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Anordnung und Verfahren zur anodischen Passivierung von Metallen
Gegenstand vorliegender Erfindung ist ein verbessertes Verfahren und eine Anordnung zum Schutz von
Metallen gegen Korrosion durch anodische Passivierung.
Bekanntlich lässt sich die Korrosion vieler Metalle durch kathodische Polarisation verhüten oder er- heblich einschränken. Beispielsweise werden in der Ölindustrie viele in die Erde verlegte Rohrleitungen . durch kathodische Polarisation gegen die Korrosionseinflüsse des Erdreiches geschützt. Ein kathodischer
Schutz ist für Eisen in annähernd neutralen Lösungen sehr brauchbar, er kann aber unter gewissen Um- ständen die Korrosionsgeschwindigkeit von Metallen wie Aluminium und Zink steigern und auch die Korro- sionsbeständigkeit von Edelstahl in Schwefelsäure vernichten.
Weiterhin ist bekannt, dass die anodische Polarisation durch das Hervorbringen einer Passivität eine Korrosion verhüten oder erheblich einschränken kann, wie in dem Aufsatz von Dr. C. Edeleanu in"Metallur-
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nicht richtig vorgenommen wird ; in der Praxis wurden solche anodischesysteme in nennenswertem Umfang nicht verwendet. Bisher hielt man es für notwendig, wie auch in dem obigen Artikel vermerkt, eine im wesentlichen konstante Einstellung des Anodenstromes sicherzustellen, wozu komplizierte und aufwen- dige Regelvorrichtungen erforderlich sind.
Bei der Anwendung der anodischen Polarisation glaubte man allgemein, dass die Passivität von dem
Vorhandensein eines unlöslichen Filmes auf der dem Angriff ausgesetzten Oberfläche des zu schützenden Kessels oder Gegenstandes, und dass die Löslichkeit des Filmes in Säure umgekehrt von den Potentialen abhängt. Jedenfalls wurde gefunden, dass das Potential des Kessels oder Gegenstandes für praktische Zwecke alsKennzeichen für die Korrosionsgeschwindigkeit hinreichend ist. In dem zitierten Artikel wird weiterhin erwähnt, dass diese Potentiale gegen eine Normalelektrode gemessen werden können, ausserdem wird die Verwendung eines im wesentlichen konstant wechselnden Anodenstromes gezeigt.
Die vorliegende Erfindung hat ein Verfahren und eine Anlage zur anodischen Polarisation zum Gegenstand, wobei der Anodenstrom nur periodisch angewendet wird. Insbesondere handelt es sich um die einleitende Errichtung eines Schutzes für einen Metallkessel, der eine korrodierend wirkende Lösung (die den Strom leitet) enthält, durch die Anwendung eines vom Kessel zur in der Lösung angeordneten Inertelektrode fliessenden Anodenstromes. Die Schutzbeschaffenheit wird durch die Potentialdifferenz zwischen dem Kessel und einer elektrochemisch mit der Lösung verbundenen Normalelektrode angezeigt. Diese Poten- tialdifferenz wird überwacht ; sobald eine vorher bestimmte Potentialdifferenz erreicht ist, welche vornehmlich von den zum Bau des Kessels verwendeten Materialien und der Art der Lösung abhängt, wird der Anodenstrom unterbrochen.
Erreicht die genannte Potentialdifferenz daraufhin einen zuvor bestimmten Wert, der das Nahen einer gesteigerten Korrosionsgeschwindigkeit anzeigt, so wird wiederum Anodenstrom vomKessel zur Inertelektrode geleitet, bis die Korrosionsgeschwindigkeit wieder abfällt. Dieses schrittweise Vorgehen wird solange wiederholt, wie der Kessel der Lösung ausgesetzt ist. So findet keine merkliche Korrosion statt.
Ein weiteresproblem, mit welchem sich vorliegende Erfindung befasst, ist die Verhütung der Bildung "heisser Stellen" ("hot spots") in den Wänden des Kessels, d. h., sicherzustellen, dass sich der Anodenstrom nicht in einem Teil des Kessels konzentriert. Es wurde beobachtet, dass an den nahe der Kathode gelegenen Teilen des Kessels beschleunigte Korrosion eintritt, wenn die Kathode mit fast ihrer gesamten Oberfläche zum Einsatz kommt und nahe der Kesselwand angebracht ist. Die Bildung solcher heisser
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Stellen konnte zumindest in einigen Kesseln durch Anordnung der Kathode im Mittelteil des Kessels in etwa gleichem Abstand von allen Teilen der Oberfläche des zu schützenden Kessels verhindert werden.
Bekanntlich werden jedoch bei vielen Verfahren Kessel mit korrodierend wirkenden Lösungen verwendet, wobei der Flüssigkeitsstand im Kessel sich häufig ändert. i In andern Fällen wird eine solche Lösung heftig gerührt, womit das Problem der Anordnung der Ka- thode an zentraler Stelle im Kessel weiter kompliziert wird.
Die vorliegende Erfindung hat eine Anordnung zur anodischen Passivierung zwecks Korrosionsvermin- derung eines mit korrodierend'wirkender Lösung gefüllten Kessels zum Gegenstand, welches sich einer neu- artigen Elektrodenmontage bedient, so dass im wesentlichen jede gewünschte Anodenstrommenge zur Passivierung des Kessels durch die Lösung geleitet werden kann und dass sich dennoch keine "heissen" Stel- len in denKesselwänden bilden.
Insbesondere handelt es sich hiebei um eine neuartige Montage der Elek- trode, bei der die aktive Elektrodenoberfläche starr und dicht anschliessend von einer Wand des "'Kessels mit der korrodierenden Lösung gehalten wird, jedoch ist die Elektrode so gegen die Wand abgeschirmt, dass der Strom nicht geradewegs zwischen dem aktiven Teil der Elektrode und der angrenzenden Wand fliessen und eine heisse Stelle in der Wand bilden kann. Es wurde festgestellt, dass der aktive Teil einer
Elektrode in unmittelbarerNähe einerKesselwand angebracht sein kann und dennoch keine heissen Stellen entstehen, indem dafür gesorgt wird, dass kein Strom auf geradem Wege zwischen dem aktiven Teil der
Elektrode und dem zunächst gelegenen Teil der Wand fliesst.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Anbringung der Elektroden am Boden eines Kessels, so dass der Kessel auch dann gegen Korrosion geschützt werden kann, wenn der Stand der korrodierenden Lö- sung im Kessel erheblich schwankt. Des weiteren betrifft die Erfindung eine Elektrodenanordnung, die auch dann die gewünschte Lage und Wirksamkeit behält, wenn die in dem zu schützenden Kessel befind- liche Lösung heftig gerührt wird.
Ein weiteresproblem, mit dem sich die vorliegende Erfindung befasst, ist die Aufrechterhaltung eines tatsächlichen elektrochemischen Kontaktes zwischen der Normalelektrode und der korrodierenden Lösung.
Häufig treten korrodierende Lösungen auf, die für die meisten Normalelektroden schädlich sind, und es muss Sicherheit bestehen, dass die Normalelektrode die korrodierende Lösung nicht verunreinigt. Zweck- mässigerweise wird die Normalelektrode daher vor einer Berührung mit der korrodierenden Lösung bewahrt und mittel einem Stromschlüssel mit der Lösung elektrochemisch verbunden.
Der Elektrolyt im Strom- schlüssel muss jedoch einen wirksamen Kontakt sowohl mit der Normalelektrode wie auch mit der Lösung unter allen Betriebsbedingungen herstellen, so bei unterschiedlichem Flüssigkeitsstand der korrodieren- den Lösung im zu schützenden Kessel und bei heftigem Rühren der Lösung. Auch muss der Stromschlüssel zweckmässigerweise während ausgedehnter Zeiträume betriebsfähig sein, ohne dass seitens der das Verfah- ren ausführenden Person häufige Aufmerksamkeit erforderlich ist.
Die vorliegende Erfindung umfasst einen neuen Stromschlüssel, bei dem ein Reservoir eines geeigne- ten Elektrolyten von der korrodierenden Lösung entfernt angebracht und in engem Kontakt mit einer Nor- malelektrode ist., Der Elektrolyt ist mit der korrodierenden Lösung durch einen in diese hineinragenden röhrenförmigen Teil verbunden, um die elektrische Verbindung zwischen Normalelektrode und korrodie- render Lösung herzustellen. Der Elektrolyt rinnt allmählich aus dem röhrenförmigen Teil in die korrodie- rende Lösung, um zu gewährleisten, dass zur Herstellung eines genügenden elektrischen Kontaktes mit der korrodierenden Lösung dauernd frische Elektrolytlösung vorhanden ist, dass aber der in die korrodierende
Lösung ablaufende Elektrolyt mengenmässig zu gering ist, um das dort vonstatten gehende Verfahren zu stören.
In dem Reservoir befindet sich überschüssiges Salz als Bodenkörper, dessen Lage die Funktion des
Stromschlüssels nicht stören kann, aber den Elektrolyten in der gewünschten Konzentration erhält ; die
Nachfüllung erfolgt durch einfache Zugabe von Wasser zum Reservoir. Innerhalb des Kessels wird der den
Elektrolyten enthaltende röhrenförmige Teil gegen heftige Bewegungen der korrodierenden Lösung ge- schützt, oder auch gegen andere Einflüsse, um zu gewährleisten, dass der Elektrolyt nicht in grosser Menge in die korrodierende Lösung ausläuft.
Es können nach dem erfindungsgemässen Verfahren beispielsweise (dies gilt nicht als Begrenzung) Metalle wie Flussstahl, alle Arten von Edelstahl, Titan oder Titanlegierungen, Hafnium und Zirkon geschützt werden.
Beispiele für korrodierende Lösungen, für welche das erfindungsgemässe Verfahren anwendbar ist, sind Leitungswasser, flüssige Kunstdünger, alkalische Lösungen, sowie Schwefel-, Phosphor- und Salpetersäure.
Erfindungsgemäss kann beispielsweise in sauren Lösungen auf die Verwendung üblicher Korrosionsinhibitoren, welche die Acidität der Lösung abstumpfen, verzichtet werden.
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Die Passivierung des Kessels erfolgt mittels einer konstruktiv einfachen und wirtschaftlichen Elektrodenanordnung von hoher Lebensdauer. Die Steuerung der Passivierung erfolgt über eine einfache und störungssichere Anordnung einer Normalelektrode, ohne dass sich Sekundärzellen zwischen dem Kessel und dem Stromschlüssel oder Teilen derselben ausbilden. Die gesamte Anordnung gewährleistet einerseits einen wirkungsvollen Korrosionsschutz der Apparatur oder des Kessels und bewirkt anderseits eine Qualitätssteigerung der unter Verwendung korrodierender Lösungen hergestellten Produkte durch die Ausschaltung von Emulsions-oder Farbproblemen.
Die Einzelheiten sollen an Hand der beigefügten Zeichnungen erläutert werden.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemässen Anordnung, die Kurve in Fig. 2 gibt die Beziehung zwischen dem Potential des zu schützenden Kessels und der Korrosionsgeschwindigkeit oder der zur Verhütung der Korrosion erforderlichen Anodenspannung für verschiedene Kesselpotentiale wieder, Fig. 3 stellt das Schaltschema eines erfindungsgemässen Anodenstromreglers dar, die Kurve in Fig. 4 zeigt die Reaktion des Spannungsverstärkers des Anodenstromreglers in Fig. 3 bei verschiedenen Potentialen des zu schützenden Kessels und Fig. 5 ein Diagramm des Potentialgradientenin einem anodisch passivierten Kessel.
Fig. 6 zeigt einen Vertikalschnitt aurch eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemässen Elektrodenanordnung, Fig. 7 einen Vertikalschnitt durch eine Elektrodenanordnung, die besonders für die Verwendung in heftig bewegten korrodierenden Lösungen eingerichtet ist und Fig. 8 einen Vertikalschnitt einer abgeänderten Elektrodenanordnung, die besonders zur Verwendung in einem Kessel geringen Durchmessers eingerichtet ist und Fig. 9 ist eine weitere Ausführungsform der Elektrodenanordnung im Vertikalschnitt. Fig. 10 zeigt eine weitere schematische Darstellung der erfindungsgemässen Anlage, mit dem Anschluss des Stromschlüssels an das System, Fig. 11, 12 und 13 zeigen Vertikalschnitte durch verschiedene Ausführungsformen des Stromschlüssels und Fig. 14 stellt einen Querschnitt der Linie 13-13 in Fig. 13 dar.
In Fig. 1 enthält ein Gefäss 10, etwa ein Tank eine elektrolytisch korrodierende Lösung 12 und soll gegen die Einwirkung der Lösung 12 geschützt werden. Der Kessel 10 ist im Hinblick auf seinen Verwendungszweck aus Metall, normalerweise Edelstahl, gebaut. Die Lösung 12 kann beispielsweise Schwefel-, Phosphor-oder Salpetersäure sein. Beispiele für Verfahren, In denen eine Säure gewöhnlich in Edelstahlgefässen verarbeitet wird, Verfahren also, für die die vorliegende Erfindung besonders brauchbar ist, sind die Lagerung und-der Transport von Säure, Phosphonierung, Nitrierung und Alkylierung, Verfahren, die in der chemischen Industrie unter Verwendung von Schwefelsäure ausgeführt werden sowie die Uranerzaufbereitung mit Phosphorsäure. In jedem dieser Verfahren haben die Edelstahlgefässe unter den gegebenen Betriebsbedingungen eine relativ kurze Lebensdauer.
Weiterhin hat das in das Produkt gelangende, infolge der Korrosion gelöste Eisen einen nachteiligen Einfluss auf die Farbe des Erzeugnisses, und in Sulfonierungsprozessen können sich Eisenseifen bilden, die die Bildung lästiger und schwer zu beseitigender Emulsionen zur Folge haben.
Gemäss vorliegender Erfindung ist eine Inertelektrode 18 in der Lösung 12 angeordnet, vorzugsweise am Boden 16 des Kessels, wie noch ausführlich beschrieben wird. Diese Elektrode 18 ist mit dem negativen Pol einer Gleichstromquelle 22 über eine Leitung 20 verbunden. Die Elektrode 18 kann aus jedem Material bestehen, das gegenüber der Lösung 12 inert ist, und das Potentialänderungen widersteht, wenn ein Strom hindurchgeleitet wird, ein Material also, das nicht polarisierbar ist. Bevorzugte Elektrodenmaterialien sind Platin und Kohle. Selbstverständlich kann die Gleichstromquelle 22 jede beliebige Ausführung haben, so etwa eine Wechselstromquelle mit Gleichrichter, oder eine Batterie sein. Der positive Pol der Stromquelle 22 wird über die Leitung 24 mit dem Kessel 10 verbunden. Wie ersichtlich, wirkt der Kessel als Anode und die Elektrode 18 als Kathode.
Bekanntlich und wie bereits gesagt, schwankt die Korrosionsgeschwindigkeit mit dem Potential der korrodierten Anlage, die Korrosion lässt sich verhindern oder mindestens verringern durch anodische Polarisation. Das Potential des Gegenstandes wird gegen eine Bezugselektrode gemessen, welche in der Spannungsreihe eine unedlere oder edlere Stellung als das Material des Gegenstandes einnimmt. Wird der Gegenstand zur Anode der elektrochemischen Zelle gemacht, so verlagert sich sein Potential in die edlere Richtung. Ist diese Verlagerung gross genug, so hört die Korrosion auf und man sagt, der Gegenstand sei passiv geworden.
In diesem Zusammenhang ist zu bemerken, dass das Vorzeichen der Potentialdifferenz zwischen dem Gegenstand und der Normalelektrode insoweit ohne Bedeutung ist, als es die relative Stellung des Gegenstandes in der Spannungsreihe betrifft, d. h., das Vorzeichen dieser Potentialdifferenz kann positiv oder negativ sein, oder wechseln, wenn der Gegenstand edler gemacht wird. Es wurde festgestellt, dass sich das Potential nach Abschalten des Anodenstromes sehr langsam in die unedlere Richtung verschiebt und dass die Passivität des Gegenstandes für eine merkliche Zeitspanne erhalten bleibt.
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derjenige Punkt bezeichnet wurde, an dem die Korrosion beginnt), schnell an. Diese Korrosion nimmt bei Punkt B schnell ab und bleibt bei einem Minimalwert stehen so lange die Spannung von Punkt C nach Punkt D ansteigt.
Eine Steigerung der Spannung über den Punkt D hinaus führt zu stark beschleunigter Korrosion.
Die genauen Spannungen an den Punkten A, B, C und D, und der exakte Verlauf der Kurve schwanken mit dem Kesselmaterial und der Zusammensetzung der Lösung 12. Die in Fig. 2 wiedergegebenen Spannungen wurden bei Verwendung einer Kalomelzelle als Normalelektrode und beim Eintauchen eines Gegenstandes aus Edelstahl in eine 67 Gew.-loige Schwefelsäure erhalten. Es ist offensichtlich, dass die Korrosionsgeschwindigkeit zwischen Spannungen von etwa 0, 150 und 1, 200 Volt bei einem Minimum liegt, dessen sicherster Bereich zwischen etwa 0, 300 und 0, 800 Volt liegt.
Es ist zu bemerken, dass zwar die in Fig. 2 gezeigte Beziehung zwischen Potential und Korrosion unter Verwendung einer von bestimmten Teilen des Gegenstandes oder Kessels entfernt angebrachten Normalelektrode gemessen wurde und die durchschnittliche Korrosion darstellt, dass aber die Korrosionsgeschwindigkeit an verschiedenen Stellen des Kessels auch unterschiedlich sein kann, wobei die in Fig. 2 angegebene Beziehung zwischen Spannung und Korrosion für jede kleinste Stelle des Kessels ihre Gültigkeit behält.
Zur Messung und Regelung des Potentials des Kessels 10 (Fig. I) wurde eine Bezugselektrode 26 elektrochemisch mit der Lösung 12 verbunden, zusammen mit einem geeigneten Regler 30, der mit der Normalelektrode und dem Kessel 10 verbunden ist. Als Normalelektrode 26 kommt jeder geeignete Typ in Betracht, so etwa eine Kalomelelektrode, eine Silber-Silberchloridelektrode, eine Kupfer-Kupfersulfatelektrode oder eine Wasserstoffelektrode ; sie wird mit der Lösung 12 durch einen geeigneten Stromschlüssel 28 verbunden, um die Elektrode vor einer direkten Berührung mit der Lösung 12 zu bewahren und damit entweder einen Angriff auf die Elektrode oder eine Verdünnung der Lösung zu verhindern.
Der Stromschlüssel 28 muss ein Ionenleiter sein und kann entweder flüssig sein, z. B. eine KCI-Lösung, oder fest, z. B. aus Silberchlorid. Der Regler 30 betätigt einen Schalter 32 in der Leitung 20 zur periodischen Anlegung eines gleichmässigen Potentials zwischen Kessel und Kathode 18, entsprechend der zwischen dem Kessel und der Normalelektrode 26 bestehenden Spannung oder Potential.
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zur Inertelektrode 18 fliesst, bis der Kessel 10 passiviert worden ist und die Korrosionsgeschwindigkeit auf einen geringfügigen Betrag gesunken ist.
Es ist zu bemerken, dass das erste Durchleiten des Anodenstromes die Korrosionsgeschwindigkeit in der in Fig. 2 gezeigten Weise verändert, bis das Potential zwischen dem Kessel und der Normalelektrode 26 einen Betrag zwischen den Punkten C und D, und vorzugsweise in dem mit der kleinen Klammer bezeichneten Teil der Kurve erreicht. Es wird angenommen, dass zu diesem Zeitpunkt ein unlöslicher Film'auf dem Teil der Innenfläche des Kessels entstanden ist, der der Lösung 12 ausgesetzt ist, worauf keine merkliche Korrosion stattfindet. Der Regler 30 öffnet dann den Schalter 32 und beseitigt das Potential zwischen dem Kessel und der Kathode 18.
Nach der Unterbrechung des Anodenstromes ändert sich das Potential zwischen dem Kessel und der Normalelektrode 26 nach und nach (es fällt in negativer Richtung in dem gezeigten Beispiel) und der Kessel wird unedler, wahrscheinlich durch einen graduellen Abbau des unlöslichen Filmes an der Innenfläche des Kessels.
Der Regler 30 überwacht die Änderungen des Potentials zwischen Kessel und Normalelektrode 26.
Erreicht diese Spannung einen Wert in der Nähe von Punkt C in Fig. 2, so schliesst der Regler 30 den Schalter 32 zu neuerlicher Anlegung eines Potentials zwischen Kessel und Kathode 18 und wiederholtem Anodenstromfluss. Daraufhin wächst das Potential zwischen Kessel und Normalelektrode wieder an, bis es in dem Bereich zwischen den Punkten C und D der Kurve in Fig. 2 liegt, woraufhin der Regler den Schalter 32 wieder öffnet. Dieser schrittweise Vorgang wird wiederholt, um die Korrosion des Kessels 10 möglichst gering zu halten. Die Dauerhaftigkeit des Korrosionsschutzes nach Abschalten des Anodenstromes beträgt zwischen einigen Sekunden unmittelbar nach der Erzielung der Passivität bis zu mehreren Tagen, wenn die Passivität 8 - 24 Stunden lang bestanden hat.
Es wurde weiterhin festgestellt, dass die zur Erhaltung der Passivität erforderliche Anodenstromdichte in etwa der gleichen Weise veränderlich ist wie die durch Kurve in Fig. 2 wiedergegebene Korrosionsgeschwindigkeit. Mit andern Worten, wird der Gegenstand oder Kessel passiviert, so sind ziemlich hohe Stromdichten erforderlich. Ist der Gegenstand jedoch einmal passiviert, so genügen zur Aufrechterhaltung
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der Passivität sehr geringe Stromdichten. So beträgt die zur Erhaltung des Korrosionsschutzes notwendige Energie ein Minimum. Die Werte in der folgenden Tabelle geben die verschiedenen, vor und nach Errichten der Passivität erforderlichen Stromdichten für verschiedene, in eine tige H SO-Lösung eintauchende Stahlproben wieder.
Tabelle der zur Passivierung erforderlichen Stromdichten für verschiedene Stahlsorten
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<tb> Stahlsorte <SEP> Stromdichte <SEP> Gewichtsverlust <SEP> In <SEP> Gramm3
<tb> Nr. <SEP> A. <SEP> I. <SEP> S. <SEP> I. <SEP> (a) <SEP> (b) <SEP> unpassiviert <SEP> passiviert <SEP>
<tb> 302 <SEP> 6, <SEP> 0 <SEP> 2, <SEP> 2 <SEP> 0, <SEP> 2605 <SEP> 0, <SEP> 0007 <SEP>
<tb> 304 <SEP> 5, <SEP> 0 <SEP> 3, <SEP> 8 <SEP> 0, <SEP> 2533 <SEP> 0, <SEP> 0010 <SEP>
<tb> 316 <SEP> 0, <SEP> 5 <SEP> 0, <SEP> 1 <SEP> 0, <SEP> 2746 <SEP> 0, <SEP> 0001 <SEP>
<tb> 405 <SEP> 163, <SEP> 0 <SEP> 2, <SEP> 7 <SEP> 0, <SEP> 19S9 <SEP> 0, <SEP> 0057 <SEP>
<tb> 446 <SEP> 27,3 <SEP> 0,7 <SEP> 0,6060 <SEP> 0,0065
<tb>
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Stromdichtechen, wie noch zu beschreiben, und die Spannung bei 46B fällt wieder ab.
Die Spannungsänderungen am Anschluss bei 48C des Verstärkers 31 werden dem Basisanschluss 66B einespuffertransistors 66 des Isolierabschnittes 34 zugeführt, und der Transistor 66 steuert seinerseits einen Leistungsversrärkungstransistor 68. Der Emissionsanschluss 66E des Transistors 66 ist mit dem Basisan- schluss 68B des Transistors 68 verbunden, und beide Anschlüsse stehen über den Widerstand 70 mit der Lei- tung 40 in Verbindung. Die Kollektorenanschlüsse der beiden Transistoren 66 und 68 sind mit der Lei- tung 44 verbunden. So liefert der Transistor 66 die notwendige Leistung für den Betrieb des Transistors 68 und isoliert den Verstärker 31.
Der Transistor 66 ist so konstruiert, dass er die vom Anschluss 48C des Ver- stärkers 31 kommende Spannungsschwankung nicht verändert, daher tritt (bei der beschriebenen Ausfüh- rungsform) am Anschluss 68B des Leistungsverstärkers eine Spannungsänderung von 0 auf-15 Volt ein. Der
Emissionsanschluss 68E des Transistors 68 liegt in Reihe mit der Spule eines Primärrelais 72 und der Lei- tung 38, wodurch der für den Betrieb des Relais 72 notwendige Strom geliefert wird. Es ist klar, dass kein
Strom durch die Spule des Relais 72 fliesst, wenn die Spannung am Anschluss 68E gleich der Spannung der Leitung 38 ist. Ändert sich jedoch die Spannung am Anschluss 68E, so fliesst ein Strom durch die
Spule.
Das Primärrelais 72 betätigt einen in einem Sekundärkreis 76 angebrachten Schalter 74, indem die
Spule eines Sekundärrelais 78 angeordnet ist. Der Stromkreis 76 lässt sich leicht so anordnen, dass er seine
Energie aus der gemeinsamen, in Fig. 1 gezeigten Gleichstromquelle 22 erhält. Das Sekundärrelais 78 steuert seinerseits den Schalter 32 in der von derStromquelle zurKathode 18 führenden Leitung 20. Selbst- verständlich kann ein einziges Relais benutzt werden, wenn zur Betätigung des Schalters 32 eine ausrei- chende Leistung zur Verfügung steht.
Bei der Beschreibung der Wirkungsweise des in Fig. 3 gezeigten, bevorzugten Reglers 30 soll die Annahme gemacht werden, dass die Spannung zwischen der Normalelektrode 26 (einer Kalomelelektrode) und dem Kessel 10 (einem Edelstahlgefäss) bei etwa-500 Millivolt gehalten werden soll, das ist irgendwo zwischen den Punkten A und B in Fig. 2. Das Potentiometer 58 wird so eingestellt, dass am Anschluss 48B eine Spannung von etwa -500 Millivolt liegt, und das Potentiometer 64 wird so eingestellt, dass die Span- nung am Anschluss 48C etwa Null wird, wenn die Spannung bei 48B unter-450 Millivolt liegt. Weiter soll angenommen werden, dass das Potential zwischen der Normalelektrode 26 und dem Kessel 10 bei-200 Millivolt liegt, wenn der Regler 30 zum ersten Mal in Aktion tritt.
Bei letzterer Spannung (die unter - 450 Millivolt. liegt), beträgt die Spannung bei 48C, und damit bei 66B, 66E, 68B, und 68E Null, und es fliesst ein Strom durch die Spule des Relais 72 wodurch die Schalter 74 und 32 geschlossen werden und ein Anodenstrom vom Kessel zur Kathode 18 fliesst. Dieser Anodenstrom führt, wie gesagt, zu einem weiteren Anstieg (in negativer Richtung) des Potentials zwischen der Normalelektrode 26 und dem Kessel.
Wenn das Potential zwischen der Normalelektrode 26 und dem Kessel 10 auf -500 Millivolt angestiegen ist, erreicht die Spannung am Anschluss 48 C -15 Volt. Diese Spannung tritt auch am Anschluss 66E desPuffertransistors 66 auf und hat am Emissionsanschlùss des Transistors 68 eine Spannung von-12 Volt zur Folge. Unter diesen Bedingungen fliesst kein Strom durch die Spule des Relais 72, so dass der Schalter 32 geöffnet und der Anodenstrom unterbrochen wird.
Das Potential zwischen der NormÅalelektrode 26 und dem Kessel 10'fällt dann wieder in negativer Richtung, wie schon angegeben. Erreicht dieses Potential etwa -450 Millivolt, so wird die Spannung am Anschluss 48C wieder 0 und der Anodenstrom fliesst von neuem vom Kessel zur Kathode 18. Dieser schrittweise Vorgang wiederholt sich laufend, wodurch die Korrosionsgeschwindigkeit zwischen den Punkten C und B in Fig. 2 gehalten wird.
Das Diagramm in Fig. 5 zeigt die Veränderung der Spannung an verschieden weit von der Kathode 18 entfernten Teilen des Kessels. Die in Fig. 3 wiedergegebenen Werte wurden unter Verwendung einer Platinkathode in einemEdelstahlkessel mit einer zuigen Schwefelsäurelösung erhalten, wobei die Spannungsmessungen an verschiedenen Stellen des Kessels unter Verwendung einer Kalomelelektrode als Normalelektrode ausgeführt wurden. Zur Durchführung der Messung wurde die Kalomelzelle nahe an einer Stelle des Kessels angebracht und die Spannung an dieser besonderen Stelle durch Feststellung der Potentialdifferenz zwischen der Kalomelelektrode und dem Teil der Kesselwand bestimmt. Wie aus Fig. 5 ersichtlich, fällt am Boden des Kessels die Spannung mit der Entfernung von der Kathode ab.
Der schraffierte Bereich unmittelbar unterhalb der Kathode stellt den Teil des Kesselbodens dar, der einer Über-
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im folgenden ausführlich beschrieben, dass die betroffenen Stellen des Kessels passiviert werden, wenn die Kathode so abgeschirmt wird, dass ein Durchgang des Anodenstromes auf geradem Wege zwischen der Kathode und den der Überspannung ausgesetzten Teilen des Kessels verhindert wird. Es ist auch die Fest-
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stellung von Interesse, dass Teile des Kessels in einer Entfernung von 21 m von der Kathode eine Spannung aufwiesen, die innerhalb des sicheren Betriebsbereicbes lag und die somit passiviert waren.
Die bevorzugte Elektrodenanordnung 18 (Fig. 1) besteht, wie aus Fig. 6 ersichtlich, aus einem Lei- tungsstab 37, der frei durch eine Öffnung 39 im Boden 16 des Kessels 10 hindurchführt. Der Stab 37 be- steht vorzugsweise aus einem Material relativ hoher Leitfähigkeit, wie Messing und wird in der Öffnung 39 durch eine geeignete Muffe aus Isolier- und Dichtungsmaterial 38 abgedichtet. Diese muss temperaturbe-. ständig, gegen elektrische und chemische Einflüsse der Umgebung der Elektrodenanordnung beständig sein.
Es wurde festgestellt, dass Polytetrafluoräthylen (Teflon) bei hoher Temperatur in sauren Lösungen beson- ders geeignet ist.
Selbstverständlich kann jedoch jede geeignete Kombination aus Isolier- und Dichtungs- material Verwendung finden, es ist lediglich notwendig, einer Undichtigkeit der Öffnung 39 um den
Stab 37 vorzubeugen und einen Kurzschluss zwischen Stab und Boden zu unterbinden.
Am oberen Ende des Leitungsstabes 37 befindet sich ein generell mit 41 bezeichneter Kopfteil zur
Leitung des Anodenstromes durch die Lösung 12. Der Kopf besteht vorzugsweise aus einem Kern 41A aus dem gleichen Material wie derLeitungsstab 37, der mit einem Überzug 41B aus einem der Umgebung ge- genüber unempfindlichen Material, das ein guter Leiter ist, versehen ist. In einer bevorzugten Ausfüh- rungsform besteht der Kern mit dem Leitungsstab 37 aus einem Stück, besitzt aber einen wesentlich grösseren Durchmesser als letzterer. Als Überzugsmaterial 41B dient mit Platin plattiertes Kupfer. Es ist noch anzumerken, dass dieAusmasse desKopfes 41 der Gewährleistung eines genügenden Stromdurchganges durch die Lösung zur Passivierung des Kessels unter den gegebenen Betriebsbedingungen entsprechen.
Bei- spielsweise ist der Kern 41A bei der Neutralisation von Toluol- und Xylolsulfonsäuren mit 20%1gem Ätz- alkali bei Temperaturen bis zu 88 C und bei einem Bedarf von 300 Ampere Gleichstrom mit Kupfer einer
Mindeststärke von 0, 63 mm und Platin einer Mindeststärke von 0, 32 mm verkleidet. Es wurde eine Pla- tinoberfläche von etwa 260 cm2 verwendet.
Zwischen dem Boden 16 und dem Kopf 41 ist ein röhrenförmiger Isolator 43 über den Leitungsstab 37 geschoben, um einen Kurzschluss zwischen dem Leitungsstab und der umgebenden Kesselwand zu verhin- dern. Ausserdem besitzt der Isolator aus noch zu erwähnenden Gründen einen grösseren Durchmesser als der Kopf 41. Ein Dichtungsring 45 aus einer Kombination aus Dichtungs- und Isoliermaterial ist an beiden
Enden des Isolators 43 angebracht, um eine direkte Berührung der Lösung mit dem Leitungsstab zu verhindern. In diesem Zusammenhang ist zu beachten, dass nur die Seiten und das Oberteil des Kopfes 41 mit dem der Umgebung gegenüber unempfindlichen Material 41B bedeckt sein müssen, da das untere Ende des Kopfes von der oberen Dichtungsscheibe 45 bedeckt wird und für den Stromdurchgang durch die Lösung nicht benutzt wird.
Es wird jedoch die Anbringung einer Planscheibe 49 zwischen dem unteren Ende des Kopfes 41 und dem oberen Dichtungsring 45 bevorzugt, um die Dichtung am oberen Ende des Leitungsstabes 37 su verstärken und um eine wirksame Verteilung des Anodenstromes zu gewährleisten. Der Isolator 43 kann aus jedem geeigneten Material bestehen, das der Umgebung gegenüber unempfindlich ist und den Leitungsstab 37 wirkungsvoll gegen die Lösung isoliert. In dem oben erwähnten Neutralisationsprozess erwies sich ein Keramikisolator als geeignet.
Das untere oder äussere Ende 51 des Leitungsstabes 37 ist mit einem Gewinde für eine Mutter 53 versehen, die die Elektrodenanordnung am Boden 16 befestigt. Um den Leitungsstab 37 liegt eine geeignete Kombination aus Isolier-und Dichtungsring 61 am Boden 16 an, und zwischen dem Dichtungsring 61 und. der Mutter 53 wird vorzugsweise eine Metallscheibe 57 angebracht, um den Dichtungsring 61 vor einer Beschädigung beim Anziehen der Mutter zu schützen. Selbstverständlich wird beim Anziehen der Mutter 53 der Kopf 41 abwärts gegen die obere Dichtungsscheibe 45 gepresst, so dass nicht nur die Elektrodenanordnung 18 am Boden 16 befestigt, sondern auch die einwandfreie Wirkung der Dichtungsscheiben 45 gegen einen Zutritt der korrodierenden Lösung 12 zum Leitungsstab gewährleistet wird.
Die von der Gleichstromquelle 22 kommende Leitung 20 wird in geeigneter Weise unterhalb der Mutter 53 mit dem unteren Ende 51 des Leitungsstabes 37 verbunden, beispielsweise durch eine weitere Mutter 59, und jedenfalls so, dass die Leitung 20 einwandfrei mit dem Leitungsstab verbunden ist.
Die Elektrodenanordnung 18 kann in jeder gewünschten Stellung im Kessel 10 angebracht werden, so dass sich der Kopf 41 der Elektrode innerhalb der Lösung 12 befindet und eine wirkungsvolle Verteilung des Anodenstromes durch die Leitung 12 erzielt wird. Bevorzugt wird jedoch die Befestigung der Elektrodenanordnung 18 am Boden 16, so dass der Kopf 41 sich auch dann In der korrodierenden Lösung befindet, wenn der Kessel nur eine geringe Menge Lösung enthält. Auch In diesem Fall kann der Kessel dann passiviert werden, und während des Füllens ist die Passivierung des Kessels gleichfalls erleichtert.
Mit andern Worten ist die vollständige Passivierung des Kessels erleichtert und die Passivierung kann mit einem Minimum am Anodenstrom erreicht werden, wenn der Kessel 10 schon zu Anfang während des Füllens mit
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Lösung passiviert wird, womit sich die Gesamtkosten verringem.
Beim Betrieb der Elektrode 18 fliesst der Anodenstrom in allen Richtungen zwischen den Seitenwänden 14 und dem Boden 16 des Kessels 10 und dem Kopf 41 der Elektrodenanordnung durch die Lösung 12.
Daher wird die gleichmässigste Verteilung des Anodenstromes erzielt, wenn der Kopf im Zentrum der korrodierenden Lösung angebracht ist. Es wurde jedoch festgestellt, dass, wie bereits gesagt, der Kopf 41 relativ dicht an der Trägerwand angebracht sein kann, wenn dafür gesorgt ist, dass der Anodenstrom durch eine Abschirmung daran gehindert wird, auf geradem Wege zwischen dem Kopf und den einer Überspannun ausgesetzten Teilen der Trägerwand zu fliessen. In der in Fig. 6 gezeigten Anordnung liegt der einer Überspannung ausgesetzte Teil der Wand 16 rund um die Öffnung 39. Daher hat der Isolator 43 einen grö- sseren Aussendurchmesser als der Kopf 41, um einen direkten Strom zwischen dem Kopf und dem genannten Teil der Trägerwand, durch die der Leitungsstab 37 hindurchführt, zu verhindern.
In jeder einzelnen Anlage kann das Potential der Trägerwand des Kessels in der beschriebenen Weise in Verbindung mit Fig. 5 vermessen werden und der Isolator 43 so geformt werden, dass der Anodenstrom durch eine Abschirmung daran gehindert wird, auf geradem Wege zwischen dem Kopf und den eine Überspannung besitzenden tei- len zu fliessen.
Die einzuhaltende Entfernung des Kopfes 41 von der Trägerwand ändert sich mit den jeweiligen Bedingungen und insbesondere mit der Leitfähigkeit der Lösung, 12. In dem genannten Verfahren der Neutralisation von Toluol- und Xylolsulfonsäuren mit 20'obigem Ätzalkali wurde der Kopf in einer Entfernung von 46 bis 51 cm von dem Boden des Edelstahlkessels angebracht, in welchem die Neutralisation ausgeführt wurde. Es bildeten sich dabei keine heissen Stellen im Kessel. Diese Entfernung konnte auf 20 - 25 cm verringert werden, ohne dass sich heisse Stellen im Boden des Gefässes bildeten. Dabei ist noch zu bemerken, dass bei dieser Anordnung der Durchmesser des verwendeten Edelstahlgefässes etwa 3, 65 m und die Höhe etwa 5, 5 m betrug. Dabei bildeten sich keine heissen Stellen, obgleich der Kopf 41 wesentlich dichter am Boden des Gefässes angebracht war.
Weiterhin ist festzustellen, dass die korrodierende Lösung 12 gerührt werden kann, ohne dass die Wirksamkeit der Elektrodenanordnung 18 gestört wird, wenn der Leitungsstab 37 aus einem Material hoher Festigkeit und der Isolator 43 aus einem relativ festen Material besteht. Bei extrem heftigem Rühren der korrodierenden Lösung wird jedoch die in Fig. 7 gezeigte modifizierte Elektrodenanordnung 18a bevorzugt.
Bei der Elektrodenanordnung 18A wird die Verwendung eines Leitungsstabes 37 bevorzugt, der in gleicher Weise wie die Elektrodenanordnung 18 in Fig. 6 durch eine Öffnung 39 durch den Boden 16 des Kessels hindurchragt. Auch die gleiche Anordnung des Kopfes 41 wird bevorzugt, ebenso wie die Anordnung der Platinscheibe 49 und des oberen Dichtungsringes 45. Um der Elektrodenanordnung 18A zusätzliche Festigkeit zu verleihen, wurde ein Stahlrohr 63 über den Leitungsstab 37 geschoben, der sich von der oberen Dichtungsscheibe 45 bis herab durch die Öffnung 39 im Boden 16 erstreckt. Der Leitungstab 37 und das Stahlrohr 63 sind gegen die korrodierende Lösung durch ein Rohr 65 isoliert und abgedichtet, das aus einem geeigneten Isoliermaterial wie Teflon bestehen kann und an seinem unteren und oberen Ende nach aussen ragende Flansche trägt.
Diese beiden Flansche 67 besitzen einen grösseren Durchmesser als der Kopf 41, um den Kopf gegen einen Stromfluss auf geradem Wege zwischen Kopf und den um die Öffnung 39 liegenden Teilen des Bodens 16 abzuschirmen ; im wesentlichen in der gleichen Art wie bei der Elektrodenanordnung 18.
Zwischen dem unteren Flansch 67 und der Innenfläche des Bodens 16 ist rund um das Stahlrohr 63 eine untere Dichtungsscheibe 69 angebracht, um einer Berührung der korrodierenden Lösung 12 mit dem Stahlrohr noch weiter vorzubeugen. Eine schmale Muffe 71 aus einer Kombination aus Dichtungs- und Isoliermaterial ist in der Öffnung 39 um das Stahlrohr 63 herum angebracht, um das Rohr 63 im Boden zu isolieren und abzudichten. In der gleichen Art, wie bei der Elektrodenanordnung 18 beschrieben, sind zur Befestigung der Elektrodenanordnung 18A am unteren Ende 51 des Elektrodenstabes 37 die übliche Dichtungsscheibe 61, die Metallscheibe 57 und die Mutter 53 angebracht.
Wie ersichtlich, verstärkt das Stahlrohr 63 den Leitungsstab 37 und schützt die Elektrodenanordnung 18A gegen Verbiegung oder sonstige, durch heftiges Rühren der Lösung 12 verursachte Veränderungen der Lage der Elektrode.
Eine weitere, insbesondere zur Verwendung InGefässen mit geringem Durchmesser bestimmte Elektrodenanordnung 18B wird in Fig. 8 gezeigt. Bei dieser Anordnung werden wiederum vorzugsweise in der gleichen Art wie bei der Elektroden anordnung 18 der Leitungsstab 37, der Kopf 41, die Platindichtung 49, die Dichtungsscheibe 61, die Metallscheibe 57 und die Mutter 53 verwendet. Zur Isolation des Leitungsstabes 37 wird In der Anordnung 18B ein röhrenförmiger Isolator 75 verwendet, der aus einem geeigneten Material wie Teflon besteht und sich von der Platindichtung 49 bis zur Innenseite des Kesselbodens 16 erstreckt.
Bei dieser Anordnung besteht das Isoliermaterial 75 aus einer Kombination von Isolier-und Dich-
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tungsstoff, der nicht nur den Leiter 37 isoliert, sondern auch an der Innenfläche des Bodens 16 eine Be- rührung der Lösung 12 mit dem Leitungsstab verhindert und zusammen mit der Platindichtung 49 eine
Abdichtung bildet. Das untere Ende 77 des Isolators 75 hat einen geringeren Durchmesser, so dass es dicht in die um den Leitungsstab 37 liegende Öffnung 39 hineinpasst und so auch den Leitungsstab gegen den
Boden isoliert.
Ein schalenförmiger Isolator 79 ist um das obere Ende des Isolators 74, mittels Gewinde 81 etwa, rundherum angeordnet und erstreckt sich aufwärts um den Kopf 41 herum. Der Isolator 79 kann aus einem geeigneten Material wie Teflon bestehen, das den Anodenstrom abschirmt, und kann erforderlichenfalls über das obere Ende des Kopfes 41 hinausragen. Mit dem Isolator 79 an der in Fig. 8 gezeigten Stelle kann auf geradem Wege zwischen dem Kopf 41 und den diesem zunächst liegenden Seitenwänden des
Kessels 10 kein Strom fliessen ; daher lässt sich die Anordnung 18B in Kesseln mit geringem Durchmesser, z. B. Röhren, verwenden.
Mit ändern Worten wird ein von der Seite oder von unten zum Kopf 41 flie- ssender Anodenstrom über die Oberkante des Isolators 79 umgeleitet, wodurch ein Ausrichten des Anoden- stromes entlang der Mittellinie des Kessels 10 vom Boden 16 aus bewirkt wird.
Ist eine Wand des Kessels 10 mit einer Flanschöffnung 80 versehen, wie in Fig. 9 gezeigt, und wird die Lösung 12 nicht heftig gerührt, so lässt sich die in Fig. 9 gezeigte Elektrodenanordnung 18C verwen- den. Diese Elektrodenanordnung besteht aus einem verlängerten röhrenförmigen Isolator 84, der aus einem geeigneten Isoliermaterial wie Teflon bestehen kann und der dicht an seinem unteren Ende ein Gewin- de 86 für eine Schraubverbindung mit einem Flansch 88 besitzt, dessen Abmessung dem Flansch 80 ent- spricht. Auch hier besteht vorzugsweise der Isolator 84 aus einer Art Dichtungsmaterial, das in das Ge- winde im Flansch 88 eingeschraubt wird und ein Auslaufen der korrodierenden Lösung 12 durch den Flansch
80 verhindert.
Ein Leitungsstab 90 verläuft durch den röhrenförmigen Isolator 84aufwärts und kann aus Kupfer beste- hen, da eine hohe Festigkeit nicht erforderlich ist. In das obere Ende des Isolators 84 ist ein Platinstab 92 eingesetzt und in geeigneter Weise mit dem oberen Ende des Leitungsstabes 90 verbunden. z. B. ver- schraubt, um einen einwandfreien Stromdurchgang zu gewährleisten. Ausserdem wird vorzugsweise ein ge- eigneter Dichtungsring 94 in dem oberen Ende des Isolators 84 um den Platinstab 92 herum angeordnet, um ein Eindringen der Lösung 12 in das obere Ende des Isolators 84 und damit eine Berührung mit dem
Kupferstab 90 zu verhindern.
DerKopfteil 96 der Elektrodenanordnung 18C kann jede geeignete Ausführungsform besitzen, die die für den notwendigen Anodenstrom durch die Lösung 12 erforderliche Oberfläche hat. Bei einer Anlage wurden als Kopfteil 96 von einem Elektrodenträger gehaltene Platinkörbe verwendet. Es ist jedoch jede andere Ausführung brauchbar, wie beispielsweise Platindraht oder gelochte Platinbleche ; einziges Erfor- dernis ist die einwandfreie Verbindung des Kopfes 96 mit dem Platinstab 92 und wie gesagt eine genügend grosse Oberfläche. Die Elektrodenanordnung 18C lässt sich mit geringen Kosten herstellen, sie ist jedoch wie schon angegeben nur in einem Kessel brauchbar, in dem die korrodierende Lösung nicht heftig gerührt wird und wird vorzugsweise nur dann verwendet, wenn die Lösung nicht auf hoher Temperatur gehalten wird.
Viele korrodierende Lösungen sind für die meisten Normalelektroden schädlich, und es muss die Gewähr bestehen, dass die Normalelektrode die korrodierende Lösung nicht verunreinigt. Es ist daher zweckmässig, die Normalelektrode nicht mit der korrodierenden Lösung in Berührung zu bringen, sondern sie mittels eines Stromschlüssels elektrochemisch mit der Lösung zu verbinden. Der Elektrolyt im Stromschlüssel muss die Normalelektrode und die Lösung unter allen Betriebsbedingungen jedoch einwandfrei verbinden, beispielsweise dann, wenn sich der Stand der korrodierenden Flüssigkeit in dem zu schützenden Kessel ändert und während heftigen Ruhrens der korrodierenden Lösung. Ausserdem muss der Stromschlüssel bequemlichkeitshalber lange Zeit betriebsfähig sein, ohne dass eine häufige Überwachung notwendig ist.
Fig. 10 zeigt schematisch den Stromschlüssel 100 als Teil des Gesamtsystems. Die Einzelheiten einer bevorzugtenAusführungsformdesStromschlüssels zur Verbindung der Normalelektrode 26 mit der Lösung 12 sind aus Fig. 11 zu ersehen und werden generell mit Ziffer 100 bezeichnet. Dieser Stromschlüssel besteht aus einem Reservoir 101, welches vorzugsweise eine Belüftungsöffnung 102 an seinem oberen Ende und einen kegelförmigen Boden 103 hat. Das Reservoir 101 ist oberhalb des Flüssigkeitsniveaus der Lösung 12 angeordnet, beispielsweise durch Halterungen 104 (Fig. 10), die sich vom oberen Ende des Kessels 10 aus aufwärts erstrecken. Der Elektrolyt 105, z. B. KC1, befindet sich in dem Reservoir 101, wo er mit der an der Oberseite des Reservoirs 101 angebrachten Normalelektrode 26 einwandfreien Kontakt hat.
Die in Fig. 11 gezeigte Normalelektrode ist eine handelsübliche Kalomelelektrode, an deren Stelle selbstver-
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ständlich jede andere Normalelektrode verwendet werden kann.
Durch den Mittelteil des Bodens 103 des Behälters 101 verläuft ein Leitungsrohr 106 ein Stück über den
Boden 103 hinaus nach oben. aus Gründen, die noch beschrieben werden. Ein passender Dichtungsring 107 ist im loden um das Leitungsrohr 106 herum angeordnet. Das obere Ende der Leitung 106 endet vorzugs- weise an einer Seitenwand des Behälters 101 in einem gewissen Abstand von der Normalelektrode 26, um sicherzustellen, dass die Elektrode das Rohr nicht berührt, wenn ein Elektrodenwechsel vorgenommen wird.
Nach unten führt das Rohr 106 zum Kessel 10. An seinem unteren Ende ist es mit einem Rohr 108, vor- zugsweise einem Glasrohr verbunden, deren Ende mit einem verengten Auslass versehen ist. Das Rohr 108 kann an jeder beliebigen Stelle-des Kessels 10 angebracht sein, sie muss lediglich in einigermassen verti- kaler Stellung angeordnet sein und mit dem unteren Ende 109 in die Lösung 12 eintauchen. Die Aufgabe des Rohres bzw. seines Auslasses wird später noch erläutert.
Ist der Kessel 10 mit einem nach innen führenden Gewindestutzen 110 versehen, wie in Fig. 11, so kann das Rohr 108 durch diesen Stutzen eingeführt werden. Über dem Oberteil des Rohres 108 ist ein röh- renförmigerKopf 111 geschoben und mit dem Stutzen 110 verschraubt und seinerseits mittels Gewinde 112 mit dem oberen Ende der Brücke 108 verschraubt. Zur Verhütung eines möglichen Austrittes von korrodierender Lösung 12 durch den röhrenförmigen Kopf kann zwischen dem Rohr 108 und dem oberen Ende des röhrenförmigen Kopfes 111 ein geeigneter Dichtungsring 113 angebracht werden.
Ausserdem ist zu bemerken, dass das oberste Ende 114 des Rohres 108 mit dem unteren Ende der Zuleitung 106 vorzugsweise verschraubt und durch einen 0-Ring 115 abgedichtet wird, um die Verhinderung eines Austrittes des Elektrolyten 105 oder der Lösung 12 noch weiter sicherzustellen.
An dem röhrenförmigen Kopf 111 befindet sich ein röhrenförmiges Glied 116 von hoher Festigkeit, das auch starr mit ersterem verbunden sein kann, welches das Rohr 108 in abwärts führender Richtung bis zur Mündung 109 umgibt. Dieses Rohr 116 schützt das Rohr 108 gegen Bruch durch äussere Einwirkungen, wie etwa heftiges Rühren der Lösung 12. Die Röhre 116 und der röhrenförmige Kopf 111 sollen entweder aus einem der Umgebung gegenüber inertem Material oder aus dem gleichen Material wie der Kessel 10 bestehen, um die Bildung eines Sekundärelementes mit der korrodierenden Lösung 12 zu verhindern, wodurch die Wirksamkeit des Reglers 30 gestört würde und damit die genaue Regelung des Anodenstromes.
Am unteren Ende des Rohres 116 wird ein Dichtungsring 117 angebracht, der sich kurz oberhalb des Auslasses um das Rohr 108 herum anlegt und einen eventuellen Zutritt der korrodierenden Lösung nach oben in das Rohr 116 und den Kopf 111 verhindert. Das unterste Ende 118 des Rohres wird vorzugsweise mit Schlitzen oder Öffnungen 119 versehen. Es endet kurz unterhalb des Auslasses 109, wodurch dieses geschützt wird und dennoch die freie Zirkulation der korrodierenden Lösung 12 und damit die Berührung mit dem Auslass des Rohres ermöglicht wird.
Beim Betrieb des Stromschlüssels 100A wird der Behälter 101 soweit mit dem Elektrolyt 105 gefüllt, dass zum mindesten der Hauptteil des aktiven Endes der Elektrode 26 eintaucht, um die einwandfreie Verbindung der Elektrode 26 mit dem Elektrolyten sicherzustellen. Es ist einleuchtend, dass der Elektrolyt abwärts in die Leitung 106 hineinfliesst und sowohl die Leitung als auch das Rohr 108 anfüllt. Vorzugsweise wird ein Salzüberschuss 120 am Boden des Behälters 101 unterhalb des oberen Endes der Leitung 106 gelagert, um sicherzustellen, dass der Elektrolyt 105 immer gesättigt bleibt und einen einwandfreien Stromtransport ermöglicht. Der Salzüberschuss 120 erleichtert ausserdem ein Auffüllen des Elektrolyten, durch einfaches Nachfüllen einer geringen Wassermenge in den Behälter.
Der Elektrolyt-105 sickert allmählich aus dem Auslass 109 des Rohres 108 in die in Kessel 10 befindliche Lösung 12. Hiedurch wird die Zufuhr von frischem Elektrolyt am unteren Ende des Stromschlüssels beständig aufrechterhalten, wodurch eine einwandfreie Verbindung zwischen dem Elektrolyt und der Lö- sung 12 gewährleistet ist. Weiters wird die Normalelektrode 26 durch die Lösung nicht verunreinigt. Die Menge des auslaufenden Elektrolyten ist, soweit eine Verdünnung der Lösung 12 in Betracht kommt, zu vernachlässigen. Bei einem handelsüblichen Ronr 108 sickern bei Verwendung von KCI als Elektrolyt 0, 002-0, 05 ml pro Stunde aus dem Auslass heraus.
Es ist offensichtlich, dass der in die korrodierende Lösung 12 gelangende Elektrolyt keine messbare Verunreinigung der korrodierenden Lösung 12 verursachen kann, und dass die Zufuhr von Elektrolyt zur Aufrechterhaltung der elektrischen Verbindung zwischen Lösung und Normalelektrode 26 über längere Zeitspannen ohne jede Beaufsichtigung gewährleistet ist.
Zur Verwendung in einem Kessel mit einer Flanschöffnung ist der in Fig. 12 gezeigte abgeänderte Stromschlüssel 100B geeignet. Er besteht aus einem Behälter 101B, ähnlich dem zuvor beschriebenen Reservoir 101. Bei dieser Ausführungsform ist eine Leitung 106 kurz oberhalb des kegelförmigenBodens 103 mit der Seitenwand des Behälters 101B verbunden, welches dann abwärts zum Kessel 10 hin verläuft.
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um seinetung 106 und demRohr 108 befindliche Elektrolytlösung rinnt allmählich aus der Mündung 109 heraus, um in der beschriebenen Weise eine einwandfreie Verbindung zwischen Normalelektrode und Lösung aufrechtzuerhalten.
Wenn sich der Flüssigkeitsspiegel im Kessel ändert, wird der Kopf 134 gehoben oder gesenkt, um ein Eintauchen der Mündung 109 in die Lösung 12 sicherzustellen.
Selbstverständlich kann die Höhe des Kopfes 134 und des Rohres 108 durch Herauf- oder Herabschieben geregelt werden, oder aber in der Weise, dass der Kopf in der Lösung schwimmt, so dass die Mündung 109 sich immer in der Lösung befindet. So kann das Oberteil des Kopfes 134 oberhalb des Flüssigkeitsspiegels im Kessel gehalten werden, wodurch die Möglichkeit eines Eindringens der Lösung in das Rohr 143 verringert wird, und damit eine Störung der Anlage. Auch in diesem Fall ist zu bemerken, dass die Teile der Trägerkonstruktion für das Rohr 108, also das Gerüst 131, der röhrenförmige Kopf 134, der Fortsatz 116 und dasRohr 143 aus dem gleichen Material wie der Kessel 10 oder aus einem Inertmaterial, beispielsweise Kunststoffen bestehen muss, um die Bildung einer Sekundärzelle in der Lösung 12 zu verhindern.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Anordnung zur Verringerung der Korrosion eines Metallkessels, der eine korrodierend wirkende
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der Energiequelle zur Elektrode und zum Kessel in Reihe, derart, dass die Elektrode zur Kathode und der Kessel zur Anode wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Normalelektrode (26) elektrochemisch mit der Lösung (12) in Verbindung steht, so dass sich zwischen dieser und dem Kessel (10) eine Potentialdifferenz ausbildet, welche die elektrochemische Beständigkeit des Kessels (10) anzeigt, ferner gekennzeichnet durch eine Regelvorrichtung (30), welche mit dem Kessel (10) und der Normalelektrode (26) in Ver- bindung steht und den Stromkreis mit Hilfe des Schalters (32) öffnet, wenn die Potentialdifferenz den einer vorher festgelegten maximalen elektrochemischen Beständigkeit des Kessels (10) entsprechenden Betrag erreicht,
und welche den Stromkreis schliesst, wenn die Potentialdifferenz einen bestimmten minimalen Wert der elektrochemischen Beständigkeit des Kessels (10) unterschreitet.