DE1671425B2

DE1671425B2 - Elektrolytische Durchflußzelle

Info

Publication number: DE1671425B2
Application number: DE1671425A
Authority: DE
Inventors: Herbert 8021 Hoellriegelskreuth 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: 1974-08-15
Also published as: DE1671425C3; DE1671425A1; BE710119A

Description

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Die Erfindung betrifft eine elektrolytische Durchflußzelle mit einem rohrförmigen äußeren Elektrodenkörper und einem in diesen eingesetzten inneren Elektrodenkörper, an deren einander gegenüberliegenden Wänden Elektroden gebildet sind, die zwischen sich einen von einem Elektrolyten durchflossenen Elektrolyseraum definieren und an eine Stromquelle angeschlossen sind, wobei der innere ESektrodenkörper durch elektrisch isolierende und abdichtende Durchführungen an den Enden des äußeren Elektrodenkörpers geführt und über axiale Endöffnungen sowie endnahen Radialöffnungen vom Elektrolyten durchflossen wird.

Solche elektrolytische Durchflußzellen sind bekannt, wie z. B. die deutsche Auslegeschrift 5<> 709 zeigt. Bei dieser bekannten Anordnung sind im Hinblick auf ein kompliziertes Durchflußschema, bei dem sowohl der innere Elektrodenkörper wie auch der Ringraum zwischen dem inneren und dem äußeren Elektrodenkörper auf ihrer ganzen axialen Länge vom Elektrolyten durchströmt werden, komplizierte Durchführungs- und Anschlußteile erforderlich.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einer Durchflußzelle der eingangs umrissenen Art, bei der jedoch das zu behandelnde Medium lediglich durch den Ringraum zwischen dem inneren Elektrodenkörper und dem äußeren Elektrodenkörper fließt, eine Ausgestaltung zu finden, die mit vereinfachten und daher zuverlässiger dichten- ⁶S den Durchführungen auskommt.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß in dem inneren Elektrodenkörper Die^e Figur zeigt einen Schnitt durch die Elektrolysezelle. Sie besteht zunächst aus einem äußeren rohrförmigen Elektrodenkörper 9 Dieser besteht aus imprägniertem Graphit, das als Kathode dient. Der Innendurchmesser beträgt 32 mm die Wandstärke 10 mm. In dem äußeren Elektrodenkorper ist konzentrisch ein innerer ebenfalls zylindrischer Elektrodenkörper 1 angeordnet. Dieser innere Elektrodenkörper 1 ragt an beiden Enden des äußeren E ektrodenkörpers 9 aus diesem heraus. Der innere Eiektrodenkörper 1 ist ebenfalls rohrförmig ausgebildet. Er ist im Mittelteil unterbrochen und durch eine Trennwand 12 in zwei Teilräume 1 α und 1 b 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. In dem rohrförmigen äußeren Eiektrodenkörper 9 liegt innen ein zylindrisches Diaphragmarohr 8 aus mikroporösem PVC an mit einer Wandstärke von etwa 2 mm. Der Außendurchmesser des Diaphragmarohrs 8 stimmt mit der Bohrung des rohrförmigen äußeren Elektrodenkörpers 9 uberein. Der eigentliche Elektrolyseraum 11 ist durch den Zwischenraum 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 Elektrodenkörperrohrs 9 durch eine Durchführung 3, 4, 5 abgeschlossen, die sowohl als Isolierstütze zwischen dem äußeren Eiektrodenkörper 9 und dem inneren Elektrodenkörper 1 als auch, zur Abdichtung für den Elektrolyseraum 11 dient. Die Durchführung besteht aus einem Stopfbuchsenr schraubkörper 3 aus PVC mit Innengewinde, der mit Führungsbohrungen für einen Steckschlüssel versehen ist. Zur Durchführung gehört weiter eine Packung 4 zur Abdichtung aus Neoprene und eine Distanzscheibe 5 aus PVC. Die beiden voneinander getrennten Teilräume 1 α und 1 & der inneren Elektrode 1 stehen über Durchbriiche 6, die innerhalb des äußeren Elektrodenkörpers 9 nächst den Durch-

führungen 3, 4, 5 angeordnet sind, mit dem Elektrolyseraum 11 an seinen beiden Enden in Verbindung. An dem äußeren Elektrodenkörper 9 ist zur Stromzuführung eine Anschlußmanschette J.O 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 in diesem Fall positiven Stromschienen sind mit je 2 Kontermuttern fest vers-chraubt

Die Teilräume la und Ib des inneren Elektrodenkörpers 1 sind an ein Umwälzsystem für die Elektrolyseflüssigkeit angeschlossen. Diese wird auf der einen Seite der Elektrolyezelle durch die Durchbräche 6 in den Elektrolyseraum 11 gedrückt, den sie durchströmt und am anderen Ende wiederum durch die Durchbrüche 6 verläßt.

Als Verbundanoden aus Platin/Titan oder Platin/ Tantal lassen sich z. B. auf folgende Weise hergestellte Anoden verwenden:

1. durch galvanische oder thermische Auftragung von Platin,

2. durch Punktschweißen von Platinfolien,

3. durch eine mechanische Befestigung von Platinfolien oder Drähten,

4. 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 vcn Kaliumpersulfat.

Aufbau der Zelle: Das Außenrohr fungiert als Kathode. Es besteht aus imprägniertem Graphit. Das innere Anodenträgerrohr ist aus Titan hergestellt und am Mittelteil mit einer Platinfolie umlegt. Für die isolierenden Stopfbuchsen wird Hart-PVC verwendet und als Abdichtungsmaterial aktivsauerstoffbeständiger weicher Kunststoff. Der Elektrodenabstand beträgt 5 mm.

Es wurde eine Kaliumbisulfat-Lösung bestehend aus 4,1 η Schwefelsäure und 2,6 η Kaliumsulfat elektrolysiert. Mittels einer Pumpe wurde der Elektrolyt solange im Kreislauf durch die Zelle gedrückt, bis eine Anreicherung von 0,3 Mol/l Kaliumpersulfat vorhanden war. Davon waren etwa 90% in der Lösung suspendiert, der Rest in Lösung. Die Kühlung erfolgte außerhalb der Zelle. Elektrolysiert wurde bei 25° C. Die Strömungsgeschwindigkeit in der Zelle betrug 0,8 m/sec.

Die Zelle arbeitete mit einer Stromausbeute von 75% bei 4,8 Volt Spannungsabfall.

Beispiel 2

Die erfindungesmäße Zelle ohne Diaphragma eignet sich auch vorzüglich für die elektrolytische Chloratherstellung vorzugsweise für die Natriumchloratherstellung.

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 Platinschicht als Anode. Für die isolierenden Stopfbüchsen wird Polytetrafluoräthylen verwendet und als Abdichtungsmaterial Polychlorisopren. Der Elektrodenabstand beträgt 8 mm.

Es wurde eine Lösung elektrolysiert, die 3,1 Mol/l Natriumchlorat, 1,4 Mol/l Natriumchlorid und 3 g/l Natriumbichromat enthielt Der Elektrolyt wurde mittels einer Pumpe solange im Kreislauf durch die Zelle gedrückt, bis eine Natriumchlorat-Konzentration von 3,3Mol/l erreicht war. Die Elektrolyse wurde bei 70° C im pH-Bereich von 6,5 bis 6,9 betrieben. Die ίο Strömungsgeschwindigkeit in der Zelle betrug etwa 0.6 m/sec. Bei einer anodischen Strombelastung von 0,14 A/cm² und einem Spannungsabfall von 3,2 Volt arbeitete die Zelle mit 90,4% Stromausbeute.

Beispiel3

Die erfindungsgemäße Zelle eignet sich ohne Diaphragma für die indirekte Herstellung von Bleidioxyd.

Aufbau der Zelle: Das Außenrohr besteht aus im-

ϊο prägniertem Graphit und dient als Anode. Das innere Rohr ist in diesem Falle die Kathode und besteht aus Eisen. Für die isolierenden Stopfbüchsen wird Hart-PVC verwendet und als Abdichtungsmaterial Polychlorisopren. Der Elektrodenabstand

as beträgt 10 mm.

Als Elektrolyt dient eine 3,4 molare Kochsalzlösung mit 10 g/l Natriumbichromat und 5 g/l Natriumhydroxyd, in der 100 g/l 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 elektrolytisch entstandene Natriumhypochlorit zu Bleidioxyd oxydiert war. Die Strömungsgeschwindigkeit erreichte einen Wert von etwa 1 m/sc. Die Elektrolyse wurde bei 75° C betrieben.

Bei 0,5 A/cm² Anodenbelastung stellt sich eine

Zellenspannung von 4,5 Volt ein und 86,5% der aufgewendeten Strommenge beteiligte sich an der Bildung des Bleidioxyds.

Beispiel 4

Die erfindungsgemäße Zelle eignet sich für die Herstellung von Ammoniumpersulfat, wenn ein entsprechendes Diaphragma eingebaut wird.

Aufbau der Zelle: Das Außenrohr aus Blei dient als Kathode. Das innere Anodenträgerrohr ist aus Tantal 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 etwa 2 mm, das auf 3/4 seiner Länge mit 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 Ammoniumbi-

sulfat-Lösung bei 25° C. Der Elektrolyt wurde dabei solange im Kreislauf durch die Zelle gepumpt, bis etwa 1 Mol/l Ammoniumpersulfat gebildet war. Die Kühlung des Elektrolyten erfolgte außerhalb der Zelle. Die spezifische Anodenbelastung betrug

0,8 A/cm², wobei sich eine Zellenspannung von 6,5 Volt einstellte. Die Strömungsgeschwindigkeit in der Zelle lag bei 0,6 m/sec.
Es erredinete sich eine Stromausbeute von 78%.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektrolytische Durchflußzelle mit einem rohrförmigen äußeren Elektrodenkörper und einem in diesen eingesetzten inneren Elektrodei»- körper, an deren einander gegenüberliegenden Wänden Elektroden gebildet sind, die zwischen sich einen von einem Elektrolyten durchflossenen. Elektrolyseraum definieren und an eine Stromquelle angeschlossen sind, wobei der innere Elektrodenkörper durch elektrisch isolierende und abdichtende Durchführungen an den Enden des äußeren Elektrodenkörpers geführt und über axiale Endöffnungen sowie endnahe Radialöffnungen vom Elektrolyten durchflossen wird, dadurch gekennzeichnet, daß in dem inneren Elektrodenkörper (1) 2 Teilräume (la,

1 b) ausgebildet sind, die beide sowohl mit einem axialen Zufluß bzw. Abfluß des Elektrolyten als auch über die endnahen Radialöffnungen mit dem Elektrolyseraum verbunden sind.

2. Elektrolytische Durchflußzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchführungen ( 3, 4, 5) als an der Innenwand ^a5 des äußeren Elektrodenkörpers (9) und an der Außenwand des inneren Elektrodenkörpers (1) anliegende Ringkörper ausgebildet sind, die in axialer Richtung von dem inneren Elektrodenkörper (1) überragt werden, wobei dessen überragende Teile an die Stromquelle angeschlossen sind.

? Teilräume ausgebildet werden, die beide sowohl mit euSr^aleJ Zufluß bzw Abfluß des Elektroden als auch über die endnahen Radialoffnungen mit dem Elekirolyseraum verbunden sind.

Im Hinblick auf eine weitere Vereinfachung der Durdiführung sind bei einer bevorzugten Ausführunesform die Durchführungen als an der Innenwand des äußeren Elektrodenkörpers und an der Außenwand des inneren Elektrodenkorpeis anhegende Ringkörper ausgebildet, die in axialer Richtung von dem inneren Elektrodenkörper überragt werden, wobei dessen überragende Teile an die Stromquelle an-

r5rdSchdie Erfindung gewährleistete technische Fortschritt ist ohne weiteres ersichtlich; denn durch die erGndungsgemäße Aufteilung des inneren Elekrrodenrohrs in 2 Teilräume sowie durch die Eigenart des Zu- und Abflußverlaufs wird mit konstruktiv einfachen Mitteln eine zuverlässige von der Pojantätswahl unabhängige Wärme-, Sediment-und Gasableitung ermöglicht, und zwar auch in Fallen, in denen schwerlösliche Sedimente auftreten. Die Figur erläutert die Erfindung an Hand eines Ausfuhrungs-