DE1237993B

DE1237993B - Anode zur Elektrolyse einer Alkalimetall-chloridloesung

Info

Publication number: DE1237993B
Application number: DEH47609A
Authority: DE
Inventors: Kenryo Hirohashi
Original assignee: EI HIROHASHI GEB KARASAWA
Current assignee: EI HIROHASHI GEB KARASAWA
Priority date: 1962-12-04
Filing date: 1962-12-06
Publication date: 1967-04-06

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

COId

C25B-1/40/

Deutsche Kl.: 121-1/12

Nummer: 1 237 993

Aktenzeichen: H 47609 IV a/121

Anmeldetag: 6. Dezember 1962

Auslegetag: 6. April 1967

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anode zur Elektrolyse einer Alkalimetallchloridlösung unter Verwendung einer horizontalen Quecksilberkathode.

Bei der Elektrolyse einer Alkalimetallchloridlösung unter Verwendung einer horizontalen Quecksilberkathode besteht das Bestreben, eine Herabsetzung der Anlagekosten dadurch zu erzielen, daß die Stromdichte erhöht und der Bodenraum der elektrolytischen Zelle so klein wie möglich gehalten wird. Dadurch wird die Spannung der elektrolytischen Zelle jedoch übermäßig erhöht, und es ist schwer, die angestrebten wirtschaftlichen Ergebnisse in ausreichendem Maße zu gewährleisten.

Wenn nämlich eine elektrolytische Zelle mit einer hohen elektrischen Stromdichte betätigt wird, erhöht sich die Gaserzeugungsgeschwindigkeit pro Flächeneinheit der aktiven Fläche einer Anode äußerst stark. Falls die Betätigung bei einer derart hohen elektrischen Stromdichte unter Verwendung einer bisher schon vorhandenen Elektrode durchgeführt wurde, wird die aktive Anodenfläche von dem erzeugten Gas, dessen Erzeugungsgeschwindigkeit hoch ist, bedeckt, die eigentliche Arbeitsfläche überaus stark verringert und der scheinbare elektrische Widerstand des Elektrolyten, wie allgemein bekannt ist, infolge der erzeugten dispergierenden Gasblasen erhöht.

Es hängt nun davon ab, wie schnell die Gasblasen, die auf der aktiven Anodenfläche gebildet worden sind, entfernt werden, um diese Schwierigkeiten zu beseitigen und um eine wirtschaftliche Betätigung bei einer niedrigen Zersetzungsspannung und bei einer hohen Stromdichte durchzuführen. Es genügt hierbei nicht, wenn erzeugte Gasblasen bei niedriger Beseitigungsgeschwindigkeit entfernt werden.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Blasenbeseitigungsgeschwindigkeit zu erhöhen und eine fast augenblickliche Beseitigung von erzeugten Gasblasen zu ermöglichen, indem der Elektrolyt veranlaßt wird, zwischen der Anode und der Kathode mit einer Geschwindigkeit von 0,2 m/s zu fließen.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt dadurch, daß an der unteren Seite einer mit mindestens einem elektrisch leitenden Stab versehenen Graphitanodenplatte mindestens eine Induktionskammer zur Aufnahme von durch die Elektrolyse erzeugten Chlorgasblasen vorgesehen ist und mit der Induktionskammer mindestens ein ungefähr 350 mm hohes Rohr in Verbindung steht, in dem die Chlorgasblasen aufsteigen, und die Induktionskammer an beiden Längsseiten mit einem Kanal für den Durchgang des Elektrolyten verbunden ist.

Es wird nach der Erfindung ein Umlaufverfahren Anode zur Elektrolyse einer Alkalimetallchloridlösung

Anmelder:

Ei Hirohashi, geb. Karasawa, Tokio

Vertreter:

Dr. H. Haalck, Rechtsanwalt,
Hamburg 20, Goernestr. 12

Als Erfinder benannt:
Kenryo Hirohashi, Tokio

für einen starken Elektrolyten geschaffen, um das auf der aktiven Anodenfläche erzeugte Gas augenblicklich zu entfernen.

Alle an der Unterseite der Anode entstehenden Gasblasen werden in einer Sammelkammer gesammelt, und die Chlorgasblasen steigen in dem Rohr auf. Die Flüssigkeit zirkuliert zwangläufig und gleichmäßig durch das eine starke Auftriebskraft erzeugende Rohr, so daß die Gasblasen die Unterseite der Anoden verlassen und abgeführt werden. Alle Gasblasen sammeln sich in der Kammer an und steigen mit großer Geschwindigkeit durch das Rohr nach oben.

Nach der Erfindung kann jeder der elektrisch leitenden Stäbe vorzugsweise durch ein undurchlässiges elektrisches Verbindungsstück mit der Graphitanodenplatte verbunden sein. Es ist weiter vorgesehen, daß die elektrisch leitenden Stäbe an einen oder mehrere metallene elektrische Hauptleiter angeschlossen sind. Die elektrisch leitenden Stäbe können vorzugsweise mit Schutzhüllen abgedeckt sein.

In den Zeichnungen, die zwei bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung zeigen, ist

F i g. 1 ein Schnitt durch eine elektrolytische Zelle unter Verwendung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anode und in deren Mittellinie angeordneten Rohren, in denen die Chlorgasblasen aufsteigen,

F i g. 2 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, der in F i g. 1 dargestellten Anode und

F i g. 3 eine der F i g. 2 ähnliche Seitenansicht, teilweise im Schnitt, einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anode.

F i g. 1 und 2 zeigen einen leitenden Metallstab 1, der mit einer Schutzhülle 2 abgedeckt ist, ein undurchlässiges elektrisches Verbindungsstück 3 aus

709 548/251

Graphit, eine Graphitanodenplatte 4, zwei Induktionskammern 5 zur Erzeugung von Chlorgasblasen, die durch die Elektrolyse der Alkalimetallchloridlösung freigesetzt werden, zwei Rohre 6, in denen die Chlorgasblasen aufsteigen, eine horizontal bewegliche Quecksilberkathode 7, ein elektrolytisches Gefäß 8, eine Deckplatte 9, eine Bodenplatte 10, ein Rohr 11 zur Abführung des Chlorgases und einen Elektrolyten 12.

Bei der Durchführung einer Elektrolyse unter Verwendung der in F i g. 1 dargestellten elektrolytischen Zelle werden Chlorgasblasen, die an der Unterseite der Graphitanodenplatte 4 freigesetzt werden, in Richtung der aus F i g. 1 ersichtlichen Pfeile in die Induktionskammer 5 eingeführt, steigen dann zusammen mit dem Elektrolyten in dem Rohr 6 hoch, und das Gemisch der Chlorgasblasen und des Elektrolyten tritt aus dem Rohr 6 aus, worauf die Chlorgasblasen von dem Elektrolyten getrennt werden und das Chlorgas durch das Rohr 11 abgeführt wird. Der Elektrolyt, aus dem die Chlorgasblasen entfernt sind, wird außen von der Graphitanodenplatte 4 in Richtung der aus F i g. 1 ersichtlichen Pfeile in den Raum zwischen den beiden Elektroden eingeführt und dort von neuem elektrolysiert.

Nachstehend wird ein Beispiel einer in der Vorrichtung gemäß F i g. 1 ausgeführten Elektrolyse einer Natriumchloridlösung gegeben.

Beispiel 1

Bei der in F i g. 1 dargestellten Vorrichtung betrug die Größe der Einlaßöffnung der Induktionskammer 5 20 % der unteren Fläche der Graphitanodenplatte 4, die Querschnittfläche der Induktionskammer 5 betrug 7% der unteren Fläche der Graphitanodenplatte 4, und die Höhe des Rohres 6 betrug 350 mm. Bei der Elektrolyse der Natriumchloridlösung mit einer Konzentration von 280 g/l und einer Temperatur von 80° C und einem Elektrodenabstand von 5 mm wurden die folgenden Ergebnisse erzielt:

Tabelle 1

Elektroden	Strom	Amalgam	Strom
spannung	dichte	konzentration	leistung
(V)	(A/dm²)	(7o)	(°/o)
4,5	130	0,12	98
4,4	123	0,12	98
4,3	115	0,12	98
4,2	107	0,12	98
4,1	99	0,12	98

Bei der Elektrolyse einer Natriumchloridlösung beträgt die Elektrodenspannung bei Verwendung einer horizontalen Quecksilberkathode und einer herkömmlichen Anode im allgemeinen etwa 4,4 bis 4,2 V und die Stromdichte etwa 58 bis 36 A/dm². Im Hinblick auf diese Werte der herkömmlichen Anode und der erfindungsgemäßen Anode kann der Bodenraum der erfindungsgemäßen elektrolytischen Zelle auf etwa 30 % der herkömmlichen elektrolytischen Zelle herabgesetzt werden, wodurch sich die Kosten der Anlage erheblich verringern.

Bei der in F i g. 3 dargestellten Ausführungsform besitzt die Vorrichtung einen metallenen elektrischen Hauptleiter 13, der mit einer Schutzhülle 14 abgedeckt ist, Befestigungsschrauben 15, die ebenfalls mit der Schutzhülle 14 abgedeckt sind, elektrisch leitende Metallstäbe 16, die ebenfalls mit einer Schutzhülle 14 abgedeckt sind, Rohre 17, in denen die Chlorgasblasen aufsteigen, undurchlässige elektrische Verbindungsstücke 18 aus Graphit, eine Graphitanodenplatte 19, eine Induktionskammer 21 und mit dieser auf beiden Längsseiten in Verbindung stehende Kanäle 20, durch die der Elektrolyt hindurchgeführt werden kann.

Bei der in F i g. 3 dargestellten Ausführungsform

ίο der erfindungsgemäßen Anode werden die an der unteren Fläche der Anode freigesetzten Chlorgasblasen, wie an Hand der F i g. 1 und 2 beschrieben, in die Induktionskammer eingeführt. Durch die Rohre 17 steigen die Chlorgasblasen zusammen mit dem Elektrolyten hoch, und das Gemisch der Chlorgasblasen und des Elektrolyten tritt aus den Rohren 17 aus, worauf die Chlorgasblasen von dem Elektrolyten getrennt werden. Ein Teil des Elektrolyten, aus dem die Chlorgasblasen entfernt sind, wird in den Raum zwischen den beiden Elektroden eingeführt und von neuem elektrolysiert und gelangt zusammen mit dem durch die Kanäle 20 einströmenden übrigen Teil des Elektrolyten in die Induktionskammer 21.

Nachstehend werden Beispiele einer in der Vorrichtung gemäß F i g. 3 ausgeführten Elektrolyse einer Natriumchloridlösung gegeben.

Beispiel 2

Bei diesem Beispiel waren die Größe der Induktionskammer, die Länge des Rohres, in dem die Chlorgasblasen aufsteigen, und die Konzentration und Temperatur der Natriumchloridlösung die gleichen wie im Beispiel 1. Die Entfernung zwischen der Anode und der Kathode betrug aber 4,0 mm.
Die Ergebnisse waren wie folgt:

Tabelle 2 Beispiel 3

Bei diesem Beispiel waren die Größe der Induktionskammer, die Länge des Rohres, in dem die Chlorgasblasen aufsteigen, und die Konzentration und Temperatur der Natriumchloridlösung die gleichen wie im Beispiel 1. Die Entfernung zwischen der Anode und der Kathode betrug aber 3,5 mm.
Die Ergebnisse waren wie folgt:

Elektroden	Strom	Amalgam	Strom
spannung	dichte	konzentration	leistung
(V)	(A/dm²)	(°/o)	(%)
4,4	190	0,12	98
4,2	151	0,12	98
4,0	124	0,12	98
3,8	91	0,12	98

Tabelle 3

Elektroden	Strom	Amalgam	Strom
spannung	dichte	konzentration	leistung
(V)	(A/dm²)	(%)	(%)
4,4	212	0,12	98
4,2	176	0,12	98
4,0	141	0,12	98
3,8	106	0,12	98

Aus den Angaben in den obigen Beispielen 2 und 3 geht hervor, daß bei Verwendung der erfindungs-

gemäßen, mit Kanälen versehenen Anode die Elektrolyse bei erheblich niedrigerer Spannung und größerer Stromdichte als bei den bisher bekannten Anoden ausgeführt werden kann.

Claims

Patentansprüche:

1. Anode zur Elektrolyse einer Alkalimetallchloridlösung unter Verwendung einer horizontalen Quecksilberkathode, dadurch gekennzeichnet, daß an der unteren Seite einer mit mindestens einem elektrisch leitenden Stab (1, 16) versehenen Graphitanodenplatte (4, 19) mindestens eine Induktionskammer (5, 21) zur Aufnahme von durch die Elektrolyse erzeugten Chlorgasblasen vorgesehen ist und mit der Induktionskammer (5, 21) mindestens ein ungefähr 350 mm hohes Rohr (6, 17) in Verbindung steht, in dem die Chlorgasblasen aufsteigen, und die Induktionskammer (5, 21) an beiden Längsseiten mit einem Kanal für den Durchgang des Elektrolyten verbunden ist.

2. Anode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der elektrisch leitenden Stäbe (1, 16) durch ein undurchlässiges elektrisches Verbindungsstück (3, 18) mit der Graphitanodenplatte (4, 19) verbunden ist.

3. Anode nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitenden Stäbe (16) an einen oder mehrere metallene elektrische Hauptleiter (13) angeschlossen sind.

4. Anode nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitenden Stäbe (1, 16) mit Schutzhüllen (2, 14) abgedeckt sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 934 044, 934 404;
deutsche Auslegeschrift Nr. 1 103 304;
Chem. Ing. Techn., 1962, S. 353 bis 355.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen