DE1567621A1 - Process and device for the production of alkali chlorate by electrolysis of aqueous alkali chloride solutions - Google Patents
Process and device for the production of alkali chlorate by electrolysis of aqueous alkali chloride solutionsInfo
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Description
ftVerfabren und Vorriebtung zur Herstellung von Alkelieblorat durch Elektrolyse wäseriger Alkaliebloridlöoungen" Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Alkelieblorat durch Elektrolyse wäeariger Alkaliebloridlösungen, bei dem der Blektrolyt eufwärtentrömend durch eine Blektrolysezone mit SpaltrUumen zwischen Anoden und Kathoden unter Einwirkung der Gaablasenbil4ung hindurQbgefübrt sowie vorzugsweise mit verminderter Strömungegeschwindigkeit durch -eine Ohloratbildungazone und von dort zur Blektrolysezone zurUckgeleitet wird.ftVerfabren and driving for the production of alkali borate by Electrolysis of aqueous alkali boride solutions "The invention relates to a method for the production of alkali borate by electrolysis of aqueous alkali boride solutions, in which the lead electrolyte flows upwards through a lead electrolysis zone with fissure spaces between anodes and cathodes under the influence of gas bubble formation as well as preferably with a reduced flow velocity through a carbonate formation zone and from there is returned to the electrolysis zone.
Bekanntlich werden bei derartigen Verfahren in ersten Reaktionenebritt an der Aaode--vorwiegend molekulares Chlor, an dir Kathode vorwiegend völekularer Wannerotoff abgeocbiöden. In den vo» Elektrolysestrox durchtlosseneu Spalträumen, deren Gesamtheit als Elektrolysezons bezeichnet wird, findet jedoch teilweise auch schon eine Absorption des abgeaobiedenen galstörmigen Chlors unter Bildung von unterobloriger Säure und Hypoeblorit statt. Neben den Cblorionen worden an der Anode unerwünochterweise auch Hydroxyl:Lonen und Hypoobloritionen entladen und andererseits an der Kathode ablorat und Hypoeblorit zum Cblwid reduziert. Durob diese Sekundärreaktionen wird die Stromausbeute erfahrungsgemäß erbeblieb vermindert. Es ist also erwünscbtp solche Sekundärreaktionen möglichst zu vermeiden.It is well known that in the first reactions of this kind at the Aaode - predominantly molecular chlorine, at the cathode predominantly volumetric Wannerotoff are removed. In the gap spaces through which the electrolyser flows, the entirety of which is referred to as the electrolysis zone, there is, however, some absorption of the boiled-off bile-form chlorine with the formation of hypoblorous acid and hypoblorite. In addition to the carbon ions, unexpectedly, hydroxyl: ions and hypoblorite ions were also discharged at the anode and, on the other hand, ablorate and hypoblorite were reduced to carbonate at the cathode. Whether these secondary reactions occur, experience has shown that the current yield remains reduced. It is therefore desirable to avoid such secondary reactions as far as possible.
Durch die Ganblasenbildung wird weiterbin ein Teil der Blektrodenfläcben inaktiv und auch die elel#rtriscbe Leitfäbigkeit des in der Blektrolysezone befindlieben Xlektrolyten vermindert. Hiedurob ergeben sieh hohe Zellenapannungen und damit ein erhöhter Euergiebederf, verbunden mit einer erhöhten Erwärmung des Blektrolyten und der Elektroden in der Elektrolysezone. Diene macht sich wiederum nachteilig bemerkbar bei Verwendung von Gwapbitanodeng da diese infolge ihrer Temperaturempfindliebkeit höchstens bis tu 45 0 (3 erwärmt werden dürfen, so daß man bei Verwendung der genannten Grapbitanoden lediglich amodioebe Stromdiebten bis höchstens 10 Amp./da 2 zulassen kann. Bei weiterer Steigerung der Stroadiebte tritt ein unwirtschaftlich hoher Grapbitverbraueb ein, der außerdem durch die Veränderung der Spaltweiten zu ungünstigen Betriebebedingungen und zur-Erhöhung der Zellenspannung fübrt.The formation of gas bubbles also makes some of the electrode surfaces inactive and also reduces the electrical conductivity of the electrolyte in the electrolysis zone. This results in high cell voltages and thus increased energy consumption, combined with increased heating of the lead electrolyte and the electrodes in the electrolysis zone. Dienes makes in turn disadvantageous when using Gwapbitanodeng as they can be heated as a result of their Temperaturempfindliebkeit most up tu 45 0 (3, so that only when using amodioebe said Grapbitanoden Stromdiebten may allow up to a maximum 10 Amp./da second Upon further An increase in road traffic leads to an uneconomically high grapbit consumption, which also leads to unfavorable operating conditions and an increase in the cell voltage due to the change in the gap widths.
Um diese Nachteile zu vermeide-nist en bei der elektxolytisehen Herstelluna von Natriumoblorat aus Natri»cblöeidlösungen bekannt, die Natriumebloridlösung durcb den aenkreebten Elektrodenspalt mit einer soleben Gesebwindigkeit bindurobzuleiten, daß die OH-Ionen die Anotde niebt erreioben können. Hierbei werden der durob die Elektrolyse gebildeten Lauge außerbelb des Elektrodenspaltes eine für die Bindung des Cblorn an Ätznatron ausreiebende Zeit und der auf diese Weine gewonnenen Lösung eine für die Cbloratbildung ausreiebende Zeit belassen. Die Umlaufgeaobwindigkeit der Cbloridlösung wird so groß und die Stromstärke für die Elektrolyse wird so niedrig gewäb'ltv daß keine starke Gesentwicklung stattfindet Ünd das Oblor in der Blektrolytlösung verbleibt9 bis die elektrolysierte Lösung die Blektrolysezone verlassen bat. Die Duroblaufgesobwindigkeit der Lösung durob die Blektrolysezelle wird mit Hilfe einer Pumpe und einen Duroblaufregler gesteuert, wobei die Pumpe aueb dazu verwendet werden kann, um bei Reibenscbaltung webrerer Elektrolynezellen die-Lösung aus der einen Vorriebtung in einen Benebiekungebebälter der näcbeten Vorriebtung zu pumpen. Dienen bekannte Terfalren setzt eine im wesentlieben jaminere Durcbströmung den Blektrodenspeltes vorausg da bei einer turbulenten Strömung die Wanderung der OH-Ionen in Riebtung auf die Anode mit-den Maßnabwen des bekannten Verfabrenn niebt mebr beeinflußt werden kann. Dieses bekannte Verfebren ist daber nur für sebr ge ringen Elektrolytdurcbsetz und nebr niedrige Blektrolytgesebwindigkeit geeignet, welebe aucb eine relativ niedrige anodiaobe Strondiebte voraussetzt. In order to avoid these disadvantages in the electrolytic production of sodiumoblorate from sodium chloride solutions, it is known that the sodium chloride solution is bound through the gap between the electrodes at such a speed that the OH ions cannot reach the electrode. In this case, the alkali formed during electrolysis is left outside the electrode gap for a sufficient time to bind the carbonate to caustic soda and the solution obtained on these wines is left a sufficient time for the formation of carbonate. The circulating speed of the chloride solution is so great and the current strength for the electrolysis is so low that no strong development takes place and the wafer remains in the lead electrolyte solution9 until the electrolyzed solution has left the lead electrolysis zone. The thermoset flow rate of the solution through the lead electrolysis cell is controlled with the aid of a pump and a thermoset flow regulator, whereby the pump can also be used to pump the solution from one of the feeders into a container of the next feeder when the electrolytic cells are frictionally connected. The well-known Terfalren presupposes an essentially more jaminous through-flow of the metal electrodes, since with a turbulent flow the migration of the OH-ions in the rubbing on the anode can not be influenced by the measures of the known process. This known process is therefore only suitable for very low electrolyte flow rates and low lead electrolyte flow rates, which also require a relatively low anodiaobic current thief.
Um die durob die Verwendung von Grepbitanoden bedingten Naebteile zu beseitigen, bat wan metellinebe Anoden. beispielaweiae aus platinierten Titen,vervondetg welobe mit wenentlieb böberen Stroodiebten arbeiten können und die aueb eine böbere Blektrolyttemperatur zulassen. Durob die boben anodiaoben Strondiebten werden die eingangs beiobriebenen Sekundärreaktionen beaobtlieb vermindert. Bei Verwendung derartiger Anodeng welobe eine erbebliebe Verkleinerung der Elektrolysezone und eine Verringerung den Elektrolytvoluwene zulannen, ist jedoob zur günstigem Ineitieausbeute eine intensive Zirkulation den Blektrolyten erforderlieb. Zu diesen Zweck bat man vorgenebenl die Elektrolysezonen durob lotreebte, verbältnismäßig enge Spalträume zu bilden und teilweise die durcb die Geoblesenbildung entetebende Auftriebewirkung durob zusätzlieben Gaseintrag und/oder Anordnung von Förderpumpen zu erböben, um Blektrolytgesebwindigkeiten von 0,10 m/sek zu erzielen. Bei den bekannten Verfabren erfolgt die bereits in der Elektrolysezone beginnende Abeorption den ganförniVen Oblorn in wesentlieben naeb der Austrittden Blektrolyten aus der Blektrolysezone in einer darüberliegenden Elektrolytaebiebt. In dieser Abeorptionazone findet neben der Bildung des Hypoeblorite aueb bereits die ebeziaobe Cbloratbildung dureb die Reaktion des Hypoeblorite mit der untere ebIrigen Säure statt. Diese Ohloratbildung wird jedoeb in der Hauptsache In einem Elektrolytsammelraum bewirkt, der als langsam durobströmter Raum entweder Teil der Blektrolysezelle oder getrennt von der Elektrolyeezelle vorgesebe4 sein kann und gegenüber seiner Höbe relativ große Breitenabwessungen aufweist. Die praktischen Erfahrungen zeigen, daß hierbei nur eine unvollständige Oblorabeorption und geringe Obloratbildung in dieser Zone eintreten. In order to eliminate the secondary parts caused by the use of Grepbit anodes, we asked metellinebe anodes. For example, made of platinum-plated titanium, which means that we can work with a few coarse strobe thieves and who also allow a coarse lead electrolyte temperature. Whether the bob anodiaobic thieves are thieves, the secondary reactions described at the beginning will be reduced. When using such anode tubes, the electrolysis zone remains smaller and the electrolyte volume is reduced, but intensive circulation of the lead electrolyte is necessary for a favorable efficiency yield. For this purpose, the electrolysis zones were asked to create relatively narrow gaps in the electrolysis zone and, in some cases, to increase the buoyancy effect caused by the formation of geobes, to increase gas entry and / or the arrangement of feed pumps in order to achieve electrolyte flow speeds of 0.10 m / sec. In the known processes, the absorption of the granular obliteration, which already begins in the electrolysis zone, takes place essentially next to the discharge of the lead electrolyte from the lead electrolysis zone in an overlying electrolyte. In this absorption zone, in addition to the formation of the hypoeblorite, the ebeziaobic carbonate formation takes place through the reaction of the hypoeblorite with the lower acid. This Ohloratbildung jedoeb is effected in the main in an electrolyte collecting space having the relatively large may be separated from the vorgesebe4 Elektrolyeezelle as slowly durobströmter space either part of or Blektrolysezelle and against its Hoebe Breitenabwessungen. Practical experience shows that there is only incomplete absorption of oblorates and little oblorate formation in this zone.
Der dritte Reaktioneaobritt, nämlich die Umsetzeng des gebildeten Hypoeblorite zum Oblorat in der Obloratbildungezone, welche sieh an die Abeorptionazone anschließt, ist ein Vorgang, der gegenüber der Elektrolyse und der Absorption wesentlich langsamer verläuft'und bedingt somit ein erheblichen Blektrolytvolumen. Aus diesem Grunde wird vielfach der Elektrolyt nach Passieren der Abeorptionszone und nach Abeobeidung der gaseörmigen Elektrolyseprodukte an der freien Oberfläche in einen Blektrolyteammelbebälter Überführt, in welchem die hauptsächliche Umsetzung des Hypochlorits in das Oblorat stattfindet.The third reaction step, namely the conversion of the hypoeblorite formed to the oblorate in the oblorate formation zone, which is connected to the absorption zone, is a process which is much slower than electrolysis and absorption and thus requires a considerable volume of lead electrolyte. For this reason, after passing through the absorption zone and after removing the gaseous electrolysis products on the free surface, the electrolyte is often transferred into a lead electrolyte collecting container, in which the main conversion of the hypochlorite into the oblate takes place.
Bei den Vorrichtungen zur Ausübung des bekannten Verfahrens, bei dem sieh Blektrolysezone, Abeorptionazone und mindestens ein Teil der Obloratbildungezone in einem gemeinsamen Zellentrog befinden, läßt es sich nicht vermeideng daß ein Teil des elektrischen Stromes der Blektrolysezone, wenn auch mit geringerer Stromdichte, den übrigen,-in der Zelle enthaltenen .Blektrolyten durchsetzt. Die Blektrolysevorgänge, die durch diesen Teiletrom ausgelöst werden"sind gber, ger .pde durob die geringere Stromdichte bedingt, besonders staglf"u I4t Stromausbeuteverlusten bebaftet. Hierdurob wird die Wirteobaftliebkeit der Herstellung ungünstig beeinträobtigt.In the devices for practicing the known method in which See electrolysis zone, absorption zone and at least part of the oblorate formation zone are in a common cell trough, it cannot be avoided Part of the electrical current in the lead electrolysis zone, albeit with a lower current density, the remaining electrolytes contained in the cell permeated. The electrolysis processes, by this flow of parts are triggered "are gber, ger .pde Because of the lower current density, especially staglf "and I4t current yield losses afflicted. This adversely affects the host affinity of the production.
Aufgabe der Erfindung ist ea,'dan Verfebren zur Herntellung von Alkalichlorat der einleitend beaebriebenen Art acy zu verbessern, daß in der Elektrolysezone eine Erböbung der Energieausbeute und in den sieb anscbließenden Bebandlungemonen eine Verbesserung der Reaktionen sowie eine Verminderung der Stromverluste erzielt wird.The object of the invention is ea, 'dan Verebren for the production of alkali chlorate of the kind described in the introduction to improve acy that one in the electrolysis zone Rise in the energy yield and one in the subsequent treatments Improvement of the reactions as well as a reduction of the power losses is achieved.
Zur Lösung dieser Aufgabe siebt die Erfindung vor, daß der Elektrolyt naob dem Durcbfließen der Blektrolyaezens mit mindestens gleieber Strömungegeaobwindigkeit wie in der Blektrolysezone in aufsteigender Riobtung über eine w'endestens der Blektrolyi#sezone entspreobende Höbe unter Bildung einer Abeorptions- und Auftriebezone in die Obloratbildungezone eingeleitet wird.To solve this problem, the invention seeks that the electrolyte after the flow of the Blektrolyaezens with at least the same flow velocity as in the lead electrolysis zone in an ascending direction over a turning towards the lead electrolysis zone Corresponding elevations with the formation of an absorption and buoyancy zone in the oblorate formation zone is initiated.
Durob diese Ausbildung den Verfabrens erreiebt man eine Umlaufetrömung des Elektrolyten naob dem 13rinzip einer Kammutj pumpe, und zwar durob die kaminartige Wirkung der zwiscben Elektrolysezone und Cbloratbildungezone vorgenebenen Auftriebeströmung. Durob die Höbe der Auftrdiebeströmung kann die Kaminwirkung und die damit auf die Elektrolynezone erzielbare Rückwirkung im Sinne einer BesoBeunigung der Blektrolytatrömuna eingegtell-t-:worden.- Die Auftriebewirkung int dabei abhängig von der jeweiligen Geoblosenbildung in der Blektrolysesoneg da der Gesgehalt zu unterschiedlichen spezifischen Gewichten und Druckdifferenzen über die Höbe der Flüoeigkeiteaäule führt.As a result of this development, a circulating flow of the electrolyte is achieved based on the principle of a combi-pump, namely by virtue of the chimney-like effect of the buoyancy flow between the electrolysis zone and the carbonate formation zone. Durob the Hoebe the Auftrdiebeströmung, the chimney effect and that can be achieved on the Elektrolynezone repercussions in terms of the BesoBeunigung Blektrolytatrömuna eingegtell-t: worden.- The Auftriebewirkung int depends on the respective Geoblosenbildung in Blektrolysesoneg since the Gesgehalt to different specific gravities and Pressure differences over the height of the liquid column leads.
Zweckmäßig ist esq wenn der E4ektrolyt durob die Abeorptions-und Auftriebezone in Form einer Kolbenströmung hindurebgefübr# wird. Hierdurch wird in der Auftriebs- und Abeorptionazone abweichend von Bekannten einerseits eine hohe Strömungsgesobwindigkeit bei örtlich hoher Turbulenz, andererseits aber nur eine geringe Durchmis.obung In S trömungeriebtung erzielt. En werden somit in der Abeorptionazone besonders günstige Bedingungen für die Abeorption den in der Blektrolysezone noch nicht abeorbierten Chlors erreicht, ohne daß aber die Obloratbildung vermindert wird, die bereits in dieser Zone beginnt. Es bat sieh nämlich gezeigt, daß die Obloratbildung aus dem Hypoeblorit in einer durobströmten Raum denn am raschesten verläultg wenn in Durebatrömungeriebtung keine Durcbmiaebung stattfindet, während andererseits für die Umsetzung den in Form feinster Bläschen in Blektrolyten enthaltenen Chlors eine gobe Turbulenz von besonderem Vorteil ist. Dies läßt sieh auch theoretisch unschwer zeigen: Aus der Literatur ist bekannt, daß die Bildungsgesebwindigkeit des Obloraten aus dem Hypoeblorit abhängig ist von der wolaren Konzentration-des Hypoebloritione (C109) im betraebteten Volumenelementl vom Quadrat der moleren Konzentration der untercblorigen Säure (HClO) und einer nur temperaturabhängigen Reaktionskonstanten K und daß diese Abhängigkeit durch die Formel: dargestellt werden kann. Weiterhin Ist bekanntp daß sich während des Umwandlungevorganges den Hypoeblorite in den Cblorat die Konzentration der unteroblorigen Säure in der Lösung nicht ändert, da sie ständig nachgebildet wird und daß zur Bildung von 1 Mol. Oblorat 3 Mol. Hypoeblorit verbraucht werden.It is useful if the electrolyte is blocked by the absorption and buoyancy zone in the form of a piston flow. In this way, contrary to what is known, in the buoyancy and absorption zone, on the one hand, a high flow velocity with locally high turbulence, but on the other hand only a low level of dissipation in the flow friction is achieved. S are thus achieved in the Abeorptionazone particularly favorable conditions for the Abeorption not abeorbierten in Blektrolysezone chlorine without but the Obloratbildung is reduced, which begins in this zone. It has been shown that the formation of oblate from the hypoeblorite in a room with a thermoset flow is the fastest when there is no breakdown in the flow rate, while on the other hand a great turbulence is of particular advantage for the conversion of the chlorine contained in the form of the finest bubbles in lead electrolytes. This can also be shown theoretically without difficulty: It is known from the literature that the rate of formation of the oblorate from hypoeblorite depends on the actual concentration of the hypoeblorite ion (C109) in the volume element concerned, on the square of the molar concentration of the hypoblorite acid (HClO) and one only temperature-dependent reaction constants K and that this dependency is given by the formula: can be represented. It is also known that the concentration of hypoblorous acid in the solution does not change during the conversion process of the hypoeblorite into the chlorate, since it is constantly being reproduced and that 3 mol of hypoeblorite are used to form 1 mol of oblorate.
Aufgrund der letzten Aussage kann man für d an kleine 'iolunelement
einen Cbloratbildungeraumen auch schreiben: (2) - d (0101) 3 K (RC,0)2
x (010f) - dt Wendet man Gleichung (2) auf einen Cbloratbildungeraum
der Größe V, mit idealer Durobleischung an, dem pro Zeiteinbeit Volumeinbeiten Elektrolytlösung
imit einer Hypoebloritkonzentration von (0101) zugefübrt werden, so ist in
jedem e Volumelement die Hypoebloritkonzentration der Löav« gleich der Konzentration
(0101) Q in abgeführten Blektrolyten und man erhält:
Der Umsatz U. id.M. an Elypoeblorit pro Zeiteinbeit beträgt
I
(4) U. Q [(clot). - (olot)"] id.Me *# Nimmt man ang daß bei sonst
unveränderten Verhältnissen in demselben Cbloratbildungsraum eine ideale Kolbenströmung
vorliegt, d.b. in Strömungsriebtung der Elektrolytlösung keine Durcbmiaobung erfolgt
und ersetzt man in Gleichung (2) dt durch den Ausdruck
und integriert die Gleichung über das ganze Volumen VRj a . o, erhält man
für die Konzentratio n des Hypoeblorite im austretenden Blektrolyten den Ausdruck
Ersetzt man den Ausdruck
aus Gleichung (3)
durch
so erhält man für den Umsatz im Reaktionsraum mit idealer Kolbenströmung:
Die Gleichungen (4) und (5) erlauben einen Vergleich des Umsatzes an Hypooblorit
im Reaktionsra.um für die beiden Strömungsformen für verschiedene Werte des Hyporablori,tkonzentrationsverbältnisses
(0101) e /(olot)as Das Räsultat ißt in der naobstebenden Tabelle niedergelegt
und beweist die Überlegenheit der Kolbenströmung.
Diese Vorrichtung ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, (laß der Elektrolytsammel- und Cbloratbildungeraum in an sieh bekannter Weise getrennt von der Zelle angeordnet ist und daß zur Verbindung mit der Zelle ein Steigrobr vorgesehen ist, welches sich vom Bereich unmittelbar oberhalb der Spalte über weriLgstens eine der Zellenböbe entsprechende Höbe erstreckt und einen Quersebnitt aufweist9 der höchstens der Summe der lichten Spaltquerschnitte entspricht.According to the invention, this device is characterized in that (let the electrolyte collection and carbonate formation room separated in a manner known per se is arranged by the cell and that for connection to the cell a Steigrobr is provided, which extends from the area immediately above the column about as much as possible a height corresponding to the cell arch extends and has a transverse section9 which corresponds at most to the sum of the clear gap cross-sections.
Die Ausbildung kann dabei so getroffen sein, daß sieh das Steigrobr bis in das Innere eines Blektrolyteammelbebälters erstreckt und unterbalb des Flüssigkeiteapiegele in diesen Bebälter auswündet.The training can be designed in such a way that you can see that Steigrobr extends into the interior of a lead electrolyte collecting container and underneath the liquid reservoir in this container.
-Bei einer anderen zweckmäßigen Ausfübrungsform endet das Steigrobr über einen Krümmer oberbalb des Flüsoigkeitespiegeln, so daß die Flüssigkeit mit den darin befindlieben Genblasen zunäcbot aus dem Robr frei austritt. Hierdurob werden günsti-ge Verbältnisse für die Entgaeung der Flüssigkeit geaobaffen.-In another appropriate embodiment, the Steigrobr ends above a bend of the liquid level, so that the liquid with the gene bubbles located in it initially from which Robr emerges freely. Here you go favorable ratios for the degassing of the liquid are obtained.
Bevorzugt wird erfindungegemäß der Blektrolyteammel- und Obloratbildungeraum wenigstens teilweise als in der Rückleitung des Blektrolyten zur Blektrolysezelle liegendes Robr ausgebildet. Durob diese Ausfübrung erreiebt man bei geringem bauliebem Aufwand einen boben Wirkungsgrad in der Ohloratbildungezone,-da zwar eine intensive örtliebe Turbulenz, jedoeb im wesentlieben keine Durcbmiscbung in Riebtung des Strömungewegen eintreten können. Dabei empfieblt es nicb, das Rückleitungerohr des Elektrolyten wenigstens über einen Teil der Länge mit einer Kübleinriebtung zur Abfübrung der Prozeßwärme auszurüsten, so daß der Elektrolyt der Zelle mit einer entepreobend verminderten Temperatur zugeleitet wird.According to the invention, the electrolyte amalgamation and oblorate formation room is preferred at least partially than in the return line of the lead electrolyte to the lead electrolysis cell Lying Robr trained. Durob this execution can be achieved with little construction love Effort a great efficiency in the Ohloratbildungezone, -due to be an intensive one Local turbulence, but essentially no interference in the friction of the flow path can enter. It is not recommended to use the return pipe for the electrolyte at least over part of the length with a bucket drive for abfübrung the Equip process heat so that the electrolyte of the cell with an entepreobend reduced temperature is fed.
Zur Erfüllung der oben erwäbnten strömungsteebniseben Forderungen In der Obloratbildungezone ist es zweckmäßig, daß die Länge des robrförmigen Teiles des Sammelbebälters, in welebem die Obloratbildung erfolgt, wenigstens das 5faebe des by- draulischen Durchmessern den Strömungequernebüitten beträgt. Der rohrförmige Teil des Sammelbehältera erhält vorteilhafterweine einen kreinförmigen Querschnitt, wobei seine IAInge wenigstens dem 5-fachen Innenrohrdurchneaser entspricht. Durch diese Aungestaltung des rohrfömigen lleilen des Sammelbehältern worden für die obengenannte Ohloratbildung günstige Bedingungen erzielt. Zur Erzielung einer weitgehenden Ausnutzung den Illektrolyten kann zweckwä igerweine die an sich bekannte Hintereinanderschaltung mehrerer Anordnungen zur Zlektrolytkreinlaufführung'mit Blektrolysozelle, Steigrohr und Sammelbehältet sowie Rückführleitung vorgesehen sein, wobei die Eingänge der jeweils folgenden Blektrolysezellen über Überlaufrohre mit den Blektrolytnammelbehälter der vorhergehenden Anordnung verbunden sind.In order to meet the above-mentioned requirements in the obliterate formation zone, it is useful that the length of the robr-shaped part of the collecting tank in which the obliterate formation takes place is at least the same length as the hydraulic diameter of the cross-flow tanks. The tubular part of the collecting container is advantageously given a creine-shaped cross section, its length corresponding to at least 5 times the inner tube neaser. This redesign of the tubular part of the collecting container achieved favorable conditions for the above-mentioned formation of chlorate. To achieve extensive utilization of the electrolyte , the well-known series connection of several arrangements for electrolyte inlet duct with electrolyte cell, riser pipe and collecting container and return line can be provided, with the inputs of the subsequent electrolytic cells being connected to the electrolyte collecting containers of the preceding arrangement via overflow pipes.
Fig. 1 zeigt im Schnitt eine beispielsweise Anordnung zur Ausführung des neuen Verfahrens; Fig. 2 stellt einen Sohnitt-durch die Blektrolysozelle nach Fig. 1 entlang der Schnittlinie A-A dar; Fig. 3 gibt die Hintereinanderechaltung mehrerer Anordnungen entsprechend Fig. 19 jedoch in etwas abweichender Ausführung in schematischer Yorm wieder; Fig. 4 gibt eine von der Pig. 1 abweichende AusfUbrungsforn der Anordnung wieder.Fig. 1 shows in section an example of an arrangement for carrying out the new method; FIG. 2 shows a sonicity through the sheet metal cell according to FIG. 1 along the section line AA; FIG. 3 shows the series connection of several arrangements according to FIG. 19, but in a somewhat different embodiment in a schematic Yorm; Fig. 4 gives one of the Pig. 1 different execution form of the arrangement again.
In der Fig. 1 ist die in der Anordnung vorgesehene Elektrolysezelle, welche im Schnitt in Fig. 2 wiedergegeben ist, mit 1 be- ,zeichnet. Sie weist ein Gehäuse aus gut leitendem Material, beispielsweise Flußeisen, auf und ist nach oben hin mit einem Anschlußflanach fUr das in den Ohloratsammelbehälter 4 hineinrggende Steigrohr 2 versehen. Außerdem ist sie mit einem unteren Flansch zum Anschluß der aus einem elektrisch nicht leitenden Werkstoff bestehenden Rückleitung 3 ausgerüstet, welche den Blektrolyten aus dem Ohloratsammelbehälter 4 wieder in die eigentliche Blektrolysezelle 1 zurückführt.In FIG. 1 , the electrolysis cell provided in the arrangement, which is shown in section in FIG. 2, is denoted by 1. It has a housing made of a highly conductive material, for example fluoro iron, and is provided at the top with a connection flange for the riser pipe 2 protruding into the oil collecting container 4. In addition, it is equipped with a lower flange for connecting the return line 3 , which consists of an electrically non-conductive material and which returns the lead electrolyte from the Ohloratsammelbehälters 4 to the actual lead electrolysis cell 1 .
Seitlich wOist das Gehäuse 1 der Zelle zwei einander gegenüberliegende rechteckige Flanschanachlüsse 5 und 6 auf. Der Flansch 5 dient zur Aufnahme des Deckels 7, beispielsweise aus Flußeiaen, welcher mittels der Bolzen 8 unter Zwischenamordnung einer Dichtung 9 flüssigkeitadicht aufgesehraubt ist. An diesem Deckel sind zwei rechteckige Kathodenbleche 10 angeschweißt, während auf der Deckelaußenäeite eine Anschlußlasche 11 zur Verbindung des Deckels 7 mit dem negativen Pol einer Gleichstromquelle vorgesehen ist.On the side where the housing 1 of the cell has two mutually opposite rectangular flange connections 5 and 6 . The flange 5 serves to receive the cover 7, for example made of fluids, which is reamed liquid-tight by means of the bolts 8 with the interposition of a seal 9. Two rectangular cathode sheets 10 are welded to this cover, while a connection lug 11 is provided on the outside of the cover for connecting the cover 7 to the negative pole of a direct current source.
In analoger Weise ist auf dem rechteckigen Planachanschluß 6 ein ebenfalls reohteckiger Flanachdeckel 12, vorzugsweise aus-Kupfer, angeordnet, welcher auf der dem Blektrolyten zugewendeten Seite mit Titan plattiert ist. An diesem Deckel 12 sind drei rechteckige, beidseitig platinierte Titananoden 13 angeschweißt. Nach außen hin erstreckt sich von dem Deckel 12 eine Küpferlasche 14 zum Anschluß der Anoden an den positiven Pol der Gleichstromquelle. Der die Kathodenbleche 10 tragende Deckel 7 ist mittels der Schraubbolzen 8 stromleitend mit dem Gehäuse 1 verbunden, so daß die beiden zu den Anoden- und Kathodenblechen parallelen Gehäusewandungen ebenfalls als Kathoden wirksam sind. Der die Anodenbleche 13 tragende Deckel 12 hingegen ist durch die Dichtung 16 und durch Isolierbolzen 15 zwar flüssigkeitadichtt aber nicht stromleitend mit dem Gehäuse verbunden.In an analogous manner, a rectangular flat cover 12, preferably made of copper, is arranged on the rectangular flat connection 6 and is plated with titanium on the side facing the lead electrolyte. Three rectangular titanium anodes 13 , platinum-plated on both sides, are welded to this cover 12. A copper tab 14 extends outward from the cover 12 for connecting the anodes to the positive pole of the direct current source. The cover 7 carrying the cathode sheets 10 is connected to the housing 1 in a current-conducting manner by means of the screw bolts 8 , so that the two housing walls parallel to the anode and cathode sheets also act as cathodes. The cover 12 carrying the anode sheets 13, on the other hand, is liquid-tight but not electrically connected to the housing by the seal 16 and insulating bolts 15.
Der Abstand der Anodenbleche 13 von den benachbarten Kathodenblechen 10 und der Gehäusewandung ist jeweils gleichgroß bemessen und in der Fig. 2 mit J bezeichnet. Bei der dargestellten Ausführung sind somit sechs Elektrolysespalten der Höhe He und der Breite B sowie einem Blektrodenabstand J vorgesehen, deren Gesamtheit die Blektrolysezone bildet. Der gesamte Durchatrömquerachnitt der Blektrolysezone beträgt für die wiedergegebene Zelle somit 6 . H e 0 B Der oberhalb der Blektrodenbleche befindliche Teil des Gehäuses 1 sowie das sich hieran anschließende Steigrohr 2 bilden die Abaorptionazone, die an der freien Blektrolytoberfläche im Blektrolytsammelbehälter endet. Das Steigrohr 2 ist beispielsweise als achmiedeeisernes, auf der Innenseite mit Hartgummi ausgekleidetes Rohr ausgebildet. Die-Höhe der Absorptionazone beträgt gemäß Fig. 1 Hi + H 2 + 4# H, wobei Hi den Abstand von der Oberkante der Blektrodenbleche bis zur unteren Öffnung des Blektrolyteammelbehälters 4 und H2 die sich in Behälter 4 erstreckende Länge des Steigrohres 2 bezeichnet, während A E den Röbenabschnitt von der Steigrohrzündung bis zum Flüssigkeiteapiegel im Sammelbehälter 4 wiedergibt. Der Blektrolyt# welcher in der Blektrolysezelle mit Ganblasen durchsetzt wird, erfährt in dem Steigrohr 2 eine Auftriebewirkung, wobei für diese Wirkung nur der mit Ei und H2 bezeichnete Teil der Abeorptionazone wirksam ist.The distance between the anode sheets 13 and the adjacent cathode sheets 10 and the housing wall is each dimensioned to be the same size and denoted by J in FIG. In the embodiment shown, six electrolysis gaps of height He and width B as well as a lead electrode spacing J are provided, the entirety of which forms the lead electrolysis zone. The total flow cross section of the electrolysis zone is therefore 6 for the cell shown. H e 0 B The part of the housing 1 located above the sheet metal electrodes and the riser pipe 2 connected to it form the absorption zone, which ends at the free sheet metal surface in the sheet metal collecting container. The riser pipe 2 is designed, for example, as a forged iron pipe lined on the inside with hard rubber. The height of the absorption zone is according to FIG. 1 Hi + H 2 + 4 # H, where Hi denotes the distance from the upper edge of the metal electrode plates to the lower opening of the metal electrolyte container 4 and H2 denotes the length of the riser pipe 2 extending into container 4, while AE reproduces the tube section from the standpipe ignition to the liquid level in the collecting container 4. The lead electrolyte, which is permeated with gas bubbles in the lead electrolysis cell, experiences a buoyancy effect in the riser pipe 2, whereby only the part of the absorption zone marked with Ei and H2 is effective for this effect.
In der Auftriebezone beginnt bereits die Ohloratbildung, die jedoch in ihrer Hauptphaae in dem Blektrolyteammelbehälter 4 durch Umsetzung des gebildeten Hypochlorite stattfindet. Durch die Rückleitung 3 wird der Blektfolyt der Zelle 1 erneut zugefUhrt.In the buoyancy zone, the formation of chlorate already begins, but in its main phase it takes place in the lead electrolyte tank 4 through conversion of the hypochlorite formed. The sheet metal is fed back to the cell 1 through the return line 3 .
Der Blektrolytsammelbehälter 4 kann aus Schmiedeeisen gefertigt sein und ist innen gummiert. In dem flachen Anschlußdeckel ist ein Stutzen 17 vorgeseben, durch den das durch den Elektrolysevorgang erzeugteg im wesentlichen aus Wasserstoff bestehende Gas abgezogen wird.The lead electrolyte collecting container 4 can be made of wrought iron and is rubberized on the inside. In the flat connection cover a nozzle 17 is provided, through which the gas produced by the electrolysis process, consisting essentially of hydrogen, is drawn off.
Über einen Stutzen 18 ist der Blektrolyteammelbehälter 4 mit einer Leitung 19 verbunäeng durch die von Zeit zu Zeit oder kontinuierlich frische Ohloridlösung zugespeist wird. Von einem Nochbehälter 20 wird Salzsäure zur Ansäuerumg des Blektrolyten dutob die Zuleitung 21 in die Rückleitung 3 in dosierter Menge zugegeben.The lead electrolyte tank 4 is connected to a line 19 via a connector 18 , through which fresh chloride solution is fed in from time to time or continuously. From an additional container 20 , hydrochloric acid is added in a metered amount to the supply line 21 into the return line 3 to acidify the lead electrolyte.
Die Höhe der Auftriebezone Hi und H2 beträgt im Beispiel etwa das 3,7-fache der Höhe He der Blektrolysezone. Der Querschnitt den Steigrohren 2 ist nur etwa 1/9 den Durchströmquerechnitten der Blektrolysezone..The amount of Auftriebezone Hi and H2 in the example is about 3.7 times the height He of Blektrolysezone. The cross section of the riser pipes 2 is only about 1/9 of the flow cross section of the electrolysis zone.
Auf einem Teil der Länge ist die Rückleitung 3 zur Abführung der beim Blektrolyoeprozens entstehenden Wärme mit einem Kühlmantel' 25 ausgerüstet, der einen Eintrittentutzen 28 und einen Auetrittentutzen 29 aufweist. Das Kühlwaseer durchfließt den KUhlmantel 29 im Gegenstrom zum Blektrolyten.On part of the length, the return line 3 is equipped with a cooling jacket 25 , which has an inlet connection 28 and an outlet connection 29 , for the purpose of dissipating the heat generated during the Blektrolyoeprozens. The cooling water flows through the cooling jacket 29 in countercurrent to the lead electrolyte.
Die umlaufende Blektrolytmenge wird mittels einen Regulierventiles 24 in der Rückleitung 3 auf den jeweils'gewünschten Wort eingestellt und mit Hilfe einen Rotametern 23 g«ensen.* Mit der Rückleitung 3 ist weiter ein Ablaßventil 22 verbunden, durch welches der Blektrolyt aus der Anordnung abgelassen worden kann. The circumferential Blektrolytmenge is adjusted by means of a Regulierventiles 24 in the return line 3 to the jeweils'gewünschten word and Ensen using a rotameters 23 g ". * With the return line 3, a drain valve 22 is further connected, through which discharged the Blektrolyt from the arrangement been can.
Die gesamte Anordnung ruht über Isolatoren 26 auf einer Decke 27 und wird von dieser getragen.The entire arrangement rests on insulators 26 on a ceiling 27 and is supported by this.
Die Fig. 1 läßt erkennen, daß die Absorptionszone im wesentlichen bestehend aus dem vom Steigrohr umschlosaenen Raum getrennt und oberhalb der Elektrol ffl one in der Zelle 1 vorgesehen ist und daß die Abeorptionazone zugleich eine Auftriebezone bildet, welche im Sinne einer Beschleunigung auf die Durchströngeschwindigkeit des Blektrolyten durch die Zelle 1 einwirkt.-Auch die Ohloratbildungezone istg wie dem Ausführungebeispiel der Fig. 1 zu entnehmen ist, völlig getrennt von der Elektrolysezone vorgesehen, so daß die beim Bekannten auftretenden Nachteile durch Stromeinwirkungen auf die Absorptions- bzw. Ohloratbildungszone nicht auftreten können.Fig. 1 shows that the absorption zone consists essentially of the space enclosed by the riser and is provided above the Elektrol ffl one in the cell 1 and that the absorption zone at the same time forms a buoyancy zone, which in the sense of an acceleration to the flow rate of the Blektrolyten through the cell 1-einwirkt. the Ohloratbildungezone ISTG as the Ausführungebeispiel of FIG. 1 can be seen, completely provided separately from the electrolysis zone, so that the disadvantages occurring in the known can not occur due to current effects on the absorption or Ohloratbildungszone.
Die Vorrichtung gemäß Fig. 1 kann obargenweise betrieben werden, indem zu Beginn eine Füllung mit einer Alkalichloridlösung erfolgt und solange der Blektrolysevorgang betrieben wird, bis der gewünschte Umwandlungsgrad des Ohloride in Ohlorat erreicht ist, wobei das während des Chargenbetriebes verbrauchte Prozeßwasser durch Nachspeisung von frischer Ohloridlösung ersetzt wird.The device according to FIG. 1 can be operated obargenweise by filling with an alkali chloride solution at the beginning and the electrolysis process being operated until the desired degree of conversion of the chloride to carbonate is achieved, the process water consumed during batch operation being replenished with fresh chloride solution is replaced.
Die Anordnung kann aber auch kontinuierlich betrieben werden, indem laufend frische Ohloridlösung über die leitung 20 zugespeist und die entsprechende Ohloratlösungemenge mittels Ablaßventil 22 ausgetragen wird.The arrangement can also be operated continuously by Fresh Ohloridlösung continuously fed via the line 20 and the corresponding Ohloratlösung amount is discharged by means of drain valve 22.
Die Anordnung gemäß Fig. 3 gibt die Hintereinanderschaltung von drei Vorrichtungen ähnlich Fig. 1 wieder, wobei diese von dem Elektrolyten im Hauptstrom-nacheinander kontinuierlich durchflossen werden, gleichzeitig aber innerhalb der einzelnen Anordnungen ein Eiektrolytkreislauf aufrechterhalten wird.The arrangement according to FIG. 3 shows the series connection of three devices similar to FIG. 1 , these being continuously flowed through by the electrolyte in the main stream one after the other, but at the same time an electrolyte cycle is maintained within the individual arrangements.
Bei den einzelnen Vorrichtungen sind wiederum zwei kommunizierend verbundene Masigkeitssäulen vorgeseheng bei denen in einer die Blektrolysezone sowie Absorptions- und Auftriebazone liegt, während in der anderen die Rückführung d-es Elektrolyten zur Blektrolysezone erfolgt.In the case of the individual devices, two are in turn communicating connected massiveness columns provided in one of the electrolysis zone as well Absorption and buoyancy zone lies while in the other the The electrolyte is returned to the lead electrolysis zone.
Die Blektrolysezelle ist in der Fig. 3 in der linken Anordnung mit 30 bezeichnet und entspricht in ihrem Aufbau der Zelle 1 gemäß den Fig. 1 und 2. Sie ist über Anachlußlaschen 31 bzw. 32 mit den Polen einer Gleichstromquelle verbunden. An die Blektrolysezelle 30 schließt sich wiederum ein Steigrohr 33 ant welches ,vorzugsweise kreiaförmigen Querschnitt aufweist und über einen Krümmer 33a in einen Blektrolytaammelbehälter 34 oberhalb des Flüssigkeitsspiegels ausmUndet. Durch einen Stutzen 34a des Behälters 34 wird das Zellengan aus der Anordnung abgeführt. Am Boden den Behälters 34 ist ein Stutzen 35 angeordnet, der mit einer Rückleitung 36 verbunden ist, die den Blektrolyten aus dem Sammelbehälter 34 wieder zur Blektrolysezelle 30 zurückführt. Diese Rückleitung besteht aus nichtleitendem Werkotoff. Sie ist auf einem Teil ihrer Länge wiederum mit einem Kühlmantel 37 versehen mit zugehörigen Ein- bzw. Austrittastutzen 38, 39 für das im Gegenstrom zum Blektrolyten geführte Kühlmittel.The lead electrolysis cell is designated in FIG. 3 in the left-hand arrangement with 30 and its structure corresponds to the cell 1 according to FIGS. 1 and 2. It is connected to the poles of a direct current source via connection tabs 31 and 32, respectively. A riser pipe 33, which preferably has a circular cross-section and opens via a bend 33a into a lead electrolyte collecting container 34 above the liquid level, is in turn connected to the lead electrolysis cell 30. The cell member is discharged from the arrangement through a connecting piece 34a of the container 34. At the bottom of the container 34 there is a connector 35 which is connected to a return line 36 which returns the lead electrolyte from the collecting container 34 to the lead electrolysis cell 30 . This return line consists of non-conductive material. Over part of its length, it is again provided with a cooling jacket 37 with associated inlet and outlet nozzles 38, 39 for the coolant guided in countercurrent to the lead electrolyte.
In der Rückleitung 36 ist wie im Beispiel der Fig. 1 ein Ventil 40 zur Regelung der Zirkulationamenge des Blektrolyten eingebaut.In the return line 36 , as in the example in FIG. 1, a valve 40 for regulating the amount of circulation of the lead electrolyte is installed.
Die Zuführung frischer Ohloridlösung in den Sammelbehälter 34 erfolgt über eine mit einem Ventil 43 ausgerüstete Speiseleitung 41. In den Samelbehälter 34 ragt von unten her ein Überlaufrohr 45 hinein, welchen die jeweilige Überlaufmenge des Blektrolyten aus dem Sammelbebälter 34 der nachfolgenden Anordnung zuführt, die in ihrem Aufbau der im linken Teil der Fig. 3 beschriebenen AusfUhrung entspricht. Es schließt sich noch eine weitere Anordnung an, deren Überlaufrohr 46 in einem Simmelbehälter 47 für die Ohloratlösung auamündet. Die gesamte Anordnung ist über Iaolatoren 48 und Gerüatstützen 49 elektrisch isoliert und auf dem Boden angeordnet.The supply of fresh Ohloridlösung takes place in the collecting container 34 via an equipped with a valve 43 feed line 41. In the Samelbehälter 34 protrudes from the bottom, an overflow pipe 45 in, which the respective amount of overflow feeds the Blektrolyten from the Sammelbebälter 34 the following arrangement, which in their equivalent in structure to the version described in the left part of FIG. 3. This is followed by yet a further arrangement, the overflow pipe 46 in a auamündet Simmelsberg container 47 for the Ohloratlösung. The entire arrangement is electrically insulated via Iaolators 48 and scaffolding supports 49 and arranged on the floor.
In Ausfühzungebeispiel der Fig. 4 ist eine Anordnung wiedergegebeng die sich hinsichtlich der Ausgentaltung der Ohloratbildungezone von den bisher beschriebenen Vorrichtungen unterscheidet.In the embodiment of FIG. 4, an arrangement is shown which differ from those previously described with regard to the development of the Ohloratbildungezone Devices differs.
In der Figur ist an der Austritteaeite der Blektrolysezelle wiederum
ein Steigrohr 50 vorgesehen, welchen über einen KrUmmer 50a oberhalb von
Vorteilerringen 52 ausmündet, die außerhalb der Plüssigkeitssäule im Behälter
51 angeordnet sind. Der durch das Steigrohr infolge der Auftriebswirkung
dem Behälter 51 zugef Uhrte, mit Gaablasen durchsetzte Blektrolyt rieselt
über die Verteilerringe'52 herab' wobei die in dem Blektrolyt enthaltenen Gaablasen
abgeschieden werden. Das Steigrohr 50 umgibt dabei wiederum die Absorptionszone,
während die Chloratbildungezone von dem Behälter 51 und dem sich anschließenden
Rohr 53 gebildet wird. Das Rohr 53 ist in seinem Durchmesser wesentlich
größer beinessen als die sich anschließende Rückführungsleitung 57, so daß
eine geringere Strömungegeschwindigkeit in dem Rohr 53 auftritt. Der untere
Teil des Rohres 53 ist wiederum mit einem
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---|---|---|---|
DEK0056690 | 1965-07-23 |
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ID=7227964
Family Applications (1)
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---|---|---|---|
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0064185A2 (en) * | 1981-04-17 | 1982-11-10 | Hodogaya Chemical Co., Ltd. | Apparatus for electrolytical production of alkaline chlorate |
-
1965
- 1965-07-23 DE DE19651567621 patent/DE1567621B2/en active Pending
- 1965-08-06 AT AT729065A patent/AT256890B/en active
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0064185A2 (en) * | 1981-04-17 | 1982-11-10 | Hodogaya Chemical Co., Ltd. | Apparatus for electrolytical production of alkaline chlorate |
EP0064185A3 (en) * | 1981-04-17 | 1983-02-16 | Hodogaya Chemical Co., Ltd. | Process and apparatus for electrolytical production of alkaline chlorate |
US4469576A (en) * | 1981-04-17 | 1984-09-04 | Hodogaya Chemical Company, Ltd. | Apparatus for electrolytical production of alkaline chlorate |
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