DE1671425C3

DE1671425C3 - Elektrolytische DurchfluBzelle

Info

Publication number: DE1671425C3
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: 1975-04-03
Also published as: BE710119A; DE1671425B2; DE1671425A1

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrolyiische Durchflußzellc mit einem rohrförmigen äußeren Elektrodenkörper und einem in diesen eingesetzten inneren Elektrodenkörper, an -Jeren einander gegenüberliegc.iden 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 Ende¹, 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 1 102 709 zeigt. Bei dieser bekannten Anordnung sind im Hinblick auf ein kompliziertes Durchfluüschema, bei dem sowohl der innere Elektrodenkörper

WIG aUUI UCI rVlIIgiaUIIl 1.WISIIIClI UCIII IIIUt»IVll UIIU dem äußeren Elektrodenkörper auf ihrer ganzen axialen Länge vom Elektrolyten durchströmt werden, komplizierte Durchführungs- und Anschlußteile e< forderlich.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrund-e, bei einer Durchflußzelle der eingangs urarisi^nen An, bei der jedoch das zu behandelnde Medium '-idiglich durch den Ringraum zwischen dem inneren Elektrodenkörper und dem äußeren Elekirodenkörper fließt, eine Ausgestaltung zu finden, die mit vereinfachten und daher zuverlässiger dichtenden Durchführungen auskommt.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß in dem inneren Elektrodenkörper 2 Teüräui^e ausgebildet werden, die beide sowohl mit einem axialen Zufluß bzw. Abfluß des Elektrolyten uls auch über die endnahen Radialöffnungen mit dem Elektrolyseraum verbunden sind.
Im Hinblick auf eine weitere Vereinfachung der Durchführung sind bei einer bevorzugten Ausführungsform die Durchführungen als an der Innenwand des äußeren Elektrodenkörpers und an der Außenwand des inneren Elektrudenkörpers anliegende

ίο Ringkörper ausgebildet, die in axialer Richtung von dem inneren Elekirodenkörper überragt werden, wobei dessen überragende Teile an die Stromquelle angeschlossen sind.

Der durch d>e Erfindung gewährleistete technische Fortschritt ist ohne weiteres ersichtlich; denn durch die erfindungsgemäße Aufteilung des inneren Elektrodenrohrs in 2 Teilräume sowie durch die Eigenart des Zu- und Abflußverlaufs wird mit konstruktiv einfachen Mitte'.u eine zuverlässige, von der Polaritätswahl unabhängige Wärme-, Sediment- und Gasableitung ermöglicht, und zwar auch in Fällen, in denen schwerlösliche Sedimente auftreten. Die Figur erläutert die Erfindung an Hand eines Ausführungsbe^:spiels.

Die Figur zeigt einen Schnitt durch die Elektrolysezelle. Sie besteht zunächst aus einem äußeren rohrf i-migen Elektrodenkörpe, 9. Dieser besteht aus 'inprägriertem Graphit, das als Kathode dient. Der Innendurchmesser beträgt 32 mm, die Wand-

3c stärke IO mm. In dem äußeren Elektrodenkörper ist konzentrisch cm innerer ebenfalls zylindrischer Elekirodenkörper 1 angeordnet. Dieser innere Elekirodenkörper I ragt an beiden Enden des äußerf <i Elektrodenkörpers 9 aus diesem heraus. Der innere Elektrodenkörper 1 ist ebenfalls rohrförmig ausgebildet. Er ist im Mutelteil 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 Au"endurchrnesser von 20 :.im. Da dieser Elektrodenkörper 1 als Anodeniräger 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 Jbiektroden-

körper 9 liegt innen ein zylindrisches Diaphragmarohr 8 aus mikroporösem PVC an mit einer Wandstärke von etwa 2 um. Der Außendurchmesser des Diaphragmarohrs 8 stimmt mit der Bohrung des rohrförmigen äußeren Elektrodenkörpers 9 überein.

Der eigentliche Elektrolyse!aum 11 ist durch den Zwischenraum zwischen dem inne fn Elektrodcnkörper 1 mit seiner Platinfoücnummantelung 7 und dem äußeren Elektrodenkörper 9 nit dem anliegen-

L/iap 111

des äußeren Elektrodenkörperrohrs 9 durch eine Durchführung 3, 4, 5 abgeschlossen, die sowohl als Isolierstütze zwischen dem äußeren Elektrodenkür per 9 und dem inneren Elektrodenkörper 1 als auch zur Abdichtung für den Elektrolyseraum Il dient.

Die Durchführung besteht aus einem Stopfbuclisenschraubkörper 3 aus PVC mit Innengewinde, der mit Führungsbohrungen für einen Steckschlüssel versehen ist. Zur Durchfüiirung gehört weiter eine Packung 4 zur Abdichtung aus Neoprene und eine

Distanzscheibe 5 aus PVC. Die beiden voneinander getiennten Teilräume 1 α und 1 b der inneren Elektrode 1 stehen über Durchbräche 6, die innerhalb des äußeren Elektrodenkörpers 9 nächst den Durch-

führungen 3, 4, 5 angeordnet sind, mil dem Elektro-Jvseraum 11 an seinen beiden Ei:Jen in Verbindung. Ai. dem äußeren Elektrodenkörper y ist zur Stromzuführung eine Anschlußmanschette 10 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 hcrausragenden Enden; die in diesem Fall positiven Stromschienen sind mit je 2 Kontermuttern fest v^rschraubt.

Die Teilräume ί α und 1 b des inneren Elektrodenkörpers 1 sind an ein Umwälzsystem für die Elektrolyscflüssigkeit angeschossen. Diese wird auf der einen Seite der Elektrolvezc'K'· durch die Durchbrüche 6 in den Elektroiyserius: *' gedrückt, den sie durchströmt und am a;i-Jer>.:. '-!nde wiederum durch die Durchbrüche 6 v.-r; ',

Als Verbundanoden =>"> t-iutm'Titan oder Platin' Tantal lassen sich z. ^p e"jf folgende Weise hergestellte Anoden ves «-vien:

1. durch galvanische oder thermische Auftragung von Platin,

2. durch Punktschweißen von Platinfolien,

3. durch eine mechanische Befestigung von Platinfoüen 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 Diperschwe'elsäure bzw. ihrer Salze, vorzugsweise für die Hei stellung von Kaliumpersulfat.

Aufbau der Zelle: Das Außenrohr fungiert als Kathode. Es besteht aus imprägnierter" ⁿ phit. Das inr 5re Anodenträgerrohr ist aus Titan hergestellt und am Mittelteil mit einer Piatinfolie umlegt. Für die isolierenden Stopfbuchsen wird Hart-PVC verwendet und als Abdichtungsmpterial aktivsauerstoffbeständiger weicher Kunststoff. Der Elektrodenabstand betragt 5 mm.

Es wurde eine Kaliumbisulfat-Lösung bestehend aus 4,1 η Schwf fehäwre 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. Dav^n waren etwa 9O°/o in der Leitung suspendiert, der Rest in Lösung. Die Kühlung erfolgte außerhalb der Zelle. Elektro'.ysicrt wurde bei 2V C. Die Strömungsgeschwindigkeit in

■ -» ii. i_ .<-.._ Λ O — /

UCI i'-CIIC LJtUUg W₁U III/ 3UV .

Die Zelle arbeitete mit einer Stromausbeute von 75°/o bei 4,8 Volt Spannungsabfall.

Beispiel 2

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

Aufbau der Zelle: Als Kathode dient das Außenrohr, es besteht aus Eisen. Das innere Anodenträgerrohr ist aus T'tan hergestellt und trägt auf dem äußeren Mitteistück eine Platinschicht als Anode. Für die iso'..,renden Stopfbüchsen wird Polytetrafluoräthylen ver sendet 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 dnd 3 g/l Natriumbichromat enthielt. Der Elektrolyt wurde mitteis einer Pumpe solange im Kreislauf durch die Zelle gedruckt, bis eine Natriumchlorat-Konzentration von 3,3MoI-! 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 msec. Bei einer anodischtn Strombelastung von 0.Ί4 A/cm² und einem Spannungsabfall von 3,2 Volt a:"oeitete die Zelle mit 90,4% Stromausbeute.

B e i s ρ i e I 3

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

Aufbau der Zelle: Das Außenrohr besteht aus imprämiiertem Graphit und dient als Anode. Das innere Rohr ist in diesem Falle die Kathode und besteht aus Eisen. Für d isolierenden Stopfbüchsen wird Hart-PVC verwendet und als Abdichtungsmaterial Polychlorisopren. Der Elektrodenabstand beträgt 10 mm.

Als Elektrolyt dient eine 3,4 molare Kochsalzlösung mit 10 g/l Natriumbichromat und '"g/l Natriumhydroxyd, in der 100 g/l Bleioxyd oder Mennige suspendiert waren. Der Suspensicnselektrolyt

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 betrieber· Bei 0,5 A/cm² Anodenbelastung stellt sich eine Zellenspannung von 4,5 Volt ein und 86,5% der aufgewendeten Strommenpe 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 nrkroporösem 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 leichte: Entweichen der. kathodisch gebildeten Wasserstoffs sorgen, wird

enganpassend in das Bleirohr eingeschoben. Der

Elektrodenabstand beträgt 5 mm. Die isolierenden

Stop ".luchsen bestehen aus Hart-PVC und das Ab-

dichtungsmaterial aus Polychloroprene-Kautschuk.

Elektrolysiert wurde eine gesättigte Ammoniumbi-

sulfat-Lösung bei 25 C. Der Elektrolyt wurde dabei solange im Kreislauf dur:h die Zelle gepumpt, bis etwa 1 Mol/l Ammoniumpersulfat gebildet war. Die Kühlung des Elektrolyten erfolgte außerhalb der Zelle. Die spezifische A.nodenbelastung 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 errechnete sich eine Stromausbeute von 78%.

Hierzu 1 Blatt Z;ichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektrolytische Durchflußzelle mit einem rohrförmigen äußeren Elektrodenkörper und einem in diesen eingesetzten inneren Elcktrodenkörper, 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 Radialiffnungen vom Elektrolyten durchflossen wird, dadurch gekennzeichnet, daß in dem inneren Elektrodenkörper (1) 2 Teilräume (1 a, 1 m ausgebildet sind, die beide sowohl mit einem axialen Zufluß bzw. Abfluß des Elektrolyten als auch übe" die endnahen Pidialöffnungen mit dem Elektrolyseraum verbunden sind.

2. Elektronische Durchflußzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchführungen ( 3, 4, 5) als an der Innenwand 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.