DE1671425A1

DE1671425A1 - Elektrolytische Durchflusszelle

Info

Publication number: DE1671425A1
Application number: DE19671671425
Authority: DE
Inventors: Herbert Junge
Original assignee: United Initiators GmbH and Co KG
Current assignee: United Initiators GmbH and Co KG
Priority date: 1967-01-30
Filing date: 1967-01-30
Publication date: 1972-01-05
Also published as: DE1671425C3; BE710119A; DE1671425B2

Description

Elektrolytische Durchflußzelle Aufgabe war es, durch Gestaltung der Zelle und Anordnung der Elektroden eine solche elektrolytische Zelle zu schaffEn, die einerseits kein gesondertes Zellengefäß benötigt und andererseits eine hohe Strömungsgeschwindigkeit des Elektrolyten ermöglicht, welch letztere nicht nur die bei der Elektrolyse entstehenden Wärmetönungen und Elektrolyseab. gase ableiten und dadurch unschädlich machen soll, sondern die darüber hinaus dazu dienen soll, möglicherweise ent-. stehende schwerlösliche Elektrolyseprodukte rasch mitzureißen und so vollständig und ohne Verstopfungsgefahr aus dem Elektrolysebereich zu transportieren. Dabei sollte die Stromzuführung für die Elektroden in einfacher Formerfolgen; beide.Elektroden sollten wahlweise entsprechend dem jeweiligen elektrochemischen Prozeß als .Anode oder Kathode dienen können, und zugleich sollte in der Zelle gegebenenfalls auch die Anbringung eines Diaphragmas möglich sein.
Es ist an sich bekannt, den Elektrolyten an der Stelle, an der der Strom in ihn eintritt, in ständiger Bewegung zu halten. So ist beispielsweise eine Vorrichtung bekannt, bei der eine Elektrode die innere Wandung eines nach außen isolierten Gefäßes bildet, das mit einer Öffnung für den Stromdurchgang zu der anderen außerhalb liegenden Elektrode versehen ist. Hierbei wird der Elektrolyt durch die eine röhrenförmige Elektrode in ein'Gefäß geleitet, in das in bekannter Weise eine zweite Elektrode eingeführt ist, und aus welchem die elektrolysierte Flüssigkeit entsprechend der ETektrolytzufuhr durch einen Abfluß überläuft. Abgesehen davon, daß hierbei ein zusätzliches Elektrolysegefäß benötigt wird wie. bei den alten klassischen Elektrolyseverfahren, ist allein durch die mehrfache Richtungsönderung des Elektrolytflusses ein vollständiger Abtransport eventuell entstehender schwerlöslicher Elektrolysepr.odukte unmöglich, das heißt, derartige Produkte sammeln sich in unerwünschter Menge trotz der Flüssigkeitsströmung auf dem Boden des Elektrolys.egefässes an und verhindern: so eine kontinuierliche Abwicklung derartiger Verfahren, ganz abgesehen davon, daß für die Abfuhr bei der Elektrolyse entstehender Gase gesonderte Vorrichtungen getroffen werden müssen.
Bei einem anderen Verfahren wird der Elektrolyt dadurch in ständiger Bewegung gehalten, daß in einem besonders gestalteten Elektrolysegefäß Druckluft eingeleitet wird.. Die Elektrolyse erfolgt dann durch übliche Elektroden. Der Elektrolyt wird kontinuierlich durch die Zelle geleitet. Ein vollkommener Abtransport möglicherweise entstehender schwerlöslicher Elektrolyseprodukte- ist auch bei dieser, durch die Druckluftzufuhr besonders komplizierten Apparatur nicht gewährleistet, da Querschnittsänderungen verschiedene Strömungsgeschwindigkeiten bedingeh und dadurch Sedimentationen ermöglichen.
Bekannt ist weiterhin eine koaxiale Anordnung .der Elektroden, bei der die innere Elektrode von Kühlwasser durchflossen wird, das sich beim Abfluß mit der elektrolysierten Flüssigkeit vermischt und diese verdünnt. Eine solche Vorrichtung eignet sich wohl zur Einspeisung von Bleichflüssigkeiten, ist aber natürlich dann völlig ungeeignet, wenn man die Herstellung schwerlöslicher Oxydationsprodukte beabsichtigt, da diese sich durch das verdünnende Kühlwasser vor einer Abtrennung auflösen würden.
Die Erfindung geht aus von einer el.elktrolytischen Durchflußzelle, gebildet von einem rohrförmigen, äußeren Elektrodenkörper und einem in diesem eingesetzten inneren Elek- -trodenkörper, an deren einander gegenüberliegenden Wänden Elektroden gebildet sind, welche zwischen. sich einen von einem Elektrolyten durchflossenen Elektrolyseraum definieren und an eine Stromquelle angeschlossen sind iund besteht darin., daß der innere Elektrodenkörper durch elektrisch isolierende und abdichtende Durchführungen an den Enden de:s äußeren Elektrodenkörpers hindurchgeführt ist und daß der innere Elektrodenkörper für die Zu- und Abführung der Elektrolysenflüssgket innere Durchflußkanäle im Bereich der Durchführungen aufweist, welche in den Elektrolyseraum münden. Es ist also kein gesondertes Zellengefäß notwendig. Die Strömungsführung ist überall gleichbleibend; die Sedimentbildung ist verhindert. Die erfindungsgemäße Zelle ist deshalb dann besonders vorteilhaft, wenn sich schwerlösliche Elektrolyseprodukte bilden. Die Zelle soll zugleich in der Zage sein, entstehende Wärmetönungen und Elektrolysegase direkt abzuleiten. Die beiliegende Figur erläutert die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels.
Die Figur zeigt einen Schnitt durch: die Elektrolysezell.e. Sie besteht zunächst aus einem äußeren rohrförmigen Elektrodenkörper 9. Dieser besteht aus imprägnierten Graphit, das als Kathode dient. Der Innendurchmesser beträgt 32 mm, die Wandstärke 10 mm. In dem äußeren Elektrodenkörper ist konzentrisch ein innerer ebenfalls zylindrischer Elektrodenkörper 1 angeordnet. Dieser innere Elektrodenkörper 1 ragt an beiden Enden des äußeren Elektrodenkörpers 9 aus diesem heraus. Der innere Elektrodenkörper 1 ist ebenfalls rohrförmig ausgebildet. Er ist im-Mittelteil unterbrochen und durch eine Trennwand 12 in zwei Teilräume 1a und 1b unterteilt. Das Rohr hat eine Wandstärke von 2 mm und einen Außendurchmesser von 20 mm. Da dieser Elektrodenkörper 1 als Anodenträger verwendet wird, eignet sich als Material Titan. Der Elektrodenkörper 1 ist im Inneren-des Elektrodenkörpers 9 mit einer Platinfolienummantelung 7, die als Anode dient, umgeben. Indem rohrförmigen äußeren ElektrodQnkörper 9 liegt innen ein zylindrisches Diaphragmarohr 8 aus mikroporösem PVC an. mit einer Wandstärke von ca. 2 mm. Der Außendurchmesser des Diaphragmarohres 8 stimmt mit der Bohrung des rohrförmigen äußeren Elektrodenkörpers 9 überein. Der eigentliche Flektrolyseraum 11 ist durch den-ZWlschen# raum zwischen dem inneren Elektrodenkörper 1 mit seiner Platinfolienummantelung 7 und dem äußeren Elektrodenkörper 9 mit dem anliegenden Diaphragma 8 definiert. Er ist an beiden Enden des äußeren Elektrödenkörperrohrs 9 durch eine Durchführung 3, 4,-5 abgeschlossen, die- sowohl als Isolierstütze zwischen dem äußeren Elektrodenkörper 9 und dem inneren Elektrodenkörper 1 als auch zur Abdichtung für-den Elektrolyseraum 11 dient. Die Durchführung besteht aus einem Stopfbuchsenschraubkörper 3 aus PVC mit Innengewinde, der mit Führungsbohrungen für einen Steckschlüssel versehen ist. Zur Durchführung gehört weiter eine Packung ¢ zur Abdichtung aus Neoprene und eine Distanzscheibe 5 aus PVC. Die beiden voneinander getrennten Teilräume 1a und 1b der inneren Elektrode 1 stehen über Durchbrüche 6, die innerhalb des äußeren Elektrodenkörpers 9 nächst den Durchführungen 3,-4, 5 angeordnet sind, mit dem Elektrolyseraum 11 an seinen beiden Enden in Verbindung. An. dem äußeren Elektrodenkörper 9 ist zur Stromzuführung eine-Anschlußmansehette für den Anschluß der in diesem Fall negativen Stromschiene angebracht. Die Stromversorgung des inneren Elektrodenkörpers 1 erfolgt an den beiden aus dem äußeren Elektrodenkörper 9 herausragenden Enden; die indiesem Fall positiven Stromschienen sind mit je zwei Kontermuttern. fest verschraubt. Die Teilräume -1a und 1b des inneren Elektrodenkörpers 1 sind an ein Umwälzsystem für die Elektrolyseflüs igkeit angeschlossen. Diese wird auf der einen Seite der Elektroly-sezelle durch die DurchbrUche 6 in den Elektrolyseraum 11 gedrückt, den sie durchströmt und am anderen Ende wiederum@durch die Durchbrüche 6 verläßt.
Die Verbundanoden aus Platin/Titan oder Platin/Tantal lassen sich auf verschiedene Weise herstellen" z.B.: 1. durch galvanische oder thermische Auftragung von Platin, 2. durch Punktschweißen von Platinfolien;, 3. durch eine mechanische Befestigung von Platinfolien oder Drähten, ¢. durch Aufkleben von Platinfolien mit einem elektrisch leitenden Metallkleber.
In den folgenden Beispielen soll die Verwendung der erfindungsgemäßen Zelle demonstriert werden: Beispiel 1 Die erfindungsgemäße Zelle ohne Diaphragma eignet sich besonders für die Herstellung von Diperschwefelsäure bzw. ihrer Salze, vorzugsweise für die Herstellung von Kaliumpersülfat. Aufbau der Zelle s .Das Außenrohr fungiert als Kathode. Es besteht aus imprägnierten Graphit. Das innere Anodenträgerrohr ist aus.Titan hergestellt und am Mittelteil mit einer Platinfolie umlegt. Für die isolierenden Stopfbüchsen wird Hart-PVC verwendet und als Abdichtungsmaterial aktivsauerstoffbeständiger weicher Kunststoff. Der.Elektrodenabatand . beträgt 5 mm.
Es wurde eine Kaliumbisulfat-Lösung bestehend aus 4,1 n Schwefelsäure und 2,6 n Kaliumsulfat elektrolysiertMittels einer Pumpe wurde der Elektrolyt solange im Kreislauf durch die Zelle .gedrückt, bis eine Anreicherung von 0,3 Mol/1 galiumpersulfat vorhanden war. Davon waren ca. 9o% in der Lösung suspendiert, der Rest in Lösung. Die Kühlung erfolgte außerhalb der Zelle. Elektrolysiert wurde bei 250C. Die Strömungsgeschwindigkeit in der Zelle betrug o,8 m/sec.
Die Zelle arbeitete mit einer Stromausbeute von 75g& bei 498 Volt Spannungsabfall.
Beispiel 2 Die erfindungsgemäße Zelle ohne Diaphragma eignet sich auch vorzüglich für die elektrolytische.Chloratherstellung, vorzugsweise für die Natriumchloratherstellun&.

Aufbau der Zelle: Als Kathode dient das ,Aussenrohr, es besteht aus Eisen. Das innere Anodenträgerrohr ist aus Titan hergestellt und trägt auf dem äußeren Mittelstück eine Pla-

tänsehicht als .Anode. Pür die isolierenden ;topf'chen

wird. Poly-tetrafluoräthyleh voY-nqendet d: als Abdihtigs-

material Polychlorisuprene Der Blektradenabstand beträgt 8 mm.

Es wurde eine Lösung elektrolysiert, die 391 Mol/2 N'atrium-

chlorat, '1,4- Mol/1 Natriumehlorid und: g/l Natrumbichromat

enthielt. Der Elektrolyt wurde mittels einer Pumpe solange

im Kreislauf durch die Zelle gedrückt, bis eine Natrium-

ehlorat-Konz-entration von 3,3 Mol/1 erreicht war. Die Elek-

trolyse wurde bei 7000 und im pH-Bereich von 6,5 bis 699 _

betrieben. Die Strämungsgesohwindigkeit in der-Zelle betrug

ca0t,:6 m/sec. Bei einer anodisehen Strombelastung von 004

A/em und einem Spannungsabfall von 3,2 Volt arbeitete die

Zelle mit 90,4% Stromausbeute.

Beispiel 3

Die erfindungsgemäße Zelle eignet sich ohne Diaphragma

für die indirekte Herstellung, von Bleidiodß

Aufbau der Zelle:- Das Außenrohr besteht aus-imprägniertem

Graphit und dient als Anode. Das innere Rohr isst in diesem

Falle die Kathode und besteht aus Eisen. für die isolieren-

den Stopfbüchsen wird Hart-PVC verwendet und als Abdichtungs-

material Polyehlorisopren. Der Elektrodenabstand beträgt

10 mm.

Als Elektrolyt dient eine 3.4 molare Kochsalzlösung mit

u. 3 &Z1 Natriuuhydryxrd

g a rium biehroma-V, in der 1001g/1 Bleioxyd oder Mennige

suspendiert waren. Der Suspensionselektrolyt wurde mittels einer Pumpe so lange im Kreislauf durch die Zelle gedrückt, bis der gesamte Anteil. Bleioxyd durch das elektro.lytis-ch entstandene Natriumhypochlorit zu Bleidioxyd oxydiert war. Die Strömungsgeschwindigkeit erreichte einen Wert von ca 1m/sea..Die Elektrolyse wurde bei 750C betrieben.

Bei 0,5 A/em2 Anodenbelastung stellt sich eine Zellenspannung von 4,5 Volt ein und 86,5f der aufgewendeten Strommenge beteiligte sich an der Bildung des Bleidioxyds. BeisEiel 4 -Die erfindungsgemäße Zelle eignet sich für die Herstellung von Ammonumpersulfat, wenn ein entsprechendes Diaphragma eingebaut wird* Aufbau der Zelle: Das Außenrohr aus Blei dient als Kathode. Das innere Anodenträgerrohr ist aus Tontal hergestellt. und auf dem mittleren Teil des Rohres ist eine Platinfolie -befestigt-. Ein drittes Rohr, so lang wie die arbeitende Kathodenfläche, hergestellt aus einem mikroporösem Polystyrol oder Polyäthylen als Diaphragma, mit einer Wandstärke von ca. 2mm, das auf 3/4 seiner Länge mit 4 Längsschlitzen von 1 mm Breite versehen ist, die für leichtes Entweichen des kathodisch gebildeten Wasserstoffs sorgen, wird enganpassend in das Bleirohr eingeschoben. Der Elektrodenabstand beträgt 5 mm. Die isolierenden Stopfbüchsen bestehen aus Hart-PVC und das ,Abdichtungsmaterial aus Polychloroprene-Kautschuk. Elektrolysiert wurde eine gesättigte Ammoniumbisulfat-Lösung bei 25°C. Der Elektrolyt wurde dabei solange im Kreislauf durch die Zelle gepumpt, bis etwa 1 Mol/1 Ammoniumpersulfat gebildet war. Die Kühlung des Elektrolyten erfolgte außerhalb der Zelle. Die spezifische Anodenbelastung betrug `0,8 Amp/cm2, wobei sich eine Zellenspannung vbn-6,5 Volt einstellte. Die Strömungsgeschwindigkeit in der Zelle lag bei 0,6 m/sec.
Es errechnete sich_eine Stromausbeute von 78,0,%.

Claims

Patentansprüche 1. Elektrolytische Durchflußzelle gebildet von einem . rohrförmigen, äußeren Elektrodenkörper und einem in diesem eingesetzten inneren Elektrodenkörper, an deren einander gegenüberliegenden Wänden Elektroden gebildet sind, welche zwischen sich einen von einem Elektrolyten durchflossenen"Elektrolyseraum definieren und an eine Stromquelle angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Elektrodenkörper (1) durch elektrisch isolierende und abdichtende Durchführungen (3, 45) an den Enden des äußeren Elektrodenkörpers (9) hindurchgeführt ist und daß der innere Elektrodenkörper (1) für die Zu- arid Abführung der Elektrolysenflüssigkeit innere Durchflußkanäle (1a, 1b) im Bereich der Durchführungen (3, 4, 5) aufweist, welche (bei (6)) in den Elektrolyseraum (11) münden.
2. Durchflußzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet9 daß der innere Elektrodenkörper (1) als Rohr ausgebildet ist, dessen Innenraum (12) an mittlerer Stelle in zwei Teilräume (1a, 1b) unterteilt ist, welche die Zuflußkanäle bilden und auf der Elektrolyseraumseite der Durchführungen C, 4, 5) über Rnhrdurchbrechungen (6) mit dem Blektrolyseraum (11.verbunden sind.
3. Durchflußzelle nach .Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, da,ß eine die Teilräume (1a, 1b) voneinander trennende Zwischenwand (12) in axialer Richtung gemessen geringe Ausdehnung gegenüber der Länge der Zelle besitzt.
4. Durchflußzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, da.ß der äußere Elektrodenkörper (9) und der innere Elektrodenkörper (1) von zylindrisehen Röhren gebildet sind.
5. DurchfluBzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Blektrodenkörper (1, 9) koaxial. zueinander angeordnet sind.
6. Durchflußzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, da.ß mindestens einer der Elektrodenkörper (1, 9) unmittelbar als Elektrode dient.
7. Durchflußzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Elektrodenkörper (1, 9) als Träger für einen Elektrodenbelag (7) dient. B.
Durchflußzelle nach einem der Ansprüche 1 bis ?a ' dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Elektrodenkörpern (1, 9) ein Diaphragma (S) angeordnet ist.
9..Durchflußzelle nach: einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch: gekennzeichnet, daß die Stromzuführung für den äußeren -Elektrodenkörper (9) eine diesen.zwischen den Durchführungen (3, 4, 5) umschließende Anschlußmanschette (1Q) aufweist.
10. Durchflußzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Elektrodenkörper (1) außerhalb des äußeren Elektrodenkörpers (9) vorzugsweise an beiden Enden der Zelle mit Stromzuführungen (2) versehen ist. 11'. Durchflußzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode am äußeren Elektrodenkörper (9) und die Anode am inneren Elektrodenkörper (1) gebildet sind. 12: Durchflußzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode am äußeren Elektrodenkörper (9) und die Kathode am inneren Elektrodenkörper (1) gebildet sind. -