DE2022696C3 - Elektrolysezelle zur Herstellung von Adipinsäuredinitril - Google Patents

Description

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Bei einer derartigen Bauweise ist jedoch das Volumen ihrer mechanischen Festigkeit sind Kationenaus-

des durch die Zeiteinheit strömenden Elektrolyten tauschermembranen vom Sulfonsäuretyp auf der

relativ groß, was zu einem gesteigerten Druckverlust Grundlage von Styrol-Divinyibenzol überlegen. Die

führt. Kationenaustauscher können in verstärkter Form mit

Ein Beispiel für die bekannten Elektrolysezellen, die 5 beliebigen Verstärkungsmitteln, wie Glasfasern oder gekrümmte Rohre enthalten, ist in der USA.-Patent- in homogener Form ohne Verstärkungsmittel verwenschrift 2 708 658 beschrieben. Die Zelle weist zum det werden. Vorzugsweise wird sine Membrane mit Zwecke der Entsalzung der Lösung einen gekrümmten einer Dicke von 0,5 bis 2 mm eingesetzt, um die Kanal auf, der zwischen einem Paar Ionenaustauscher- Diffusion des Acrylnitril oder anderer Stoffe zu vermembranen angeordnet ist, an Stelle daß er zwischen io hindern und um die notwendige mechanische Festigeiner Membran- and einer Elektrodenplatte gebildet keit zu erzielen.

ist. Dadurch besitzt diese Zelle nicht den Nachteil, Die Kathode kann aus Blei, Bleilegierungen,

daß selbst, wenn em elektrischer Strom durch den Kadmium, Zink, Kohlenstoff u. dgl. gefertigt sein.

Umkehrteil des gekrümmten Kanals geleitet wird, ein Insbesondere können bei Zellen vom Doppclt-Elek»

Polymeres gebildet wird. Bei dieser Bauweise wird der 15 trodentyp Blei-Antimon-, Blei-Silber- oder ähnliche

elektrische Strom durch die Umkehrteile des Kanals Legierungen, die auch als Anodenmaterial verwendet

geleitet. werden können, geeignet sein, da diese Materialien als

Es sind noch weitere Elektrolysezellen bekannt, bei Anode auf der einen Seite und als Kathode auf der

denen aber auch die oben beschriebenen Probleme anderen Seite eingesetzt werden können,

nicht gelöst sind. ao Die Anode kann aus Bleiperoxid, Blei, Bleilegie-

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, rungen, wie Blei-Antimon, Blei-Silber, Blei · Antimon-

eine Elektrolysezelle zur Herstellung von Adipinsäure- Silber, oder Eisen(II)-oxid, Kohlenstoff, Platin u. dgl.

dinitril durch elektrolytische Hydrodimerisation von hergestellt sein.

Acrylnitril zur Verfügung zu stellen, bei welcher die Als Anolyt wird vorzugsweise eine satire Lösung,

oben beschriebenen Mangel und Nachteile nicht auf- »5 insbesondere eine schwefelsaure Lösung, verwendet,

treten. wenn eine Bleilegierung, die hinsichtlich ihrer Korro-

Die erfindungsgemäße Elektrolysezelle besteht aus sionsbeständigkeit sehr vorteilhaft ist, als Anodeneiner Anodenkammer und einer Kathodenkammer, material verwendet wird.

die durch eine Membrane abgeteilt ist. In der Bei einer Zelle vom Doppelt-Elektrodentyp wirkt Kathodenkammer ist ein Kanal für die Überführung 30 eine Elektrode als Anode auf der einen Seite und als des Elektrolyten vorgesehen, welcher einen recht- Kathode auf der anderen Seite, so daß die Elektrode eckigen Querschnitt besitzt und der durch die Elek- als einziges Stück hergestellt sein kann, wenn das trode, die Membrane und ein Abstandstück für die gleiche Material als Anode und Kathode verwendet Aufrechterhaltung eines gleichförmigen Abstands wird. Wenn die Materialien der Anode und der zwischen der Elektrode und der Membrane gebildet 35 Kathode voneinander verschieden sind, dann sind die wird, wobei in diesem Kanal kein Hindernis gebildet Anoden- und Kathoden-Platten miteinander unter wird. Der Kanal hat in Richtung des darin fließenden Bildung einer Doppelt-Elektrode verbunden.
Stromes eine Breite von 0,5 bis 50 cm. Der Kanal hat Zur Bildung der Umkehrteile des Kanals an der mindestens ein Umkehrteil, so daß die gesamte Länge Außenseite der Elektrodenplatte kann ein Elektrodendes Kanals in einer zur Strömung senkrechten Rieh- 40 rahmen aus isolierendem Material vorgesehen sein, tung größer ist als die Länge einer Seite der Elektrode. der eine Anoden- und eine Kathoden-Platte aufweist, Nur an die geraden Teile des Kanals wird elektrischer die an der entgegengesetzten Seiten des Rahmens anStrom angelegt. gebracht sind und die durch einen durch den Rahmen

Die erfindungsgemäße Elektrolysezelle ist ferner laufenden Stab elektrisch miteinander verbunden sind,

eine Zelle vom Doppelt-Elektrodentyp, in welcher ein 45 Vorzugsweise kann ein Abstandstück vorgesehen

Kanal für den Durchlauf des Elektrolyten gerade Teile, sein, um die Kathodenplatte und die Membrane im

die an der Oberfläche der Kathode angeordnet sind, gleichförmigen Abstand zu halten. Wenn der Abstand

und Umkehrteile um die Peripherie der Elektrode ent- zwischen der Kathodenplatte und der Membrane

hält, so daß der elektrische Strom nicht durch die extrem gering ist, dann besteht die Gefahr, daß diese

Umkehrteile strömt. Eine derartige Anordnung stellt 50 Teile miteinander in Berührung kommen, während

die gesamte Länge des Durchlaufs des Elektrolyten umgekehrt, wenn der Abstand extrem groß ist, die er-

auf der Oberfläche der Elektrode zur Verfugung, die forderliche Spannung erhöht wird und auch das erfor-

erheblich länger als die Länge einer Seite der Elektrode derliche Volumen des Stroms gesteigert wird. Der ge-

ist. Durch diese Konstruktion kann der Elektrolyt wünschte Abstand beträgt 0,5 bis 5 mm.

auf der Oberfläche der Kathode bei einer hohen Fließ- 55 Um einen Elektrolytweg auf der Kathodenober-

geschwindigkeit gehalten werden, während das Vo- fläche zu bilden, der gerade ist und der kein Hindernis

lumen des in die ZdIe eingespeisten Elektrolyten aufweist, wird das Abstandstück, das mit der Katho-

relativ gering ist. denoberfläche in Berührung steht, in Form eines

Es sind verschiedene Elektrolyse-Verfahren, bei- geraden Streifens hergestellt, der in paralleler Bezie-

spielsweise in homogener Lösung oder in Emulsion, 60 hung angeordnet ist. Der Streifen besitzt praktisch bekannt. Die erfindungsgemäße Elektrolysezelle ist eine Breite von 2 bis 20 mm. Wenn der Abstand

für alle diese Verfahren geeignet. zwischen den Streifen zu groß ist, dann kann die

Obgleich die Membrane aus jedem Material her- Membrane in direkte Berührung mit der Elektrode gestellt sein kann, das die Diffusion des Acrylnitril kommen, während umgekehrt bei einem zu geringen und des Adipinsäuredinitrils in die Anodenkammer 65 Abstand der Druckverlust zu stark erhöht wird. Der

verhindert und das eine hohe Leitfähigkeit besitzt, vorzuziehende Abstand beträgt daher 0,5 bis 50 cm.

wird doch eine Kationenaustauscher-Membrane be- Der Kanal wird zwischen den Streifen gebildet, die

vorzugt. Hinsichtlich ihrer chemischen Stabilität und als Abstandstücke dienen und die zwischen der Ka-

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thodenplatte und der Membrane angeordnet sind. Der werden, das elektrisch isolierend und gegenüber dem

Katholyt fließt in dem Kanal in einem geraden Strom. Katholyten und dem Anolyten korrosionsbeständig:

Die Länge einer Seite der Elektrode beträgt bei der ist. Beispiele für geeignete Materialien sind Polytechnischen Vorrichtung etwa 20 cm bis 2 m. Bei der propylen, Kautschuk, wärmebeständiges Polyvinylerfindungsgemäßen Zelle weist der Fluß des Elektro- 5 chlorid, Polyvinylchlorid u. dgl.
lyten mindestens ein Umkehrteil auf, so daß die ge- In den Zeichnungen sind mehrere Ausführungssamte Länge des Kanals größer als die Länge der einen formen der erfindungsgemäßen Zelle dargestellt.
Seite der Elektrode ist. Der Umkehrteil ist an der Die F i g. la, Ib, Ic und Id zeigen eine erste AusAußenseite der Kathodenplatte angeordnet, so daß es führungsform der erfindungsgemäßen Zelle. Die vermieden wird, daß der elektrische Strom durch den io Fig. la stellt eine auseinandergezogene perspekti-Umkehrteil fließt. Der Umkehrteil kann innerhalb der vische Ansicht der Elektrolysezelle dar, während Dicke des Abstandstücks vorgesehen sein, oder er F i g. 1 b eine auseinandergezogene perspektivische kann in den Elektrodenrahmen außerhalb der Peri- Ansicht eines Satzes der Bestandteile der Zelle, nämpherie der Elektrodenplatte eingeschnitten sein. Im lieh Elektrodenplatten, Abstandstücke und eine Memletzteren Fall ist es wichtig, daß der Kanal so geformt 15 brane zeigt. Die F i g. Ic stellt Frontansichten dieser ist, daß der in dem Umkehrteil gebildete Wirbelstrom Bestandteile dar, während die F i g. 1 d ein verauf den Fluß in den geraden Teilen praktisch keine größerter Querschnitt des Satzes der Bestandteile ist. Wirkung ausübt. Die F i g. 2 a, 2 b und 2 c zeigen eine zweite Aus-

Die Umkehrteile und die geraden Teile können so führungsform der erfindungsgemäßen Zelle. Die

aufeinanderfolgend miteinander verbunden sein, daß 20 F i g. 2 a stellt eine auseinandergezogene perspek-

sie einen einzigen Kanal bilden, wodurch jedoch der tivische Ansicht eines Satzes der Bestandteile der

Druckverlust bei einer großtechnischen Elektrolyse- Elektrolysezelle, die F i g. 2b Frontansichten dieser

zelle sehr stark erhöht werden kann. In einem der- Bestandteile und die F i g. 2c einen vergrößerten

artigen Fall können zwei oder mehrere Sätze von Querschnitt des Satzes der Bestandteile dar.

Kanälen vorgesehen sein. »5 Die Fig. 3a, 3b und 3c zeigen eine dritte Aus-

Der Eingabedruck des Elektrolyten sollte unterhalb führungsform der erfindungsgemäßen Zelle. F i g. 3 a

10 kg/cm^a an der Einlaßseite gehalten werden. stellt eine auseinandergezogene perspektivische An-

Die Anodenkammer wird vorzugsweise in einer ahn- sieht eines Satzes der Bestandteile der Elektrolysezelle,

liehen Konstruktion wie die Kathodenkammer her- die Fig. 3b Frontansichten der Bestandteile und die

gestellt. Wenn beide Konstruktionen identisch sind, 30 F i g. 3 c einen vergrößerten Querschnitt des Satzes der

dann sind die Druckverluste in diesen Kammern gleich, Komponenten dar.

wenn die Fließgeschwindigkeiten auf demselben Wert Die F i g. 4a, 4b und 4c zeigen eine vierte Ausgehalten werden, so daß der auf die Membrane wir- führungsform der erfindungsgemäßen Zelle. Die kende Differenzdruck gleich Null wird. F i g. 4a stellt eine auseinandergezogene perspek-

Es wird, gewünscht, den Differenzdruck auf die 35 tivische Ansicht eines Satzes der Komponenten der

Membrane auf einen Minimalwert zurückzuführen, Zelle, die F i g. 4b Frontansichten der Bestandteile

so daß die Verwendung einer Membrane mit geringer und die F i g. 4c einen vergrößerten Querschnitt des

mechanischer Festigkeit und gesteigerter elektrischer Satzes der Komponenten dar.

Leitfähigkeit ermöglicht wird. Der Differenzdruck Die F i g. 5 a, 5 b und 5 c zeigen eine fünfte Ausfühsollte unterhalb 1 kg/cm², vorzugsweise unterhalb 40 rungsform der erfindungsgemäßen Zelle. Die F i g. 5 a

0,3 kg/cm² betragen. stellt eine auseinandergezogene perspektivische An-

Die Anodenkammer benötigt eine geringere Ge- sieht eines Satzes der Bestandteile der Zelle, die

nauigkeit als die Kathodenkammer, so daß in die F i g. 5 b Frontansichten der Bestandteile und die

Anodenkammer an der Seite der Membrane eine po- Fig. 5c einen vergrößerten Querschnitt des Satzes rose Verstärkungsplatte oder ein Sieb eingesetzt wer- 45 der Bestandteile dar.

den kann, um die Entnahme von gebildetem Gas oder Die F i g. la, Ib, Ic und Id zeigen eine erste AusSchlamm in der Anodenkammer zu erleichtern. führungsform der erfindungsgemäßen Zelle. GemäO

Der Elektrolyt kann in die Anoden-und Kathoden- Fig. la und Ib enthält die Elektrolysezelle Elekkammern durch Düsen eingespeist werden, die um trodenrahmen 1, Abstandstücke 2 und Kationenaus· den Elektrodenrahmen herum angeordnet sind. Die 50 tauscher-Membranen3. Gemäß Fig. Ic und Id umjeweiligen Düsen sind an Leitungen angeschlossen, die faßt der Rahmen 1 eine Platte 8 aus isolierenden: einen genügend großen Abstand und einen genügend Material und Elektrodenplatten 9, die an beider geringen Durchmesser haben, um das Austreten des Seiten dieser Platte 8 bündig angebracht sind. Dh Stromes aus der Zelle auf einen niedrigen Wert zu Elektrodenplatten 9 sind durch einen durch di< halten. Der Elektrolyt wird diesem durch ein Kopf- 55 Platte 8 gehenden leitenden Stab 10 elektrisch leitern stuck zugeführt. Das Austreten des Stromes wird vor- miteinander verbunden. Der Elektrodenrahmen 1 weis zugsweise bei 5% oder weniger gehalten. an seiner Peripherie Einleitungs- und Abnahmedüsen 44

Bei einer anderen Konstruktion können in den Um- auf, durch welche sich tunnelartige Zuführungs- unc

fangsteilen der übereinandergelegten Zelleinheiten Abnahmeöffnungen 11 und 12 an die Oberfläche de: Leitungen gebildet werden, und es können Schlitze 60 Elektrode erstrecken. Das Abstandstück 2 ist aus eine

ausgebildet werden, um diese Leitungen mit den Ka- dünnen Platte aus isolierendem Material gefertigt unc

nälen auf den Oberflächen der Kathode und der besitzt im wesentlichen die gleiche Größe wie de

Anode zu verbinden, durch welche die Einspeisung Rahmen 1. Das Abstandstück weist einen heraus

des Katholyten und Anolyten möglich ist Zur Ver- geschnittenen Teil 20 auf, worin ein Kanal 19 gebilde ringerung des Austretens von Strom sollten die 65 wird. Wenn der Rahmen 1, die Abstandstücke 2 um

Schürze so lang und so dünn wie möglich sein. die Kationenaustauscher-Membrane 3 nacheinande

Das Abstandstück, der Elektrodenrahmen und die ubereinandergelsgt werden, dann werden die jeweilige!

Leitungen können aus jedem Material hergestellt herausgeschnittenen Teile zwischen den Elektrode!

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und der Membrane eingeschlossen und bilden den Die Zufuhr des Elektrolyten in die Elektrolysezelle

Kanal 19 für den Elektrolyten. kann mittels Kopfstücke für den Anolyten und den

Der Kanal 19 bildet im wesentlichen einen Strö- Katholyten durch flexible Rohre, die zu den jeweiligen mungsweg, der von der Zuführungsöffnung 11 zu der Elektrodenrahmen führen, erfolgen. Zur Verhinderung Abnahmeöffnung 12 führt und der mindestens einen 5 des Austretens des Stroms müssen die flexiblen Rohre Umkehrteil einschließt. Die Länge dieses Strömungs- so lang wie möglich sein und einen so kleinen Durchweges ist erheblich länger als diejenige einer Seite des messer wie möglich besitzen.

Elektrodenrahmens. Wenn der Elektrodenrahmen 1 Bei der Konstruktion gemäß der Erfindung können

und das Abstandstück 2 aufeinandergelegt sind, dann die flexiblen Rohre mit genügender Länge und mit

sind die Umkehrteile an der Peripherie der Elektroden- io genügend kleinen Durchmesser hergestellt werden, daß

platte 9 angeordnet, so daß die Elektrolyse nur in den das Austreten des Stroms auf einen vernachlässigbaren

geraden Teilen des Kanals 19 stattfindet. Obgleich die Wert verringert wird, da das Volumen des Elektrolyten,

Breite und die Dicke des Kanals 19 von den Elektro- der in einer Elektrodenkammer strömt, sehr gering ist.

lysebedingungen und den Eigenschaften der Kationen- Die F i g. 2 und 3 zeigen modifizierte Formen der

austauscher-Membrane abhängen, werden beim prak- 15 erfindungsgemäßen Elektrolysezellen,

tischen Gebrauch Breiten innerhalb des Bereiches von Die F i g. 2 zeigt eine Konstruktion, die derjenigen

0,5 bis 50 cm und Dicken innerhalb des Bereichs von der F i g. 1 im wesentlichen ähnlich ist mit der Aus-

0,5 bis 5 mm verwendet. Die Dicke des Kanals 19 ist nähme, daß die den Umkehrteilen des Kanals 19 in

im wesentlichen derjenigen der isolierenden Platte 18, dem in F i g. 1 gezeigten Abstandstück 2 entsprechen-

die für das Abstandstück 2 gebraucht wird, gleich. ao den Teile durch Nuten 14 gebildet sind, die in einen

Die Elektrolysezelle der Erfindung wird auf die Elektrodenrahmen 1 eingeschnitten sind, und daß ein

nachstehende Weise aus den obigen Bestandteilen zu- Abstandstück 2, wie in F i g. 2 b gezeigt ist, die Gestalt

sammengesetzt. Zunächst wird von einem Paar Preß- einer Leiter besitzt.

köpfe 6 ausgegangen, die in einem erheblichen Ab- Die F i g. 3 zeigt eine weitere Konstruktion, bei stand voneinander angeordnet sind. Zwischen diese 25 welcher ein Teil, der dem Abstandstück 2 entspricht, Preßköpfe 6 wird, wie in F i g. 1 angezeigt, ein Paar als integraler Teil eines Elektrodenrahmens 1 ausAnoden- und Kathoden-Rahmen 4 und 5 eingesetzt. gebildet ist. Die Elektrolysezelle ist demgemäß aus Sowohl der Anodenrahmen 4 als auch der Kathoden- zwei Bestandteilen zusammengesetzt, nämlich aus Rahmen 5 hat an seiner einen Seite angeordnet eine Elektrodenrahmen 1 und Kationenaustauscher-Mem-Elektrodenplatte 9. Dann werden Abstandstücke 2, 30 branen 3. Der durch einen Kanal 19 strömende Elek-Kationenaustauscher-Membranen 3, Abstandstücke 2 trolyt fließt in eine Nut 14, die in dem Rahmen am und die Elektrodenrahmen 1 in dieser Reihenfolge Ende des Kanals gebildet ist, wo er seine Fließrichnacheinander eingelegt und durch die Preßköpfe zu tung umkehrt und sodann in den nächsten Kanal 19 der Elektrolysezelle zusammengepreßt. Obgleich eine strömt. Auf diese Weise fließt der dem Zugabeteil 11 Elektrolysezelle zwei bis mehrere hundert Elektroden- 35 an einem Ende des Elektrodenrahmens zugeführte rahmen umfassen kann, um die gewünschte Kapazität Elektrolyt durch im wesentlichen einen Kanal, der zu erzielen, ist es für den praktischen Betrieb doch vor- mindestens einen Umkehrteil besitzt, und wird durch zuziehen, daß eine Zelle weniger als 200 Elektroden- eine Abgabeöffnung 12 entnommen,
rahmen enthält. B^ci der Konstruktion der Elektrolysezelle gemäß

Die obige Elektrolysezelle kann zur Durchführung 40 den F i g. 1, 2 und 3 hängt die Breite des Kanals 19

der elektrolytischen Hydrodimerisierung von Acryl- hauptsächlich von der Oberfläche der Elektrode und

nitril folgendermaßen verwendet werden: der gesamten Länge des Kanals, wie erforderlich, ab.

Zwischen dem Anodenrahmen 4 und dem Kathoden- Wenn die Kationenaustauscher-Membrane 3 nicht rahmen 5 wird Gleichstrom angelegt, während der die genügende Festigkeit besitzt, um die erforderliche Katholyt und der Anolyt in eine Kathodenkammer 22, 45 Breite des Kanals aufrechtzuerhalten, werden ein die durch den zwischen die Kationenaustauscher- oder mehrere feine Streifen 21 in dem Kanal vor-Membrane und die Kathode eingeschlossenen Kanal gesehen, um die Deformierung der Membrane zu vergebildet wird, bzw. in eine Anodenkammer 23, die an hindern. Die für diesen Zweck verwendeten Streifen die Kathodenkammer angrenzt, eingeleitet werden. können aus feinem isolierendem Material mit der Die Elektrodenplatte 9, die in dem Elektroden- 50 gleichen Dicke wie das Abstandstück 2 und einer rahmen 1 befestigt ist, bildet eine Kathode, wenn sie Breite von 2 bis 20 nun hergestellt werden und parallel dem Anodenrahmien 4 gegenübersteht, und bildet zur Fließrichtung angeordnet werden,
eine Anode, wenn sie dem Kathodenrahmen 5 gegen- Die F i g. 4 und 5 zeigen weitere Formen der erfinübersteht. Bei der oben beschiebenen Konstruktion dungsgemäßen Elektrolysezelle. Diese unterscheide!] der Elektrolysezelle wird in dem Kanal 19 kein Hin- 55 sich etwas von denjenigen der F i g. 1 bis 3.
dernis gebildet. Auch liegt keine Einschränkung vor Die F i g. 4 zeigt ein Konstruktion, bei welcher ein wie bei der in der niederländischen Patentschrift Elektrodenrahmen 1 aus einer einzigen Elektroden-6 707 472 beschriebenen Elektrolysezelle, so daß jede platte 9 gebildet ist, die an ihrem Peripherieteil Zu-Art von Elektrolyten verwendet werfen kann. Es fin- gäbe- und Entnahmeleitungen 15 besitzt. Die Elek· det auch keine Gasstagnierung oder Ansammlung von 60 bodenplatte bildet beim Anlegen des Stroms an ihrei Niederschlägen auf den Elektrodenoberflächen statt, einen Seite eine Anode und an ihrer anderen Seite eine was darauf zurückzuführen ist, daß der Elektrolyt auf Kathode. Ein in dieser Konstruktion verwendetes Ab der Elektrodenoberfläche mit hoher Fließgeschwindig- standstück 2 ist aus einer dünnen Platte 20 hergestellt keit von mehr als lOcm/sec und vorzugsweise mehr das einen eingeschnittenen Teil 19 besitzt, der einet als 1 m/sec strömt Die Elektrolysezelle kann daher, 65 Kanal 19 mit mindestens einem Umkehrteil besitzt, dei wie in F i g. 1 gezeigt, in horizontaler Anordnung, in nn wesentlichen identisch mit derjenigen der Fig.] vertikaler Anordnung oder in mit beliebigem Winkel ist. Dieses Abstandstück ist, wie in F i g. 4b gezeigt geneigter Anordnung verwendet werden. mit Leitungen 15 versehen. Bei dieser Konstrnktioi

9 IU

ist SEwischen dem Abstandstück 2 und der Elektroden- Größe 1300 · 1300 · 20 mm

platte 9 eine Abschirmungsplatte 7 angeordnet, die eine Elektrodenplatte (Anode und Kathode)

zentrale öffnung und Zugabe- und Entnahmeleitungen Material Hartblei

15 an ihrem Peripherieteil besitzt, so daß die Umkehr- Größe 1220 · 1140 · 4 mm

teile des Kanals 19 von dem an die Zelle angelegten 5 Abstandstück

Gleichstrom abgeschirmt werden. Die Abschirmungs- Material Polypropylen

platte 7 ist aus einer dünnen isolierenden Platte mit Größe 1300 · 1300 · 2 mm

einer Dicke von 0,05 bis 0,2 mm gefertigt. Kanal Breite 40 mm

Die Elektrolysezelle wird in der Weise hergestellt, Gesamtlänge 27,30 m

daß ein Paar Preßköpfe 6 zusammengesetzt wird, eine io Anzahl 24

Anodenplatte 4 und eine Kathodenplatte 5 in der Stromdurchflossene

gleichen Weise, wie in F i g. 1 gezeigt, dazwischen an- Fläche: 109 dm*

geordnet werden und daß dann die Abschirmungs- Kationenaustauscher-Membrane

platte 7, das Abstandstück 2, die Kationenaustauscher- Material Stark saurer Ionenaustauscher von

Membrane 3, das Abstandstück 2, die Abschirmungs- 15 Sulfonettyp auf der Grundlag<

platte 7 und die Elektrodenplatte wiederholt in dieser eines Butadien-Copolymeren

Reihenfolge zwischen die Anoden- und Kathoden- Größe 1280 · 1280 ■ 1,2 mm

platten gebracht werden, worauf diese Teile durch die Katholyt

Preßköpfe zusammengepreßt werden. Der Elektrolyt Material Wäßrige Lösung, die Acrylnitri

wird durch die Zugabe- und Entnahmeleitungen 15 ao _unci Tetraalkyl-Ammoniumsalz ali und die sich durch die Preßköpfe 6 erstreckenden Du- Trägersalz enthielt sen 16 in die entsprechenden Kammern der Zelle Fließeingeleitet. Die Zugabe- und Entnahmeleitungen, die geschwindigkeit 600 l/h/Kammer sich durch die Elektrodenplatten 9 erstrecken, müssen Anolyt

mittels der Dichtungen 17 an den Stellen, die mit dem »5 Material 2 η wäßrige Schwefelsäurelösung

durch die Leitungen strömenden Elektrolyten in Be- Fließrührung stehen, vollkommen abgedichtet sein, um es geschwindigkeit 550 /l/h/Kammer zu verhindern, daß der Elektrolyt mit den Elektroden- Anzahl der

platten in Berührung kommt, wodurch eine Elektro- Kammern 40 Paar

lyse bewirkt würde. 30 Stromstärke 2200 Ampere

Die F i g. 5 zeigt eine weitere Form der erfindungsgemäßen Zelle, die eine modifizierte Form gemäß der Nach etwa lOOOstündigem Betrieb der Elektrolyse-F i g. 4 darstellt. In der in F i g. 5 gezeigten Form hat zelle bei obigen Bedingungen wurde in dem Katholyten eine Elektrodenrahmen 1, der aus einem isolierenden Adipinsäuredinitril mit einer Geschwindigkeit vor Material hergestellt ist, eine zentrale öffnung, in 35 durchschnittlich 145 kg/h gebildet Der Druckabfal! welcher eine Elektrodenplatte 9 mit der gleichen Dicke des Katholyten in der Zelle betrug 2 8 kg/cm² während wie der Elektrodenrahmen befestigt ist. Die Elektro- der Druckabfall des Anolyten 2 9 ke/cm^a betrug Die lysezelle schließt Abstandstücke 2 und Kationenaus- Variierung der Fließgeschwindigkeit zwischen der tauscher-Membranen 3, die mit denjenigen der F i g. 4 jeweiligen Kammern lag unterhalb 3 "/ so daß dahei identisch sind, em. Die Elektroaenplatte 9 weist solche 40 eine extrem gleichförmige Verteilung der Fließgeschwin-Abmessungen auf, daß sie nur die geraden Teile eines digkeit erhalten werden konnte. Nach dem Betriet Kanals 19 genügend bedeckt um es zu verhindern, daß _WUrde in der Elektrolysezelle keine Ansammlung eines Strom durch die Umkehrteile des Kanals iiießt. Die Niederschlags festgestellt Elektrodenplatte ist als ein einheitliches Stück ausgebildet, das auf der einen Seite als Anode und auf der 45 B e i s ρ i e 1 2 anderen Seite als Kathode fungiert. Die Elektrodenplatte 1 hat an ihrem Peripherieteil, wie in Fig. 5b Die Elektrolysezelle und die Betriebsbedingungen gezeigt, Leitungen 15. durch welche der Elektrolyt in des Beispiels 1 wurden folgendermaßen modifiziert: die jeweiligen Kammern eingeleitet wird. Abstandstück

Aus der obigen Beschreibung wird ersichtlich, daß 50 Größe 1300 · 1300 · 2 mm

eine Abschirmungsplatte 7, wie sie in F 1 g. 4 gezeigt Kanal Breite 140 mm

wird, bei dieser Konstruktion nicht erforderlich ist. Gesamtlänge 9,12 m

Daher umfaßt die Elektrolysezelle in diesem Falle Anzahl 8

drei Komponenten, nämlich die Elektrodenrahmen 1, I_n einen Kanal wurden zwei Strei-

die Abstandstücke 2 und die Kationenaustausch«- 55 fen jeweils mit einer Breite von

Membrane^ die wiederholt übereinandergelegt sind, 10mm und einer Länge von

um eine Zelle mit der gewünschten Kapazität zu bilden. 1140 _mm eingesetzt

Obgleich eine einzige Elektrolysezelle aus zwei bis Stromdurchflossene

mehreren hundert Elektrodenplatten gebildet sein Fläche 109 dm²

kann, wird für den praktischen Betrieb doch die Ver- 60 Katholyt

wendung von weniger als 200 Platten bevorzugt. Fließ-

Die Erfindung wird in den Beispielen erläutert. geschwindigkeit 1,7 m³/h/Kammer

Die in F1 g. 3 gezeigte Elektrolysezelle wurde bei 65 geschwindigkeit 1,6 lrA'h/Kammer

den folgenden Bedingungen in Betrieb genommen: Anzahl der

Elektrodenrahmen Kammern .. . 10 Paar

Material Polypropylen Stromstärke 2230 Ampere

Nach etwa 400stündigem Betrieb der Zelle bei den obigen Bedingungen wurde Adipinsäuredinitril mit einer durchschnittlichen Geschwindigkeit von 48 kg/h gebildet. Nach dem Betrieb wurde in der Zelle keine Ansammlung eines Niederschlags festgestellt.

Beispiel 3

Die in F i g. 5 gezeigte Elektrolysezelle wurde unter den folgenden Bedingungen betrieben:

Elektrodenrahmen
Äußerer Rahmen

Material

Äußere Größe

Innere Größe
Elektrodenplatte

Größe

Leitungen

Anzahl

Größe

Polypropylen
1000 · 1000 · 6 mm
820 · 810 mm

838 -828-6 mm

1 für die Zugabe des Anolyten
1 für die Abnahme des Anolyten
1 für die Zugabe des Katholyten
1 für die Abnahme des Katholyten 80 · 30 mm

Der äußere Rahmen und die Elektrodenplatte wurden durch eine gesteppte Verbindung miteinander verbunden, wobei dazwischen ein Abdichtungsmaterial eingelegt wurde, um ein Austreten zu verhindern.

Abstandstück

Material Polypropylen

Größe 1000 · 1000 ■ 2 mm

Kanal Breite 25 mm

Anzahl 22

Gesamtlänge 17,8 m

Slromdurchflossene

Fläche 44 dir;²

Kationenaustauscher-Membrane

Material wie im Beispiel 1

Größe 980-980-1 mm

Katholyt

Material wie im Beispiel 1

Fließgeschwindigkeit 380 l/h/Kammer

Anolyt

Material wie im Beispiel 1

ίο Fließgeschwindigkeit 350 l/h/Kammer

Anzahl der
Kammern 20 Paar

Stromstärke 900 Ampere

>5

Nach etwa 300stündigem Betrieb der Zelle bei den obigen Bedingungen wurde Adipinsäuredinitril mit einer Geschwindigkeit von durchschnittlich 31 kg/h gebildet. Nach dem Betrieb wurde in der Elektrolyse-

ao zelle keine Ansammlung eines Niederschlags festgestellt.

Bei einem Betrieb der obigen Elektrolysezelle über etwa 300 Stunden, wobei Strom an die Umkehrteile des Kanals angelegt wurde, wurde die Ausbeute des

as Adipinsäuredinitrils verringert und das Volumen der Nebenprodukte, wie Propionitril und Bis-cyanoäthyläther, erhöht. Nach dem Betrieb wurde die durchschnittliche Ansammlung eines Niederschlags auf der Kathode von 780 mg pro Kammer um die Umkehrteile gefunden.

Nachstehend sind die durchschnittlichen Ausbeuten zusammengestellt, wenn Strom durch die Umkehrteile geleitet wurde und wenn dadurch kein Strom geleitet wurde.

Durchschnittliche
Ausbeuten

Als der Elekirodenrahmen und das Abstandstück, ₄₀ wie in F i g. 5 gezeigt, übereinandergelegt wurden, Adipinsäuredinitril

wurden die Umkehrteile des Kanals an dem Peri- Propionitril

pherieieil des Elektrodenrahmens angeordnet. Somit strömte der Strom nur durch die geraden Teile des Kanals.

Trimeres.

Bis-cyanoäthyläther
Andere

Leiten von Strom
dutch die Umkehrteile

Nein

Ja

91,4%
5,3%
2,3%
0,4%
0,6%

87,4%
8,3%
2,5%
0,8%
1,0%

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1 2 Eine Elektrolysezelle vom Doppelt-EJektrodentyp entPatentansprüche: hält eine Vielzahl von Zelleneinheiten, die überein- acdergelegt sind und die elektrisch in Reihe geschaltet

1. Elektrolysezelle zur Herstellung von Adipin- sind. Daher kann an sie eine hohe Spannung angelegt säuredinitril durch elektrolytische Hydrodimeri- 5 werden, so daß die Trennwirksamkeit erhöht wird. Es sierung von Acrylnitril, bestehend aus mindestens kann ein wirtschaftlicher Transformator mit einer vereinem Satz aus einer Anodenplatte, einer Katho- ringerten Kapazität verwendet werden. Der Elektrolyt denplatte und einer zwischen den Anoden- und wird jedoch gewöhnlich in die Zellen der jeweiligen Ein-Kathodenplatten angeordneten Membrane und heiten getrennt eingeführt, so daß durch die Leitungen aus zwischen der Membrane und den Anoden- io für die Einführung des Elektrolyten ein Austreten des und Kathodenplatten ausgebildeten Kanälen, wel- Stroms erfolgen kann. Ein derartiges Austreten des ehe mindestens einen Umkehrteil aufweisen, um Stroms ist naturgemäß unerwünscht, da es zu Stromeinen Strömungsweg für den fließenden Elektro- Verlusten führt. Bei der Elektrolyse von Acrylnitril ist lyten zu bilden, der erheblich größer ist als die es besonders unerwünscht, weil Cyanwasserstoff und Länge der einen Seite der Platte, dadurch ge- 15 ein explosives Gasgemisch aus Sauerstoff und Acrylkennzeichnet, daß der Umkehrteil außer- nitril gebildet werden kann. Ferner wird hierdurch ein halb des Weges des Stromes, der zwischen die Teil der Rohre anormal stark korrodiert, da ein Teil Anoden- und Kathodenplatten angelegt wird, der Kathode auf Grund des Austreten des Stromes als angeordnet ist. Anode wirkt. Bei Verwendung von hochleitenden

2. Elektrolysezelle nach Anspruch 1, dadurch »0 Flüssigkeiten, wie Schwefelsäure als Anolyt, wird das gekennzeichnet, daß der Kanal gerade Teile auf- Austreten des Stroms weiter erhöht, und es kann zu weist, die parallel angeordnet sind. einer Bildung eines gefährlichen Gasgemisches aus

Wasserstoff und Sauerstoff kommen.
Zur Verringerung des Austretens des Stromes ist es

45 erforderlich, für die Zuführung des Elektrolyten in jede

Zelleinheit ein engeres und längeres Rohr zu verwenden. Demgemäß muß das Volumen des jeder Zelleinheit zuzuführenden Elektrolyten auf einen Minimal-Die Erfindung bezieht sich auf eine Elektrolysezelle wert zurückgeführt werden.

zur Herstellung von Adipinsäuredinitril durch elek- 30 Zur Verringerung der Fließgeschwindigkeit des trolytische Hydrodimerisierung von Acrylnitril. Elektrolyten ist es erforderlich, eine Einrichtung vor-

Es sind bereits Verfahren zur Herstellung von zusehen, die den Abstand zwischen der Membrane Adipinsäuredinitril durch Elektrolyse von Acrylnitril und der Elektrodenoberfläche so konstant und eng bekannt. Sie sind z. B. in den bekanntgemachten wie möglich hält. Es ist zweckmäßig, einen gekrümm-Unterlagen der japanischen Patentanmeldungen 4733/ 35 ten Kanal für die Überführung des Elektrolyten auf 1965 und 11249/1966 beschrieben. Es hat sich jedoch die Elektrodenoberfläche vorzusehen,
herausgestellt, daß bei der technischen Durchführung Es hat sich bei der Hydrodimerisierung von Acryl-

dieser Verfahren noch gewisse Beschränkungen be- nitril gezeigt, daß eine lokale Stagnierung des Elektrostehen. lyten auftritt, die auf in dem Kanal erzeugte Wirbel-

Bei der Herstellung von Adipinsäuredinitril durch 40 ströme zurückzuführen ist, so daß auf der Oberfläche elektrolytische Hydrodimerisierung von Acrylnitril der Elektrode polymerisiertes Acrylnitril abgeschieden erfolgt leicht eine Oxidation des Acrylnitril und des wird. Durch diese Abscheidung wird die Bildung des Adipinsäuredinitrils, wodurch Verluste auftreten. Fer- Wirbelstroms noch gesteigert, wodurch umgekehrt ner bildet sich an der Anodenfläche der Elektrolysezelle wiederum die Abscheidung erhöht wird. Selbst wenn gasförmiger Cyanwasserstoff. Ein weiterer Nachteil 45 die Abscheidung des Polymeren relativ dünn ist und ist der, daß durch Gasgemische aus Sauerstoff und in der Größenordnung einer Dicke von 0,2 mm liegt, Acrylnitril, die an der Anode gebildet werden, die Ge- dann wird hierdurch weitgehend die Beschickungsfahr von Explosionen gegeben ist. Es ist daher zweck- geschwindigkeit des Acrylnitril an die Eelektrodenmäßig, die Anoden- und die Kathodenräume durch oberfläche verringert und die Bildung des Nebeneine Membrane zu trennen. 50 produkts Propionitril über 5 % erhöht. Dadurch wird Bei der Herstellung von Adipinsäuredinitril durch die Ausbeute an Adipinsäuredinitril verringert. Es ist Reduktion von Acrylnitril wird die Oberfläche der daher erforderlich, daß in dem Strom des Kaiholyten Kathode alkalisch, und an dieser Oberflächenschicht auf die Kathodenfläche kein Hindernis vorliegt, das wird durch Reduktion von Acrylnitril und Wasser Wirbelströme bewirken kann. Es ist auch erforderlich, Bis-cyanoäthyläther gebildet. An dieser Oberflächen- 55 daß in dem Kanal keine abrupt gekrümmten Teile entschicht werden weiterhin Hydrolyseprodukte des halten sind. Es ist zweckmäßig, daß der Kanal für die Acrylnitrils, des Adipinsäuredinitrils und des Propio- Zuführung des Elektrolyten auf die Kathodenobernitrils gebildet. fläche nur gerade Teile umfaßt, durch welche der

Zur Verhinderung der Bildung dieser Nebenpro- Elektrolyt gleichförmig fließen kann,
dukte ist es notwendig, die Dicke der an der Ober- 60 Eine der typischen der bekannten Elektrolysezellen fläche der Kathode gebildeten alkalischen Ober- für die Herstellung von Adipinsäuredinitril durch fiächenschicht sowie wie möglich zu verringern. Hierzu elektrolytische Dimerisierung von Acrylnitril ist in ist es zweckmäßig, die Fließgeschwindigkeit des Ka- dem niederländischen Patent 6 707 472 beschrieben, tholyten auf der Oberfläche der Kathode oberhalb In dieser Vorrichtung fließt der Elektrolyt in Kanälen, 10 cm/sec, vorzugsweise oberhalb 1 m/sec, zu halten. 65 die in gleicher Richtung parallel angeordnet sind. An Eine für industrielle Zwecke geeignete Elektrolyse- den Einlaß- und Auslaßöffnungen dieser Kanäle sind zelle mit großer Kapazität stellt zweckmäßigerweise Einschränkungen vorgesehen, um in den Kanälen eine eine Konstruktion vom Doppelt-Elektrodentyp dar. gleichförmige Fließgeschwindigkeit aufrechtzuerhalten.