Verfahren und Vorrichtung zur Durchführung elektrochemischer Prozesse. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Durchführung elektrochemischer Pro zesse, insbesondere zur Herstellung von Per verbindungen, wie z. B. Perschwefelsäure, Persulfaten, Perboraten, Percarbonaten. Das Verfahren kann auch zur Durchführung anderer elektrochemischer Prozesse Verwen dung finden, wie zum Beispiel zur Her stellung von Chloraten, Perchloraten, Chro- maten bzw. auch zur Durehführung elektro chemischer Otvdationsprozesse bei orga nischen Verbindungen.
In gleicher Weise kann die Erfindung auch angewandt werden bei elektrochemischen Reduktionsprozessen, wie zum Beispiel zur Herstellung von Hydro- sulfit oder organischen Stoffen, wie zum Bei spiel Hydrazobenzol.
Bei der Durchführung von elektrochemi schen Prozessen war man bisher in den meisten Fällen gezwungen, Elektroden bzw. Zellenräume zu verwenden, welche durch be sondere Kühlvorrichtungen genügend gekühlt werden, um auf diese Weise verhältnismässig hohe Stromkonzentrationen anwenden zu können.
Die vorliegende Erfindung beruht nun auf der Erkenntnis, dass man bei der Durch führung von elektrochemischen Prozessen, insbesondere bei der Herstellung von Per i schwefelsäure, durch Verwendung von kleinen Elektrodenräumen mit ganze genau definiertem Volumenverhältnis bei bis dahin nicht ange- wendeten Stromkonzentrationen arbeiten und dabei auf eine besondere Kühlvorrichtung in diesen Elektrodenräumen verzichten kann. Die Erfindung betrifft dementsprechend ein Verfahren zur Durchführung elektrochemi scher Prozesse unter Verwendung von Dia phragmen, das dadurch gekennzeichnet ist,
dass man den elektrochemischen Prozess in Elektrodenräumen durchführt, die nicht grösser sind als 10 ems pro dm Elektroden länge, und darin ohne Einbau von Kühlvor- riehtungen Stromkonzentrationen von min destens 500 Amp. pro Liter Elektrodenraum iwendet. Die Vorrichtung zur Ausübung m<B>a</B> C dieses Verfahrens ist gemäss der Erfindung gekennzeichnet durch mittels Diaphragmen abgegrenzte Elektrodenräume,
die nicht grösser sind als 10 em3 pro dm Elektroden- länge und keine Kühlvorrichtung aufweisen.
Mit Stromkonzentrationen von beispiels weise 1000, 5000 und selbst<B>10000</B> Amp. pro Liter Elektrodenraum lassen sich sehr gute Wirkungen erzielen, wobei diese Zahlen noch keineswegs eine obere Grenze darstellen. Die Länge der einzelnen Elektroden kann eben falls innerhalb weiter Grenzen variieren, zum Beispiel zwischen 1/2 und mehreren Metern.
Nach dem vorliegenden Verfahren werden überraschende Effekte auch insofern erzielt, als keine schädlichen Überhitzungen des Elektrolyten an der Elektrode auftreten. Weiterhin hat sich gezeigt, dass nach dem vorliegenden Verfahren mit besonders gerin gen Zellenspannungen gearbeitet werden kann. Hierdurch sind wieder erhebliche Energieeinsparungen bedingt. Dies tritt be sonders dann stark in Erscheinung, wenn man eine Vielzahl der erfindungsgemäh zu verwendenden engen Elektrodenräume etwa zu Bündeln oder Reihen bzw. in Lagen ver einigt vorsieht.
Dazu kommt noch, dass nach denn neuen Verfahren die Apparateleistung der Elektro- lyseure wesentlich gesteigert werden kann, zumal der Raumbedarf der zur verwendenden Zellen gegenüber den bisher üblieheu erheb lieh geringer ist. Günstig erwies sieh bei der Durchführung des Verfahrens die Tatsache, dass hierbei spontan ein sehr energischer Durchfluss des Elektrolyten stattfindet.
Aus diesem Grunde empfiehlt es sich, durch Ein bau, zum Beispiel von Düsen oder andern querschnittvermindernden Organen, dafür zu sorgen, dass diese Flüssigkeitsbewegung innerhalb gewünschter Grenzen abgebremst wird. Anderseits kann man die Flüssigkeits bewegung auch durch Anwendung von Sog- oder Drtrcl@wirläung, zum Beispiel durch hydrostatischen Druck, in ge@vüiischtern -Masse beeinflussen, das heisst vermindern oder ver mehren.
Diese Wirkungen können auch da durch erreicht, werden, dass man zusätzlich Gase durch die Zellenräume leitet, wobei man sowohl die an den Elektroden sich entwickeln den Gase selbst. oder auch andere Gase<B>--</B> auch solche, welche den elektrochemischen Prozess an der Elektrode beeinflussen --- ver wenden kann.
Die Diaphragrnen können im übrigen aus beliebigem Material und in beliebiger Form ausgebildet sein. Der Querschnitt der Dia phragmen kann zum Beispiel prismatisch, kreisförmig, elliptisch oder auch sternförmig sein. Dabei können die Elektroden selbst in gerader oder gebogener Form, zum Beispiel in. Spiralform, ausgebildet sein. Nach einer besondern Ausführungsform gelangen die Diaphragmen überdies konisch bzw. periskop- artig zur Anwendung.
Dabei können die zu i erwendenden Zellen sowohl vertikal als auch geneigt oder auch horizontal Anwendung finden.
Die Elektroden -erden vorteilhaft in Form von Drähten, schmalen Bändern bzw. besponnenen Drähten verwendet. Besonders empfehlen sich hierfür soggenannte Mantel drähte, das heisst dünne Drähte oder Röhr chen aus g-ut leitendem. Metall, wie zum Beie spiel Kupfer, Silber oder Aluminium, @v elche mit dem elektrochemisch beaufschl,)n-ten Metall, wie etwa Platin oder Palladium, homogen überzogen sind.
Dabei kann pro Diaphragma je ein Elektrodendraht bzw. -band vorgesehen werden. Man. kann aber auch mehrere dieser Elemente zu einem Bündel vereinigen und dieses Bündel in ein ;
emeinsames Diaphragma eingebaut. zur An wendung bringen. Dabei braucht der Rautn zwischen Elektrode und innerer Diaphragma- wa.nd mir sehr gering zu sein, mitunter so gering, dass mir gerade noch eine Flüssig- keitsbewegung entlang der Elektrode statt finden kann.
Insbesondere können die llek- trodendrähte bzw. -blinde! bei Verwendung von sternenförmigen Diaphragmen eng an die Diaphragmawand anliegen, wobei durch die Zellenräume immer noch -enügend Be- wegungsfreiheit für den zirkulierenden Elektrolyten vorhanden ist.
Bei Verwendung von gebündelten Elektroden kann die Dia phragMawand ganz eng anliegen, da in die sem Falle zwischen den einzelnen Drahtteilen des Bündels -enü.-end Durchlass für den strömenden Elektrolyten bleibt. In diesen Fällen kann sogar das Diaphragnra so aus gebildet sein, dass man die gebündelten Drähte eng mit einem durchlässigen -Material, wie zum Beispiel Asbest, umwickelt.
Zur Durchführung des vorliegenden Verfahrens sei beispielsweise die Herstellung von Per- sehwefelsäure beschrieben: Verwendet wurden Anoden mit einer Länge von 1 m. Die Anoden bestanden aus Platinsilbermanteldraht mit einem äussern Durchmesser von 0,8 nim. Als Diaphragmen wurden poröse Porzellanröhrchen verwandt. 70 solcher Anoden, jede separat in einem Porzellandiaphragma, waren parallel in einer Reihe zwischen gekühlten Bleikathoden ge schaltet.
Als Elektrolyt diente Schwefelsäure in einer Konzentration von 500 g/l. Die Bad temperatur wurde auf 17 C behalten. Die Zellenspannun ,- betrug 4,5 Volt.. Elektro- lysiert wurde bei einer Stromstärke von <B>1000</B> Amp., entsprechend einer Stromkon zentration von 2100 Amp. je Liter Anoden raum.
Erhalten wurde eine 30o/oige Über schwefelsäure mit einer Stromausbeute von 750,1a. Insgesamt ergab sieh hierbei aus Span nungsgewinn und Stromausbeuteerhöhung eine Energieersparnis von 25 % gegenüber den bekannten Zellen. Es zeigten sieh keiner lei Überhitzungserscheinungen an den An oden, obwohl im Anodenraum keine besondere Kühlvorrielitung vorhanden war.
Die Anoden flüssigkeit zeigte vielmehr beim Austritt eine Temperatur von nur 24 C. Die, wie ersieht lieh, sehr hohe Leistung konnte bei dieser Anordnung erzielt werden, obwohl. die Appa ratur nur einen Raum von 50 X 15 cm2 bei 1 11i Höhe beailspriiehte.
Als weiterer Vorteil des vorliegenden Ver fahrens sei noch erwähnt, dass man gerade hiernach leicht. zersetzliche Reaktionsprodukte finit besonders gerinnen Verlusten und in hohen Konzentrationen innerhalb kurzer Zeit herstellen kann.
Method and device for carrying out electrochemical processes. The present invention relates to the implementation of electrochemical processes, in particular for the production of Per compounds, such. B. persulfuric acid, persulfates, perborates, percarbonates. The method can also be used to carry out other electrochemical processes, such as, for example, to produce chlorates, perchlorates, and chromates or to carry out electrochemical oxidation processes in the case of organic compounds.
In the same way, the invention can also be used in electrochemical reduction processes, such as, for example, for the production of hydrosulfite or organic substances, such as, for example, hydrazobenzene.
When performing electrochemical processes rule one was previously forced to use electrodes or cell spaces, which are sufficiently cooled by special cooling devices to be able to use relatively high current concentrations in this way in most cases.
The present invention is based on the knowledge that when carrying out electrochemical processes, in particular when producing perisulfuric acid, by using small electrode spaces with a precisely defined volume ratio, current concentrations that have not been used up to that point can be used a special cooling device in these electrode spaces can be dispensed with. The invention accordingly relates to a method for performing electrochemical processes using diagrams, which is characterized in
that the electrochemical process is carried out in electrode spaces that are not larger than 10 ems per dm of electrode length, and that current concentrations of at least 500 amps per liter of electrode space are used in them without installing cooling devices. The device for carrying out m <B> a </B> C of this method is characterized according to the invention by electrode spaces delimited by means of diaphragms,
which are not larger than 10 em3 per dm of electrode length and have no cooling device.
With current concentrations of, for example, 1000, 5000 and even <B> 10000 </B> Amp. Per liter of electrode space, very good effects can be achieved, although these numbers are by no means an upper limit. The length of the individual electrodes can also vary within wide limits, for example between 1/2 and several meters.
According to the present method, surprising effects are also achieved in that no harmful overheating of the electrolyte occurs on the electrode. Furthermore, it has been shown that the present method can be used with particularly low cell voltages. This again results in considerable energy savings. This is particularly noticeable when a large number of the narrow electrode spaces to be used according to the invention are provided, for example, in bundles or rows or in layers.
In addition, according to the new method, the apparatus performance of the electrolyzers can be significantly increased, especially since the space requirement of the cells to be used is considerably lower than that previously used. When carrying out the method, the fact that a very energetic flow of the electrolyte takes place spontaneously proved to be beneficial.
For this reason, it is advisable to install, for example, nozzles or other cross-section-reducing organs to ensure that this liquid movement is slowed down within the desired limits. On the other hand, the movement of the liquid can also be influenced to a greater degree by the use of suction or turbulence, for example by hydrostatic pressure, that is, it can be reduced or increased.
These effects can also be achieved by additionally passing gases through the cell spaces, whereby the gases themselves develop on the electrodes or other gases, including those that cause the affect the electrochemical process at the electrode --- can be used.
The diaphragms can also be made from any material and in any shape. The cross-section of the diaphragms can be prismatic, circular, elliptical or star-shaped, for example. The electrodes themselves can be designed in a straight or curved shape, for example in a spiral shape. According to a particular embodiment, the diaphragms are also used in a conical or periscope-like manner.
The cells to be used can be used vertically, inclined or horizontally.
The electrodes are advantageously used in the form of wires, narrow strips or spun wires. So-called sheathed wires are particularly recommended for this, i.e. thin wires or tubes made of good conductive material. Metal, such as copper, silver or aluminum, for example, with which the electrochemically charged) n-th metal, such as platinum or palladium, are homogeneously coated.
One electrode wire or one electrode strip can be provided for each diaphragm. Man. but can also combine several of these elements into one bundle and this bundle into one;
Integrated diaphragm. apply. The rhombus between the electrode and the inner diaphragm needs to be very small, sometimes so small that fluid can just move along the electrode.
In particular, the electrode wires or blind! if star-shaped diaphragms are used, they rest closely against the diaphragm wall, with the cell spaces still providing sufficient freedom of movement for the circulating electrolyte.
When using bundled electrodes, the diaphragm wall can be very tight, as in this case there remains a passage for the flowing electrolyte between the individual wire parts of the bundle -enu.-end. In these cases, even the diaphragm can be designed in such a way that the bundled wires are tightly wrapped in a permeable material such as asbestos.
To carry out the present process, for example, the production of per- sehulfuric acid is described: Anodes with a length of 1 m were used. The anodes consisted of platinum-silver coated wire with an outer diameter of 0.8 nm. Porous porcelain tubes were used as diaphragms. 70 such anodes, each separately in a porcelain diaphragm, were connected in parallel in a row between cooled lead cathodes.
Sulfuric acid in a concentration of 500 g / l served as the electrolyte. The bath temperature was kept at 17 ° C. The cell voltage was 4.5 volts. Electrolysis was carried out at a current strength of <B> 1000 </B> Amp., Corresponding to a current concentration of 2100 Amp. Per liter of anode space.
A 30% excess sulfuric acid was obtained with a current efficiency of 750.1a. Overall, the voltage gain and the increase in current yield resulted in an energy saving of 25% compared to the known cells. There were no signs of overheating on the anodes, although there was no special cooling supply line in the anode compartment.
On the contrary, the anode liquid showed a temperature of only 24 C. As you can see, the very high output could be achieved with this arrangement, although. the apparatus only covered a space of 50 x 15 cm2 at a height of 11i.
Another advantage of the present method should be mentioned that it is easy to do this. can produce decomposable reaction products finitely particularly coagulate losses and in high concentrations within a short time.