CS254395B1 - Velkoplošná průtočná cela kaskádového elektrolýzám - Google Patents

Abstract

Je řešeno konstrukční uspořádání průtočné cely pro elektrolýzu, u níž je do komorového pouzdra vsunut elektrodový blok, tvořený vějířovitě (cik-cak) slože ­ ným třívrstvým pásem z jedné elektrody, separační vložky a protielektrody . Komo ­ rová pouzdra, resp. elektrodové bloky jsou při tom opatřeny přítlačnými přívody elektrického proudu. Do komorového pouzdra je blok elektrod axiálně vsunut tak, že zcela vyplňuje jeho průřez a umožňuje protlačováním kapalného elektrolytu funkční obtékání styčných elektrodových ploch. Navrstvením komor s elektrodovými bloky do sloupce a jejich mechanickým a elektrickým propojením, které řešení umožňuje, se utvoří účinný průtočný kaská ­ dový elektrolyzér . Řešení je využitelné zejména v oblasti organické elektrosynté- zy, ve farmaceutické výrobě, apod.

Description

Vynález řeší uspořádání velkoplošné průtočné cely kaskádového elektrolyzéru pro elektrolýzu například za cirkulace elektrolyzovaného roztoku.

Jsou známy průtočné velkoplošné cely popsané v patentovém spisu DE 2 503 819 založené na principu svitkové cely zvané Swiss roli. Konstrukční řešeni zmíněného patentu spočívá v navinutí dvou na sebe položených elektrodových pásů, proložených dvěma pruhy separační tkaniny, na trubicové jádro. Svitky na tomto jádře jsou pak vloženy do trubicového obalu uzavřeného čely. Medium při elektrolýze je rozváděno popsaným způsobem trubkovým jádrem mezi spirálovými závity elektrodových svitků k protějšímu čelu. Je možné umístit a navinout na jádro tvořící osu tělesa průtočné cely několik elektrodových svitků, které lze elektricky propojovat sériově, paralelně a bipolárně. Popsaný typ svitkové cely se vyznačuje velkou plochou a nízkým odporem i dobrou elektrolytickou funkcí.

Mezi nedostatky uvedených průtočných cel patří nepříklad centrické umístění trubicového jádra, které tak představuje z hlediska účinnosti elektrolýzy nevyužitý průřez. K velikosti nevyužitého průřezu cely přispívají i mezery mezi svitky, které vznikají jako důsledek jejich přípravy a sestavování. Vlastní sestavování patří přitom mezi ne zcela snadné a jednoduché operace, zejména vine-li se několik svitků na jedno trubicové jádro. Rovněž řešení elektrických kontaktů elektrodových svitků je složité.

Tyto nedostatky zmenšuje průtočná cela kaskádového elektrolyzéru, jejíž podstata spočívá v tom, že je tvořena v komorovém pouzdře uloženým elektrodovým blokem, který je složen z vějířovitě (cik-cak) složeného třívrstvého pásu sestávajícího z první elektrody separační složky a protielektrody, a kde dále ke skladovým bočním ohybům první elektrody a protielektrody přítlačně přiléhají rozvodné desky z elektricky vodivého materiálu, spojené s přívodem elektrických kontaktů a opatřené přítlačným mechanismem s volitelnou velikostí přítlaku.

Přitom může být určený počet komorových pouzder s vloženými elektrodovými bloky sestaven do sloupce na sebís, přičemž mezi upravené dosedající plochy jsou vložena těsnění, vstupní komorové pouzdro a výstupní komorové pouzdro taktto vzniklého sloupce jsou opatřeny upraveným vstupem a výstupem pro přívod a odvod elektrolyzovaného media a jednotlivé elektrodové bloky uvnitř sloupce jsou od sebe odděleny perforovanou přepážkou z elektricky nevodivého materiálu.

Mezi přednosti konstrukčního uspořádání průtočné cely podle tohoto vynálezu patři skutečnost, že uložení elektrodového bloku, vyplňujícího celý průřez pouzdra komory, umožňuje průtok tekutého media mezi funkčními plochami elektrodových skladů při elektrolýze. Téměř dokonalým vyplněním průřezu komory a použitím jednoho separačního pásu se docílí větší elektrodové plochy proti obdobným známým celám. Popsaná přítlačná konstrukce přívodu elektrického kontaktu k elektrodám je výhodná mimo jiné ze dvou důvodů: Jednak je do vysoké míry spolehlivá ve své podstatě pokud jde o zprostředkování kontaktu mezi rozvodovými deskami a elektrodami, jednak umožňuje příznivě ovlivnit lepší vyplnění vnitřního prostoru cely elektrodovým systémem volbou velikosti přítlačné síly na rozvodné desky. Mezi příznivé skutečnosti se řadí rovněž možnost vytvoření integrálního elektrodového bloku, snadno rozebíratelného a opět sestavitelného, např. v případě čistění, možnost snadné vizuální kontroly skladových bočních ohybů elektrodových pásů, možnost kaskádního sestavování zvoleného počtu komorových pouzder za účelem zvýšení účinnosti elektrolýzy, apod.

Příklad konstrukčního uspořádání velkoplošné průtočné cely kaskádového elektrolyzeru je schematicky znázorněn na připojených dvou výkresech: na obr. 1 je uvedeno schéma komorového pouzdra s elektrodovým blokem, na obr. 2 sloupec sestavený z komorových pouzder.

Na obr. 1 je znázorněn průřez komorovým pouzdrem j! obsahujícím elektrodové uspořádání složené z první elektrody 2» z protielektrody 2 a ze separační vložky 2» přičemž je toto uspořádání vějířovitě (cik-cak) složeno do tvaru hranatého elektrodového bloku 2· První elektroda 2 a protielektroda 2 mohou být z ohebných kovových pásů tlouštky 0,1 až 0,5 mm, separační vložka 3 může mít formu mimoúrovňově pletené či lité tkaniny nebo sítky o síle

0,5 až 1,5 nun z izolačního a chemicky odolného materiálu, např. z polypropylenu, polyethylenu či z teflonu. Komorové pouzdro £ je zhotoveno z elektricky nevodivého, avšak chemicky dostatečně odolného materiálu, jako-je novodur, polypropylen, teflon, kov pokrytý smaltem nebo teflonem atp.

Obr. 2 ilustruje schematicky uspořádání, ve kterém jsou komorová pouzdra ji s vloženými elektrodovými bloky 9 sestavena do sloupců na sebe. Upravené dosedající přírubové plochy 10 jsou v tom případě opatřeny těsněními _5 ve formě O kroužků apod. Podle potřeby lze elektrodové bloky 9 ve vnitřních pouzdrech posunout vzájemně tak, aby byly vzdálenosti mezi nimi co nejmenší. Kromě toho lze mezi ně vkládat i perforované nevodivé přepážky 15.

Vstupní komorové pouzdro 11 a výstupní komorové pouzdro 12 takto vzniklého sloupce jsou opatřeny upraveným vstupem 13 a výstupem 14 pro přívod a odvod elektrolyzovaného media.

V bocích komorových pouzder jsou umístěny přívody elektrických kontaktů T_ s přítlačnými šroubovými maticemi 16. Jejich prostřednictvím lze navíc komory s elektrodovými bloky vodivě propojovat, např. s použitím měděných pásů 17 , bu3 paralelně nebo sériově. V tomto případě hovoříme o monopolárním uspořádání. Jiným, rovněž použitelným, je bipolární zapojení, ve kterém se přivádí elektrický proud pouze mezi jeden elektrický kontakt vstupního komorového pouzdra 10 sestaveného sloupce a jeden elektrický kontakt výstupního komorového pouzdra 11

Pro elektrolýzu se zde využívá spádu napětí vzniklého uvnitř sloupce.

Do komorových pouzder se vloží elektrodové bloky a jejich poloha se zafixuje utažením šroubových přítlačných kontaktů. Sestaví se žádaný počet komor do sloupce a po stažení přírub šrouby se získá průtočný velkoplošný kaskádový elektrolyzér. Jednotlivé komory se propojí elektricky pomocí měděných pásků na šroubových kontaktech a vodiči připojí ke stabilizovanému zdroji stejnosměrného proudu. Celý průtočný elektrolyzér je zapojen do oběhové smyčky složené ze zásobníku kapalného media-elektrolytu, odstředivého čerpadla a tepelného výměníku. Čerpadlem je protlačováno kapalné medium elektrodovými bloky komor, z nichž se zároveň odstraňují plynné a kapalné produkty elektrolýzy, které se dále v oběhové smyčce zpracovávají. Přiváděním nástřiku ode dna sloupce směrem vzhůru se docílí snadno a rychle odvzdušnění cel, jakož i bezproblémový průtok dvoufázové směsi kapalina-plyn.

Při použití cely lze pak postupovat jako v případě oxidace diacetonsorbosy na diaceton2 ketogulonovou kyselinu. Elektrolyzér byl složen ze tří komor s aktivní plochou 1,4 m . Pracovní niklová anoda v elektrodových blocích byla aktivována třikrát opakovanou střídavou polarizací proudem asi 20 až 25A při napětí 2.5V za průtoku vodního roztoku obsahujícího 0,1 molu síranu nikelnatého, 0,1 molu octanu sodného a 0,005 molu hydroxidu sodného vil.

Po propláchnutí celé smyčky destilovanou vodou byla zásobní nádoba naplněna vodným roztokem obsahujícím 4 % hydroxidu sodného a 16 % diacetonsorbosy. Při průtoku tohoto elektrolytu rychlostí 2 až 31/min. byl zapojen proud. Při proudu od 25 do 3A a napětí na cele 1.8 až 2.IV probíhala elektrolýza za vývoje vodíku na katodě a oxidace substrátu na diacetonketogulonovou kyselinu na anodě. Během elektrolýzy se udržovala teplota obíhajícího elektrolytu °C. Elektrolyt po elektrolýze byl zpracován obvyklým způsobem. Proudová hustota činila 2

0,05 až 0,2A/dm . Bylo dosaženo produkční rychlosti 33 g hydrátu kyseliny diacetonketogulonové/h. Materiálový výtěžek činil 92 % a proudový výtěžek 65 až 70 %.

Předmět vynálezu lze využít zejména v oblasti organické elektrosyntézy, ve farmaceutické výrobě, atp.

Claims (3)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   1.. Velkoplošná průtočná cela kaskádového elektrolyzéru, vyznačená tím, že je tvořena v komorovém pouzdře (8) uloženým elektrodovým blokem (9), který je složen z vějířovitě složeného třívrstvého pásu sestávajícího z první elektrody (1), separační vložky (3) a protielektrody (2)
2. 2. Velkoplošná průtočná cela podle bodu 1 vyznačená tím, že ke skladovým bočním ohybům první elektrody (1) a protielektrody (2) přítlačně přiléhají rozvodné desky (4) z elektricky vodivého materiálu, spojené s přívodem elektrických kontaktů (7) a opatřené přítlačným mechanismem s volitelnou velikostí přítlaku.
3. 3. Velkoplošná průtočná cela podle bodů 1 a 2, vyznačená tím, že určený počet komorových pouzder (8) s vloženými elektrodovými bloky (9) je sestaven do sloupce na sebe, přičemž mezi upravené dosedající plochy jsou vložena těsněni (5), vstupní komorové pouzdro (11) a výstupní komorové pouzdro (12) takto vzniklého sloupce jsou opatřeny upraveným vstupem (13) a výstupem (14) pro přívod a odvod ekektrolyzovaného media a jednotlivé elektrodové bloky uvnitř sloupce jsou od sebe odděleny perforovanou přepážkou (15) z elektricky nevodivého materiálu.