DE102004014696A1 - Hydrodynamic devices for electrochemical cells - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft hydrodynamische Einrichtungen, die in vorhandene elektrochemische Zellen (1) eingebaut werden können, bei denen die Elektroden (2) durch Bolzen- oder Rippenreihen oder andere Arten von länglichen Trägern (3) mit den Rückwänden (4) der Zellen (1) verbunden sind und in denen gasförmige Produkte erzeugt werden. Die erfindungsgemäßen hydrodynamischen Einrichtungen bestehen aus flachen Streifen (5) oder gefalteten Streifen, die zwischen benachbarten Reihen aus Bolzen, Rippen oder anderen länglichen Trägern eingebaut werden und die so eine Trennung der aufsteigenden Mischphase mit dem erzeugten Gas und dem nach unten strömenden entgasten Elektrolyten erlauben. Diese Trennung verbessert insgesamt die interne Rezirkulation, so dass tote Bereiche, in denen sich die Konzentration des Elektrolyten ändern kann und/oder in denen Gasbläschen gefangen werden können, vermieden werden, so dass die mit diesen Phänomenen verbundenen Leistungsverluste ebenfalls beseitigt werden können. Optional sind die erfindungsgemäßen Einrichtungen in ihrem oberen Bereich mit Leitplatten oder Leitblechen (16) zur Erleichterung der Trennung der Gasphase vom Elektrolyten ausgestattet. Außerdem können seitliche Lippen (15) vorgesehen sein, deren elastische Verformung einen einfachen und festen Einbau in vorhandene Reihen der Bolzen oder Rippen oder anderer länglicher Träger erlaubt. Die hydrodynamischen Mittel können aus Metall oder Kunststoff bestehen, wobei die ...The present invention relates to hydrodynamic devices which can be incorporated into existing electrochemical cells (1) in which the electrodes (2) are connected by bolt or rib rows or other types of elongate supports (3) to the back walls (4) of the cells (1 ) and in which gaseous products are produced. The hydrodynamic devices of the present invention consist of flat strips (5) or folded strips which are interposed between adjacent rows of bolts, ribs or other elongate supports, thus permitting separation of the ascending mixing phase with the generated gas and the downwardly flowing degassed electrolyte. This separation altogether improves the internal recirculation so that dead areas where the concentration of the electrolyte can change and / or gas bubbles are trapped can be avoided, so that the power losses associated with these phenomena can also be eliminated. Optionally, the devices according to the invention are provided in their upper region with guide plates or guide plates (16) for facilitating the separation of the gas phase from the electrolyte. In addition, lateral lips (15) may be provided, the elastic deformation of which allows easy and firm installation in existing rows of bolts or ribs or other elongate supports. The hydrodynamic means may be made of metal or plastic, with the ...
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft hydrodynamische Einrichtungen zum Einbau in vorhandene elektrochemische Zellen, in denen gasförmige Produkte erzeugt werden, wobei die Elektroden der Zellen mittels länglicher Träger, wie beispielsweise Rippen oder ähnlichen Halterungen, mit den Rückwänden der Zellen verbunden sind.The The present invention relates to hydrodynamic devices for Installation in existing electrochemical cells containing gaseous products be produced, wherein the electrodes of the cells by means of elongated Carrier, such as ribs or the like Mounts, with the back walls of the Cells are connected.
Typische Prozesse, bei denen gasförmige Produkte gebildet werden, sind die weit verbreitete Alkalichloridelektrolyse, die Elektrolyse von Salzsäurelösungen und die Elektrolyse von Wasser, um nur die Prozesse zu nennen, die aus industrieller Sicht besonders bedeutsam sind. In all diesen Prozessen spielt der interne Umlauf der Elektrolyten eine extrem wichtige Rolle, um die Bildung von toten Bereichen zu verhindern, in denen Bläschen gefangen werden können und sich die Konzentration des Elektrolyten ändern kann, wobei beide Faktoren zu einer Erhöhung der Zellspannung und einer damit verbundenen Erhöhung des Verbrauchs an elektrischer Energie führen. Darüber hinaus bewirken diese toten Bereiche dann, wenn die Zellen durch Ionenaustauschmembranen in separate Kammern unterteilt sind, wie dies in moderneren Prozessen meist der Fall ist, einen relativ schnellen Abfall sowohl der Leistungsfähigkeit als auch der mechanischen Eigenschaften der Membranen, was wiederum ein Abschalten der Zellen erforderlich macht, um neue Membranen einbauen zu können.typical Processes involving gaseous products are widespread alkali chloride electrolysis, the electrolysis of hydrochloric acid solutions and the electrolysis of water, to name just the processes that out industrial point of view are particularly significant. In all these processes plays the internal circulation of the electrolytes plays an extremely important role, to prevent the formation of dead areas where bubbles are trapped can be and the concentration of the electrolyte can change, both factors to an increase the cell voltage and an associated increase in the consumption of electrical Lead energy. About that In addition, these dead areas then when the cells through Ion exchange membranes are divided into separate chambers, like this This is usually the case in more modern processes, a relatively fast one Waste of both efficiency as well as the mechanical properties of the membranes, which in turn shutting down the cells required to create new membranes to be able to install.
Aus der Patentliteratur sind zahlreiche elektrolytische Zellen bekannt, die mit internen hydrodynamischen Einrichtungen, wie beispielsweise Ablenkblechen oder Kanälen, ausgerüstet sind, die in erster Linie dazu dienen, den aufsteigenden Strom der Mischphase aus erzeugtem Gas und flüssigem Elektrolyt von dem abwärts fließenden Strom aus flüssigem Elektrolyt, der im obersten Abschnitt der Zelle entgast wurde, zu trennen: der Dichteunterschied zwischen der Mischphase und der entgasten Phase ist die Antriebskraft, die den internen Umlauf bewirkt, der auch als natürliche Rezirkulation oder Gasauftriebsumlauf bezeichnet wird. Es ist sofort ersichtlich, dass der Umlauf seinen Maximalwert dann erreicht, wenn der oben erwähnte Dichteunterschied ebenfalls maximal ist, was dann der Fall ist, wenn der abwärts fließende Elektrolytstrom im Wesentlichen gasfrei ist. Dieses Ergebnis ist eng mit einer möglichst effizienten Trennung zwischen den aufsteigenden und hinunterfließenden Strömungen und mit der schnellen Vereinigung der Gasbläschen, insbesondere der kleinen Bläschen im oberen Abschnitt der Zelle verknüpft. Zu letzterem Punkt ist zu sagen, dass der resultierende Auftriebseffekt, den größere Bläschen zeigen, ein sehr effektives Entgasen bewirkt, wobei nur wenige überlebende kleine Bläschen in der flüssigen Phase verbleiben und in den unteren Abschnitt der Zelle mitgeführt werden.Out The patent literature discloses numerous electrolytic cells those with internal hydrodynamic devices, such as Baffles or channels, equipped are, in the first place, the ascending stream of Mixed phase of generated gas and liquid electrolyte from the downflowing stream from liquid Electrolyte, which was degassed in the top section of the cell to Separate: the density difference between the mixed phase and the degassed phase is the driving force that will effect the internal circulation, too as natural Recirculation or gas lift circulation is called. It's instant it can be seen that the circulation reaches its maximum value when the above mentioned Density difference is also maximum, which is the case when the downhill flowing Electrolyte flow is substantially free of gas. This result is closely with one as possible efficient separation between the ascending and descending currents and with fast connection of gas bubbles, especially small ones vesicle linked in the upper section of the cell. To the latter point is to say that the resulting buoyancy effect, the larger bubbles show a very effective degassing causes, with only a few surviving small bubbles in the liquid Phase remain and be carried in the lower section of the cell.
Die Patentliteratur beschreibt eine Anzahl Vorrichtungen, welche die Vereinigung von Bläschen erleichtern sollen: Einen übereinstimmenden Punkt all dieser Beschreibungen stellt die Einengung des für die aufsteigende Phase zur Verfügung stehenden Querschnitts im obersten Abschnitt der Zelle dar.The Patent Literature describes a number of devices which the Facilitate union of bubbles should: a match Point of all these descriptions represents the narrowing of the for the ascending Phase available standing cross-section in the uppermost portion of the cell.
So
werden beispielsweise in der deutschen Patentanmeldung
Die Wirksamkeit der beschriebenen Mittel und Vorrichtungen wurde im Betrieb von Zellen im industriellen Maßstab demonstriert: Die Ergebnisse derartiger Versuche zeigen, dass die Umwälzrate stark erhöht ist, während Druckschwankungen, die durch Bläschen hervorgerufen werden, die in der hinunterströmenden flüssigen Phase mitgeführt werden, stark reduziert sind. Darüber hinaus ist die Betriebsdauer der empfindlichen Ionenaustauschmembranen deutlich erhöht.The Effectiveness of the described means and devices has been described in Operation of cells on an industrial scale demonstrated: The results of such Trials show that the circulation rate is strong elevated is while Pressure fluctuations caused by bubbles caused to be carried in the downflowing liquid phase, are greatly reduced. About that In addition, the service life of the sensitive ion exchange membranes clearly increased.
Allerdings
können
die in
Die
vorliegende Erfindung will daher die oben beschriebenen Schwierigkeiten überwinden und
es ermöglichen,
bereits vorhandene Zellen mit hydrodynamischen Einrichtungen und
Mitteln zur Verbesserung der Vereinigung (Koaleszenz) von Gasbläschen auszustatten,
wobei eine mit der Wirksamkeit der in
Der vorliegenden Erfindung liegt daher das technische Problem zu Grunde hydrodynamische Einrichtungen bereitzustellen, mit denen bereits vorhandene elektrochemische Zellen nachgerüstet werden können, insbesondere solche Zellen, die mit Elektroden ausgestattet sind, die von Haltebolzen- oder Halterippenreihen oder anderen länglichen Profilen getragen werden, wobei die Nachrüstung beispielsweise dann erfolgen kann, wenn verbrauchte Elektroden durch neue Elektroden ersetzt werden müssen. Dabei sollen einfache Verfahren zur Anwendung kommen, die keine komplizierten und teuren mechanischen Modifikationen oder Schweißarbeiten erfordern.Of the The present invention is therefore based on the technical problem to provide hydrodynamic devices with which already existing electrochemical cells can be retrofitted, in particular such cells, which are equipped with electrodes that by holding bolt or Halter rib rows or other elongated Profiles are worn, with the retrofit example, then done can replace when worn electrodes are replaced by new ones Need to become. Simple methods should be used which do not require complicated and expensive mechanical modifications or welding work.
Gelöst wird dieses technische Problem durch die hydrodynamischen Einrichtungen mit den Merkmalen des vorliegenden Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen hydrodynamischen Einrichtungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.Is solved this technical problem by the hydrodynamic devices with the features of present claim 1. Advantageous developments the hydrodynamic invention Facilities are subject of the dependent claims.
Gegenstand der Erfindung ist außerdem ein Verfahren zur Installation der erfindungsgemäßen hydrodynamischen Einrichtungen mit den Merkmalen des vorliegenden Anspruchs 15.object The invention is also a method for installing the hydrodynamic devices according to the invention with the features of present claim 15.
Die Erfindung betrifft außerdem eine mit den erfindungsgemäßen hydrodynamischen Einrichtungen versehene elektrochemische Zelle.The Invention also relates one with the hydrodynamic according to the invention Facilities provided electrochemical cell.
Gegenstand der Erfindung sind demnach hydrodynamische Einrichtungen, die aus flachen Streifen oder gefalteten Streifen bestehen und eine L- oder Z- oder C-förmige oder eine trapezoide Gestalt aufweisen, wobei die flachen Streifen oder die gefalteten Streifen eine gewisse Elastizität besitzen, welche den Einbau zwischen jedem Reihenpaar der Bolzen oder Rippen oder anderer länglicher Profile erleichtert, indem man sie einfach, gegebenenfalls unter Mitwirkung der neuen Elektrodenbleche, zusammendrückt.object The invention therefore hydrodynamic devices that are made consist of flat strips or folded strips and an L or Z- or C-shaped or have a trapezoidal shape, wherein the flat strips or the folded strips have a certain elasticity, which the installation between each pair of rows of bolts or ribs or other oblong Easily relieves profiles by placing them under, where appropriate Co-operation of the new electrode sheets, compresses.
Die erfindungsgemäßen flachen Streifen oder die gefalteten Streifen mit L- oder Z- oder C-förmiger oder trapezoider Gestalt könne außerdem mit seitlichen Lippen versehen sein, die eine gewisse Elastizität aufweisen, so dass der Einbau und die feste Fixierung zwischen benachbarten Reihenpaaren der Bolzen oder Rippen oder anderer länglicher Profile erleichtert wird, so dass in diesen Fällen kein Zusammenwirken mit den Elektrodenblechen mehr erforderlich ist.The flat according to the invention Stripes or the folded strips with L- or Z- or C-shaped or Trapezoid figure could Furthermore be provided with lateral lips, which have a certain elasticity, so that the installation and the firm fixation between adjacent Row pairs of bolts or ribs or other oblong Profiles is facilitated, so that in these cases no interaction with the electrode sheets is more required.
Vorzugsweise sind die erfindungsgemäßen hydrodynamischen Einrichtungen an ihrer Oberkante durch vorspringende Leitplatten oder -bleche verlängert, die dazu dienen, den für die Gas/Elektrolyt-Mischphase zur Verfügung stehenden Strömungsquerschnitt zu verringern, um die Vereinigung der mitgeführten Bläschen zu unterstützen.Preferably are the hydrodynamic invention Devices at their upper edge by projecting guide plates or sheets extended, which serve for the the gas / electrolyte mixing phase available flow cross-section to reduce the association of entrained bubbles.
Die erfindungsgemäßen hydrodynamischen Mittel bestehen vorzugsweise aus Metall- oder Kunststoffmaterialien, die unter Elektrolysebedingungen chemisch inert sind, und die eine gewisse Elastizität, sowie eine geringe Neigung zur Kriechrelaxation (creep relaxation) aufweisen.The hydrodynamic agents according to the invention are preferably made of metal or plastic materials, which are chemically inert under electrolysis conditions, and the one certain elasticity, and a low tendency to creep relaxation (creep relaxation) exhibit.
Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen hydrodynamischen Einrichtung rein beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben.in the Below is a preferred embodiment of the hydrodynamic invention Device purely by way of example with reference to the accompanying drawings described in more detail.
In den Zeichnungen zeigt:In the drawings shows:
Die
hydrodynamischen Einrichtungen können
auch in Form von gebogenen Streifen
Die
flachen Streifen der
Eine
weitere Konstruktionsvariante für
die erfindungsgemäßen hydrodynamischen
Einrichtungen ist durch den Einsatz von trapezoid oder C-förmig gefalteten
Streifen
Falls
erforderlich, ist es möglich,
die Fähigkeit
der Streifen, zwischen den Reihen in Position zu verbleiben, dadurch
zu verbessern, dass man die Streifen mit seitlichen Lippen
Die trapezoidförmigen und C-förmigen hydrodynamischen Einrichtungen stellen eine in zweifacher Hinsicht vorteilhafte Konstruktionslösung dar.The trapezoidal and C-shaped hydrodynamic devices provide one in two ways advantageous construction solution represents.
Zum
einen können
die trapezoidförmigen und
C-förmigen
Streifen an der Oberkante einfach mit vorspringenden Leitplatten
oder -blechen
Zum
anderen ist es nicht erforderlich, dass die Bereiche, die der aufsteigenden
Gas/Elektrolyt-Mischphase beziehungsweise dem nach unten strömenden entgasten
Elektrolyten zugeordnet sind, notwendigerweise denselben Querschnitt
besitzen, wie dies beispielsweise bei den in den
Die vorliegende Erfindung wurde in erster Linie im Hinblick auf die Nachrüstung von bereits existierenden elektrochemischen Zellen beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die erfindungsgemäßen hydrodynamischen Einrichtungen und das Verfahren zum Einbau und der Befestigung dieser Einrichtungen nicht nur beim Nachrüsten während der Reaktivierung der katalytischen Aktivität von verbrauchten Zellen sondern auch beim Bau neuer Zellen eingesetzt werden können.The The present invention has been primarily directed to the retrofitting described by already existing electrochemical cells. It is understood, however, that the hydrodynamic devices according to the invention and the method of installing and fixing these devices not only when retrofitting while the reactivation of the catalytic activity of spent cells but can also be used in the construction of new cells.
Zahlreiche Modifikationen der erfindungsgemäßen hydrodynamischen Mittel sind im Rahmen des allgemeinen Fachwissens möglich, ohne den durch die beigefügten Ansprüche definierten Schutzbereich zu verlassen.numerous Modifications of the hydrodynamic invention Means are possible within the framework of general expertise, without by the attached claims leave the defined protection area.
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