BRPI0607236B1

BRPI0607236B1 - célula eletrolítica

Info

Publication number: BRPI0607236B1
Application number: BRPI0607236A
Authority: BR
Inventors: Frank Funck; Karl Heinz Dulle; Peter Woltering; Randolf Kiefer; Roland Beckmann
Original assignee: Uhdenora Spa
Priority date: 2005-01-25
Filing date: 2006-01-25
Publication date: 2016-11-01
Also published as: WO2006079523A2; CA2593271A1; DE102005003526A1; KR101246123B1; JP2008528795A; WO2006079523A3; KR20070095449A; BRPI0607236B8; CA2593271C; US20080093214A1; JP5264179B2; BRPI0607236A2; RU2007139769A; EP1841900A2; CN101107386A; CN101107386B; EP1841900B1; US7780822B2; RU2362840C1

Abstract

célula eletrolítica com desenho segmentado e monolítico do eletrodo. a presente invenção refere-se a uma célula eletrolítica que consiste em duas semiconchas e que abrangem principalmente os dispositivos de entrada e de saida, os componentes para o controle do fluxo e uma membrana assim como um ânodo e um catodo. os eletrodos podem ter qualquer estrutura de superfície e eles são ligados no lado oposto à membrana a faixa condutora ligada à semiconcha respectiva. a característica principal da invenção é segmentar os eletrodos e produzir cada segmento do eletrodo com suas faixas adjacentes de apoio como uma junção monolítica a partir de uma peça única semi-acabada.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "CÉLULA ELETROLÍTICA". A presente invenção refere-se a uma célula eletrolítica que consiste essencialmente em duas semiconchas que abrangem os dispositivos de entrada e de saída, os componentes para o controle de fluxo e um ânodo e um catodo separados por uma membrana. O eletrodo pode ter qualquer estrutura de superfície e este é ligado no lado oposto da membrana à respectiva semiconcha através de uma multiplicidade de faixas condutoras. De acordo com a invenção, pelo menos um dos dois eletrodos é dotado de uma estrutura segmentada, cada um dos segmentos do eletrodo e suas faixas adjacentes de apoio sendo fabricadas como uma montagem monolítica sem junções a partir de uma peça única semi-acabada. É uma prática do estado da técnica soldar os eletrodos à parede interna da semiconcha respectiva através de faixas que são dispostas perpendicularmente ao eletrodo e à parede posterior da semiconcha, isto é, alinhadas no sentido da força de pressionamento. Os espaçadores isolados eletricamente são inseridos na área entre a membrana e os eletrodos, assim que a membrana é bloqueada e fixada conseqüentemente entre uma multiplicidade de espaçadores com a ação da força de pressionamento pelo lado externo. Os espaçadores são dispostos em pares opostos e as faixas são posicionadas em correspondência dos espaçadores no lado oposto do eletrodo.

Eletrolisadores deste tipo são por exemplo descritos em DE 196 41 125 e EP 0 189 535. Os componentes da célula são otimizados a fim de minimizar a quantidade de material requerido, que assegura simultaneamente a rigidez e a força necessária para a célula completa. Quando um dispositivo for fabricado de acordo com DE 196 41 125 será necessário pré-fabricar os elementos individuais, que possuem em parte uma espessura relativamente reduzida, para posicionar os mesmos em uma bancada regulada e para poder soldá-los juntos na montagem da célula. Em caso de grandes séries este é um processo oneroso e que requer muito tempo, considerando que a capacidade do eletrolisador é compreendida normalmente de muitos milhares de células individuais.

Serão encontradas exigências rigorosas na exatidão das dimensões dos componentes da célula, porque até desvios pequenos podem ser causados, por exemplo, pela expansão térmica do material, pelo posicionamento impreciso dos componentes ou pela variação dimensional dos componentes individuais, gerando problemas de instalação ou de operação da célula. E, portanto, um dos objetivos da invenção superar a insuficiência da tecnologia atual e fornecer um eletrolisador contendo componentes da célula de dimensões exatas aprimoradas e mais fáceis de instalar.

Este e outros objetivos são alcançados por meio de uma célula eletrolítica que consiste essencialmente em duas semiconchas que abrangem os dispositivos de entrada e de saída, os componentes para o controle de fluxo e um ânodo e um catodo separados por uma membrana. Os eletrodos podem ter qualquer estrutura de superfície, perfil ou perfuração. No lado oposto à membrana, os eletrodos são ligados eletricamente com a semiconcha respectiva através de faixas e são caracterizados por um desenho segmentado, cada segmento do eletrodo sendo formado a partir de uma peça única semi-acabada como a do tipo monolítico sem junções, compreendendo ao menos uma ou preferivelmente duas faixas adjacentes de apoio. A estrutura segmentada do eletrodo da invenção é particularmente vantajosa que a margem de tolerância pode ser consequentemente reduzida, uma vez que, em particular, a tolerância na altura do corpo depende meramente de um componente ou da etapa de processamento, que é particularmente importante, considerando o tamanho do eletrodo na prática padrão (2 a 3 m2). Reciprocamente, no desenho do estado da técnica a tolerância total na construção é determinada pelas características de dois componentes distintos, isto é o comprimento da faixa e a espessura da placa do eletrodo, cuja junção é além disso exposta ao impacto térmico do processo de solda. O posicionamento do eletrodo em paralelo ao plano da membrana é facilitado enquanto as faixas já estão anexadas ao eletrodo. Considerando que um deslocamento durante o alinhamento pode ser obtido também em um modo direto pelo fornecimento de uma alta tolerância correspondentemente, na área de contato dos pés da faixa e no nível paralelo à membrana. Não ocorrerá distorção térmica quando as faixas forem fixadas ao eletrodo, porque estas não são mais soldadas, mas modeladas a frio em máquinas de dobra ou perfuração. Uma vantagem adicional está obviamente na quantidade reduzida dos componentes individuais comparadco àqueles requeridos para a prática padrão.

Em uma modalidade aprimorada da invenção as faixas são dotadas de um ou vários pés alinhados em paralelo ao eletrodo, formados a partir da mesma peça monolítica semi-acabada como um elemento integral e sem junções e então soldadas à semiconcha respectiva da célula eletrolítica. Os pés da faixa facilitam a soldagem aumentando também a rigidez dos segmentos do eletrodo monolítico e da célula como uma montagem compacta.

Em uma modalidade mais preferida, os pés do segmento do eletrodo são vantajosamente modelados em forma de dentes, adequado ao perfi de dente do segmento do eletrodo adjacente.

Em uma modalidade preferida da invenção os pés da faixa são curvados ao longo do inteiro comprimento da faixa, sendo assim, eles todos correm paralelos ao eletrodo e são posicionados no mesmo sentido. Esta variante permite qualquer largura dos pés fixados aos segmentos do eletrodo monolítico.

Além disso, a invenção também fornece peças modeladas a serem posicionadas entre as faixas dos segmentos do eletrodo adjacente e as margens de transição entre os eletrodos e as faixas, a fim de fixar a membrana e distribuir as forças. As peças modeladas e as áreas transicionais dos segmentos do eletrodo são formadas de tal modo que possam ser também inseridas ou acopladas. O espaçador é modelado ídealmente para que ele compreenda uma seção que é localizada acima da membrana e é sustentada pelo eletrodo, e uma seção ulterior que é inserida como uma mola ou um plugue dentro do sulco formado pelo espaço entre as faixas adjacentes.

Uma vantagem importante do posicionamento aprimorado dos espaçadores em relação à prática padrão da técnica prévia, foi observada nos ditos espaçadores que foram, surpreendentemente trazidos para sobrepor, mais precisamente, as peças contrárias respectivas por meio dos segmentos do eletrodo: cada espaçador isolado eletricamente torna a membrana inativa na área de contato, de modo que qualquer par de espaçadores não sobrepostos precisamente ampliará a área de superfície inativa da membrana.

Uma ulterior modalidade aprimorada da invenção dotada para faixas com sulcos nas quais no mínimo uma placa possa ser acomodada para o controle do fluxo ou para o reforço da montagem. A vantagem relevante e a última opção para o controle do fluxo não são disponíveis nas células da técnica anterior em base das técnicas de produção, porque o grau de liberdade requerida neste caso para o alinhamento das faixas teria sido perdido como um resultado da tal placa inserida. Todavia, esta opção pode ser facilmente praticada uma vez que, as faixas são fixadas e os espaçadores colocados nas margens de transição dos eletrodos, alinhados para isso na célula eletrolítica da presente invenção.

Uma modalidade particularmente preferida dotada de um sulco para acomodar uma placa inclinada até 15° ao eletrodo. O gás halogênio formado durante a operação da célula sobe em forma de bolhas de gás de modo que na parte superior da célula eletrolítica uma fração maior do volume seja ocupada pela espuma e bolhas de gás. Uma placa inclinada estabelecendo uma maior abertura na seção transversal na parte superior do eletrodo permite otimizar a descarga da espuma a partir da célula e o retorno do fluxo do licor residual para a parte inferior do eletrodo. A invenção é daqui por diante descrita através dos desenhos em anexo que são fornecidos como um meio de exemplificar e não possuem a intenção de limitar c objetivo da mesma. A figura 1 é uma vista em perspectiva de dois segmentos do eletrodo de acordo com a presente invenção. A figura 2 é uma vista em perspectiva de dois segmentos do eletrodo dotados com espaçadores, de acordo com a presente invenção. A figura 3 mostra uma modalidade preferida de dois segmentos do eletrodo que compreendem uma placa para reforçar e controlar o fluxo, de acordo com a presente invenção. A figura 1 ilustra a vista em perspectiva de dois segmentos, indicados como A e Έ,' do eletrodo 1. O eletrodo 1 é fixado às faixas 2 através da área transicional 3 em ambos os lados.

As faixas 2 são dotadas de pés 4 em paralelo à maior superfície do eletrodo 1 e curvados na direção do lado perpendicularmente externo à faixa 2. Os pés da faixa 4 são fixados ao lado posterior 10 da parede da célula. Os pés 4 mostrados na figura 1 são contínuos. A figura 2 ilustra um espaçador 7 colocado na área transicional 3 entre o eletrodo 1 e a faixa 2. Também é mostrada uma peça modelada cuja parte superior 8 está localizada na área transicional 3 e cuja parte inferior 9 está inserida dentro do intervalo formado pelas faixas adjacentes 2. Os pés 4 mostrados na figura 2 também são contínuos. A figura 3 descreve uma modalidade onde os pés da faixa 4 são modeladas em forma de dentes. Na fase de construção, as filas dos dentes são inseridas abaixo da faixa adjacente, assim que uma superfície de apoio é formada no menor tamanho possível. As dimensões dos dentes individuais são selecionadas de modo que antes da soldagem um espaço pequeno de ajuste no estado de inserimento é fornecido para um alinhamento possivelmente necessário. A figura 3 também mostra dois segmentos do eletrodo que neste exemplo possuem uma estrutura lamelar. Um sulco 5 é fornecido nas faixas 2, no qual a placa 6 é inserida. Por um lado, esta placa melhora a estabilidade dos segmentos do eletrodo e por outro lado ela delimita dois canais de fluxo estabelecendo o fluxo da respectiva corrente contrária.

Durante a operação da célula há um fluxo ascendente no espaço entre o eletrodo 1 e a placa 6 e um fluxo descendente no espaço entre a parede posterior da célula 10 (mostrado como linha tracejada) e a placa 6. A troca de fluxo ocorre no espaço final superior e inferior do eletrolisador. Em um teste da célula, o eletrodo plano do desenho da técnica prévia com uma área de superfície total do ânodo de 2,7 m2, foi recolocado por um eletrodo de acordo com a invenção compreendendo 18 segmentos, cada um com uma área de superfície do eletrodo de 0,15 m2. Tal célula foi operada com uma densidade de corrente de 3 kA/m2 e 6 kA/m2. O uso da célula eletrolítica da invenção permite uma redução da tensão da célula de 8 mV em uma densidade da corrente de 3 kA/m2 e de aproximadamente 16 mV em uma densidade de corrente de 6 mV. A descrição acima não deve ser entendida como uma limitação da invenção, que pode ser praticada de acordo com modalidades diferentes sem fugir dos objetivos das mesmas, e cuja extensão é definida somente pelas reivindicações em anexo.

Na descrição e nas reivindicações da presente aplicação, a palavra “compreenderi’ e suas variações tais como "compreendendo” e “contendo" não possuem a intenção de excluir a presença de outros elementos ou componentes adicionais.

REIVINDICAÇÕES

Claims

1. Célula eletrolítica delimitada por duas semiconchas, cada uma fixada a um eletrodo (1) por meio de uma multiplicidade de faixas condutoras (2), os eletrodos (1) sendo um ânodo e um catodo possuindo uma superfície principal separada por uma membrana, caracterizada pelo fato de que ao menos um dos eletrodos (1) é composto de uma multiplicidade de segmentos do eletrodo (A, B), cada um dos ditos segmentos do eletrodo sendo anexados a no mínimo uma das ditas faixas condutoras (2) antes da fixação à semiconcha respectiva, ditos segmentos do eletrodo (A, B) e ditas faixas condutoras (2) anexadas a essas sendo obtidas como elementos integrais sem junções a partir de uma peça única semi-acabada, sendo que uma multiplicidade de peças modeladas são colocadas entre ditas faixas (2) dos segmentos do eletrodo (1) adjacente e nas margens de transição entre os ditos eletrodos (1) e as ditas faixas (2), compreendendo uma primeira seção localizada acima da membrana e uma segunda seção localizada entre ditas faixas (2) no estado de construção.

2. Célula de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que cada um dos ditos segmentos do eletrodo (A, B) é anexado a duas das ditas faixas condutoras (2).

3. Célula de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que as faixas condutoras (2) são dotadas com pés (4) que se estendem em paralelo à superfície principal do dito ao menos um eletrodo (1), ditos pés (4) sendo parte dos ditos elementos integrais sem junções obtidos a partir da dita peça única semi-acabada, ditos pés (4) sendo soldados à semiconcha respectiva da célula eletrolítica.

4. Célula de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que ditos pés (4) são modelados em forma de dentes adequado ao perfil de dente oposto de um segmento do eletrodo adjacente.

5. Célula de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que ditos pés (4) são curvados ao longo do inteiro comprimento da faixa, sendo que eles estão em uma posição em paralelo à maior superfície do dito ao menos um eletrodo (1) e são posicionados no mesmo sentido.

6. Célula de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que ditas faixas (2) são dotadas com um sulco (5) no qual é inserida no mínimo um placa reforçadora (6).

7. Célula de acordo com reivindicação 6, caracterizada pelo fato de que dito sulco (5) para acomodar dita placa (6) é inclinado até 15° em relação ao eletrodo (1).