DD250026A3 - Anode fuer elektrolytische verfahren mit gasentwicklung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine dimensionsstabile Anode aus Ventilmetall, die insbesondere fuer die Alkalichloridelektrolyse geeignet ist. Der spezifische Elektroenergieverbrauch kann bei derartigen Prozessen bedeutend gesenkt werden, wenn der bisher notwendige Elektrolytspalt zwischen Elektroden und Trennsystem moeglichst weitgehend reduziert wird. Erfindungsgemaess wird dies durch V-foermig auf der Anode angeordnete gekruemmte Leitbleche sowie mit den Leitblechen korrespondierende Oeffnungen in der Anode erreicht.

Description

aufweisen und in jeder Anodenhälfte jedes Anodensegment, das von zwei Leitblechen begrenzt ist, mindestens eine an der Außenkante der Anode befindliche seitliche Öffnung aufweist, deren Querschnitt auf den notwendigen Elektrolyt-und Gasdurchsatz abgestimmt ist.

2. Anode nach Pkt. 1, gekennzeichnet dadurch, daß Leitbleche und Anode einstückig hergestellt sind.

3. Anode nach Pkt. 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Kanten der Leitbleche in Strömungsrichtung mit einem Anschrägwinkel y zwischen 30° und 90° versehen sind.

Hierzu 4 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Anode aus Ventilmetall für elektrolytische Prozesse mit Gasentwicklung, insbesondere eine sogenannte dimensionsstabile Anode zur Verwendung bei der Elektrolyse von Alkalimetallchloridlösungen und anderen Salzlösungen, die unter Elektrolysebedingungen zersetzt werden. Die Erfindung ist insbesondere bei der Gewinnung von Chlor nach dem Diaphragmaverfahren nutzbar. Dabei ist es von Bedeutung, daß die Anode im Elektrolyseur senkrecht angeordnet ist.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bei elektrolytischen Verfahren mit Gasentwicklung an den Elektroden werden in zunehmendem Maße dimensionsstabile Anoden verwendet. Die geometrische Gestaltung der meist gitterförmigen, mit elektrolytisch aktiver Oberflächenbeschichtung versehenen Anoden soll eine möglichst weitgehende Entfernung der entstehenden Gase aus dem Elektrodenzwischenraum bewirken, um die Bildung elektrisch schlecht leitender Zweiphasengemische so gering wie möglich zu halten.

Eine bekannte Anode (DE-AS 2059868) weist daher Durchbrüche in Form von Öffnungen bzw. Schlitzen auf, die über die ganze Anodenfläche verteilt sind. Zur Verbesserung der Gasabführung sind oberhalb der Öffnungen und Schlitze abwärts geneigte Führungs- oder Leitbleche angeordnet. Die Führungs- oder Leitbleche ragen aus der Anodenebene heraus und können einen gekrümmten Querschnitt aufweisen.

Für eine effektive Gasabführung muß jedoch bei bekannten strukturierten Anoden eine Flüssigphasenströmung im Elektrolytspalt gewährleistet sein.

Dadurch tritt besonders im oberen Drittel des Elektrolytspaltes ein relativ hoher Gasphasenanteil auf.

Der dadurch bedingte Spannungsabfall vergrößert jedoch den Elektroenergieverbrauch pro Mengeneinheit erzeugten Endproduktes. Es wurde auch bereits eine Elektrode mit V-förmig angestellten Leitblechen vorgeschlagen, die eine Gasableitung ohne Flüssigphasenzirkulation in vertikaler Richtung gewährleistet. Allerdings ist die geometrische Form der Leitbleche nicht optimal gewählt.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist es, den spezifischen Elektroenergieverbrauch bei elektrolytischen Verfahren zu senken.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Anode so zu gestalten, daß der durch den Wegfall des Elektrolytspaltes erreichte Effekt der Energieeinsparung durch eine geeignete Wahl der geometrischen Form der schräg angestellten Leitbleche noch verstärkt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Leitbleche, die symmetrisch zur vertikalen Anodenmittellinie und zu dieser bezüglich ihrer Längsachsen unter einem Winkel α zwischen 90° und 135°, vorzugsweise etwa 110°, V-förmig geneigt angeordnet sind, in der senkrecht auf der Anodenebene stehenden vertikalen Ebene eine Krümmung gemäß der Funktion

H(bi) = A-(e^B«>'^b' - 1) aufweisen.

Dabei bedeuten

H — vertikaleKoordinatemitO<H<HS

HS — auf die Anodenebene projizierte Höhe des Leitbleches

b-i — horizontale Koordinate mit 0<bi SbFi

b_F| — maximaler Abstand Anodenoberfläche—Diaphragma

B_Opt — Konstante, die in Abhängigkeit von Gasphasenanteil und Stromdichte so zu bestimmen ist, daß minimale Zellspannung resultiert

A — Formfaktorzur Anpassung der e-Funktion an die wahregeometrische Länge LE des Leitbleches Der Wert der Konstanten A wird durch die Anpassung des Bogenintegralsder Funktion H(bi) an die aus fertigungstechnischen Gründen vorgegebene (im Herstellungsfall aus der Ebene herauszubiegende) Länge LE des Leitbleches bestimmt (Fig.2):

B_opt ist so bestimmt worden, daß bei vorgegebenen Größen LE, b_Fi und bei vorgegebener mittlerer Stromdichte! eine minimale Zellspannung resultiert bzw. der Gasphasenanteil im Elektrolytspalt einen zulässigen Höchstwert von 0,7 nicht Qberschreitet.

In Fig. 1 sind die ermittelten Werte für B_opt graphisch dargestellt. Sie beziehen sich auf die bei der Chloralkalielektrolyse nach dem Diaphragma- bzw. Membranverfahren gebräuchlichen reaktionskinetischen Daten der Elektroden und Abmessungen der Trennsysteme.

Ein weiteres wesentliches Merkmal der Erfindung besteht darin, daß in jeder Anodenhälfte jedes Anodensegment, das von zwei Leitblechen begrenzt ist, mindestens eine an der Außenkante der Anode befindliche seitliche Öffnung aufweist, deren Querschnitt auf den notwendigen Elektrolyt- und Gasdurchsatz abgestimmt ist.

In besonderen Ausführungsformen der Erfindung sind Leitbleche und Anode einstückig hergestellt sowie die Kanten der Leitbleche in Strömungsrichtung mit einem Anschrägwinkel γ zwischen 30° und 90° versehen.

Die erfindungsgemäße Anode gestattet durch die erreichte Flüssigphasenströmungeine solche Anordnung im Elektrolyseur, daß speziell bei Diaphragma- und Membranzellen die Enden der aufgebogenen Leitbleche die Oberfläche des Trennsystems berühren. Entgegen üblichen strukturierten Anoden wird bei der erfindungsgemäßen Elektrode eine Flüssigphasenströmung von den Seiten durch die durch die Bearbeitung entstandenen Schlitze erreicht.

Somit wird unter Einhaltung eines optimalen mittleren Elektrodenabstandes der durchgehende vertikale Elektrolytspalt zwischen Elektrode und Trennsystem für die Zirkulation hinfällig, das entstehende Gas wird vollständig hinter die Anode transportiert. Dies hat einen minimalen Ohmschen Widerstand zur Folge. Die erfindungsgemäße Elektrodengeometrie gewährleistet eine genügende mechanische Festigkeit, die gegebenenfalls noch durch Stromverteilungseinrichtungen erhöht

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert. In der zugehörigen Zeichnung zeigen

Fig. 1: Diagramm zur Bestimmung von B_opt,

Fig. 2: Geometrie eines Leitbleches mit Lage zum Trennsystem,

Fig. 3: Frontansicht der Elektrode,

Fig. 4: Strömungsverlauf an der Elektrode.

Entsprechend Fig. 2 befinden sich auf einer Grundplatte 1 aus vorbehandeltem Titanblech, die mitStromleit-bzw. Stabilisierungsschienen 2 verbunden ist, 40 Leitbleche 3, die V-förmig (fischgrätenartig) aus der Ebene der Grundplatte ausgebogen sind. Die Höhe der vertikalen Leitblechstücke ist mit b gekennzeichnet. Die Gegenelektrode 5 ist von der Anode durch das Trennsystem 4 (Diaphragma, Membran u.a.) getrennt

Folgende geometrische Größen wurden realisiert:

a	= 110°	'm
y	= 30°	(nach Fig. 1)
A	= 4,86 ΊΟ""6
Bopt	= 2 800 m"1
LE	= 0,025 m
bF1	= 0,003 m
b	= 0,005 m

Bei der vorgegebenen Leitblechlänge LE von 25 mm ergibt sich nach der Bearbeitung der beschichteten Leitbleche eine resultierende Höhe HS von 21,6mm. Mit dieser Elektrode lassen sich für eine mittlere Stromdichte T von 2500 Arn"² Zellspannungswerte von 3,06 V (berechnet für eine repräsentative Teilzelle, bestehend aus je einer DSA, modifiziertem Asbest-Diaphragma und Stahlnetzkatode technisch relevanter Abmessungen) erreichen.

Bedingt durch die Geometrie der Anode wird der in Fig.4 dargestellte Strömungsverlauf erreicht. Das an der Oberseite der Leitbleche (Elemente) entwickelte Gas G strömt unter Bildung eines Zweiphasengemisches GF mit der von den Seiten zuströmenden Flüssigkeit F an der Unterseite des jeweils darüber gelegenen Leitbleches hinter die Anode.

Claims (1)

1. Anode für elektrolytische Verfahren mit Gasentwicklung, welche über die Anodenfläche verteilte Durchbrüche und aus der Anodenebene herausragende, abwärts geneigte gekrümmte'Leitbleche aufweist, gekennzeichnet dadurch, daß die Leitbleche (3), die symmetrisch zur vertikalen Anodenmittellinie und zu dieser bezüglich ihrer Längsachsen unter einem Winkel α zwischen 90° und 135°, vorzugsweise etwa 110°, V-förmig geneigt angeordnet sind, in der senkrecht auf der Anodenebene stehenden vertikalen Ebene eine Krümmung gemäß der Funktion

HKb₁) = A- (e^B°"-^bl- 1)