DE1197852B

DE1197852B - Electrolysis cell for the production of alkali chlorate

Info

Publication number: DE1197852B
Application number: DEK42140A
Authority: DE
Original assignee: Krebs and Co AG
Current assignee: Krebs and Co AG
Priority date: 1960-11-12
Filing date: 1960-11-12
Publication date: 1965-08-05
Also published as: FR1315069A; FI42953B; GB948287A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUtSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AU SLECjE SCH RIFTAU SLECjE SCH RIFT

Int. α.:Int. α .:

COIbCOIb

Deutsche Kl»; 12 i-11/25German Kl »; 12 i-11/25

Nummer; 1197 852Number; 1197 852

Aktenzeichen: K 42140IV a/12 iFile number: K 42140IV a / 12 i

Anmeldetag: 12. November 1960 Filing date: November 12, 1960

Aüslegetag; 5. August 1965Lay-out day; August 5, 1965

Vorliegende Erfindung Bezieht sich auf eine mit einem Elektrolytsammelbehältef in Verbindung stehende Elektrolysezelle zur Herstellung von Alkalichlorat aus wäßrigen Alkälichloridlösungen mit einem im wesentlichen vom Elekteolytstrom durchflössenen Reaktionsraum, der durch seitlich angeordnete, den Flüssigkeitsdurchtritt verhindernde Wandungen begrenzt und nur an den in Strömungsriehtung gegenüberliegenden Enden über freie Dufehtrittsquerschnitte mit dem außerhalb des Reäktionsraümes befindlichen Elektrolytrückführraum kommunizierend verbunden ist*The present invention relates to one with an electrolytic cell connected to an electrolyte collecting tank for the production of alkali chlorate from aqueous alkali chloride solutions with an electrolyte stream flowing through it Reaction space, which is delimited by laterally arranged walls preventing the passage of liquid and only at the opposite ends in the flow direction via free vent cross-sections communicating with the electrolyte return room located outside the reaction room connected is*

Bei der Herstellung von Aikaliehlorat durch die Elektrolyse wäßriger Alkalichloridlösungen wird das Chlorion des dissozierten AlkäliGhlörides an der Anode zu elementarem Chlor entladen, während au der Kathode vorzugsweise WässerstofFionen abgeschieden Werden. In der Nähe der Anode sind Vor allem freies Chlor und unterchlorige Säure, in Kathodennähe Wasserstoff und freies Alkali vorhanden. Letzteres reagiert mit dem Chlor zu Alkalihypochlorit, welches mit der unterchlorigen Saufe Alkalichlorat bildet. Außerdem wird indessen auch Alkalichlorat durch direkte Entladung von Hypochloritänionen an der Anode gebildet, in einer zweiten Nebenreaktion werden auch Hydroxylionen des Alkalis an der Anode ent" laden. Beide Nebenreaktionen sind unerwünscht, da sie die Stromausbeüte verschlechtern und bei Verwendung von Graphit als Anodenmateriäl die Lebensdauer der Anoden vermindern.In the production of alkali chloride by the The electrolysis of aqueous alkali chloride solutions causes the chlorine ion of the dissociated alkali metal chloride at the anode discharged to elemental chlorine, while hydrogen ions are preferentially deposited on the cathode Will. In the vicinity of the anode are mostly free Chlorine and hypochlorous acid, hydrogen and free alkali available near the cathode. The latter reacts with the chlorine to form alkali hypochlorite, which forms alkali chlorate with the hypochlorous drink. In addition, however, alkali chlorate is also produced by the direct discharge of hypochlorite ions at the Anode, in a second side reaction, hydroxyl ions of the alkali are also formed on the anode " load. Both side reactions are undesirable because they degrade current efficiency and when in use graphite as anode material will reduce the service life of the anodes.

In der Absicht, die beschriebenen Nebenreaktionen zu unterdrücken, Wurde bis jetzt die Chloratelektrolyse in Möglichst ruhenden Elektrolyten durchgeführt, um dadurch die Bildung einer ausgeprägten, das An* dringen der Hypochlorit" und Hydroxylionen erschwerenden Diffusionsschicht an der Anöde - zu begünstigen. Dementsprechend wurden bei den bekannten Zellenkonstruktionen keine besonderen Vor* kehrungeii getroffen, um die Elektrolytbewegung im Reaktionsraum zwischen Anöde und Kathode über das mit Rücksicht auf eine ausreichende Elektrolyterneuerung notwendige Maß hinaus zu erhöhen.With the intention of the side reactions described To suppress, up to now the chlorate electrolysis was carried out in electrolytes that are as stationary as possible in order to thereby the formation of a pronounced which makes the penetration of hypochlorite and hydroxyl ions more difficult Diffusion layer at the anode - to favor. Accordingly, in the known cell constructions, no special advantages * kehrungeii taken to the electrolyte movement in the Reaction space between anode and cathode via the with a view to sufficient electrolyte renewal to increase the necessary level.

Es sind zwar Elektrolysezellen bekanntgeworden, bei denen sich durch die eingangs beschriebene Ausbildung eine Umlaufströmung des Elektrolyten während des Betriebes innerhalb der Zelle einstellt, jedoch sind diese Umlaufströmungen entweder nur von geringer Intensität und/oder die Umlaufströmung wird von im Reaktionsraum befindlichen Kühleinrichtungen nachteilig beeinflußt, da infolge der Kühlung durch die Konvektion sich ein Geschwindigkeitsfeld des Elektrolyten ausbildet, welches der Umläufströmung des Elektrolysezelle zur Herstellung von
AlkalichloratIt is true that electrolysis cells have become known in which a circulating flow of the electrolyte occurs during operation within the cell due to the design described above, but these circulating flows are either only of low intensity and / or the circulating flow is adversely affected by cooling devices located in the reaction chamber, since As a result of the cooling by the convection, a velocity field of the electrolyte is formed, which the circulating flow of the electrolytic cell for the production of
Alkali chlorate

Anmelder:Applicant:

Krebs & Cö. A. G., Zürich (Schweiz)Krebs & Co. A. G., Zurich (Switzerland)

Vertreter:Representative:

Df.-Ing. R. Döring, Patentanwalt,Df.-Ing. R. Döring, patent attorney,

Braunschweig, Jasperallee 1 aBraunschweig, Jasperallee 1 a

Elektrolyten entgegenwirkt und somit die Auftriebsströmung im Reaktionsraum hemmt und die Aus* bildung einet kontinuierlichen Strömung hindert.Electrolytes counteracts and thus the buoyancy flow inhibits in the reaction space and the off * prevents the formation of a continuous flow.

Vorliegende Erfindung geht von den durch theoretische Überlegungen und praktische Versuche gewonnenen Erkenntnissen aus, daß eine ungestörte gerichtete Strömung im Bereich zwischen den Elektroden für den Elektrolyseprözeß besonders bei Anwendung hoher anodischer Stromdichten günstig ist.
Demgemäß geht vorliegende Erfindung von den eingangs genannten und beschriebenen Elektrolysezellen aus und kennzeichnet sich erfindungsgemäß dadurch, daß der Reaktionsraum der Zelle mit derart bemessenen Durchströmquerschnitten und/öder mit zusätzlichen Einrichtungen zur Förderung des Elektrolyten in Verbindung steht, daß innerhalb des Reaktionsrautties bei einer anödischen Stromdichte von mindestens etwa 5 A/dm² eine mittlere Strömungsgeschwindigkeit von wenigstens 0,10m/Sek. auftritt,, während der Querschnitt des Elektrolytrückführraumes so bemessen ist, daß der innerhalb der Zelle zirkulierende Elektrolytstrom ihn mit wenigstens 0,1 iü/Sek. durchfließt, wobei Kühleinrichtungen im Elektrolytrückführraum und/oder im außerhalb der Zellen befindlichen Blektrölytkreislkufsystern vorgesehen sind.The present invention is based on the knowledge gained through theoretical considerations and practical experiments that an undisturbed directed flow in the area between the electrodes is favorable for the electrolysis process, particularly when high anodic current densities are used.
Accordingly, the present invention is based on the electrolysis cells mentioned and described at the beginning and is characterized according to the invention in that the reaction space of the cell is connected with flow cross-sections dimensioned in such a way and / or with additional devices for conveying the electrolyte that inside the reaction diamond at an anodic current density of at least about 5 A / dm ^2, an average flow velocity of at least 0.10 m / sec. occurs, while the cross-section of the electrolyte return space is dimensioned so that the electrolyte flow circulating within the cell it with at least 0.1 iü / sec. flows through, with cooling devices being provided in the electrolyte return space and / or in the Blektrölytkreislkufsystern located outside the cells.

Hierbei ist es zweckmäßig, für eine Gruppe oder sämtliche Elektrolysezellen einen Elektrolytsammelbehälter Vorzusehen, der zur Ausbildung eines äußeren Kreislaufes des Elektrolyten mit den Zelienüberläufen und über Zülaufleitungen mit den Zellentrogunterteilen verbunden ist, in dem gegebenenfalls Kühleinricll·- tungen untergebracht sein können.It is useful here to provide an electrolyte collecting tank for a group or all of the electrolytic cells, which is used to form an outer one Circuit of the electrolyte with the cell overflows and is connected to the lower parts of the cell trough via supply lines, in which, if necessary, the cooling unit services can be accommodated.

Ein derartiger Elektrolytsammelbehälter mit Kühleinrichtungen führt dazu, daß die Elektrolysezellen selbst sehr klein ausgebildet sein können und somit nur einen geringen Platz beanspruchen, Der Sammelbehälter begünstigt ferner die gleichmäßige Umläufst» 629/361; Such an electrolyte collecting container with cooling devices leads to the fact that the electrolytic cells can even be made very small and thus only take up a small amount of space.

strömung in sämtlichen mit ihm verbundenen Elektrolysezellen. In ihm erfolgt gleichzeitig die chemische Umsetzung des Hypochlorits in das Chlorat, so daß der in den Reaktionsraum eintretende Elektrolyt, der im wesentlichen von dem Sammelbehälter zufließt, in jeder Zelle die gleiche oder annähernd gleiche Zusammensetzung aufweist.flow in all electrolysis cells connected to it. The chemical takes place in it at the same time Implementation of the hypochlorite in the chlorate, so that the electrolyte entering the reaction chamber, which is in the essentially flows from the collecting container, the same or approximately the same composition in each cell having.

In Versuchen wurde ermittelt, daß beispielsweise in einer Versuchszelle mit Graphitanoden und -kathoden, welche mit einer anodischen Stromdichte von 10 A/dm^a betrieben wurde und Stromausbeuten zwischen 87 und 90% ergab, die Geschwindigkeit im Reaktionsraum 0,35 m/Sek. betrug. Die stündlich infolge der Interaströmung in der Zelle umgewälzte Flüssigkeitsmenge betrug mehr als das 10Ofache des Elektrolytvolumens der Zelle.In experiments it was found that, for example, in a test cell with graphite anodes and cathodes, which was operated with an anodic current density of 10 A / dm ^a and gave current yields between 87 and 90%, the speed in the reaction chamber was 0.35 m / sec. fraud. The amount of liquid circulated in the cell every hour as a result of the Intera flow was more than 10O times the electrolyte volume of the cell.

Die Anwendung hoher anodischer Stromdichten über 5 A/dm², hoher Elektrolytgeschwindigkeiten im Reaktionsraum und die starke Internzirkulation des Elektrolyten in der Zelle bringt folgende wesentliche Vorteile mit sich:The use of high anodic current densities above 5 A / dm ² , high electrolyte speeds in the reaction space and the strong internal circulation of the electrolyte in the cell have the following significant advantages:

Infolge der hohen anodischen Stromdichten können für gegebene Zellenleistung die Abmessungen der Zellen und des Zellensaales kleiner gehalten und damit die Anlagekosten gesenkt werden. Es ist bekannt, daß die Tendenz zur anodischen Entladung der beim Elektrolysevorgang gebildeten Hydroxyl- und Hypochloritionen mit steigender anodischer Stromdichte abnimmt, wodurch die Oxydationsverluste in der Zelle verringert und die Stromausbeute entsprechend verbessert wird. Außerdem bewirkt die parallel mit der Erhöhung der anodischen Stromdichte sich einstellende höhere kathodische Stromdichte einen dichteren Aufbau des durch das in der Lösung enthaltene Natriumdichromat erzeugten Diaphragmas, welches die Kathodenflächen bedeckt und die unerwünschten kathodischen Reduktionen des gebildeten Alkalihypochlorits erschwert. Die Folge davon sind niedrigere kathodische Reduktionsverluste und damit eine Verbesserung der Stromausbeute. Hohe Elektrolytgeschwindigkeit hat zur Folge, daß sich das anodisch freigesetzte elementare Chlor in kleineren Bläschen von der Anode ablöst und damit die Chlorabsorption im Elektrolyten erleichtert wird. Außerdem erleichtert die stärkere Mischbewegung im Reaktionsraum infolge der höheren Strömungsturbulenz die Bildung des Natriumhypochlorits,As a result of the high anodic current densities, the dimensions of the Cells and the cell room are kept smaller and thus the investment costs are reduced. It is known that the tendency towards anodic discharge of the hydroxyl and hypochlorite ions formed during the electrolysis process decreases with increasing anodic current density, thereby reducing oxidation losses in the cell is reduced and the current yield is improved accordingly. In addition, the parallel with the An increase in the anodic current density results in a higher cathodic current density and a denser structure of the diaphragm created by the sodium dichromate contained in the solution, which the cathode surfaces covered and the undesirable cathodic reductions of the alkali hypochlorite formed difficult. The consequence of this is lower cathodic reduction losses and thus an improvement the current yield. High electrolyte speed has the consequence that the anodic released elemental chlorine is detached from the anode in smaller bubbles and thus the chlorine absorption in the Electrolytes is relieved. In addition, the stronger mixing movement in the reaction space facilitates as a result the higher flow turbulence the formation of sodium hypochlorite,

ίο Durch die starke Internzirkulation, insbesondere in Verbindung mit der Verwendung eines Elektrolytsammelbehälters, erfolgt ein praktisch vollständiger Temperatur- und Konzentrationsausgleich im Elektrolyten der Zelle. Örtliche Chloridverarmung und dadurch verursachte Stromausbeuteverluste sowie Graphitverluste durch örtliche Temperaturerhöhung siud bei dieser Arbeitsweise weitgehend ausgeschlossen.ίο Due to the strong internal circulation, especially in In connection with the use of an electrolyte collecting container, a practically complete one takes place Temperature and concentration equalization in the cell's electrolyte. Local chloride depletion and thereby Loss of electricity yield and graphite losses caused by local temperature increases siud largely excluded in this way of working.

Durch die Bemessung der Durchströmquerschnitte des Reaktionsraumes kann man erreichen, daß infolgeBy dimensioning the flow cross-sections of the reaction space, one can achieve that as a result

ao der Gasentwicklung in diesem Raum und der dadurch bedingte Unterschied der spezifischen Gewichte des Rauminhaltes der Elektrolyt mit der vorgesehenen Geschwindigkeit von wenigstens 0,10 m/Sek. bewegt wird. Dabei können zur Erzeugung der angestrebten hohen Elektrolytströmung erfindungsgemäß zusätzliche Einrichtungen wie Umwälzpumpen oder ein Gaseintrag vorgesehen sein, wobei letzterer unterhalb oder im unteren Teil des Reaktionsraumes vorzunehmen ist, um die Auftriebsströmung des Elektrolyten mit zu unterstützen.ao the gas development in this space and the resulting difference in the specific weights of the Volume of the electrolyte at the intended speed of at least 0.10 m / sec. emotional will. In this case, according to the invention, additional electrolyte flow can be generated to generate the desired high electrolyte flow Devices such as circulating pumps or a gas inlet can be provided, the latter being below or in the lower part of the reaction chamber is to be carried out in order to take the buoyancy of the electrolyte with it to support.

Wird eine Zelle mit der bei vorliegender Erfindung vorgesehenen hohen Stromdichte betrieben, so ergeben sich für die Abführung der beim Elektrolysevorgang freigesetzten Wärme aus dem Elektrolyten durch Einbau ausreichender Kühlflächen in der Zelle oftmals Schwierigkeiten, da die entwickelte Wärmemenge, wie nachstehendes Beispiel zeigt, bei Steigerung der anodischen Stromdichte in einer Zelle schnell zunimmt.If a cell is operated with the high current density provided for in the present invention, the result is to dissipate the heat released during the electrolysis process from the electrolyte Installation of sufficient cooling surfaces in the cell is often difficult because of the amount of heat developed, such as The example below shows that when the anodic current density in a cell increases, it increases rapidly.

Anodische Stromdichte, A/dm² Anodic current density, A / dm ²

Pro Zeiteinheit entwickelte WärmemengeAmount of heat developed per unit of time

6
2,76th
2.7

5,15.1

12
8,612th
8.6

15
12,915th
12.9

Um den Kühlflächenbedarf auf ein erträgliches Maß zu beschränken, ist vorgesehen, den Elektrolyten außerhalb des Reaktionsraumes bei einer Strömungsgeschwindigkeit von wenigstens 0,1 m/Sek. zu kühlen.In order to limit the cooling surface requirement to a tolerable level, the electrolyte is provided outside the reaction space at a flow rate of at least 0.1 m / sec. to cool.

Um mit den vorgesehenen hohen Stromdichten arbeiten zu können, die erforderlich sind, um die Auflösung des auf der Kathode gebildeten Bichromatdiaphragmas zu vermeiden, welches die kathodische Reduktion verhindert, ist erfindungsgemäß vorgesehen, die Kathodenplatten perforiert auszubilden und nur 4ie den Reaktionsraum seitlich gegen den Elektrolytrückführraum abgrenzenden Wände als nichtperforierte Kathodenplatten auszubilden.In order to be able to work with the intended high current densities that are required for the resolution to avoid the bichromate diaphragm formed on the cathode, which the cathodic Prevents reduction, the invention provides for the cathode plates to be perforated and only The walls delimiting the reaction space laterally from the electrolyte return space are non-perforated Form cathode plates.

Ferner sieht die Erfindung vor, daß die den Anoden unmittelbar benachbarten Flächen des Zellentroges ebenfalls als Kathoden wirksam sind, wobei der Abstand zwischen den als Kathoden ausgebildeten Wänden des Zellentroges und den diesen unmittelbar benachbarten, neu eingesetzten Anoden vorzugsweise gleich oder kleiner als der Abstand zwischen den eigentlichen Kathoden und den Anoden gewählt wird.Furthermore, the invention provides that the surfaces of the cell tray immediately adjacent to the anodes are also effective as cathodes, the distance between the formed as cathodes Walls of the cell tray and the newly inserted anodes immediately adjacent to them are preferred is chosen to be equal to or smaller than the distance between the actual cathodes and the anodes.

Der Abstand zwischen den benachbarten Anoden und Kathoden soll gemäß der Erfindung bei neu eingesetzten Anoden kleiner als 10 mm sein, um die angestrebte Umlaufströmung des Elektrolyten zu erreichen allein auf Grund seines Auftriebes im Reaktionsraum.According to the invention, the distance between the adjacent anodes and cathodes should be newly inserted Anodes must be smaller than 10 mm in order to achieve the desired circulating flow of the electrolyte reach solely because of its buoyancy in the reaction space.

Wird die Elektrolysezelle mit einer Umwälzpumpe ausgerüstet, so empfiehlt es sich, den Reaktionsraum in oder gegen die Richtung der Elektrolytströmung trichterförmig verlängert auszubilden, so daß er gegenIf the electrolysis cell is equipped with a circulation pump, it is advisable to use the reaction chamber in or against the direction of the electrolyte flow extended funnel-shaped so that it is against

den Elektrolytrückführraum eine trichterförmige Öffnung bildet, in der ein den Elektrolyten in axialer Richtung förderndes Pumpenlaufrad drehbar angeordnet ist. Zur Erzielung einer gleichmäßigen Geschwindigkeitsverteilung des Elektrolyten im Reaktionsraum ist es dabei zweckmäßig, wenn, in Strömungsrichtung gesehen, vor dem Reaktionsraum eine quer zur Strömungsrichtung angeordnete perforierte Platte vorgesehen ist.
Zweckmäßig ist es, eine Pumpe so vorzusehen, daß ihre Förderrichtung mit der Auftriebsrichtung des Elektrolyten übereinstimmt. Es ist jedoch durchaus möglich, die Pumpe so anzuordnen, daß sie den Elektrolyten entgegen der Auftriebsrichtung fördert, wenn dies aus baulichen oder anderen Gründen notwendig ist.the electrolyte return space forms a funnel-shaped opening in which a pump impeller that delivers the electrolyte in the axial direction is rotatably arranged. In order to achieve a uniform velocity distribution of the electrolyte in the reaction space, it is useful if, viewed in the direction of flow, a perforated plate arranged transversely to the direction of flow is provided in front of the reaction space.
It is useful to provide a pump in such a way that its direction of delivery coincides with the direction of buoyancy of the electrolyte. However, it is entirely possible to arrange the pump in such a way that it conveys the electrolyte against the direction of buoyancy if this is necessary for structural or other reasons.

Eine die Auftriebsbewegung des Elektrolyten fördernde Gaseintrittsvorrichtung kann gemäß vorliegender Erfindung so ausgebildet sein, daß im unterenA gas inlet device promoting the buoyancy movement of the electrolyte can according to the present invention Invention be designed so that in the lower

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Teil des Reaktionsraumes eine perforierte Platte sowie deshalb durch eine Auskleidung wie Hartgummi, ein unterhalb der Platte angeordnetes Zuführungsrohr Polyvinylchlorid, Polyäthylen oder Polyisobutylen für dem Elektrolyten zuzuführendes Gas vorgesehen gegen den Angriff des freien Chlors geschützt werden, sind, das unterhalb der perforierten Platte ein Polster Erfahrungsgemäß ist die Lebensdauer dieser Überzüge bildet und mit dem aufwärts strömenden Elektrolyten 5 beschränkt. Durch die lösbare Flanschverbindung ist durch die Öffnungen der Platte hindurchtritt. Bei eine leichte Auswechselbarkeit des gefährdeten Trog-Anordnung von Gaseintragvorrichtungen empfiehlt Oberteils gewährleistet. Der Elektrolyt und das bei der es sich, die Enden der Anoden auf der Einströmseite Elektrolyse entwickelte, hauptsächlich Wasserstoff des Elektrolyten zur Vermeidung von Gasstauungen enthaltende Zellengas werden über den Ablaufstutanzuschrägen. io zen 10 aus der Zelle gemeinsam abgezogen. Ein in derPart of the reaction space a perforated plate and therefore a lining such as hard rubber, a polyvinyl chloride, polyethylene or polyisobutylene feed pipe arranged below the plate the gas to be supplied to the electrolyte is protected against attack by free chlorine, are, that a cushion underneath the perforated plate. Experience has shown that the service life of these covers is forms and limited with the upward flowing electrolyte 5. The detachable flange connection is passes through the openings in the plate. With easy interchangeability of the endangered trough arrangement of gas inlet devices recommends upper part guaranteed. The electrolyte and the it developed electrolysis, mainly hydrogen, at the ends of the anodes on the upstream side cell gas containing the electrolyte to avoid gas congestion are inclined over the drainage tube. io zen 10 withdrawn from the cell together. An Indian

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus Höhe verstellbares Überlaufwehr 12 regelt den StandFurther details of the invention emerge from the height-adjustable overflow weir 12 regulates the level

den in der Zeichnung dargestellten Figuren und der des Elektrolyten in der Zelle. In die ringsum verlaufendethe figures shown in the drawing and that of the electrolyte in the cell. In the all around

folgenden Figurenbeschreibung. Versetzung des Trogoberteils ist der die Zelle nachfollowing figure description. Relocation of the trough top is that of the cell

Die Zeichnungen geben beispielsweise Ausbildungs- oben abschließende Zellendeckel aus elektrisch nichtformen von Elektrolysezellen wieder, die mit im Elek- 15 leitendem Material, z. B. Polyvinylchlorid o'der Steintrolytrückführraum angeordneten Kühleinrichtungen zeug, eingelegt. Die Anoden bestehen aus den parallelausgerüstet sind. epipedf örmigen Anodenkörpern 14 und den gegenüber The drawings show, for example, cell lids made of electrically non-molds that complete the training above of electrolytic cells again, which with in the elec- 15 conductive material, z. B. polyvinyl chloride or Steintrolytrrückführraum arranged cooling devices, inserted. The anodes consist of which are equipped in parallel. epiped-shaped anode bodies 14 and the opposite

F i g. 1 zeigt einen Querschnitt durch eine Elektro- diesen abgesetzten Anodenhälsen 13 und sind von obenF i g. 1 shows a cross section through an electrode, these separated anode necks 13 and are from above

lysezelle, bei der die hohen Elektrolytgeschwindig- her in die Zelle mittels gasdichter Durchführungenlysis cell in which the high electrolyte speed enters the cell by means of gas-tight feedthroughs

keiten durch Ausnutzung der Gasabscheidung im 20 durch den Zellendeckel eingehängt.by utilizing the gas separation in the 20 hung through the cell cover.

Reaktionsraum erreicht werden; Der stromdurchflossene Raum zwischen den AnodenReaction space can be achieved; The current-carrying space between the anodes

F i g. 2 gibt einen Längsschnitt der Anordnung nach und Kathoden sei als eigentlicher ReaktionsraumF i g. 2 gives a longitudinal section of the arrangement and cathodes are assumed to be the actual reaction space

Fig. 1 wieder; bezeichnet, da der primäre Elektrolysevorgang, näm-Fig. 1 again; because the primary electrolysis process, namely

F i g. 3 zeigt eine Draufsicht auf die Zelle nach lieh die Entladung der Ionen des Alkalichlorids, fastF i g. 3 shows a plan view of the cell after the discharge of the ions of the alkali chloride, almost

Fig. 1 bei abgehobenem Deckel; 25 ausschließlich an den diesen Raum begrenzenden1 with the cover lifted off; 25 exclusively to the boundaries of this space

Fig. 4, 5 und 6 zeigen entsprechend den Dar- Anoden- bzw. Kathodenflächen stattfindet. Der rest-Figs. 4, 5 and 6 show the anode and cathode surfaces, respectively, taking place. The rest-

stellungen der Fig. 1, 2 und 3 eine Ausbildungsform liehe vom Elektrolyten eingenommene Zellenraum istPositions of FIGS. 1, 2 and 3 is a form of training borrowed by the electrolyte cell space

der Elektrolysezelle mit einer unterhalb des Reak- als Elektrolytrückführraum bezeichnet,the electrolysis cell with a space below the reactor called the electrolyte return space,

tionsraumes angeordneten Förderpumpe; In dem Ausführungsbeispiel der F i g. 1 bis 3tion room arranged feed pump; In the embodiment of FIG. 1 to 3

Fig. 7 gibt einen Querschnitt durch eine Elektro- 30 erfolgt die Umwälzströmung des Elektrolyten aus-Fig. 7 shows a cross section through an electric 30 the circulating flow of the electrolyte takes place from-

lysezelle wieder, bei der die Auftriebsströmung im schließlich dadurch, daß der im Reaktionsraumlysis cell again, in which the buoyancy flow is finally due to the fact that the in the reaction space

Reaktionsraum durch Eintrag von Gas in den Elektro- befindliche Elektrolyt von den an der Anode bzw.Reaction chamber through the entry of gas into the electrolyte from the electrolyte at the anode or

lyten erreicht wird; Kathode freigesetzten, im wesentlichen aus Wasserstofflyten is reached; Cathode released, essentially from hydrogen

Fig. 8 zeigt einen Schnitt entlang der Linie bzw. aus Chlor bestehenden Gasbläschen durchsetzt ist8 shows a section along the line or through which gas bubbles consisting of chlorine are penetrated

VIII - VIII gemäß F i g. 7. 35 und somit ein geringeres spezifisches Gewicht als derVIII - VIII according to FIG. 7. 35 and thus a lower specific weight than the

In den Figuren ist der eiserne Zellentrog-Unter- im Elektrolytrückführraum befindliche Elektrolyt aufteil 1 in üblicher Weise, z. B. mittels der vier Ab- weist, durch das eine intensive Auftriebsströmung Stützungen 2, welche auf den Isolatoren 3 aufliegen, auf erzeugt wird. Dieser im Reaktionsraum hervorgedem Zellenfundament elektrisch isoliert angeordnet. rufenen Auftriebsströmung entspricht im Elektrolyt-Die Trogsohle ist zwecks guter Reinigungsmöglich- 40 rückführraum eine von oben nach unten gerichtete keit schräg ausgeführt und am tiefsten Punkt mit einem Rückführströmung, vorausgesetzt, daß der Reaktions-Ablaßventil 4 zur Entleerung der Zelle und Abführung raum vom Elektrolytrückführraum durch seitliche, des Graphitschlammes ausgerüstet. Der frische Elek- den Flüssigkeitsdurchtritt verhindernde Wandungen trolyt wird der Zelle durch das gelochte Rohr 5 zu- getrennt wird. Damit sich diese gerichtete, in sich geführt. Die Kathodendplatten6und6fl sind elektrisch 45 geschlossene Internzirkulation in der Zelle möglichst leitend mit den beiden Wandungen 7 des Zellentrog- ungestört ausbilden kann, weist die vorbeschriebene Unterteils verbunden. Die Kathodenplatten, welche Zelle erfindungsgemäß noch die folgenden charakteaus Metallen oder Graphit gefertigt sein können, ristischen Merkmale auf:In the figures, the iron cell trough-lower electrolyte located in the electrolyte return space is divided up 1 in the usual way, e.g. B. by means of the four deflectors, through which an intense buoyancy flow Supports 2, which rest on the insulators 3, is generated. This one in the reaction chamber Cell foundation arranged electrically insulated. called buoyancy flow corresponds in the electrolyte die The bottom of the trough is a return space directed from top to bottom for the purpose of easy cleaning Ability to run at an angle and at the lowest point with a return flow, provided that the reaction relief valve 4 for emptying the cell and discharge space from the electrolyte return space through lateral, equipped of graphite sludge. The fresh electrode walls prevent the passage of liquid trolyt is separated from the cell through the perforated tube 5. So that this is directed, in itself guided. The cathode end plates 6 and 6fl are electrically 45 closed internal circulation in the cell as possible can form conductive with the two walls 7 of the cell trough undisturbed, has the above-described Lower part connected. The cathode plates, which cell according to the invention still have the following characteristics Metals or graphite can be manufactured, ristic features on:

werden beispielsweise durch Schweißen, Löten, Nieten Während die Kathodenplatte 6 zwischen den Anoden oder Schrauben mit den Wandungen? verbunden, 5° perforiert ausgeführt sind, da eine hohe kathodische welche ihrerseits aus massiven Eisen oder zwecks Stromdichte von mindestens 5 A/dm² Voraus-Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit aus beidseitig Setzung ist für eine gute Ausbildung des die kathomit Eisen plattiertem Kupferblech bestehen können. dische Reduktion des Hypochlorits verhindernden Jede Trogwandung 7 weist mindestens eine Anschluß- Diaphragmas, welches durch die Zugabe von Natriumklemme 8 auf, welche an den Minuspol der Spannungs- 55 dichromat gebildet wird, werden die beiden, den quelle angeschlossen wird. Im Elektrolytrückführraum Reaktionsraum seitlich vom Elektrolytrückführraum sind zur Abführung der in der Zelle entwickelten trennenden Kathoden 6a ohne Perforation ausgeführt, Stromwärme Kühlflächen 15, z.B. in Form von um eine die Auftriebsströmung im Reaktionsraum Rohren, angeordnet. behindernde Ausgleichsströmung vom Elektrolytrück-are for example by welding, soldering, riveting While the cathode plate 6 between the anodes or screws with the walls? connected, 5 ° perforated, because a high cathodic which in turn can consist of solid iron or for the purpose of current density of at least 5 A / dm ^{2 in} advance to increase the electrical conductivity from both sides for a good formation of the cathodic iron-clad copper sheet. Each trough wall 7 has at least one connection diaphragm which, by adding sodium clamp 8, which is formed on the negative pole of the voltage dichromate, is used to connect the two to the source. In the electrolyte return space, the reaction space to the side of the electrolyte return space, are designed without perforation to remove the separating cathodes 6a developed in the cell, current heat, cooling surfaces 15, for example in the form of tubes around a buoyancy flow in the reaction space. obstructing equalizing flow from the electrolyte return

Auf dem Trogunterteil ist mittels lösbarer Flaschen- 60 führraum in den Reaktionsraum durch die Trennverbindung der Zellentrog-Oberteil 9 flüssigkeitsdicht wände 6a hindurch zu vermeiden, aufgesetzt. Dieser Teil des Zellentroges ist im Gasraum Der Abstand zwischen einander benachbarten dem chemischen Angriff des bei der Elektrolyse Anoden- und Kathodenflächen dl wird möglichst klein entwickelten feuchten Wasserstoffgases, welches immer gehalten und soll bei neuen Anoden 10 mm nicht überauch Chlor enthält, ausgesetzt. Außerdem weist der 65 steigen, damit die Konzentration der Gasblasen im Elektrolyt an der Oberfläche einen besonders hohen Gasraum und damit die Verminderung des spezi-Gehalt an freiem Chlor auf und wirkt deshalb hier fischen Gewichtes des Elektrolyten im Reaktionsraum besonders korrodierend. Der eiserne Trogoberteil muß möglichst große Werte erreicht.On the trough lower part, the cell trough upper part 9 is fitted with liquid-tight walls 6a by means of a detachable bottle guide space into the reaction space through the separating connection. This part of the cell trough is in the gas space.The distance between adjacent to the chemical attack of the anode and cathode surfaces dl developed during electrolysis is exposed to the smallest possible amount of moist hydrogen gas, which is always maintained and should not contain 10 mm of chlorine in new anodes. In addition, the 65 increases, so that the concentration of the gas bubbles in the electrolyte on the surface has a particularly high gas space and thus the reduction of the specific content of free chlorine and therefore has a particularly corrosive effect on the weight of the electrolyte in the reaction space. The iron upper part of the trough must achieve the highest possible values.

Die Verteilung der Gasblasen im Elektrolyten soll möglichst gleichmäßig Sein, um interne Ausgleiehsströmungen im Reaktionsraum zu vermeiden. Deshalb sind die Abstände dl zwischen den Trogwandungen 7 und den diesen benachbarten Anoden in der gleichen Größenordnung wie die normalen Abstände dl zwischen Anoden und Kathoden gehalten, wodurch die Trögwandung 7 ebenfalls die Funktion einer Kathode übernimmt. Außerdem sind die Abstände zwischen benachbarten Anoden flf3 so klein als möglich, d. h. höchstens 3 mm weit zu wählen. Während im Elektrolytspalt hohe Elektrolytgeschwindigkeiten aus ehe* mischen Gründen angestrebt werden, soll die Geschwindigkeit des Elektrolyten im Elektrolytrückführraum so hoch gehalten werden, daß die Wirksamkeit der eingebauten Kühlflächen gegenüber jener bei praktisch stagnierendem Elektrolyten wesentlich verbessert wird.The distribution of the gas bubbles in the electrolyte should be as uniform as possible in order to avoid internal equalization flows in the reaction space. The distances dl between the trough walls 7 and the anodes adjacent to them are therefore kept in the same order of magnitude as the normal distances dl between anodes and cathodes, whereby the trough wall 7 also takes on the function of a cathode. In addition, the distances between adjacent anodes flf3 are to be as small as possible, that is to say they should be chosen to be at most 3 mm wide. While high electrolyte speeds are sought in the electrolyte gap for reasons of marriage, the speed of the electrolyte in the electrolyte return space should be kept so high that the effectiveness of the built-in cooling surfaces is significantly improved compared to that when the electrolyte is practically stagnant.

Im Ausführungsbeispiel der F i g. 4, 5 und 6 ist die Elektrolysezelle mit einer die hohen Durchströmgeschwindigkeiten im Reaktionsraum erzeugenden Pumpe ausgerüstet. Zu diesem Zweck ist die Zelle so ausgebildet, daß der Reaktionsraum nach unten durch einen in diesem Falle im Querschnitt rechteckigen Trichter aus Eisenblech gefertigt ist. Zwei einander gegenüberliegende Trichterseiten 16 sind an den beiden zuäußerst liegenden und nicht perforiert ausgeführten Kathodenplatten 6a angeschlossen, die beiden anderen Trichterseiten 16a an den Wandungen 7 des Zellentrog-Unterteils. Die Spitze des Trichters mündet in einen kreiszylindrischen Stutzen 17, in welchem ein in axialer Richtung förderndes Pumpenlaufrad 18 rotiert.In the embodiment of FIG. 4, 5 and 6, the electrolytic cell is equipped with a pump that generates the high flow rates in the reaction chamber. For this purpose, the cell is designed in such a way that the reaction space is made from sheet iron downwards through a funnel, which in this case is rectangular in cross section. Two opposite funnel sides 16 are connected to the two outermost and non-perforated cathode plates 6a , the other two funnel sides 16a to the walls 7 of the lower part of the cell trough. The tip of the funnel opens into a circular cylindrical connecting piece 17 in which a pump impeller 18 which delivers in the axial direction rotates.

Im speziellen Falle erfolgt der Antrieb des Pumpenlaufrades durch einen direkt mit der Pumpenwelle gekuppelten, elektrischen Antriebsmotor 19, welcher von unten her an den Boden des Zellentrog-Unterteils angeflanscht ist. Eine perforierte Platte 20 z. B. aus Kunststoff oder Eisen gewährleistet eine gleichmäßige Geschwindigkeitsverteilung des Elektrolyten über den Strömungsquerschnitt des eigentlichen Reaktionsraumes. Der Antrieb des Pumpenlaufrades 18 kann auch durch ein über dem Zellendeckel 11 angeordnetes Antriebsaggregat erfolgen, wobei die Pumpenwelle von oben her gasdicht durch den Zellendeckel und anschließend durch einen freien Zwischenraum zwischen den Anoden bis zum Pumpenlaufrad geführt wird. Desgleichen ist es denkbar, den Reaktionsraum nach oben trichterförmig zu verlängern und das Pumpenlaufrad über dem Reaktionsraum anzubringen.In special cases, the pump impeller is driven by an electric drive motor 19 coupled directly to the pump shaft, which is flanged from below to the bottom of the cell trough lower part. A perforated plate 20 e.g. B. off Plastic or iron ensures an even speed distribution of the electrolyte over the Flow cross-section of the actual reaction space. The drive of the pump impeller 18 can also take place by a drive unit arranged above the cell cover 11, the pump shaft of gas-tight at the top through the cell cover and then through a free space between the anodes up to the pump impeller. It is also conceivable to follow the reaction space to extend funnel-shaped at the top and to attach the pump impeller above the reaction chamber.

In der gezeichneten Zelle ist ein von unten nach oben förderndes Pumpenlaufrad angenommen, welches den Elektrolyten aus dem Elektrolytrückführraum ansaugt und nach Durchgang durch die perforierte Platte 20 mit der angestrebten hohen Geschwindigkeit durch den eigentlichen Reaktionsraum nach oben drückt. Es ist auch möglich, das Pumpenlaufrad von oben nach unten fördern zu lassen und hierdurch die Richtung der internen Zirkulation in der Zelle umzukehren, was die Verhältnisse für die Absorption des an den Anoden entwickelten elementaren Chlors im Elektrolyten wesentlich verbessert.In the cell shown, a bottom-up pump impeller is assumed, which the Sucks electrolytes from the electrolyte return space and after passing through the perforated plate 20 pushes upwards through the actual reaction chamber at the desired high speed. It it is also possible to let the pump impeller convey from top to bottom and thereby the direction the internal circulation in the cell to reverse what the ratios for the absorption of the at the anodes developed elemental chlorine in the electrolyte is significantly improved.

Eine weitere beispielsweise Zellenkonstruktion, bei welcher erfindurtgsgemäß die Auftriebsströmung im Reaktionsraum durch den Eintrag von Gas in den Elektrolyten erhöht wird, ist in F i g. 7 und 8 dargestellt. Another example of a cell construction, in which according to the invention the buoyancy flow in the The reaction space is increased by the entry of gas into the electrolyte is shown in FIG. 7 and 8 shown.

Die den Reaktionsraum vom Elektrolytrückführraum trennenden Kathodenbleche 6 a sind nach unten verlängert. Ein mit gleichmäßig verteilten Perforationen füf den Gäsdurchtritt versehenes, horizontal gerichtetes Blech ist mit den Kathodenblechen 60 sowie den Zelfentrogwandungen zwischen den letz* teren flüssigkeitsdicht verbunden. Das die Internzir* külation in der Zelle förderndes Gas, für welches das in den Zellen entwickelte Wasserstoffgas öder ein Fremdgas verwendet werden kättu, wird mittels des Stutzens 23 in den Raum unter dem perforierten Blech 20, wo sich ein Gaspolster bildet, eingeleitet. In das Blech 20 sind Elektrolytzirkulatiönsrohre 21 eingelassen, welche den Übertritt des Elektrolyten aus dem Elektrolytrückführraum in den Reaktionsraum ermöglichen. Um eine Stauung des in Form kleiner Blasen durch das Blech 20 tretenden Gases beim Eintritt in den eigentlichen Elektrolysespalt zwischen Kathoden und Anoden zu vermeiden, werden die unteren Enden 22 der letzteren seitlich angeschrägt. Durch den Eintrag des Gases werden die spezifischen Gewichtsunterschiede zwischen Reaktionsraum und Elektrolytrückführraum vergrößert und damit die bereits bei der erstbeschriebenen Zellenkonstruktion geschilderte Auftriebsströmung im Reaktionsraum erhöht. The cathode plates 6 a separating the reaction space from the electrolyte return space are extended downwards. A horizontally oriented sheet provided with evenly distributed perforations for the gas passage is connected to the cathode sheets 60 and the cell trough walls between the latter in a liquid-tight manner. The gas promoting internal circulation in the cell, for which the hydrogen gas developed in the cells or a foreign gas can be used, is introduced by means of the connector 23 into the space under the perforated plate 20, where a gas cushion is formed. Electrolyte circulation pipes 21 are let into the metal sheet 20, which allow the passage of the electrolyte from the electrolyte return space into the reaction space. In order to prevent the gas passing through the sheet metal 20 in the form of small bubbles when it enters the actual electrolysis gap between cathodes and anodes, the lower ends 22 of the latter are laterally beveled. By introducing the gas, the specific weight differences between the reaction space and the electrolyte return space are increased and the buoyancy flow in the reaction space already described in the case of the cell construction described above is increased.

Claims

Patent claims:

1. Electrolysis cell connected to an electrolyte collecting tank for the production of alkali chlorate from aqueous alkali chloride solutions with a reaction space through which the electrolyte stream flows and which is limited by walls arranged on the side that prevent the passage of liquid and only at the ends opposite in the flow direction via free passage cross-sections with the outside of the reaction space The electrolyte return space is communicatively connected, characterized in that the reaction space of the cell is connected to flow cross-sections dimensioned in such a way and / or with additional devices for conveying the electrolyte that within the reaction space there is an average flow ^{rate at an anodic current density of at least about 5 A / dm 2} of at least 0.10 m / sec. occurs, while the cross-section of the electrolyte return space is dimensioned so that the electrolyte flow circulating inside the cell it with at least 0.1 m / sec. flows through, with cooling devices being provided in the electrolyte return space and / or in the electrolyte circulation system located outside the cells.

2. Electrolytic cell according to claim 1, characterized in that only the reaction space laterally against the electrolyte return space delimiting walls as non-perforated cathode plates are trained.

3. Electrolytic cell according to one of claims 1 or 2, characterized in that the anodes directly adjacent surfaces of the cell tray are also effective as cathodes.

4. electrolytic cell according to claim, characterized characterized in that the distance between the cathode walls of the cell tray and the newly inserted anodes immediately adjacent to them are equal to or smaller than the Distance between the actual cathodes and the anodes is.

5. Electrolytic cell according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that the Distance between the neighboring anodes and cathodes for newly installed anodes is less than 10 mm.

6. Electrolytic cell according to one or more of claims 1 to 5, characterized in that the Electrolysis cell is equipped with a circulation pump.

7. Electrolytic cell according to claim 6, characterized in that the reaction space in or funnel-shaped against the direction of the electrolyte flow is extended and forms a funnel-shaped opening towards the electrolyte return space, in which a pump impeller which feeds the electrolyte in the axial direction is rotatably arranged.

8. electrolytic cell according to one of claims 6 and 7, characterized in that, in flow

Seen direction, in front of the reaction space a perforated one arranged transversely to the direction of flow Plate is provided.

9. Electrolytic cell according to one or more of claims 6 to 8, characterized by one of the Pump delivering electrolytes against the direction of buoyancy.

10. Electrolytic cell according to one or more of claims 1 to 5, characterized in that in the lower part of the reaction space a perforated plate and one below the plate arranged supply pipe are provided for the electrolyte to be supplied gas.

11. Electrolytic cell according to claim 10, characterized in that the ends of the Anodes beveled on the inflow side of the electrolyte to avoid gas congestion are.

For this purpose 2 sheets of drawings