-
VLEKTROZISEUR MIT HARTEN ELEKTRODEN Die Erfindung bezieht sich
auf das Gebiet der Chemie, insbesondere auf Blektroliseure, die zur Arbeit mit heterogenen,
leicht abschichtenden Elektrolyten, beispielsweise mit dem zur Gewinnung von Adiponitril
verwendeten Elektrolyt, bestimmt sind.
-
Es sind Blektrolyseure mit harten Elektroden weit be-@ kennt,
die unter anderem zur Ausführung des Zwangsumlaufs des Elektrolyts hergerichtet
sind. Als Blektrolyt für diese Elektrolyseure dienen verschiedene Lösungen.
-
Par die Elektrolyse von heterogenen Medien, z.B. für die Elektrolyse
von unbeständigen Imulsionen, sind die bekannten Elektrolyseure jedoch ungeeignet,
weil in ihnen ein Abschichtung der Emulsionen vor sich geht, was mit
vollständiger Störung des elektrochemischen Vorganges und oft mit
Betriebsausfall
der Elektroden verbunden ist.
-
Zur Vermeidung der Abschichtung von schnell entmischenden Mischungen
sind in herkömmlichen Konstruktionen der Blektrolyseure sehr große Umlaufgeschwindigkeiten
erforderlich, was eine obermäßige Vergrößerung der Pumpenanlege sowohl in
der Leistung als auch hinsichtlich ihres Raumbedarfes mit sich bringt.
-
Außerdem haben die herkömmlichen 8lektrolyseare freie
Durchgänge
für die Plassigkeit außer den Zwischenelektrodenspalten,
was zu
einer Verminderung der Geschwindigkeit des Elektrolytes in der Nähe von Elektroden
und zu ungleichmäßigen Umlaufgeschwindigkeiten des Blektrolytes in verschiedenen
Teilen des Blektrolyseurs führt.
-
Die Ein- und Ausführung der Flassigkeit aus dem Elektrolyseur an einer
oder mehreren Stellen erzeugt schließlich Staubereiche des Blektrolyts und sein
Vermischen erfolgt lediglich durch Diffusion und unbedeutende Konvektionsströmungen.
-
Alles das fahrt dazu, daB selbst die Anwendung von leistungsfähigen
Pumpenanlagen bei der Elektrolyse von
leichtentmischenden Mischungen in herkömmlichen
Blektrolyseuren die Abschichtung des Xlektrolytes nicht verhindern kann, was
eine Störung des elektrochemischen Vorganges zur
Folge hat.
-
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die aufgezeigten Nachteile
zu beseitigen.
-
Der Erfindung ist die Aufgabe zugrunde gelegt, einen
Elektrolyseur
zu schaffen, in dem keine Abschichtung des
Blektrolytes vor sich
geht und eine zusätzliche Bmulgierung des umlaufenden Blektrolytes
erfolgt, wodurch die Elektro-
lyse von heterogenen schnell abachichtenden
Medienbei ge-
ringeren Leistung und Ranabedarf der Pumpenanlage
erm6glicht wird.
-
Diese Aufgabe wird durch die Anwendung eines Blektro-
lyseurs
mit harten Elektroden gelöst, der für die Ausführung des Zwangsumlaufs des Elektrolyts
eingerichtet ist, in dem die Elektroden erfindungsgemäß eine solche Form
und Anordnung haben, daß der Durehflußquerachnitt des Elektrolyts im Blektrolyseur
die Querschnittsfläche von Zwischenelektrodenspelten nicht mehr
als um 50.G dbersteigt, wobei
am Ein- und/oder Ausgang des Elektrolyts
Vorrichtungen für gleichmäßige Verteilung des Blektrolytes im Innern des
'Blektrolyseurs
eingebaut sind, die beispielsweise als Git-
ter ausgeführt werden können.
-
Im erfindungsgemäßen Blektrolyseur besteht die
Katho-
de (bzw. Anode) aus einem Block mit Bohrungen,
in die Ano-
den (bzw.Kathoden) eingesetzt sind.
-
Es ist zweckmäßig, den Block mit Kanälen für
den
Durchlauf einer thermostratierenden Flüssigkeit zu verse-
hen,
die die erwähnten Blektrodenbohrungen nicht schneiden.
-
In den Zwischenelektrodenspalten können für den Elek-
trolyt
durchlässige Trennwände mit Vorsprüngen eingebaut
werden, die die
Turbulenz der ElektrolytstrOmung vergrößern.
-
In weiteren wird die Erfindung anhand der beigelegten
Zeichnungen
näher erläutert. Es zeigt
Fig.1 Längsschnitt des erfindungsgemäßen
8lektrolyseurs; Fig.2 Schnitt nach der Zinke II-II der Zig.1; Pig.3
Blektrolysezelle samt eingebauter Trennwand
mit Vorsprüngen;
Fig.4
erfindungsgemäßer Elektrolyseur, bestehend
aus drei Einheiten,
in weichen als Gehäuse
und Anode (bzw.Kathode) ein Block mit
Bohrun-
gen für den Einsatz von Kathoden (bzw.Ano°den)
ausgenutzt ist;
Fig.5 Querschnitt des oben angegebenen Blocks.
-
Der erfindungsgemäße Elektrolyseur stellt einen Satz
von
Anoden 1 (Fig.1) und Kathoden 2 dar, die in das Gehäuse
3 (Fig.2)
eingesetzt sind. Der Blektrolyt wird dem Blektrolyseur über den
in unteren Teil des Gehäuses 3 angebrachten Stutzen 4 (Fig.1) zugeführt
und, nachdem er die Zwischen-
elektrodenspalte 5 (Fig.2)
und die Montagespalte 6 durchflossen hat, als Gas-Flüssigkeit-Geaiseh
über den Stutzen 7 (Fig.1) herausgetragen.
-
Die zusätzlichen Querschnitte für den Durchgang
der
Flüssigkeit verschlechtern die Arbeit des Elektrolyseurs
und erhöhen stark die erforderliche Leistung der Pumpenaa
lege.
-
Deshalb ist es vorteilhaft, sie gleich Null oder we-
nigstens
nicht über 50% von der Quersehnittsfläche der
Zwisehenelektrodenspalte
zu halten.
-
In unteren Seil des Gehäuses 3 des Elektrolyseurs
unterhalb der Elektrode, aber oberhalb der Stutzen 4 (Fig.1)
ist das Gitter 8 fü.r die Einführung den älektrolyten
mon-
tiert.
Das andere Gitter 9 ist im oberen Teil
den Blektrolyseurgehiuses vor den Austritt den Gas-Flassigkeit-Gemisches
durch den Stutzen ? eingebaut.
-
Die Größe der Gitteröirnungen ist in Abhängigkeit
von der Viskosität und Umlaufgeschwindigkeit des Gemisches
so
gewählt, daß der Strömungswiderstand der Gitter wesent-
lich größer ist
als der Strömungswiderstand der ganzen
Strecke zwischen den Gittern
und der Abschnitte vom Stut-
zen 4 bis zum unteren Gitter 8
und vom oberen Gitter 9 bis
zum Stutzen ?.
-
Zu diesem Zweck weist das Gehäuse 3 des B7.ektrolyseurs
in oberen Teil eine Ausdehnung auf, die hinter den Gitter 9 den
fär das Durchströmen der Flüssigkeit freien
.Ausgleichskanal
10 bildet.
-
Sämtliche Elektroden werden mit Hilfe von Stabausführungen
11 und Isolierbuchsen mit Einlagen (in der Zeichnung nicht gezeigt)
an Deckel 12 befestigt.
-
für den zusätzliche Dispergieren@des umlaufenden
Ge-
misches werden zwischen den Elektroden Trennwände 13 (Fig.3)
mit Vorsprängen und Öffnungen eingebaut.
-
Zwecke vollständiger Ausschließung der freien Durch-
gänge
für den Elektrolyt außer den"Zwisehenelektrodenspalten und zur
Verminderung der Blektrolytaenge ist es zweckmäßig, einen Blektrolysear
zu verwenden, in den als Ge-
häuse und.Blektrode, z.B. Kathode,
eia Block 14 (fig.4
und 5) z.B. aus Graphit oder
einem anderen Material mit
Bohrungen 15 (Fig.5) für den Einsatz
von Anoden 16 (Fig.4) verwendet wird. Die Bohrungen 17 (Fig.5),
die die Bohrungen 15 nicht schneiden, dienen für den Durchgang
der thermostatierenden FIEisaigkeit.
-
Der Kathodenblock 14 (Fig.4) mit in ihm eingesetzten
an
Deckel 18 befestigten Anoden 16 und der Untersatz 19
mit den Gitter 20 werden
auf den Rahmen 21 aufgestellt und
an diesen als
ein Paket auf Gammizwisehenlagen mit Stift-
schrauben 22 angezogen.
Der Deckel 18 besitzt das obere
Gitter (in der Zeichnung nicht gezeigt).
Bei der Anwendung der blockweisen Konstruktion des Blektrolyseurs
laut lig.4 ist jedoch die Anwendung nur des unteren
Gitters 20 zuläs-
sig. An die seitlichen Oberflächen des Blocks
werden die
Deckel 23 mit Stutzen 24 mit Gummizwisehenlagen angebhrauit,
welche die Sammler fär die thermoatatierende Flüssigkeit
bilden.
-
Der Elektrolyseur besteht aus drei oder einer belie-
bigen
Zahl (je nach der Belastung) von Blockeinheiten 25,
die durch
einen gemeinsamen Sammler (in der Zeichnung nicht
gezeigt)
für die Zufuhr des umlaufenden Gemisches und durch
die
gemeinsamen Schienen 26 (Fig.4) vereint werden.
-
Um die maximale Turbulenz der Genischströmung
im
Zwischenelektrodenraum bei niedrigen Umlaufgeschwindigkei-
ten
des Gemisches zu erzeugen, werden zwischen den Blektro-
den
Trennwände 13 (fig.3) mit Öffnungen und Vorsprüngen eingebaut.
-
im Boden und Deckel sind der Stutzen 2? (Fig.4) für di.#- Einführung
des Elektrolytes in den Blektrolyseur und der zatutzen 28 für die Austragung des
Gas-Plüsaigkeit-Gemisches aus dem Elektrolyseur vorgesehen.
-
Der Blektrolyseur arbeitet folgenderweise.
-
Die Pumpenanlage (in der Zeichnung nicht gezeigt) erzeugt den
Zwangsumlauf des Gemisches im geschlossenen
Kreis über den Emulgator
(in der Zeichnung nicht gezeigt),
Elektrolyseur (Fig.4), Phasentrenner
und Wärmeaustauscher (in der Zeichnung nicht gezeigt).
-
Das emulgierte Gemisch i&elangt in den unteren Stutzen
4 bzw. 27 (Fig. 1, 4) des Blektrolyseurs. Das untere Git-
ter
8 bzw. 20 (Fig. 1, 4) und das obere Gitter 9 (Fig. 1), die einen größeren
Strömungswiderstand als alle anderen Wegabschnitte bei der Bewegung
des Gemisches vom Eintritt
bis zum Au-,tritt aus dem Blektrolyseur
aufweisen, vertei-
len dis umlaufende Gemisch gleichmäßig
über den ganzen
Querschnitt des Elektrolyseurs.
-
Da das Gemisch durch eine große Zahl von kleinen
Bohrungen
durchgepuspt wird sowie infolge der Verwirbelung der Strömung durch
Trennwände 13 (Fig.3) mit Öffnungen und
VorsprRngen
erfolgt die zusätzliche Emulgierung des Ge-
misches.
Die
bei der 'Elektrolyse ausscheidenden Gase steigen zusammen mit der Plfssigkeitg und
das Gas-Flüssigkeit-Gemisch gelangt über den Ausgleichskanal 10 in den Stutzen 7
bzw. 28 (Fig. 1, 4).
-
Das aus dem Blektrolyseur herausfließende Gemisch enthält auch die
Produkte der elektrochemischen Reaktion. Aus dem Elektrolyseur gelangt das Gemisch
in den Phasentrenner, wo das Ausscheiden der Gase aus der Fltissigkeit und
die Abtrennung des fertigen Produktes vor sich geht. Aus dem Phasentrenner gelangt
das Gemisch in den 'Wärmeaustauscher zum Abkählen bzw. Aufwärmen und dann
wie-
der in die Pumpenanlage.
-
Bei der Anwendung des Blocks 14 (Fig.5) als Gehäuse und Kathode ist
kein selbständiger Wärmeaustauscher erforderlich.
-
Dabei vermindert sich die erforderliche Förderleistung der Pumpenanlage
infolge der Reduzierung der im System umlautenden Gemischmenge.