DE1667812A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Elektrolyse von Alkalimetallchloridloesungen - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Elektrolyse von AlkalimetallchloridloesungenInfo
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Description
Verfahren und Vorrichtung zur Elektrolyse von Alkalimetallchloridlösungen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und. eine Vorrichtung zur Elektrolyse von Alkalimetallchloridlösungen mit einem
zwischen Anodenplatten und einer Quecksilberkathode befindlichen Reaktionsraum.
Bei der Elektrolyse einer Alkalimetallchloridlösung unter Verwendung einer Quecksilberkathode ist man bestrebt, die
Kosten einer Elektrolyseanlage dadurch herabzusetzen, daß man die Stromdichte erhöht und den Bodenraum der elektrolytischen
Zelle so klein wie möglich hält. Durch hohe kathodische Stromdichte wird auch der Verlust infolge Reduktion
des an der Anode gebildeten Chlors am kathodischen Quecksilber und der. Rückbildung von Alkalichlorid gemindert und
damit die Stromausbeute verbessert.
Hohe elektrische Stromdichte hat eine hohe Gaserzeugungsgeschwindigkeit
pro Flächeeinheit der aktiven Anodenfläche zur Folge. Die Chlorgasbläschen werden dann so klein, daß ihr
Durchmesser unter o,l mm beträgt und ihre Aufsteigegeschwindigkeit
im Stoke»sehen Bereich liegt. Der Auftrieb der Gasbläschen
genügt dann nicht mehr,, um die Bläschen von der Anodenfläche zu entfernen. Die kleinen Gasbläschen sind sehr
stabil und vereinigen sich schwer zu größeren Bläschen. Sie bleiben dispers im Elektrolyten, werden durch örtliche Solezirkulation
wieder in den Zwischenraum von Anode und Kathode mitgerissen und bilden zusammen mit dem neu entstehenden Gas
einen Schaum, der den Stromdurchgang durch seine isolierende Wirkung hindert und somit einen Anstieg der Zellenspannung
und einen größeren Energieaufwanji verursacht.
Es wurde bereits vorgeschlagen, die Fortbewegung der Gas**
bläschen von der aktiven Anodenfläche durch geneigte Kathoden· und Anodenflächen und/oder gerillte und durchlöcherte Anodenplatten zu erleichtern.
Durch die grobe Durchlöcherung der Anodenplatten, wie sie
beispielsweise in der US-Patentschrift Nr. 33o8o43 vorge-
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schlagen wird, kann wohl für größere Gasbläschen der Aufsteigeweg
verkürzt werden, Jedoch geht ein erheblicher Teil aktiver Anoden-Oberfläche verloren.
Durch die differenzierte Struktur der aktiven Anodenfläche
ergibt sich eine ungleichmäßige Stromverteilung. Die sehr kleinen Gasbläschen, die bei einer besonders hohen Stromdichte
entstehen und zur Schaumbildung beitragen, haben Jedoch eine so geringe Aufsteigegeschwindigkeit, daß sich durch eine derartige
Konstruktion kein wesentlicher Vorteil erzielen läßt. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein
Verfahren zu finden, durch das sich bei gleicher Zellengröße eine größere Zellenleistung erzielen läßt. Die hierfür erforderliche
Erhöhung der Stromdichte bei gleicher oder kleinerer Zellenspannung kann am wirkungsvollsten durch eine Änderung der
StrömungsVerhältnisse im Reaktionsraum zwischen Anode und
Kathode erreicht werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß
die Prischsole im Bereich Jeder einzelnen Anodenplatte zugeführt und über die aktive, dem Reaktionsraum zugekehrte Anodenoberfläche
gleichmäßig verteilt wird.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eignet sich eine Vorrichtung, die durch mindestens einen hohlen Anodenschaft
Je Anode gekennzeichnet ist, der mit zahlreichen in der Anodenplatte befindlichen Hohlräumen verbunden ist, deren Wandungen
auf der aktiven Seite der Anodenplatte zahlreiche kleine öffnungen aufweisen.
über die hohlen Schäfte der Anoden wird die frische Sole zugeführt
und verteilt sich in den Hohlräumen der Anodenplatte über die gesamte Anodenfläche und tritt dann durch die zahlreichen
kleinen Löcher in der aktiven Anodenfläche in den Reaktionsraum zwischen Anode und Kathode; aus.
Damit nicht alle sich im Reaktionsraum bildenden Gasbläschen
über einen großen Teil der aktiven Anodenfläche bis zum Rand der Anodenplatte wandern müssen, um aus dem Reaktionsraum zu
entweichen, ist es vorteilhaft, die Anode an den nicht hohlen Stellen der Anodenplatte ebenfalls mit zahlreichen kleinen
Löchern zu versehen, durch die sich bildende Gasbläschen vor der nachströmenden Prischsole in den oberen Zellenraum entweichen können. 10982s/1591
Die direkte Zuführung der frischen Sole in den Reaktionsraum
und der kurze Weg für die sich bildenden Gasbläschen gestatten es, die erfindungsgenäße Elektrolysezelle rait hoher Stromdichte
bei geringen Spannungsabfall zu betreiben, so daß sich die Stronausbeute wesentlich erhöht.
Der Verfahrensablauf in der Elektrolyseanlage ist in Figur 1 beispielhaft und schematisch dargestellt. Die frische Sole wird
der Anode durch das zentral angeordnete Rohr 1 aus Titan zugeführt, verteilt sich an Fuß radial in den Hohlräumen 2 der
Anodenplatte und tritt durch die Bohrungen 3 in den engen Elektrolysespalt zwischen Aaode und Kathode ein. Die verarmte Sole
strömt mit kleinen Chlorgasbläschen beladen durch die Bohrungen k in den Zellenraum aus. Dieser Schaum verläßt die Zelle durch
Rohrstutzen 5 und wird im Abscheider 6 unter tropfenweiser Zugabe von verdünnter Salzsäure bei 9 entgast. Der Anolyt strömt
d urch Stutzen 7 nach unten ab. Das Chlorgas entweicht durch Stutzen 8 nach oben.
Um die frische Sole für eine ganze Zelle gleichmäßig auf die einzelnen Anoden zu verteilen, ist jeder Anodensolezuführung
eine Düse 11 vorgeschaltet. Der Strom wird über das Kupferrohr
Io zugeführt, das außen durch ein Rohr aus Titan oder einen temperatur- und chlorbeständigen Kunststoff geschützt ist. Das
Quecksilber strömt in Richtung der Lochreihen in der Anoddenplatte,
die Sole quer zu dieser Richtung.
Die Anode besteht aus Metall, vorzugsweise aus Titan, deren aktive Fläche mit einer gegen das Passivieren und Amalgamieren
schützenden Deckschicht überzogen ist. Die Innenflächen der Anodenhohlräume müssen ebenfalls passiviert sein. Alle Bohrungen
und Schlitze der Anoden sind an der Unterseite abgerundet, um eine erhöhte Stromdichte an diesen Stellen zu vermelden, die
eine Zerstörung der schützenden Deckschicht zur Folge haben kann. Die hohle Anodenplatte hat nicht nur die Aufgabe für
eine gute Verteilung der Sole zu sorgen, sondern auch für eine gute Stromverteilung ohne nennenswerten Spannungsabfall, welcher
eine ungleichmäßige Stromdichte verursacht«
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Voraussetzung für die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist mit Rücksicht auf eine entsprechend hohe Solegeschwindigkeit im Zersetzungsraum zwischen Anode und Kathode
zum Wegspülen der Gasbläschen und zur Bildung eines fließfähigen Schaumes eine große Solemenge. Es muß mit niedriger
Verarmung gefahren werden, d.h. statt 35 g/l nach dem konventionellen Verfahren, mit einer Verarmung von etwa 5 g/l
2 2
bei einer spezifischen Belastung von 3o kA/m . Je cm Anodenfläche
und Sekunde entstehen nach Faraday o,oolo6 g Chlorgas, was bei feuchtem Chlor von etwa 75° C einem Volumen von
o,59 cm3/sec. entspricht. Für 1 to Chlor benötigte man 1,7 t NaCl, so daß bei 5 g/l Verarmung 0,36 cm^ Sole/sec, cm2
Anodenfläche benötigt werden. Das aus der Anode ausströmende Gemisch beträgt dann o,59 + 0,36 = o,95 cm^/sec. cm2. Der
Gasanteil im Schaum 1st also 62 %, Das spezifische Gewicht des Schaumes beträgt demnach rd. 0,^6 kp/1 gegenüber etwa
1,2 kp der Sole. Bei einem Elektrodenabstand von etwa o,5 nun stellt sich eine Solegeschwindigkeit im Zersetzungsraum von
etwa 0,3 m/sec. ein.
Beispiele für mögliche Anodenformen in mehreren Ansichten und Schnittdarstellungen zeigen die Figuren 2 bis 15.
In den Figuren 2 und 3, von denen Figur 2 eine Schnittdarstellung entlang der Linie a, b, c, d der Figur 3 darstellt,
ist eine steife, ebene Platte 1*1 aus Titan mit der profiliert
gepreßten Titanplatte 15 durch Schweißen verbunden. Der Rand ist durchgehend geschweißt und in den Rinnen ist die obere
Platte 15 an den Stellen der Bohrungen 4 mit der unteren Platte I1J durch Punktschweißen verbunden. In der Mitte der
Platte ist ein Rohrstutzen 16 aus Titan aufgesetzt, der mit dem Rohr 1 durch Verschrauben oder Schweißen verbunden ist.
Sein äußerer Umfang trägt Gewinde, auf welches das Kupferrohr Io für die Stromzuführung aufgeschraubt ist. Das Rohr
ist außen gegen Angriff von feuchtem Chlor durch die Hülle geschützt. Zwischen Platte 15|und Rohr Io ist eine Dichtung
angeordnet, welche durch das aufgeschraubte Kupferrohr Io angezogen
wird.
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• 5 -
Da in der Mitte der Anodenplatte unter den Anodonschaft
die Bohrungen H nicht-in der gleichen Teilunr untergebracht
werden ϊ-önnen, müssen die der Mitte zunächst liegenden
Bohrungen H in Durchmesser etwas grFPer bemessen sein,
. darit die in der Mitte entwickelten Einsehen mit der Sole
in den oberen Zellenraum austreten können.
Figur 4 ist eine Schnittdarstellung entlang der Linie a, b,
c, d der Figur 5. Sie zeigt eine Anodenausfflhrung mit beiderseits profiliert gepreßten Platten 19 und 20 aus Titan, welche
an Rand miteinander verschweißt und an den Stellen der Bohrungen U in den Rinnen 22 durch Punktschweißen verbunden sind. Die
rinnenförraigen Vertiefungen an der Unterseite der Anodenplatte
laufen durch, während die Vertiefungen auf der Oberseite, in der Mitte und durch die quer zur Ouecksilherflu-^richtung
liegenden Soleverteilungsleisten 21 unterbrochen sind. Diese Konstruktion hat den Vorteil, dass die durchlaufenden Vertiefungen
in der Mitte eine bessere Abführung des Schaumes bewirken. Die Figur 5 zeigt die Anodenplatte von oben, die
Figur 6 von unten.
Die Figuren 7,8 und 9 zeigen im Schnitt, in der Aufsicht- und in der Seitenschnitt eine weitere Anodenkonstruktion, die aus
an ihrer unteren Seite abgeflachten Rohren 23 aus Titan zusammengesetzt ist. Die Rohre sind in der Mitte mit einer querliegenden Sole- und Stronverteilungsrinne 2f verbunden. Zur
guten Soleverteilung auf alle Rohre sind die in der Mitte auf den Rohren angebrachten Zulauföffnungen so klein gehalten, dass
sie als Düse wirken. Die Rohre sind in runde Ausnehmungen in
der Verteilungsrinne 2 H eingesetzt und mit dieser verschweißt. Die Deckplatte 25 wird zuletzt aufgeschweißt. Der Soleschaum
kann aus dem Reaktionsraum durch die Spalte 26 zwischen den Rohren in den oberen Zellenraum entweichen.
Die Figuren 10, 11 und 12 sowie 13, IU und 15 zeigen im Schnitt,
in der Aufsicht und in geschnittener Seitenansicht ähnliche
AnodenkonGtruktioTien nur mit dem Unterschied, dass anstelle
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der abrißplatteten Rohre 23 Vierkant rohre 27 verwendet werden.
Bei der Anode nach Fifur 13, IU und 15 wird der Strom der
Anodenplatte über die Stronzuführungsschicnen 28 und 29 zugeführt.
Durch diese Schier.enanordnun^ soll eine noch bessere
Stromverteilung Eber die Anodenfl<iche erreicht werden.
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Claims (3)
1. Verfahren zur Elektrolyse von Alkalimetallchloridlösung mit einem zwischen Anodenplatten und Quecksilberkathode
befindlichen Reaktionsraum, dadurch gekennzeichnet, daß Frischsole im Bereich Jeder einzelnen Anodenplatte zugeführt
und über die aktive Anodenoberfläche gleichmäßig verteilt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
mindestens ein Teil der mit Gasbläschen beladenen Sole den Reaktionsraum durch öffnungen in den Anodenplatten
verläßt.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mindestens einen hohlen Anodenschaft
je Anode, der mit zahlreichen in der Anodenplatte befindlichen Hohlräumen verbunden ist, deren Wandungen auf der
aktiven Seite der Anodenplatte zahlreiche kleine öffnungen
aufweisen.
Jl. Vorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß
der nichthohle Teil der Anodenplatte durch eine Vielzahl von kleinen Offnungen durchbrochen ist.
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Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1667812 | 1968-01-20 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
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DE1667812B2 DE1667812B2 (de) | 1977-12-29 |
DE1667812C3 DE1667812C3 (de) | 1979-03-22 |
Family
ID=5686004
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1667812A Expired DE1667812C3 (de) | 1968-01-20 | 1968-01-20 | Elektrolysezelle mit dimensionsstabilen Anoden und Quecksilberkathode |
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Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE1667812C3 (de) |
FR (1) | FR2000488A1 (de) |
GB (1) | GB1259822A (de) |
NL (1) | NL6900201A (de) |
SE (1) | SE357542B (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3017006A1 (de) * | 1979-05-03 | 1980-11-13 | Oronzio De Nora Impianti | Elektrolyseverfahren und elektrolysegeraet |
-
1968
- 1968-01-20 DE DE1667812A patent/DE1667812C3/de not_active Expired
-
1969
- 1969-01-06 NL NL6900201A patent/NL6900201A/xx not_active Application Discontinuation
- 1969-01-17 SE SE00631/69A patent/SE357542B/xx unknown
- 1969-01-20 FR FR6900892A patent/FR2000488A1/fr not_active Withdrawn
- 1969-01-20 GB GB3082/69A patent/GB1259822A/en not_active Expired
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3017006A1 (de) * | 1979-05-03 | 1980-11-13 | Oronzio De Nora Impianti | Elektrolyseverfahren und elektrolysegeraet |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FR2000488A1 (de) | 1969-09-05 |
NL6900201A (de) | 1969-07-22 |
GB1259822A (en) | 1972-01-12 |
DE1667812C3 (de) | 1979-03-22 |
SE357542B (de) | 1973-07-02 |
DE1667812B2 (de) | 1977-12-29 |
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Legal Events
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