DE2303589B2

DE2303589B2 - Diaphragmalose Elektrolysezelle

Info

Publication number: DE2303589B2
Application number: DE2303589A
Authority: DE
Inventors: Richard E. Chardon Ohio Loftfield (V.St.A.)
Original assignee: Diamond Shamrock Corp
Current assignee: Eltech Systems Corp
Priority date: 1972-01-26
Filing date: 1973-01-25
Publication date: 1979-11-22
Also published as: IL41397A; JPS4886786A; DK133541C; FR2169237B1; SE388638B; FR2169237A1; JPS5223633B2; DE2303589C3; IT977051B; BR7300596D0; AU5119673A; DE2303589A1; IL41397A0; SE7511155L; DK133541B; AU473336B2; CA1031293A; GB1415984A; US3791947A

Description

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Die Erfindung betrifft eine diaphragmalose Elektrolysezelle mit zumindest einem Stapel oder Paket horizontal angeordneter, zueinander paralleler abwechselnder Anoden und Kathoden sowie Zuführungen und Abführungen für den elektrischen Strom, den Elektrolyt und die Reaktionsprodukte. Sie eignet sich besonders zur elektrolytischen Herstellung von Alkalihypochlorit und -chlorat sowie anderen anorganischen und organi- jo sehen Produkten.

Für die Herstellung von Alkalihypochloriten und -chloraten hat man bisher Elektrolysezellen angewandt, deren Elektroden vertikal L, geringem Abstund voneinander angeordnet sind. Da bekanntlich die r> benötigte Zellenspannung mit zui ahmendem Elektrodenabstand ansteigt, ist man bestrebt, möglichst geringe Elektrodenabstände anzuwenden; diese geringen Elektrodenabstände beeinträchtigten jedoch bei den bekannten Elektrolysezellen die Elektrolytströmung und w die Entwicklung der gasförmigen Produkte. Durch die unzureichende Elektrolytströmung entlang der Elektroden kommt es leicht zu schlechter Stromausbeute und geringer Leistungsfähigkeit in Folge einer sich an dt-n Elektroden oberflächlich bildenden Gashaut. Vertikale -r> Kanäle in den Anoden zur Erleichterung der Gasentwicklung und des Abtransportes des Gases von der Elektrodenoberfläche führten nicht zu dem angestrebten Ziel.

Aus der US-PS 25 15 614 ist eine Elektrolysezelle mit ><> von dem Deckel in die Wanne herabhängenden Graphitanoden bekannt. Die Elektrolytströmung durch diese Zelle erfolgt in Längsrichtung, wobei durch Leitplatten eine gewisse Turbulenz erzeugt wird. Um den Elektrolyten durch die Zelle zu fördern, ist ein v> Pumpensystem erforderlich.

Aus der US-PS 36 IG444 ist eine Elektrolysezelle bekannt, in der sich eine nichtdurchbrochene Anode, die die eine Wand der Zelle bildet, und eine Kathode befindet, die die andere Wand der Zelle bildet. Von der m> Kathodenwand reicht eine Lochplatte in die Kammer, in welche der Elektrolyt unten eintritt und oben abgeführt wird. Die Elektroden befinden sich bei dieser Elektrolysezelle geneigt in einem Winkel von 5 bis 45° zur Vertikalen. Mit steigendem Winkel von der Vertikalen h"> steigen die benötigten Betriebsspannungen, wodurch eine solche Zelle unwirtschaftlich wird. Die Elektrolytströmung erfolgt parallel zu den Elektroden. Wesentlich bei dieser bekannten Elektrolysezelle ist es, daß die in unmittelbarer Nähe der Kathode entstehenden Gase aus dem eigentlichen Elektrolysebereich entfernt werden, um damit die Ausbildung einer Gashaut an den Elektroden zu vermeiden.

Gegenstand der US-PS 31 19 760 ist eine Redoxzelle, in der keine Gasentwicklung staufindet. Bei dieser Konstruktion sind die Elektroden horizontal angeordnet und abwechselnd als Anode und Kathode geschaltet Die Elektroden als solche sind massive Platten mit einzelnen öffnungen für eine Zwangsströmung des flüssigen Mediums. Es wirkt jeweils eine Anode mit einer Kathode zusammen und die ganze Anlage ist eine Obereinanderschichtung derartiger Einzelzellen. In jeder Zelle ist die Strömung des Elektrolyten parallel zu den Elektroden. Der Elektrolyt durchströmt die einzelnen Zellen hintereinander. Dafür ist — wie leicht ersichtlich — ein Pumpsystem erforderlich.

Aufgabe der Erfindung ist nun eine Elektrolysezelle, deren Konstruktion einfach in der Herstellung und Wartung ist, die mit hoher Stromausbeute und Leistung an dem angestrebten Produkt arbeitet, ohne daß eine komplizierte oder aufwendige Elektrolytströmung erforderlich wäre.

Die Erfindung geht nun aus von einer diaphragmalosen Elektrolysezelle mit zumindest einem Stapel horizontal angeordneter, zueinander paralleler abwechselnder Anoden und Kathoden sowie Zuführungen und Abführungen für den elektrischen Strom, den Elektrolyten und die Reaktionsprodukte. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden durchbrochen sind und jeweils die Anoden und Kathoden zusammengeschaltet sind.

Erfindungswesentlich ist somit, daß die in der Elektrolysezelle angeordneten Elektroden horizontal angeordnet sind und abwechselnd Kathoden und Anoden kammartig ineinandergreifen, wobei zwischen den entgegengesetzt geladenen Elektroden ein minimaler Abstand eingehalten werden kann. Dadurch daß die Elektroden durchbrochen sind, wird die Gasentwicklung an den Elektroden nicht beeinträchtigt, sondern im Gegenteil dazu verwertet, den Elektrolyten vom Einlauf zum Auslauf zu befördern und eine rasche und vollständige Umsetzung durch die angestrebte elektrochemische Reaktion zu gewährleisten. Bei der erfindungsgemäßen Elektrolysezelle bewirkt der Auftrieb der aufsteigenden Gasblasen durch den Raum des Elektrolyten und durch die Elektroden in einfacher Weise eine gute Durchmischung und eine Förderung des Elektrolyten vom Eintritt zum Austritt. Diese Strömung ist besonders geeignet zur raschen Heranführung der umzusetzenden Produkte an die Elektroden und Abführung der Reaktionsprodukte. Diese Elektrolytströmung quer und durch die Elektroden bei der erfindungsgemäßen Zelle steht im Gegensatz zu dem Stand der Technik, wo durchwegs nur eine parallele Strömung des Elektrolyten an den Elektroden stattfand. Man war nämlich der Ansicht, daß diese parallele Elektrolytströmung entlang der F.lcktrodenoberfläche erforderlich ist, um die Gashaut zu zerstören und eine Passivierung der Elektroden zurückzudrängen.

Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Elektrolysezelle liegt auch darin, daß kein Pumpensystem für die Förderung des Elektrolyten benötigt wird. Schließlich sind alle Elektroden gleicher Polarität zusammengefaßt zu einer Stromschiene, wodurch die Schaltungsarbeit und die Manipulation bei Wartung oder Austausch vereinfacht wird.

Durch die Möglichkeit, einen besonders geringen Elektrodenabstand einzuhalten, und bei der guten Elektroiytmischung führt die erfindungsgemäBe Elektrolysezelle zu hohen Reaktionsgeschwindigkeiten, geringen Betriebsspannungen bei gleichzeitig hoher Strom- und Energieausbeute. In Folge der speziellen Elektrolytführung durch die Elektroden selbst kommt es zu einer geringeren Polarisation der Elektroden, weil die Produktkonzentration an der Grenzfläche gering gehalten werden kann.

Die erfindungsgemäßen Zellen können zu größeren Einheiten hintereinander angeordnet und zusammengeschlossen werden. Man kann aber auch bipolare Elektroden zwischen Endelektroden vorsehen.

Die bipolaren Elektroden werden voneinander und von den Endelektroden durch eine elektrisch isolierende und im wesentlichen flüssigkeitsabdichtende Trennwand getrennt, welche sie durchdringen.

Bei dieser verschachtelten Elektrodenanordnung bzw. diesen kammerartig ineinandergreifenden Elektroden fließt der elektrische Strom somit von einem Teil der einen Polarität zu dem anderen Teil der entgegengesetzten Polarität in der benachbarten ZelleneinheiL

Bei den monopolaren und auch bipolarer; Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Zelle strömt der Elektrolyt schnell von einer Stelle unter der unteren Endelektrode durch das Elektrodenpaket, bedingt durch den Auftrieb der an den Elektroden gebildeten Gase. Beachtlich erhöhte Strömungsgeschwindigkeiten des Elektrolyten aufwärts ungefähr senkrecht zu der Elektrodenebene wird durch Abschluß der Kanten des Elektrodenpakets bewirkt. Bei einer einzigen Zelleneinheit werden die Elektroden an den Längskanten z. B. mit Hilfe von Abstandshaltern, Halterungsstäben. Leitungsstäben und Zwischen- und Unterlegscheiben, in der Zelle gehalten. Die Querkanten der Elektroden werden im wesentlichen unmittelbar an der Zellenwand oder der Trennwand angeordnet. Beispielsweise wird das ganze so befestigt, daß ungefähr 3 mm Abstand zwischen den Elektrodenkanten und den Zellenwänden vorhanden ist. Bei einer anderen Ausführungsform >verden die Elektrodenkanten nicht so eng an den Zellenwänden angeordnet und in dem Abstand ein elektrisch nichtleitender Abstandshalter vorgesehen, jedoch noch ein kleiner Abstand von ungefähr 3 mm zwischen Elektrodenkanten und Abstandshalter gelassen. Man kann aber auch alle oder einen Teil der Kanten mit Hilfe eines undurchlässigen Streifens eines elektrisch nichtleitenden Materials, wie eines Kunststoffs, an dem tragenden Rahmen fixieren. Manchmal ist eine Temperaturregelung nötig. In diesem Fall kann man in einem Bereich der Zelle das Elektiodenpaket und in einem anderen Bereich Kühlschlangen vorsehen, wobei die beiden Bereiche durch eine Trennwand, die nicht bis zum Boden der Zille reicht und obere Ausschnitte hat, um darüber die Zirkulation des Elektrolyten zu ermöglichen, gegeneinander abgeteilt sind. Der Elektrolyt fließt abwärts längs der Kühlschlangen und durch den Bodenkanal in derTrennwand zu den Elektroden.

Die Elektroden werden durch Abstandshalter, Abstandsscheiben, Leiterstäbc und Endstäbc in entsprechender Lage gehalten und voneinander durch elektrisch nichtleitende Bauteile isoliert. Werden dafür flache oder zylindrische Elemente verwendet, so sind sie im allgemeinen in abwechselnde öffnungen an den äußeren Kanten der Elektroden eingesetzt. Sie können aber auch in andere Teile der Elektroden eingesetzt sein. Diese Isolatoren bestehen aus inerten Stoffen und können eine beliebige Form besitzen. Im allgemeinen bestehen sie z. B. aus Polyvinylidenchlorid, Polyvinylchlorid, nachchloriertem Polyvinylchlorid, Polyviny!- fluorid oder Polytetrafluorethylen und können massiv oder hohl und z. B. zylindrisch oder flach sein. Als Abstandshalter eignen sich auch nichtleitende Streifen mit Erhebungen — wie knopfartige Vorsprünge —,die eine Fixierung in den Elektrodenöffnungen gestatten.

ίο Sie sollen einen elektrischen Kontakt und damit einen Kurzschluß zwischen den Elektroden verhindern und gleichzeitig eine maximale Strömung des Elektrolyten durch die Elektroden ermöglichen.

Die Erfindung wird anhand von Zeichnung weiter erläutert.

F i g. 1 ist eine Seitenansicht einer Elektrolysezelle nach der Erfindung mit einer Vielzahl von Elektroden in einer einzigen Kammer, wobei die Kammerwände teilweise abgebrochen sind und der Deckel entfernt wurde;

Fig.2 ist eine Endansicht einer Anodenanordnung nach F i g. 1 einschließlich der Abr'-ckung, wobei die Stirnwände und die Trennwand wegge'assen sind und der Zirkulationsbereich nicht gezeigt ist;

Fig.3 ist eine Endansicht einer Kathodenanordnung nach Fig. 1, wobei die Stirnwände, die Kammerabdekkung : nd die Trennwand weggelassen sind und der Zirkulationsbereich gezeigt wird;

F i g. 4 zeigt einen Querschnitt durch die Elektroden-

jn anordnung nach F i g. 5 längs der Linie 4-4. Es wird die Anordnung in einer Kammer dargestellt, die eine Kühlschlange und Trennwände oder Leitbleche enthält, wobei die Pfeile die Strömungsrichtung anzeigen;

Fig. 5 ist ein Längsschnitt einer erfindungsgemäßen

j> ZeMe, wobei die Seitenwände nicht gezeigt werden und die Pfeile die Strömungsrichtung angeben.

Die Zelle 9 in den Fig. 1 bis 3 besieht aus Seitenwänden 10, einem Boden 11 und einer Abdeckung 12. Das Elektrodenpaket oder der Elektrodenstapel enthält eine Vielzahl von dimensionsstabile.ι Anoden 15 und eine Vielzahl von Kathoden 16. Die Zelle und die Abdeckung können aus einem beliebigen beständigen Material bestehen, insbesondere aus Kunststoff wie Polyäthylen, Polyvinylchlorid, nachchloriertem Polyvi-

4> nylchlorid oder Polytetrafluoräthylen. Bevorzugt ist Polyvinylchlorid mit Glasfaserschicht.

Die dimensionsstabile Anode 15 enthält ein elektrisch leitendes Substrat mit einer Beschichtung aus einer festen Lösung von mindestens einem Edelmetalloxid

•in und mindestens einem Ventilmetailoxid. Die geometrische Form der Anoden kann variieren vorausgesetzt, daß sie mit winzigen Öffnungen versehen sind. Das Substrat besteht z. B. aus Titan. Tantal. Niob und Zirkonium, wobei ein Sireckmetall aus Titan bevorzugt

■·', vird Die Anodenbeschichtung aus den festen Lösungen ist elektrisch leitend und katalytisch bzw. clcktrokatalytisfh wirksam. Da,- Wirtsgitter ist dabei ment das eines Ventilmetalls (Titan, Tantal, Niob und Zirkonium), das mit Edelmetaller, (Platin. Ruthenium, Palladium, Iridium,

hu Rhodium und Osmium) dotiert ist. Titandioxid-Rutheni umdioxid wird oevorzugt. Das Molverhältnis von Ventilmetall zu Edelmetall variiert zwischen (0,2-5): 1; bevorzugt beträgt es 2 : I.

Gegebenenfalls kann man diese festen Lösunger

h, modifizieren, beispielsweise indem ein Teil des Edelmetalloxids bis zu 50% durch Zinndioxid ersetzt wird. Ein Defekt-Elektronen-Gitter kann mit Kobaltverbindungen, insbesondere Kobalttitanat, modifiziert werden.

wodurch eine Stabilisierung eintritt und die Betriebszeit der Anoden verlängert werden kann. Als dimensionsstabile Anode kann man auch ein Substrat mit einem Überzug aus chemisch und mechanisch beständigen organischen Polymeren und festen Lösungen von -, Ventilmetall- und Edelmetalloxiden anwenden, wobei das Polymere z. B. ein Fluorkohlenwasserstoff wie Polyvinylfluorid oder Polyvinylidenfluorid ist.

Geeignet sind aber auch Überzüge aus Edelmetallen oder Edelmetallegierungen, insbesondere Platinlegie- im mngen (GB-PS 21 95 871).

Die Kathode kann wie üblich aus einem beliebigen korrosionsbeständigen Werkstoff bestehen, wie rostfreier Stahl. Nickel. Titan. Blei und Platin. Man kann auch gesinterte oder poröse, katalytischc wirksame r, Flächen mit niedriger Wasserstoffüberspannung anwenden, wie sie auch bei dun dimcnsionsstabilen Anoden vorliegen.

Die Träger 22 bestehen aus korrosionsbeständigen Schraubenbolzen, vorzugsweise aus Titan, und erstrek- _n ken sich durch Öffnungen an einem Ende jeder Kathode und Anode. Die Tragstäbc 18 liegen den beiden F.ndclektroden an. Zwischen den Elektroden befinden sich Abstandsstäbe 19. Abstandshalter 21 und I.eiterstäbe 20, durch deren Bohrungen sich die Träger 22 _·-, erstrecken. Damit isi das F.lcktmdenpaket sicher gehalten. Die Träger 22. Abstandshalter und Leiter haben freie F.nden mit Außengewinde, auf die Muttern zur Halterung aufgeschraubt sind. Die auf diese Weise an einer Seite fixierten Anoden enden kurz vor der m Fixierung der Kathoden. Die Kathoden sind auf gleiche Weise befestig; und enden kurz vor der Fixierung für die Anoden. Dadurch kommt es zu keinem Kurzschluß.

Die in der Zeichnung gezeigte Kathodenabstützung weist mehrere Abstandshalter als die Anodenabstüt- ;-, z. ti ng auf. weil in der gezeigten Anordnung weniger Kathoden vorhanden sind, und um ausgeglichene Elektrodenilächen zu erhalten, sind zusätzliche Abstandshalter für die Kathodenabstützung erforderlich. Eine Stabilisation 24 aus Streifen aus elektrisch :. nichtleitendem Kunststoff (wie Polyäthylen. Polyvinylchlorid, nachchloriertem Polyvinylchlorid. Polytetrafluorethylen) ist am oberen Ende der Träger 22 mit Muttern 21 und Beilagscheiben 23a vorgesehen, um insbesondere eine horizontale Bewegung der Elektro- j den zu vermeiden.

Ein Elektrodenabstand von ungefähr 0.76 mm wird durch hohle oder massive, zylindrische oder flache Stücke 17 aus elektrisch isolierendem Kunststoff (wie aus Polypropylen. Polyvinylidenchlorid. Polyäthylen) -, gewährleistet, die in die Öffnungen der Kathoden eingreifen.

Der Stromanschluß erfolgt über die oberen und unteren Leiterstäbe 20 bzw. 22a mit Innengewinde, die sich im Abstand zwischen den Elektroden befinden und ö von den Trägern 22 gehalten werden, indem sie sich durch Öffnungen in den Leiterstäben erstrecken. Leiterstäbe sind in zwei Niveaus für die Stromverteilung vorgesehen. Der Strom wird den Leiterstäben durch mit Außengewinde versehene angeschraubte Stäbe 25 t zugeführt, die über die Elektroden hinausreichen. Die Stäbe 25 sind von Rohren 26 umgeschlossen. Eine Berührung der Stäbe mit dem Elektrolyten wird durch Stützringe 25a und Kautschukdichtungen 25i>und durch die Abdeckung 12 mit oberem Teil 12a. Kautschukdich- b tung 27 und Schraubenmutter 28 verhindert Die Kupferstäbe besitzen oben ein Außengewinde, über das der Verschluß mit Hilfe der Abdeckung 12 und 12a erfolgt. Die Fixierung der Abdeckung 12, 12a miteinander und mit der Kaulschukdichtung 27 geschieht durch Muttern. Die auf die Stäbe aufgeschraubten Muttern gewährleisten einen ausreichenden Druck für einen dichten Abschluß des Abstands zwischen dem Stab und dem Rohr. Die beiden Muttern 29 sind oben auf den Stäben eingeschraubt und fixieren damit den durchbrochenen Teil einer langen Stromschiene 30. Die Stromschiene hat Bohrungen, in die die Stäbe passen wodurch der Stromanschluß an die Energiequelle erreicht ist. Es kann eine Schutzkappe 5t aus Isoliermaterial über die Stromanschlüssc gestülpt werden, um eine chemische und atmosphärische Korrosion weitgehend auszuschalten.

Um das Elektrodenpaket über dem Boden der Zelle zu halten, können Paletten 31 angewandt werden, die dem Elektrolyt eine Strömung von im wesentlichen 90 zur Elcklrodcnfläche ermöglichen. Dadurch kann der unten z.ueeführte Elektrolyt nach einer Umlenkung von ~ 90 aufwärts durch das Elektrodenpaket strömen.

Die Leiterstäbe 20 können aus irgendeinem Ventilmetall bestehen;Titan wird bevorzugt.

Die Anzahl der Elektroden in den erfindungsgemäßen Zellen sollte für eine ausreichende Elektrolytströmung und eine ausreichende Freisetzung der Gase bemessen werden. Meist werden mehrere Zellcncinhciten in Reiher geschaltet zu einer Anlage vereinigt, um die Elektrodenzahl erhöhen zu können, ohne die Stromausbeute zu verschlechtern.

Wie oben angedeutet, soll der Elektrodenabstand möglichst gering sein, damit der elektrische Widerstand klein ist. Gleichzeitig muß jedoch eine schnelle, durch die Gasentwicklung unterstützte Elcktrolytströmung gewährleistet sein. Der Elektrodenabstand kann ungefähr 0.25 bis 6.3 mm betragen. Um jedoch eine maximale .Stromausbeute zu erhalten, sollte der Elektrodenabstand ungefähr 0.5 bis 1 mm sein. Um den Abstand aufrechtzuerhalten, werden nichtleitende Abstandshalter z. B. aus keramischen Stoffen oder Kunststoffen wie Polyäthylen. Polyvinylchlorid. Polypropylen verwendet; diese können kugelig, halbkugelig, flach, zylindrisch oder dergleichen sein.

In F i g. 3 ist die Elektrolytströmung innerhalb der einzelnen Zellen bzw. Zelleneinheiten durch Pfeile angedeutet. Eine Trennwand 32 in der Zelle 9 zwischen den Seitenwänden 10 läßt am Boden 11 einen Durchtritt für den Elektrolyt frei, so daß die Zellenteile 9a. 9£ kommunizieren. In 90 ist eine Möglichkeit zur Einstellung der gewünschten Temperatur vorgesehen In dem Zellenteil 9a befindet sich das Elektrodenpakei dessen drei Kanten im wesentlichen an die Zellen-'ände und die vierte Kante an die Trennwand reichen bzw. von diesen durch isolierende Abstandshalter getrennt sind Wenn die Kanten des Elektrodenpakets an die Zellen- und Trennwand reichen, strömt der in den Zellenteil 9i eingeführte Elektrolyt unter der Trennwand durch und durch die durchbrochenen Elektroden, und zwat aufsteigend von der unteren Endelektrode bis zut oberen Endelektrode, und dann aus dem Zellenteil 9« durch den oberen Elektrolytdurchtritt in der Trennwand wieder in den Zellenteil 9b. Bei in Serie geschalteter Zelleneinheiten durchströmt der Elektrolyt die Einheiten hintereinander, bis er aus der letzten ausgetrager wird. Ein Stromdurchgang von Einheit zu Einheit sollte dabei jedoch vermieden werden.

In F i g. 5 ist eine Anlage mit mehreren Zelleneinheiten im Sinne der F i g. 2 und 3 dargestellt und zwar mit Endanode 15' in Kammer 35 und Endkathode 16' ir

Kammer 39 und dazwischen Kammer 36, 37 und 38 mit bipolaren Elektroden 46. Der Slromanschliiß erfolgt über Leiterstab 20' in Kammer 35 bzw. 39. Die bipolaren Elektroden 46 sind aufgebaut aus durchbrochenen, ebenen, zueinander parallelen horizontalen, dimensionsstabilen Anodentcilen 48 und ebenen, parallelen, durchbrochenen, horizontalen Kathodenleilen 49.

Die Zelle 9' besitzt eine Trennwand 32' zwischen den /rellen 10', die die Zelle in den Elektroden-Zellenteil 9a' und den Strömungs-Zellenteil 9Zj' teilt. Jede Einheit ist von der benachbarten durch eine Trennwand 43 getrennt, und /war zum Zcllenteil 9.-Γ elektrisch isolierend und flüssigkcitsabdichtend /wischen 32' und 10' und durch eine Trennwand 40 /um Zcllcnlcil 9b' flüssigkcitsabdichtend /wischen 32' und 10'. Wenn Elektrolyt in den Teil 9i»'der Kammer 35 eintritt, strömt er von 9b'durch den unteren Durchtritt 41 in 32' in den Teil 9a'und damit unter die untere Endclektrode, dann durch das Elektrodenpakct und die obere Endelcktrodc iii'iu gcliii'igi uui'cl'i ul-ii ouciuii iiircnii lii 42 in 32' wieder in den Zellentci! 9b'. Von dem Elektrolyt mitgenommene Gase können hier ausgetragen werden. Der Elektrolyt durchströmt diese Einheit 35 einige Male. Wenn das Niveau in der Kammer 35 steigt, fließt Elektrolyt über die Trennwand 40 in den .Strömungsteil der benachbarten Kammer 36, da die Wand 40 weniger hoch ist als die Wand 43, aber höher als der Durchtritt 42 durch die Trennplatte 32'. In dieser Weise durchströmt der Elektrolyt hintereinander alle Einheiten der Zelle und tritt aus der letzten Einheit bei 47 aus.

Die Halterung der Endelektrodenpakcte und deren ./erkstoffc entsprechen E i g. I bis 3. Die Halterungen für die bipolaren Elektroden unterscheiden sich von den Halterungen für die Endpakete dadurch, daß die Abstandshalter 50 aus nichtleitendem Material bestehen. Halterungen 45 für die Elektrodcnpakete sind in jeder Kammer vorgesehen, gestalten jedoch die Elcktrolytströmung am Boden unter der unteren Endelcktrode. Eine Grundplatte 44 kann gegebenenfalls mit den Halterungen 45 verbunden sein, um die Befestigung der ganzen Baugruppe· in det Zelle 9' /ii erleichtern.

Der Anoden- b/w. Kathodenteil der bipolaren Elektroden entsprechen im allgemeinen den oben beschriebenen Anoden und Kathoden.

Bei diesen mehrzelligen Anlagen wird eine Elektrolytströmung von Einheit zu Einheit durch die Trennwände 43 und Abstandshalter 50 vermieden; diese ist nur über die Trennwände 40 möglich. Ein Stromfluß von Einheit zu Einheit wird durch die isolierenden Abstandshalter 50 vermieden.

Die erfindungsgemäße Zelle eignet sich z. B. zur Herstellung von Alkalihypochlorit aus einer wäßrigen Alkalihalogenid-Lösungbei etwa 15 bis40°C und einem pH-Wert von ungefähr 6 bis 10, insbesondere aus einer Salzlösung mit einer Konzentration von ungefähr 25 bis 30 g/l. Der pH-Wert beträgt 8.5 bis ungefähr 9,2 und die Temperatur ungefähr 20 bis 25⁰C.

Die bevorzugte dimensionsstabile Anode ist ein Titan-Streckmetall, das eine Beschichtung aus einer festen Lösung von Titandioxid und Ruthenitimdioxicl besitz'.. Die Kathode ist bevorzugt ein offenmaschiges Titannetz.

Überraschenderweise wurde festgestellt, daß die Zugabe von geringen Mengen an Chrom und Vanadium in die Alkalihalogenid-Lösung die Stromausbeute während der Eiektroiyse verbessert. Die Zugabe von Chrom und Vanadium geschieht etnweder durch Anwendung von selbstverzehrenden Anoden oder durch die Zugabe von Verbindungen, wie Natriumehromat und Natriumvanadat. Es ist besonders unerwartet und überraschend, daß die Stromausbeute schon durch die Zugabe von sehr geringen Mengen an Chrom und Vanadium in der Größenordnung von ungefähr 0,1 bis 0,6 ppm, vorzugsweise von ungefähr 0,3 ppm, verbessert wird. Obgleich die Wirkungsweise des Chroms und Vanadiums nicht bekannt ist, nimmt man an, daß sie eine kathodische Zersetzung des Hypochlorits zurückdrängen.

Die erfindungsgemäßc Zelle eignet sich auch zur Herstellung von Alkalichlorat durch Elektrolyse von z. B. einer Lösung von 300 g/l NaCI bei ungefähr 60 bis 80°C und dem pH-Wert von ungefähr 6,0 bis 7.5. Bevorzugt enthält die wäßrige Lösung 315 g/l NaCI und etwa 2 g/l Natriumbichromat bei ungefähr 60 bis 70^cC und einem pH Wert von 6.8 bis 7.2.

Beispiele 1 bis 4

In der folgenden Tabelle sind die in einer Anlage nach Fig. 1 bis 4 bei der Herstellung von Natriumhypochlorit entstehenden Produkte angegeben, und zwar bei absatzweisem Betrieb, einer Salzkonzentration von 30 g/l und 23 bis 27° C.

Tabelle I Beispiel

kW · h/kg

verfügbares
Chlor

Verfügbares
Chlor

g/l

Stromausbeute

1	3,73	1280	0,66	1,9	86
2	3,73	1280	0,72	3,7	80
3	3,73	1280	0,79	7,1	70
4	3,73	1280	1,21	9,9	56

Beispiele 5 bis 7

Bei den folgenden Beispielen wurden drei Anlagen nach Fig. 1 in Reihe in einer einzigen Zelle angewandt. Die Natriumchloridlösung, 30 g/l NaCl, 15 bis 28 C, wurde kontinuierlich in die Zelle eingeleitet.

Tabelle II

ίο

Beispiel

kW · h/k|;

verfügbares Chlor

Gesiitt. Salz- Wasser lösung

l/min l/min

Verfügbares Stromausbeute Chlor

g/l %

5	11 71	2500	1,03	0,92	9.1	9,34	57
6	n,y3	3000	0,99	1,59	11,7	9,56	63
7	11,53	2000	0,90	1,29	12,3	6,6	66

Beispiele 8 bis

Ks wurde Natriumchlorat hergestellt und zwar aus 175 1 gesättigter Salzlösung (300 g/l NaCI und 2 g/l Natriumbichromat) in einer Anlage nach Fig. 1 bis 4.

Tabelle II!

Beisp.	Stromdichte	Fl Zeit	Natrium	Klemmen	Temp.	Stroniausbeute	kW ■ h/t
			chlorat	spannung
	A/dm²	h	g/l	V	C	%	Chloral
8	31	2	40	3,77	58	92,6	5062
9	31	2,5	203	3,88	47	88	5488
10	15,5	1,5	185	3,33	47	94,0	4409
			I lierzu 3	Bkitt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Diaphragmalose Elektrolysezelle mit zumindest einem Stapel horizontal angeordneter zueinander paralleler abwechselnder Anoden und Kathoden sowie Zuführungen und Abführungen für den elektrischen Strom, den Elektrolyt und die Reaktionsprodukte, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden durchbrochen sind und jeweils die Anoden und Kathoden zusammengeschaltet sind.

2. Verfahren zum Betreiben der Elektrolysezelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Elektrolyt unter der untersten Elektrode einführt und mit Hilfe des Auftriebs der gebildeten Gase die Strömung durch die durchbrochenen Elektroden bis zur oberen Abführung bewirkt.