden besitzen cet. par. grössere Oberflächen, wodurch die Ausbildung von Übergangswiderständen durch abgeschiedene, schlechtleitende Krusten sehr verzögert wird, die gegenseitige Neutralisation des Anolyten mit dem Katholvten wird durch die zwischen den einzelnen Körnern oder Granalien freibleibenden Hohlräume erleichtert und befördert, wodurch nicht nur die Abscheidung schlecht leitender Krusten an Elektroden- oberflächen und Diaphragmen abermals erschwert, sondern auch die Ausbildung von den Prozess störenden Membranpotentialen verhindert wird.
Ausserdem ist man unabhängig von der Form und Grösse der Elektroden, die sich ja der jeweiligen Form und Grösse der Elektrodenkammern anpassen lassen, kann auch das Elektrodenmaterial in dünnerer Schicht zur Anwendung bringen und spalt dadurch an Material. Auch die Endkathoden können aus Körnern oder auch aus Metallspänen usw. hergestellt werden.
Im einzelnen können erfindungsgemäss die Zellen sehr verschiedenartig gebaut werden. Eine bevorzugte Ausführungsform wird auf den beistehenden Figuren schematisch dargestellt.
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Die Fig. 1-4 stellen beispielsweise eine Wanne Z vor, welche durch Elektrodenkammern derartig unterteilt wird, dass die zu reinigende Flüssigkeit gezwungen wird. beim Durchgang durch die Wanne im Zickzack-oder Schlangenweg an den einzelnen Elektrodenkammern vorbeizufliessen. In ein offenes oder durch entsprechenden Deckel abgeschlossenes Gefäss aus Stein, Steinzeug, ausgekacheltem Zement, ) mit Hartgummi überzogenem Eisen od. dgl. werden die Elektrodenkammern K (jede etwa aus Rahmen R, Diaphragma D, Elektrode E bestehend) aus Gummi, Hartgummi, Steinzeug, Zement od. dgl.
von oben
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so dass sich im unteren Teil der Zelle zwischen den Kammern K Räume U bilden, welche nicht vom Strome durchflossen werden und in denen sieh der Schlamm, der sich beim Prozess ausscheidet, ansammeln und ablagern kann, ohne zu stören. Diese Räume unterhalb der Elektroden können durch die Unterteile der Rahmen oder durch eigene Leisten gebildet werden, auf welche die Rahmen gestellt werden usw.
Die Elektrodenkammern K können an ihren vertikalen (oder ganz schwach nach oben diveigierenden)
Seitenkanten dicht an die Innenwand der Wanne Z anliegen, dabei können für die Zirkulation der zu reinigenden Flüssigkeit abwechselnd unten und oben Öffnungen ausgespart bleiben (z. B. Fig. 2,5, 6), oder die Rahmen werden seitlich versetzt angeordnet, so dass jeder zweite Rahmen links an der vertikalen
Innenwand der Zelle dicht anliegt, rechts von derselben (auf seiner ganzen Länge oder an einzelnen
Stellen) absteht, während umgekehrt die darauffolgenden Rahmen rechts anliegen, links abstehen od. dgl.
mehr, so dass die zu reinigende Flüssigkeit etwa gezwungen wird, durch die einzelnen Zwischenräume zwischen den Elektrodenkammern einmal in einem, dann im verkehrten Sinne durchzufliessen, wenn man sie bei A einleitet, bei B ausfliessen lässt. In einfacher und bequemer Art kann die Abdichtung der Elek- trodenrahmen gegen die Zellenwände vermittels von Gummistreifen C (Fig. 3) erreicht werden, welche etwa U-förmigen Querschnitt besitzen und derart über die Rahmen gezogen werden, dass sie deren Aussen- ränder umfassen.
Eine andere Ausführungsform ist auf der rechten Hälfte der Fig. 1 dargestellt. Bei derselben schliessen die Elektrodenrahmen seitlich dicht an den Zellenwänden ab, und die Flüssigkeit fliesst abweeh- selnd über, dann unter der Elektrodenkammer durch.
Während des Betriebes reichern sieh die Elektrolyte in den an ihren Breitflächen durch Dia- phragmen D abzuschliessenden Elektrodenkammemn K an, und es wird Gas in denselben entwickelt.
Gas und Flüssigkeit können nun aus den Elektrodenkammern entweder durch getrennte Ableitungen oder einfacher durch gemeinsame Ableitungen nach aussen geführt werden, wobei diese Ableitungen C tiefer angeordnet sind als das Niveau der zu reinigenden Flüssigkeit. Vermöge des so hergestellten Über- druckes, unter welchem die Flüssigkeit in der Wanne Z steht, tritt ein Teil desselben durch das poröse
Diaphragma D hindurch in die Elektrodenkammern K und durchspült diese.
Hat man chlorfreie Flüssigkeiten zu reinigen, so kann man die Elektrodenkammern U-förmiggestalten und das in ihnen entwickelte Gas ohne weiteres oben frei austreten lassen. Bei der Reinigung clorreicher
Flüssigkeiten ist es aber zweckmässiger, geschlossene Elektrodenräume anzuwenden, um das entwickelte ehlorhältige Gas durch C oder durch eine eigene, etwa oben angeordnete Ableitung abziehen und ausser- halb der Zelle absorbieren zu können. Während man im ersteren Falle Leinwanddiaphragmen, Asbest- papier od. dgl. verwenden kann, muss man im letzteren Falle widerstandsfähigere Diaphragmen, z.
B. solche aus entsprechend vorbehandeltem Zement, welcher porös ist, Asbestzement, gefrittertem Glas, porösem Ton-, Pukall-, Kieselgur-, Korend-, Hartgummiplatten od. dgl. wählen. Man kann Rahmen R und Diaphragma D aus einem Stück oder zwar aus mehreren, aber mechanisch zu einem zusammen- hängenden Ganzen vereinten Teilen verfertigen. Wie man etwa gekörnte Elektrodenmaterial verwenden kann, ist auf Fig. 4 schematisch dargestellt.
Die zu reinigende Flüssigkeit wird hier, wie man sieht, vorzugsweise durch einen zusammenhängen- den Raum geleitet und nicht etwa durch einzelne Kammern, welche durch Leitungen, Rohre, Heber od. dgl. miteinander verbunden werden müssen. Verstopfungen der Flüssigkeitswege durch abgesetzten
Schlamm, durch entwickelte Gasblasen usw. sind auch bei Verwendung enger Flüssigkeitswege aus- geschlossen, denn der Schlamm kann sich im Unterteil des Gefässes absetzen, ohne die Fliissigkeits- strömung weiter zu beeinflussen, das Gas kann ungehindert entweichen. Die Wasserkammer zwischen den Elektrodenkammern können, auch wenn sie sehr eng sind, ohne Betriebsunterbrechung von aussen leicht gereinigt werden.
Die Elektrodenkammern können unschwer eingesetzt werden und im Bedarfs- falle (etwa zur Reinigung oder Erneuerung der Diaphragmen, sogar ohne Betriebsunterbrechung) aus der Zelle gehoben und dann wieder eingesetzt werden, ohne dass man Stromverbindungen zu lösen hat oder gar die ganze Apparatur auseinandernehmen muss. Jede Abdichtung'der einzelnen Kammern gegeneinander kommt in Fortfall usw. Die Zellen können beliebig kleine oder grosse Dimensionen haben.
Da jede Elektroden-bzw. Diaphragmenkammer dank der bipolaren Anordnung der Elektroden einen für sich allein beweglichen, abgeschlossenen Konstruktionsbestandteil bildet, kann man sie auch auf manche andere Art in gewünschter Anzahl zu einem Apparat vereinen. Man kann sie z. B. unter
Zwischenschaltung entsprechend geformter Rahmen, welche zur Bildung der Wasserkammer bestimmt sind, durch Schrauben, durch Bindemittel od. dgl. zu einem ganzen Block vereinigen. Statt die Wasser-
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kammern durch eigene Rahmen zu bilden, können die Elektrodenkammern selbst so profiliert sein, dass z. B. ein vorspringender Rand zwischen zwei aneinanderstossenden Elektrodenkammern eine Wasserkammer bildet. Solche komplizierter geformte Elektrodenkammern werden vorzugsweise durch Guss, z.
B. aus Zement, Asphaltkomposition od. dgl. hergestellt.
Der Erfindungsgedanke kann somit in mannigfacher Form zur Ausführung gebracht werden.
Es kann auch die zu reinigende Flüssigkeit in parallelen Teilströmen bloss durch je eine Wasserkammer
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parallel geschaltete Zellenblcke gleichzeitig verwendet werden, wobei die Flüssigkeit etwa hintereinander eine Kammer in jedem Block durchströmt. Wendet man z. B. drei Blöcke zu je 16 in Serie geschalteten
Kammern an, so kann die zu reinigende Flüssigkeit z. B. in 16 Teilströmen quer durch die drei Blöcke durehgeleitet werden, dass der erste Teilstrom der Reihe nach die erste Wasserkammer des ersten, dann des zweiten, dann des dritten Blocks durchfliesst, der zweite Teilstrom ebenso jede zweite Kammer usw.
Man kann umgekehrt auch mehrere bipolare Elektrodenserien in einem Block vereinigen und jede Serie dadurch abschliessen, dass man den Querschnitt durch die Elektrodenkammer vollständig abschliesst.
Ordnet man z. B. zwei Serien in einer Wanne ein, so schaltet man zweckmässigerweise den einen Pol an die mittlere Elektrode, den andern Pol an die zwei Endelektroden. Auch bei dieser Schaltung ist die Gesamtzahl der Kammern 2iz + 1 bei ? Wasserkammern.
Verwendet man biegsames Diaphragmamaterial, so ist es oft zweckmässig, ungeformte Elektroden, z. B. Magnetitgries, in Säcke anzuschliessen, die von oben in die Elektrodenräume herabhängen, oder das Material in durchbrochene Körbe einzuschliessen oder die Diaphragmen durch ein Gitter aus isolierenden
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(z. B. Eisen, Blech, Drahtnetz, Späne) und einer Anodenhälfte 9z. B. Magnetitklein) bestehen. Sie können mit den Diaphragmen in direkter Berührung stehen oder von ihnen durch Zwischenräume (etwa mit Hilfe von Distanzkörpern) getrennt sein. Verwendet man hinreichend dichte Diaphragmen, so können die Elektrodenräume auch unten offen gelassen werden, also flüssigkeitsleer sein, usw.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zum Entsalzen von Flüssigkeiten auf elektrischem Wege mit Hilfe von Elektroden, welche beiderseits von Diaphragmen eingeschlossen sind und mit der zu behandelnden Flüssigkeit nicht in direkter Berührung stehen, dadurch gekennzeichnet, dass die zwischen Diaphragmen beiderseits eingeschlossenen Elektroden (bis auf Endelektroden) bipolar geschaltet sind.