DD250026A3 - ANODE FOR ELECTROLYTIC PROCESSES WITH GAS DEVELOPMENT - Google Patents

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DD250026A3
DD250026A3 DD27818085A DD27818085A DD250026A3 DD 250026 A3 DD250026 A3 DD 250026A3 DD 27818085 A DD27818085 A DD 27818085A DD 27818085 A DD27818085 A DD 27818085A DD 250026 A3 DD250026 A3 DD 250026A3
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electrolytic processes
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plane
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DD27818085A
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Christian Tenner
Lothar Martens
Heinz-Peter Neumann
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Ingenieurhochschule Koethen Pr
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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.The invention relates to a dimensionally stable anode made of valve metal, which is particularly suitable for the alkali chloride electrolysis. The specific electrical energy consumption can be significantly reduced in such processes, if the previously required electrolyte gap between the electrodes and separation system is as far as possible largely reduced. According to the invention, this is achieved by V-shaped arranged on the anode curved baffles and with the baffles corresponding openings in the anode.

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.have and in each anode half of each anode segment, which is bounded by two baffles, at least one located on the outer edge of the anode lateral opening whose cross-section is matched to the necessary electrolyte and gas flow rate.

2. Anode nach Pkt. 1, gekennzeichnet dadurch, daß Leitbleche und Anode einstückig hergestellt sind.2. anode according to item 1, characterized in that baffles and anode are made in one piece.

3. Anode nach Pkt. 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Kanten der Leitbleche in Strömungsrichtung mit einem Anschrägwinkel y zwischen 30° und 90° versehen sind.3. Anode according to item 1, characterized in that the edges of the baffles are provided in the flow direction with a Anschrägwinkel y between 30 ° and 90 °.

Hierzu 4 Seiten ZeichnungenFor this 4 pages drawings

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

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.The invention relates to an anode of valve metal for electrolytic processes with gas evolution, in particular a so-called dimensionally stable anode for use in the electrolysis of alkali metal chloride solutions and other salt solutions which are decomposed under electrolysis conditions. The invention is particularly useful in the recovery of chlorine by the diaphragm method. It is important that the anode is arranged vertically in the electrolyzer.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

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.In electrolytic processes with gas evolution at the electrodes, dimensionally stable anodes are increasingly used. The geometric design of the most lattice-shaped, provided with electrolytically active surface coating anodes should cause as far as possible removal of the resulting gases from the electrode gap to keep the formation of electrically poorly conducting two-phase mixtures as low as possible.

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.A known anode (DE-AS 2059868) therefore has openings in the form of openings or slots which are distributed over the entire anode surface. To improve the gas discharge downwardly inclined guide or baffles are arranged above the openings and slots. The guide or baffles protrude from the anode plane and may have a curved cross-section.

Für eine effektive Gasabführung muß jedoch bei bekannten strukturierten Anoden eine Flüssigphasenströmung im Elektrolytspalt gewährleistet sein.For effective gas removal, however, a liquid phase flow in the electrolyte gap must be ensured in known structured anodes.

Dadurch tritt besonders im oberen Drittel des Elektrolytspaltes ein relativ hoher Gasphasenanteil auf.As a result, a relatively high proportion of gas phase occurs, especially in the upper third of the electrolyte gap.

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.However, the resulting voltage drop increases the electrical energy consumption per unit of quantity of final product produced. It has also been proposed an electrode with V-shaped baffles that ensures a gas discharge without liquid phase circulation in the vertical direction. However, the geometric shape of the baffles is not optimally chosen.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Das Ziel der Erfindung ist es, den spezifischen Elektroenergieverbrauch bei elektrolytischen Verfahren zu senken.The aim of the invention is to reduce the specific electrical energy consumption in electrolytic processes.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

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.The invention has for its object to make the anode so that the achieved by the elimination of the electrolyte gap effect of energy conservation is further enhanced by a suitable choice of the geometric shape of the inclined baffles.

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 FunktionThis object is achieved in that the guide plates, which are arranged symmetrically to the vertical anode center line and to this with respect to their longitudinal axes at an angle α between 90 ° and 135 °, preferably about 110 °, V-shaped inclined in the perpendicular to the Anode-level vertical plane has a curvature according to the function

H(bi) = A-(eB«>'b' - 1) aufweisen.H (bi) = A- (e B ">' b ' - 1).

Dabei bedeutenMean

H — vertikaleKoordinatemitO<H<HSH - vertical coordinate with O <H <HS

HS — auf die Anodenebene projizierte Höhe des LeitblechesHS - height of the baffle projected on the anode plane

b-i — horizontale Koordinate mit 0<bi SbFib-i - horizontal coordinate with 0 <bi SbFi

bF| — maximaler Abstand Anodenoberfläche—Diaphragmab F | - maximum distance anode surface diaphragm

BOpt — Konstante, die in Abhängigkeit von Gasphasenanteil und Stromdichte so zu bestimmen ist, daß minimale Zellspannung resultiertB O pt - Constant which is to be determined as a function of the gas phase fraction and current density in such a way that minimal cell voltage results

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):A - Form factor for adapting the e-function to the true geometric length LE of the baffle The value of the constant A is determined by the adaptation of the arc integral of the function H (bi) to the length LE of the baffle predetermined for manufacturing reasons (to be extracted from the plane in the case of manufacture) (Figure 2):

Bopt ist so bestimmt worden, daß bei vorgegebenen Größen LE, bFi und bei vorgegebener mittlerer Stromdichte! eine minimale Zellspannung resultiert bzw. der Gasphasenanteil im Elektrolytspalt einen zulässigen Höchstwert von 0,7 nicht Qberschreitet.B opt has been determined so that for given quantities LE, b F i and at a given average current density! a minimum cell voltage results or the gas phase content in the electrolyte gap does not exceed a maximum permissible value of 0.7.

In Fig. 1 sind die ermittelten Werte für Bopt graphisch dargestellt. Sie beziehen sich auf die bei der Chloralkalielektrolyse nach dem Diaphragma- bzw. Membranverfahren gebräuchlichen reaktionskinetischen Daten der Elektroden und Abmessungen der Trennsysteme.In FIG. 1, the determined values for B opt are shown graphically. They relate to the reaction kinetic data of the electrodes and dimensions of the separation systems which are customary in the chloralkali electrolysis according to the diaphragm or membrane process.

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.Another essential feature of the invention is that in each anode half of each anode segment, which is bounded by two baffles, at least one located on the outer edge of the anode side opening, whose cross-section is matched to the necessary electrolyte and gas flow rate.

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.In particular embodiments of the invention baffles and anode are made in one piece and the edges of the baffles provided in the flow direction with a Anschrägwinkel γ between 30 ° and 90 °.

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.The anode according to the invention allows such an arrangement in the electrolyzer that the ends of the bent baffles touch the surface of the separation system, especially in the case of diaphragm and membrane cells. Contrary to conventional structured anodes, in the case of the electrode according to the invention a liquid phase flow is achieved from the sides through the slots formed by the machining.

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 erhöhtThus, while maintaining an optimal average electrode spacing of the continuous vertical electrolyte gap between the electrode and separation system for the circulation is obsolete, the resulting gas is completely transported behind the anode. This results in a minimum ohmic resistance. The electrode geometry according to the invention ensures a sufficient mechanical strength, which may still be increased by current distribution devices

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert. In der zugehörigen Zeichnung zeigenThe invention will be explained below with reference to an embodiment. In the accompanying drawing show

Fig. 1: Diagramm zur Bestimmung von Bopt,1: diagram for determining B opt ,

Fig. 2: Geometrie eines Leitbleches mit Lage zum Trennsystem,2: geometry of a guide plate with position to the separation system,

Fig. 3: Frontansicht der Elektrode,3: front view of the electrode,

Fig. 4: Strömungsverlauf an der Elektrode.Fig. 4: flow path at the electrode.

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.) getrenntAccording to Fig. 2 are located on a base plate 1 made of pretreated titanium sheet, with the Stromleit- or. Stabilizing rails 2 is connected, 40 baffles 3, the V-shaped (herringbone) are bent out of the plane of the base plate. The height of the vertical baffle pieces is marked b. The counter electrode 5 is separated from the anode by the separation system 4 (diaphragm, membrane and the like)

Folgende geometrische Größen wurden realisiert: The following geometric sizes were realized:

aa = 110°= 110 ° 'm'm yy = 30°= 30 ° (nach Fig. 1)(according to FIG. 1) AA = 4,86 ΊΟ""6 = 4.86 ΊΟ "" 6 BoptB opt = 2 800 m"1 = 2,800 m " 1 LELE = 0,025 m= 0.025 m bF1 b F1 = 0,003 m= 0.003 m bb = 0,005 m= 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.At the given guide plate length LE of 25 mm results after processing of the coated baffles a resulting height HS of 21.6 mm. With this electrode, it is possible to achieve 2 cell voltage values of 3.06 V (calculated for a representative subcell consisting of one DSA each, modified asbestos diaphragm and steel network cathode of technically relevant dimensions) for a mean current density T of 2500 nm.

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.Due to the geometry of the anode, the flow pattern shown in Figure 4 is achieved. The gas G developed at the top of the baffles (elements) flows behind the anode to form a two-phase mixture GF with the liquid F flowing in from the sides, at the bottom of the respective overlying baffle.

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 FunktionAn anode for electrolytic processes with gas evolution, which has distributed over the anode surface openings and protruding from the anode plane, downwardly inclined curved'Leitbleche, characterized in that the baffles (3) symmetrical to the vertical anode center line and to this with respect to their longitudinal axes an angle α between 90 ° and 135 °, preferably about 110 °, V-shaped inclined, in the vertical plane perpendicular to the anode plane, a curvature according to the function HKb1) = A- (eB°"-bl- 1)HKb 1 ) = A- (e B ° "- bl - 1)
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5290410A (en) * 1991-09-19 1994-03-01 Permascand Ab Electrode and its use in chlor-alkali electrolysis

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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