DE1245344B - Diaphragma-Zelle zur Herstellung von Alkalihydroxyd, Chlor und Wasserstoff - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES WlW PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

COId

C 25 B - 1 / U 6

Deutsche Kl.: 121-1/06

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

1 245 344
C 22256 IV a/121
1. September 1960
27. Juli 1967

Elektrolytische Diaphragma-Zellen von der in der USA.-Patentschrift 1866065 beschriebenen Art, werden in der Chlorindustrie sehr viel zur Herstellung von Chlor und kaustischer Soda aus wäßrigen Solelösungen benutzt. Diaphragma-Zellen dieser Art sind kompakte, schachtelartige Gebilde mit Seiten-, Ober- und Unterteilen, in welchen Kohle- oder Graphitanoden angebracht sind. Zwischen den Anoden befinden sich hohle, untereinander verbundene, fingerförmige Vorsprünge, welche aus Drahtgewebe bestehen und mit einem Asbestdiaphragma imprägniert oder überzogen sind. Die Anoden und Kathoden sind so angeordnet, daß zwei getrennte Kammern in der Zelle gebildet werden, eine Anolytkammer und eine Katholytkammer.

Man ist heute bestrebt, bei elektrolytischen Diaphragma-Zellen die Stromkreis-Amperezahlen zu erhöhen und die Zellen zu vergrößern. Dies führt gleichzeitig zu einer erhöhten Produktivität der Zelle. Diese Erhöhung der Stromleistung und Produktivität der Zelle bringt jedoch viele Probleme mit sich, die ein gutes Arbeiten der Zelle ernsthaft gefährden. So sind beispielsweise Diaphragma-Zellen jetzt so groß, daß das Ausrichten der Anoden und Kathoden während und nach der Montage das Arbeiten der Zelle und die Stromleistung ernstlich beeinträchtigt. Bessere Möglichkeiten zum Ausziehen des Diaphragmas werden gleichzeitig zu einer Notwendigkeit. Als weitere Folge der zunehmenden Zellengröße ist die Bildung größerer Strombahnen und höherer Widerstände gegen den Stromfluß durch die Zellen zu nennen. Die beiden letztgenannten Umstände führen dazu, daß die Zahl der Kilowattstunden, die zur Herstellung einer bestimmten Chlormenge erforderlich sind, stark ansteigt.

Gegenstand der Erfindung ist eine Diaphragma-Zelle zur Herstellung von Alkalihydroxyd, Chlor und Wasserstoff, durch die viele eingangs aufgezeigten, bei der Vergrößerung der heutigen elektrolytischen Diaphragma-Zellen auftretenden Probleme beseitigt oder stark verringert werden.

Die erfindungsgemäße Diaphragma-Zelle zur Herstellung von Alkalihydroxyd, Chlor und Wasserstoff, deren eine Wand eine flache Anode trägt, während an einer anderen Wand eine der Anode direkt gegenüberliegende und zu dieser parallel verlaufende durchlöcherte Metallkathode mit flacher aktiver Oberfläche angebracht ist, an der ein faserartiges Diaphragma angeordnet ist, und die eine oder mehrere Zelleneinheiten aufweist, von der jede aus einer geschlossenen Kammer besteht, die eine elektrisch leitfähige, für den Zellen-Elektrolyten undurch-Diaphragma-Zelle zur Herstellung von
Alkalihydroxyd, Chlor und Wasserstoff

Anmelder:

Pittsburgh Plate Glass Company,

Pittsburgh, Pa. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr. W. Beil, A. Hoeppener und Dr. H. J. Wolff,

Rechtsanwälte,

Frankfurt/M.- Höchst, Adelonstr. 58

Als Erfinder benannt:

Sydney Forbes, Pittsburgh, Pa. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. ν. Amerika vom 23. Oktober 1959
(848 430)

dringliche erste Seitenwand mit einer äußeren, flachen, aktiven Anodenfläche und eine zweite, der ersten Seitenwand direkt gegenüberliegende Seitenwand besitzt, welche für den Elektrolyten leicht durchdringlich ist und eine äußere Kathodenfläche mit daran angebrachtem Diaphragma aufweist, ist dadurch gekennzeichnet, daß mehrere längliche, elektrisch leitfähige Metallverstärkungen zwischen den beiden Wänden der Zelleneinheit angeordnet sind, die dazu dienen, den Strom von der Kathodenoberfläche zur Anodenoberfläche zu leiten, wobei die Zelleneinheit in der Zelle so angeordnet ist, daß die Anodenoberfläche der Zelleneinheit parallel zur Kathode der Zelle und die Kathodenoberfläche der Zelleneinheit parallel zur Anode der Zelle verläuft. Weiterhin ist Gegenstand der Erfindung eine Diaphragma-Zelle, die die vorstehend angeführten Kennzeichen besitzt und außerdem dadurch gekennzeichnet ist, daß die leitfähige, für den Elektrolyten undurchdringliche Seitenwand der Zelleneinheit nahe an den Längskanten wenigstens zwei in einem gewissen Abstand voneinander angeordnete längliche Schlitze aufweist, während die durchlöcherte Kathode so an der Oberkante, der Unterkante und den Längskanten der Seitenwand angebracht ist, daß

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eine Kammer gebildet wird, wobei die durchlöcherte Kathode an ihren Seitenkanten so ausgebildet ist, daß diese direkt in die Schlitze eingreifen können.

Bei den erfindungsgemäßen Diaphragma-Zellen ist eine äußerst kurze mittlere Strombahn geschaffen, die es ermöglicht, bei hoher Stromdichte und bei niedriger Strom-Amperezahl zu arbeiten. Es wird die Bodenfläche verringert, die zur Herstellung einer bestimmten Menge Chlor aus einer bestimmten Menge Sole erforderlich ist. Es wird eine einheitliche Ausrichtung der Anoden und Kathoden ermöglicht. Die Rohrverbindungen werden beträchtlich verringert, und es treten beträchtliche Einsparungen an elektrischen Sammelleitungen ein. Die einfache Aasführung und die verhältnismäßig geringe Zahl elektrischer Leitungen tragen dazu bei, daß die für die Zelle erforderlichen Voltzahlen im Vergleich zu herkömmlichen elektrolytischen Diaphragma-Zellen stark verringert werden und ermöglichen deshalb beträchtliche Einsparungen im Kraftverbrauch.

Die erfindungsgemäße Diaphragma-Zelle ist kompakt und besteht aus einem Gehäuse mit Seitenwänden, einem Boden sowie einem Oberteil. Die aktiven Seiten der Anode und der Kathode sind gegeneinandergerichtet. Die an der Innenfläche der Seitenwände des Gehäuses befindlichen Anoden- und Kathodenglieder sind verhältnismäßig flach, in der Form gewöhnlich rechteckig oder quadratisch und so angeordnet, daß ihre aktiven Flächen parallel zueinander stehen und somit direkt aufeinander eingestellt sind. Wenn also die Anoden und Kathoden an den Seitenwänden des Gehäuses angeordnet sind, stehen sie einander gegenüber, wobei die flachen aktiven Flächen der Kathode und Anode parallel aufeinander gerichtet sind.

Innerhalb des Gehäuses befinden sich eine oder mehrere elektrolytische Zelleneinheiten. Diese Einheiten bestehen aus Kammern, die von Seitenwänden umschlossen sind und Unter- und Oberteile besitzen. Jede Einheit hat an einer Seitenwand eine Anoden-Außenfläche und an einer zweiten Seitenwand eine Kathoden-Außenfläche. Die Anoden- und Kathoden-Außenflächen sind flach, in der Form gewöhnlich quadratisch oder rechteckig und in der Zelleneinheit so angeordnet, daß die Anoden-Außenfläche an der einen Seitenwand eine parallele Lage gegenüber der Kathodenfläche des Zellengehäuses oder der Kathoden-Außenfläche einer benachbarten elektrolytischen Zelleneinheit einnimmt. In gleicher Weise ist die Kathoden-Außenfläche der Zelleneinheit in eine parallele Lage zu der an der Seitenwand des Gehäuses befindlichen Anodenfläche oder zu der benachbarten Anoden-Außenfläche einer benachbarten elektrolytischen Zelleneinheit gebracht. Somit sind die Seitenwände mit den Anoden- und Kathoden-Außenflächen einander direkt gegenüber angeordnet, und in ihrer Stellung im Gehäuse liegt die flache Anodenfläche oder -seite einer Zelleneinheit der Kathode des Gehäuses gegenüber, während die Kathodenfläche derselben Zelleneinheit der Anode des Gehäuses gegenüberliegt. Durch Verwendung einer größeren Zahl dieser Einheiten ergibt sich eine Vielzahl von Anoden und Kathoden in dem Gehäuse in abwechselnder Folge von Anode und Kathode, wobei die Gehäuse-Anode den Anfang und die Gehäuse-Kathode den Schluß bildet. In dem von dem Gehäuse umschlossenen Raum ist also längs des Zellengehäuses eine Vielzahl flacher aktiver Anoden- und Kathodenflächen in Reihe angeordnet, welche einander gegenüberstehen und mit ihren aktiven Seiten in parallele Lage zueinander stehen. In den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 einen perspektivischen Aufriß eines Zellenbaus, der zum Teil aufgeschnitten ist, damit die Anordnung der Zelleneinheiten innerhalb des Gehäuses erkennbar wird;

Fig. 2 zeigt eine Vorderansicht der Zelleneinheiten, welche in dem Zellengehäuse von F i g. 1 Verwendung fanden und zeigt die Anodenoberfläche der Zelleneinheit;

F i g. 3 gibt eine andere Ausführung einer Zelleneinheit für eine Verwendung in dem Zellengehäuse von F i g. 1 in Frontansicht und zeigt die Anodenfläche der Zelleneinheit;

F i g. 4 zeigt ein Zellengehäuse im Querschnitt, in welchem nur eine Zelleneinheit untergebracht ist, wobei die Anodenstromzuleitung zu sehen ist;

F i g. 5 zeigt eine Zellenkonstruktion im Querschnitt, welche eine weitere Ausführungsform der in einem Zellengehäuse untergebrachten Zelleneinheiten darstellt;

F i g. 6 zeigt die Zellenkonstruktion der F i g. 5 in der Draufsicht, wobei der Oberteil entfernt worden ist; sie zeigt den Kathodenschirm des Zellenbaus und die Lage der Zelleneinheiten in dem Gehäuse;

F i g. 7 und 8 stellen eine andere Konstruktion des zur Verwendung kommenden Kathodengitters dar.

Wie aus den Zeichnungen ersichtlich ist, ist der neue Zellenaufbau aus einer Vielzahl von Teilen zusammengesetzt, die so angeordnet sind, daß die erfindungsgemäßen Vorteile eintreten, wenn die Zelle arbeitet. Die Strombahn durch das Gehäuse ist praktisch eine gerade Linie.

In F i g. 1 und 2 ist ein mit 1 bezeichneter Behälter oder ein Gehäuse gezeigt, auf welchem ein Deckglied 2 angebracht ist. An einer Seitenwand des Behälters 1 befindet sich ein Kanal 3, der zu dem angrenzenden Deckteil in Stellung gebracht ist. Der Kanal 3 steht mit dem Inneren des Behälters 1 in Verbindung und ist an seinem oberen, äußeren Ende an eine Leitung 4 angeschlossen. Kanal 3 und Leitung 4 dienen zum Abziehen gasförmiger Produkte, beispielsweise von an den Anoden während des Arbeitens der Zellen freigesetztem Chlor. An einer Seite des Behälters 1 befindet sich unter dem Kanal 3 ein Sammelrohr 5, das an beiden Enden geschlossen und mit einer Anzahl zur Beschickung dienender Ab-Zweigleitungen 6 versehen ist. Das Sammelrohr 5 ist mit einer. Zuführungsleitung 7 versehen. Die Beschickung der in dem Behälter 1 befindlichen Zelleneinheiten mit Sole erfolgt dadurch, daß die Sole durch die Leitung 7 in das Sammelrohr 5 eingeleitet wird und von dem Sammelrohr 5 die Verteilung der Sole in die einzelnen Zelleneinheiten durch die Beschickungsleitungen 6 erfolgt.

Am Boden des Gehäuses 1 befindet sich eine Abzugsleitung 8, die als Abzug für Wasserstoff oder anderes während des Arbeitens der Zellen an den Kathoden gebildetes Gas dient.

In dem Behälter 1 sind eine Anzahl Zelleneinheiten 9 eingebaut. Zwischen den Einheiten 9 sind eine Anzahl Trennglieder 10 angeordnet, die den richtigen und gleichmäßigen Abstand zwischen den an den Einheiten 9 befestigten Anoden- und Kathodengliedern schaffen. Außer den Zelleneinheiten 9 ist ein an dem Behälter 1 an dessen Innenfläche be-

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festigtes Kathodengitter 11 dargestellt. Das Kathodengitter 11 hat einen Abstand von der Wand des Gehäuses 1 und besteht aus einem Gitter mit flacher Fläche, dessen flache innere Fläche parallel zu der Seitenwand des Gehäuses 1 liegt. Die äußere aktive Fläche des Schirmes ist parallel zu der aktiven Anodenseite der an der Gehäusewand liegenden Zelleneinheit. An der äußeren Wandfläche des Gehäuses 1, an welcher das Kathodengitter 11 befestigt ist, sind die Kupfer-Sammelanschlüsse 12 angeordnet. Die in F i g. 1 gezeigte Trenneinrichtung verläuft kontinuierlich durch das Gehäuse 1, wobei die Wand gegenüber der Wand mit der Kathode an der Innenfläche eine Anode aufweist, welche wie das Kathodengitter 11 aus einer flachen Graphitplatte besteht, die an der Gehäusewand befestigt ist und mit der flachen aktiven Fläche parallel zu der Wand des Gehäuses 1 liegt.

Das Kathodengitter 11 besteht aus einem Metallgitter z. B. aus Stahl. Das Gitter 11 sitzt auf der Wandinnenfläche des Gehäuses 1 und weist am Boden und am oberen Ende Verbindungen mit der Wand auf, wodurch ein Hohlraum gebildet wird, dessen eine Wand durch die Wand des Gehäuses 1 gebildet wird. Das Gitter hat eine rechteckige oder quadratische Form und liegt parallel zu der inneren Fläche der Wand des Behälters 1, mit welcher es in Verbindung steht. Die äußere Fläche des Gitters 11 liegt parallel zu einer flachen aktiven Anode, welche direkt mit dem Kathodengitter ausgerichtet ist. Die Kathode ist so angeordnet und konstruiert, daß für das Diaphragma, welches mit dem Kathodengitter verbunden ist, eine verhältnismäßig flache Fläche gebildet wird. Während an Kathoden benutzte Diaphragmen in bekannter Weise durch Ansaugen aus einer Asbestaufschlämmung hergestellt werden, erlaubt die flache Ausbildung des Kathodengitters die Verwendung von Diaphragma-Papier in Zellen der hier beschriebenen Art. Die Verwendung von Diaphragma-Papier statt gezogener Diaphragmen ermöglicht eine viel gleichmäßigere Verteilung der verschiedenen, in jeder bestimmten Zellenkonstruktion enthaltenen Diaphragmen. Die Befestigung des Diaphragmas an dem Kathodengitter geschieht durch mechanische Mittel wie Verkleben oder mechanische Befestigungsbügel. Wenn übrigens ein aufgezogenes Diaphragma gewünscht wird, so wird das Gitter einfach in eine Asbestaufschlämmung getaucht, welche die nötige Konsistenz besitzt, und aus dieser wird das Diaphragma mit Hilfe eines aus dem Innern des Kathodenraumes wirkenden Vakuums auf das Kathodengitter aufgesaugt.

Aus den F i g. 2, 3 und 4 ist zu ersehen, daß die Zelleneinheiten 9 geschlossene Kammern sind. Jede Kammer hat eine Anoden-Außenwand 16 und eine Kathoden-Außenwand 17, zwei Seitenwände 15, einen unteren Teil 13 und einen oberen Teil 14. Die Anoden-Außenfläche 16 der Zelleneinheit ist an einer nichtverbrauchbaren Graphitfläche 16-A befestigt, die eine der Innenwände der Zelleneinheit bildet. Der untere Teil 13 und der obere Teil 14 sind aus isoliertem Stoff, wie Gummi überzogenem Stahl, hergestellt. Der durch die Wandteile gebildete Hohlraum ist durch die Abstandshalter 21, 22 und 23 noch weiter in Abteilungen unterteilt. Diese Abstandshalter können längliche Platten sein, welche an den Seiten mit der Kathodenwand auf der einen Seite und mit dem Strukturrahmen, an welchem der Graphit befestigt ist, auf der anderen Seite verbunden und am Boden durch eine längliche horizontal angeordnete Platte 24 gesichert sind, welche mit den Anoden- und Kathodenwänden verbunden ist. Die Platte 21 verläuft von ihrer Verbindung mit der Platte 24 nach einem Punkt parallel zu der oberen horizontalen Fläche der Zellenanode 33, die sich an der Anodenwand befindet. Die Platte 22 ist am Boden an der Stahlplatte 24 und an dem oberen Teil 14 befestigt. Die Platte 23 ist am Boden an dem unteren Teil 13 der Zelleneinheit befestigt, und ihr äußerstes oberes Ende liegt etwas unter der Fläche des oberen Teils 14.

Diese Anordnung flacher länglicher Platten in den aus den Zelleneinheiten 9 bestehenden Kammern ergibt eine Reihe von Gängen und Kammern in der Zelleneinheit. So bilden die Platte 24 und die Platte 23 zusammen mit dem unteren Teil 13 der Zelleneinheit einen Durchgang 19. Die Platte 22 bildet zusammen mit der Platte 24 und dem oberen Teil 14 eine geschlossene Kammer 26 an einer Seite der Zelleneinheit. Die Platte 23 und die Seitenwand 15 sowie der obere Teil 14 bilden gemeinsam einen Durchgang 27, welcher mit einer oberhalb der Ebene

_a5 der oberen Fläche der Anode 16 gelegenen Kammer 28 verbunden ist. Zwei Auslaßöffnungen 20 und 29 sind am Boden 13 der Zelleneinheit angebracht. Die Auslaßöffnung 20 steht mit dem Gang 19 und die Auslaßöffnung 29 mit Durchgang 27 in Verbindung.

In der Platte 24 zwischen der von den Platten 24, 23 und 21 gemeinsam gebildeten Kammer 30 einerseits und den Zellenanoden und den Kathoden andererseits ist eine Anzahl von öffnungen angebracht. Während die Zellen arbeiten, gelangt Zellflüssigkeit aus der Kammer 30 von dieser Kammer durch den Auslaß 18 in den Durchgang 19 und fließt den Durchgang 19 entlang und durch den Auslaß 20 aus der Zelleneinheit ab. Am Kathodengitter entwickelter Wasserstoff steigt in der Kammer 30 in den Gasraum 28 und wird aus diesem Gasraum 28 durch den Durchgang 27 und Öffnung 29 aus der Zelle abgeleitet. Die Ableitung des Wasserstoffs kann leicht durchgeführt werden, indem durch den Auslaß 29 ein kleines Vakuum hergestellt wird.

Aus F i g. 4 ist zu entnehmen, daß die Graphit-Haltevorrichtung 38 an der Anode 33 befestigt ist und in horizontaler Richtung bewegt werden kann, indem die Graphitstange 36, welche in der Haltevorrichtung 38 befestigt ist, bewegt wird. Die Haltevorrichtung 38 wird zweckmäßig aus einem Graphit, welcher für Anolyten und Katholyten undurchlässig ist, hergestellt. Typisch für in Betracht kommende Graphite sind Phenol-, Epoxy- oder wachsbehandelter Graphit. Die Bewegung der Graphitstange 36 in beiden Richtungen führt dazu, daß die Anode 33 in bezug auf das Kathodengitter 17 der Zelleneinheit 9 eingestellt wird, so daß zu jeder Zeit gleichmäßiger Abstand zwischen der Anode 33 und der Kathode 17 herrscht. Ein ähnlicher Abstand zwischen jeder einzelnen Zelleneinheit, die sich in einem Behälter oder Gehäuse befindet, kann dadurch erreicht werden, daß Distanzhalter zwischen jeder Einheit von einer bestimmten Größe angeordnet werden. Da also ein Verbrauch an Graphitanoden herrscht, solange eine Zelle dieser Art arbeitet, muß ein Nachstellen erfolgen und die zwischen jeder einzelnen Zelle in dem Gehäuse und zwischen der Anode an der Innenfläche des Gehäuses selbst und der ersten .Zelleneinheit an-

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gebrachten Distanzhalter dazu benutzt werden, um gegenüberliegende Wandfläche in parallele Lage geeinen gleichmäßigen Abstand zwischen allen benach- brachtes Anodenglied enthält. Die Zelleneinheiten barten Anoden- und Kathodengliedern aufrecht- sind so angeordnet, daß die Fläche der Anodenzuerhalten. Außenwand einer Zelleneinheit dem Kathodengitter

Die in F i g. 4 gezeigte Ausführungsform erläutert 5 des Behälters und die Fläche der Kathoden-Außen-

einen mit dem Gehäuse der F i g. 1 identischen Be- wand der Anodenwand des Behälters 1 gegenüber-

hälter, in welchem jedoch nur eine einzige Zellen- Hegt. Die flache aktive Fläche aller in der aufgebau-

einheit 9 untergebracht ist. Eine Graphitanode 33 ten Zelle enthaltenen Anoden- und Kathoden flächen

liegt mit ihrer flachen aktiven Fläche parallel zu der liegen zueinander parallel.

Wand 34 des Behälters 1. Eine in der Graphitstange io F i g. 5 und 6 zeigen eine andere Ausführungsform liegende Kupferverbindung steht durch die Stoff- der Erfindung, bei welcher Zelleneinheiten vereinbüchse 37 mit einer Graphit-Halteplatte 38 in Ver- fachter Bauart in das Gehäuse 1 eingebaut sind. In bindung, welche zwischen der abbrennenden Anode F i g. 5 ist eine Anzahl mit 62 bezeichneten Zellen-33 und der Wand 34 angeordnet ist. Der elektrische einheiten in einem mit 61 bezeichneten Zellen-Kontakt zwischen der Graphit-Haltevorrichtung 38 15 gehäuse untergebracht. Das Zellengehäuse 61 weist und der Graphit-Anodenplatte 33 wird hergestellt eine abbrennende Graphitanode 63 auf, welche an durch eine Reihe leitender Stöpsel oder Bolzen 39, einer Wand 64 des Gehäuses befestigt ist, wobei die beispielsweise aus Graphit. Die in den Behälter 1 aktive Fläche 63-a der Anode eine flache reckteckige eingebaute Zelleneinheit 9 wird so gerichtet, daß das oder quadratische Fläche bildet, welche zu der Ka-Kathodengitter 17 parallel zu der Graphitanode 33 ao thodengitterfläche 65 der in dem Gehäuse 61 unterdes Behälters läuft. Sowohl das Kathodengitter als gebrachten ersten Zelleneinheit parallel liegt. Das auch die Anode 33 sind flache, rechteckige Kon- Kathodengitter 65 ist ein zweckmäßig aus Stahl bestruktionen, welche an ihren aktiven Flächen parallel stehendes Metallgitter von rechteckiger oder quadramiteinander verlaufen. Direkt gegenüber der Ka- tischer Form, welches an jedem Ende mit einer thode 17 liegt an der Innenseite die Anoden-Halte- 25 Graphit-Halteplatte 66 verbunden ist. An der Graplatte 16-A. An ihr ist die Anode 16 befestigt, welche phit-Halteplatte 66 angebracht ist ein abbrennendes dem Kathodengitter 11 gegenüberliegt. Die Anoden- Graphitglied 67. Die Verbindung zwischen der Halte-Halteplatte 16-/4 und die Anode sind in derselben platte 66 und dem verbrauchbaren Graphitglied 67 Weise elektrisch gekoppelt, wie die Halteplatte 38 erfolgt durch elektrisch leitende Stöpsel 67-a, welche mit der Gehäuse-Anode 33 verbunden ist, d. h. mit- 30 zweckmäßig aus Graphit bestehen. Der Kathodentels elektrisch leitender Stöpsel, z. B. dem Graphit- schirm 65 läuft an jedem Ende in einem U-förmigen Stöpsel 39. Die Graphit-Halteplatte 16-A ist an der Bogen aus, die Seiten des Kathodengitters sind nach Einheit durch mit Bohrlöchern und Gewinde ver- innen und nach unten gebogen, so daß das Kasehene Metalleitungen 40 und Stöpsel 40-/1 befestigt. thodengitter an den Seiten in längliche Schlitze 68 Die Zelleneinhctt 9 ist in ihrer Stellung in der Zelle 35 (F i g. 6), welche in der Graphit-Halteplatte 66 anso gerichtet, daß die Anode 16 der Zelleneinheit der gebracht sind, eingesetzt werden kann. Dadurch, daß Kathode 11 des Behälters 1 gegenüberliegt. Die das Kathodengitter gebogen ist und in den Schlitzen Innenflächen des oberen Teiles des Zellengehäuses am Endpunkt des Kathodengitters eutektische und der Wände des Zellengehäuses welche den Metallverschlüsse gebildet werden, wird durch die Anolytraum der Zelle bilden, sind mit einem iso- 40 Form des Kathodengitters und durch die Fläche der lierenden Belag 43-A versehen. Ein ähnlicher Belag Halteplatte 66 ein Katholytraum gebildet. Die Gra-43 aus einem isolierenden Material, wie Gummi oder phit-Halteplatten 66 sind an den Enden längs ihrer Kunststoffharze, mit Gummi überzogener Stoff oder Horizontalachse mit Schlitzen 69 und Ansätzen 70 einem anderen Material dieser Art, befindet sich auf versehen, so daß die Halteplatten 66 aneinanderder Außenfläche des Seitenteils 44 des von der Wand 45 gefügt werden können und eine gerade Ausrichtung des Gehäuses 1 gebildeten Katholytraums. Ein ahn- des Kathodengitters quer durch das Gehäuse 1 erlicher Belag 45 befindet sich auf dem Kathoden- folgt.

Oberteil 14 der in dem Gehäuse 1 untergebrachten Die in dem Gehäuse angeordneten Zelleneinheiten Zelleneinheit 9. Gummi ergibt einen besonders wirk- 62 werden dadurch ausgerichtet, daß in dem Besamen isolierenden Belag, wobei natürlicher und 50 halter ein geschlitztes Stützglied 71-a angebracht ist. synthetischer Gummi gleich brauchbar sind. Diese Der Teil 71-a kann in der in F i g. 5 gezeigten Lage Beläge isolieren wirksam die Anode des Gehäuses angeordnet sein oder gegebenenfalls direkt in den von der Kathode des Gehäuses. Die Kupfer-Sammel- Oberteil 61 des Zellengehäuses eingelassen sein. Eine anschlüsse 50 sind an der Wand von Gehäuse 1 be- Anzahl nichtleitender Stützglieder 71 ist zwischen festigt, an welcher das Kathodengitter angebracht ist. 55 den Zelleneinheiten und den Stützgliedern 71-a an-Wie F i g. 2 zeigt, sind in jeder Zelleneinheit zwischen geordnet. Sie dienen dazu, die Zelleneinheiten in der Anode und dem Kathodengitter eine Reihe von viele einzelne Anolyträume abzuteilen. Die Abstands-Metall-Versteifungsteilen 50-a angebracht, welche halter 71 können aus jedem korrosionsfreien, nichtdazu dienen, das Kathodengitter fest in seiner Lage leitenden Stoff, wie Glas, mit Gummi umkleidetem zu halten und den Strom von dem Kathodengitter 60 Stahl und anderen Stoffen dieser Art, bestehen Das zu der Anode zu leiten. Kathodengitter 72 des Zellengehäuses 61 ist an _der

Bei Inbetriebnahme wird Solelösung durch die Zu- Seite des Zellengehäuses angeordnet, die derjenigen

fahrleitung 7, das Sammelrohr 5 und die Zufuhr- gegenüberliegt, an welcher das Anodenglied 63 an-

leitung 6 in den Behälter 1 eingeleitet, in welchen gebracht ist. Die Kathodengitter 65 der Zellen-

eine Anzahl Zelleneinheiten 9 eingebaut sind und 65 einheiten werden fest am Boden des Zellengehäuses

der überdies das zu einer Wand des Zellengehäuses verankert, indem sie an die Dichtungen 73 angedrückt

in parallele Lage gebrachte Kathodenglied 11 sowie werden. Zwischen dem Kathodengitter 65 und der

ein zu einer arideren, dem Kathodenglied direkt Anode 67 jeder Zelleneinheit sind am Boden Ab-

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Standshalter 74 angebracht, welche genau wie 71 raum 108 dargestellt. Unterhalb des Oberteils des

aus nichtleitenden Stoffen bestehen. Zellengehäuses 91 befindet sich eine korrosionsfreie

Fig. 7 und 8 erläutern eine weitere Ausführung Rohrleitung 109, welche die Chlorabteilung der der Erfindung. Sie geben eine ausführliche Darstel- Zelle bildet. Angrenzend an die ähnlich konstruierten lung einer anderen Konstruktion des zur Verwendung 5 Aufbauten 91-a und 91-b ist ein Aufbau 91 angekommenden Kathodengitters. In F i g. 8 ist ein ZeI- ordnet und mit diesen durch die Leitungen 109 und lengehäuse 91 dargestellt, in welchem eine Anzahl 109-e verbunden. Auf diese Weise kann eine große mit" 92 bezeichneter Zelleneinheiten untergebracht Zahl von Zellenkonstruktionen 91 Seite an Seite geist. Die Zelleneinheiten 92 bestehen aus einem festen setzt werden, und eine gemeinsame Chlorleitung aus Stück leitenden, korrosionsfreien Materials, z. B. io dem Zellenraum kann zwischen den Zellenkonstrukeiner Graphitplatte 93. An der Außenfläche der Gra- tionen gelegt werden, womit es nicht mehr erforderphitplatte 93 befestigt und mit dieser elektrisch ver- Hch ist, umfangreiche, außen oder oben laufende bunden sind die abbrennenden Anoden 94. Die Gra- Chlorrohrleitungen in dem Zellenraum selbst anphitplatten 93 sind an dem Punkt 95 geschlitzt, um zubringen.

die Endstücke eines Kathodengitters 96 aufnehmen 15 Metallversteifungsteile 97, welche in F i g. 7 deutzu können. An der Innenfläche des Kathodengitters licher dargestellt sind, werden verwendet, um den 96 sind flache, elektrisch leitende Metallplatten 97 Kathodengittern der Einheiten Festigkeit und Halt befestigt, die an dem Kathodengitter 96 angeschweißt zu verleihen und sie fest in ebener Lage zu halten, und in die Schlitze 98 eingesetzt sind. Diese sind an Die Versteifungsteile halten die Gitter auf ihrer gander Innenfläche der Graphit-Halteplatte 93 entlang 20 zen Längsfläche in gleichmäßigem Abstand von der der Längsachse angebracht. Die so konstruierten flachen Innenfläche der Graphit-Halteplatte 98 und Zelleneinheiten 92 ergeben ein kontinuierliches Ka- dienen auch dazu, den Strom von der Kathode zur thodengitter durch die Zellenkonstruktion oder das Anode der angrenzenden Zelleneinheit zu leiten, Zellengehäuse 91, denn es wird ein einziges Gitter denn die Versteifungsteile sind aus elektrisch leitenzur Bildung des Katholytraums der einzelnen Zellen- 25 dem Material hergestellt.

einheiten 92 benutzt. Die Stützglieder 99 sind am Eine derartige Konstruktion bewirkt, daß der Boden des Gehäuses 91 angeordnet; sie bestehen aus größte Teil der Kathodenfläche der Zelleneinheiten einer Gruppe von Platten aus elektrisch nichtleiten- 92 gleich weit von der Innenfläche der Halteflächen dem Material wie Beton oder Marmor. Beim Auf- 93 sowie von der Außenfläche der abbrennenden setzen des Kathodengitters 96 auf den Stützteil 99 30 Graphitanode 94 entfernt gehalten wird. Indem für wird zweckmäßig eine Teflon-Dichtungsmanschette die Aufrechterhaltung dieses gleichen Abstandes der oder eine andere Dichtungsmanschette ähnlicher Art aktiven Kathodenfläche einer Zelleneinheit zu der benutzt, die korrosionsfrei und nichtleitend ist. Am Fläche der abbrennenden Anode einer benachbarten unteren Ende des Kathodengitters sind Öffnungen Zelleneinheit sowie der Kathoden zu der Innenfläche (nicht eingezeichnet) angebracht, welche durch die 35 der verwendeten Halteplatte gesorgt wird, ergibt sich Stützteile 99 mit den Wasserstoff- und Lauge-Auslaß- eine minimale mittlere Strombahn durch die Zellen-Öffnungen 100 bzw. 101 in Verbindung stehen. einheiten sowie den vollständigen Zellenaufbau. In-

In F i g. 8 sind Auslaßöffnungen für Ätzkali und dem also ein gleicher Abstand zwischen diesen für Wasserstoff an der gleichen Seite der Zelle dar- Flächen aufrechterhalten und eine Anzahl von gestellt. Es ist selbstverständlich, daß für jede ein- 40 Zelleneinheiten bereitgestellt wird, welche alle denzelne Zelle an der einen Seite der Zelleneinheit eine selben Abstand haben, wird eine kurze mittlere Auslaßöffnung für Ätzalkali und an der anderen Strombahn zwischen allen in dem Gehäuse 91 entSeite eine Chlor-Auslaßöffnung vorhanden sein kann. haltenen Anoden und Kathoden ermöglicht.
Da sich während des Prozesses im oberen Teil des Zelleneinheiten der beschriebenen Art bieten deut-Katholytraums 111 der Zelleneinheit 92 Wasserstoff 45 liehe Vorteile gegenüber den bisherigen elektroansammelt, wird zweckmäßig eine Rohrleitung durch lytischen Diaphragma-Zellen. Die mittlere Stromdie Wasserstoff-Auslaßöffnung 100 in den Gasraum bahn durch eine erfindungsgemäß gebaute lektroim oberen Teil der Zelleneinheit 92 geführt. Die Her- lytische Diaphragma-Zelle ist äußerst gering. Der stellung eines schwachen Vakuums an der Wasser- Widerstand gegen den durch die Zelle fließenden stoff-Auslaßöffnung führt zu einem gründlichen 50 Strom ist auf ein Minimum herabgesetzt, wodurch Wasserstoffabzug, sobald sich dieser in dem Gasraum ein Arbeiten mit hoher Stromdichte und niedrigen sammelt. Zur Vervollständigung der Zellenkonstruk- Stromkreis-Amperezahlen möglich ist. Außerdem tion ist an einer Seite des Gehäuses 91 eine elektrisch tritt durch die äußerst einfachen Sammelleitungen an leitende Halteplatte 102 angeordnet, an welchem die der Außenseite der benutzten Gehäuse eine erheb-Graphitanode 103 befestigt ist. An der anderen Seite 55 liehe Kostensenkung in bezug auf die elektrische des Zellengehäuses 91 ist ein Kathodengitter 104 an- Ausrüstung ein, wenn Gehäuse und Zellenkonstrukgebracht, welches mit der Wand des Zellengehäuses tionen der dargestellten Art in Reihe betrieben werverbunden ist; an dem Kathodengitter 104 sowie an den. Auch der Raum, der zur Herstellung einer bedem Kathodengitter 96 der Zelleneinheit 92 befindet stimmten Produktmenge unter bestimmten Bedingunsich ein Diaphragma. Der Halteplatte 102 wird über 60 gen erforderlich ist, liegt weit unter dem, wie er bei einen Kupferstab 105 und eine Graphitstange 106, einer herkömmlichen elektrolytischen Diaphragmaweiche mit derselben elektrisch verbunden ist, Strom Zelle nötig wäre. Dies hat seinen Grund in der zugeführt. Der Strom wird über die mit der Kathode flachen, scheibenartigen Form der Zelle und der 104 elektrisch verbundene Sammelschiene 107, flachen Form und dem parallelen, gleichen Abstand weiche sich an der Außenseite des Behälters oder 65 der in dem Zellenaufbau angebrachten Anoden von Gehäuses befindet, aus der Zelle abgeleitet. den Kathoden. Außerdem sind die in dem Gehäuse

Was speziell F i g. 8 angeht, so ist hier ein über eines Zellenaufbau untergebrachten Zelleneinheiten

den einzelnen Zelleneinheiten 92 angeordneter Gas- so konstruiert, daß die Gefahr einer unvollkommenen

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Ausrichtung der Kathoden- und Anodenzellcn mit erhöhter Stromkapazität und höherer Produktionsleistung auf ein Mindestmaß herabgesetzt wird.

An Stelle der in den Zeichnungen dargestellten Graphitanoden können selbstterständlich mit Hdelmetallen überzogene Grundmetalle benutzt werden. Es können mit Platin überzogene Titananoden, mit Platin überzogene Tantalanoden, mit Gold überzogene Titananoden und andere Metalle ähnlicher Art Verwendung finden. An Stelle von Graphit-Halteplatten können Stahl und Kupfer, oder elektrisch leitende Legierungen benutzt werden, vorausgesetzt, sie sind durch einen Belag vor Angriffen durch den Elektrolyten oder vor Korrosion geschützt.

An. Stelle der in der Zeichnung dargestellten schachtelähnlichen Gehäuse, können auch Abänderungen in der Herstellung eines einheitlichen Gehäuses vorgenommen werden. So können z. B. die Zelleneinheiten selbst auf Rahmen montiert und die Rahmen in der Art einer Filterpresse miteinander verbunden sein, wodurch sich ein Gehäuse ergibt.

In diesem Fall trägt ein Rahmen an jedem Ende des Gehäuses eine halbe Zelleneinheit, wobei die eine eine Anode und andere eine Kathode darstellt.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Diaphragma-Zelle zur Herstellung von Alkalihydroxyd, Chlor und Wasserstoff, deren eine Wand eine flache Anode trägt, während an einer anderen Wand eine der Anode direkt gegenüberliegende und zu dieser parallel verlaufende durchlöcherte Metallkathode mit flacher aktiver Oberfläche angebracht ist, an der ein faserartiges Diaphragma angeordnet, und die eine oder mehrere Zelleneinheiten aufweist, von der jede aus einer geschlossenen Kammer besteht, die eine elektrisch leitfähige, für den Zellen-Elektrolyten undurchdringliche erste Seitenwand mit einer äußeren, flachen, aktiven Anodenfiäche und eine zweite, der ersten Seitenwand direkt gegenüberliegende Seitenwand besitzt, welche für den Elektrolyten leicht durchdringlich ist und eine äußere Kathodenfläche mit daran angebrachtem Diaphragma aufweist, dadurchgekennzeichnet, daß mehrere längliche, elektrisch leitfähige Metallverstärkungen zwischen den beiden Wänden der Zelleneinheit angeordnet sind, die dazu dienen, den Strom von der Kathodenoberfläche zur Anodenoberfläche zu leiten, wobei die Zelleneinheit in der Zelle so angeordnet ist, daß die Anodenoberfläche der Zelleneinheil parallel zur Kathode der Zelle und die Kathodenoberflache der Zelleneinheit parallel zur Anode der Zelle verläuft.

2. Diaphragma-Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die leitfähige, für den Elektrolyten undurchdringliche Seitenwand der Zelleneinheit nahe an den Längskanten wenigstens zwei in einem gewissen Abstand voneinander angeordnete längliche Schlitze aufweist, während die durchlöcherte Kathode -0 an der Oberkante, der Unterkante und den Längskanten der Seitenwand angebracht ist, daß eine Kammer gebildet wird, wobei die durchlöcherte Kathode an ihren Seitenkanten so ausgebildet ist, daß diese direkt in die Schlitze eingreifen können.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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