DE2336382A1 - Verfahren und vorrichtung zum einstellen des anoden-kathoden-abstandes in einer elektrolysezelle - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zum einstellen des anoden-kathoden-abstandes in einer elektrolysezelleInfo
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Description
Priorität: 17. Juli 1972, Nr. 272 2^o, V.St.A.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Einstellen des Anoden-Kathoden-Abstandes in einer
Elektrolysezelle und insbesondere auf ein Verfahren zum Einstellen des Anoden-Kathoden-Abstandes in einer Elektrolysezelle
für die Elektrolyse von Alkalimetallchloriden, wie Natriumchlorid. Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Verfahren
zum Einstellen des Anoden-Kathoden Abstandes in horizontalen Quecksilberzellen.
In Elektrolysezellen mit einstellbaren Elektroden ist die Steuerung bzw. Regulierung des Zwischenelektrodenabstandes
zwischen der Anode und der Kathode von wirtschaftlicher Bedeutung.
Der Anoden-Kathoden-Abstand sollte so eng wie möglich sein, um die Spannung so nahe wie möglich bei der Zersetzungsspannung des der Elektrolyse zu unterwerfenden Systems zu halten,
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Eine sorgfältige Regulierung des Anoden-Kathoden-Abstandes
bedeutet eine Verringerung des unrentablen Verbrauchs von Energie, beispielsweise bei der Erzeugung von Wärme, sowie
das Vermeiden von Kurzschlüssen und die dazugehörigen Probleme, beispielsweise die Zerstörung der Anodenfläche und
unter anderem die Verunreinigung der elektrolytischen Produkte .
Es ist bereits eine Vielzahl von Verfahren für die Einstellung des Anoden-Kathoden-Spaltes in Elektrolysezellen bekannt.
So werden beispielsweise Einstelleinrichtungen für Anodensätze in solchen Zellen verwendet, bei welchen eine Einrichtung,
welche auf Flußänderungen des Magnetfeldes anspricht, das durch den elektrischen Strom in einem die Anodensätze
versorgenden Leiter erzeugt wird, das Öffnen und Schließen einer elektrischen Schaltung steuert, wobei Hydraulikmotoren
aktiviert werden, welche die Anodensätze anheben oder absenken (US-PS 3 574 o73)· Dabei werden zusätzlich ein Zellenspannungssignal
und das Millivoltsignal als Eingang einem Analogrechner zugeführt, der als Ausgang eine Ablesung des
Widerstandes erzeugt, welcher nach der Formel berechnet ist:
E-E R = __J
wobei R der Widerstand des einen Anodensatzes, E die Zellenspannung,
E das reversible Potential des speziellen Elektroden-Elektrolyt-Systems und I der Strom ist, der zum Anodensatz
fließt. Jeder Anodensatz hat einen charakteristischen Widerstand bei optimalem Wirkungsgrad, auf den der Anodensatz entsprechend
eingestellt wird.
Weiterhin ist die Regulierung der Spannung in einer Elektrolysezelle
durch Messen der Zellenspannung und durch Vergleichen
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der Zellenspannung mit einer Bezugsspannung bekannt. Der Spalt zwischen den Elektroden wird entsprechend den Abweichungen
zwischen der gemessenen Spannung und der Bezugsspannung geändert, wobei alle Elektroden in der Zelle als Einheit justiert
werden (US-PS 3 558 454).
Außerdem ist bekannt, alle Elektroden in einer Elektrolysezelle
unter Benutzung einer Vorrichtung einzustellen, welche die Zellenspannung und den Zellenstrom in einer Schaltungsreihe mißt, welche den Anoden-Kathodenspalt dadurch reguliert,
daß eine Spannung proportional zu U - RI eingestellt wird, wobei U die Zellenspannung, I der Zellenstrom und R der vorher
festgelegte Widerstand der Zelle ist (US-PS j 62/ 666).
Zum Stand der Technik gehört weiterhin ein Verfahren zum Einstellen
der Elektroden durch Messen der Ströme zu den einzelnen Elektroden in zyklischer Aufeinanderfolge und zum Einstellen
des Abstands für jene Anoden, deren gemessene Ströme sich von einem ausgewählten Bereich von Stromwerten unterscheiden
(US-PS 3 531 392). Alle Elektroden werden auf den
gleichen Bereich von Stromwerten eingestellt, eine Spannungsmessung wird nicht ausgeführt.
Schließlich wird noch nach einem bekannten Verfahren der beginnende
Kurzschluß dadurch festgestellt, daß eine Anode um eine unbekannte Entfernung zu der Kathode hin vorwärtsbewegt
wird, daß der Strom gemessen wird, wenn sich die Anode bewegt, und daß die Bewegung der Anode angehalten wird, wenn der Strom
der Zelle einem schnellen Anstieg unterliegt, der nicht mehr proportional zur Geschwindigkeit der Anodenvorwärtsbewegung
ist. Anschließend wird die Richtung der Anodenbewegung für eine festgelegte Entfernung umgekehrt (US-PS 3 36I 654). Bei
diesem Verfahren wird die Elektrode in bezug auf den Zellenstrom eingestellt.
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BAD ORIGINAL
Obwohl die vorstehenden Verfahren Methoden für die Einstellung des Anoden-Kathoden-Abstandes in einer Elektrolysezelle zeigen,
weiß man, daß in einer Zelle, welche eine Vielzahl von Elektroden enthält, der optimale Anoden-Kathoden-Abstand für eine
spezielle Elektrode neben anderen Faktoren von deren Anordnung in der Zelle, von deren Betriebsalter oder Betriebslänge abhängt.
In einer horizontalen Quecksilberzelle für die Elektrolyse von Alkalimetallchloriden ist der optimale Anoden-Kathoden-Abstand
für eine Anode, die in der Nähe des Zelleneintritts angeordnet ist, verschieden von dem Abstand einer
Anode, die in der Nähe des Zellenaustritts angeordnet ist. In gleicher Weise kann für eine neue Anode ein geringerer Anoden-Kathoden-Abstand
aufrechterhalten werden als bei einer Anode,
die sich bereits in der Zelle eine bestimmte Zeit lang befindet, Nachdem eine Anode abgesenkt worden ist, muß man zusätzlich
wissen, ob der Anoden-Kathoden-Abstand zu schmal ist und ein Kurzschluß auftreten kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren sorgt nun für die Einstellung des Anoden-Kathoden-Abstandes für einzelne Anodensätze in
einer Elektrolysezelle, in der der optimale Anoden-Kathoden-Abstand für alle Anodensätze in einer Zelle variieren kann.
Zusätzlich kann die Wahl der Zellen und der Anodensätze in einer Zelle für eine mögliche Justierung willkürlich bzw.
zufällig erfolgen.
Gegenwärtig werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einstellen des Abstandes zwischen einer einstellbaren Anode
und einer Kathode benötigt, wobei Strommessungen und/oder Spannungsmessungen benutzt werden, um die Einstellung des
Elektrodenraumes bzw. -abstandes von einzelnen Anodensätzen unter sich ändernden Bedingungen zu bewirken, die bei den
vorstehend genannten Elektrolysezellen auftreten.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht deshalb darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einstellen des
Anoden-Kathoden-Abstandes zu schaffen, bei welchem die Nachteile
der bisher bekannten Methoden für das Einstellen der Anoden ausgeschlossen sind.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Elektrolysezelle
verwendet, die einen durch den elektrischen Strom zersetzbaren Elektrolyten enthält, der in Kontakt mit den Elektroden steht,
wobei die Elektroden wenigstens einen einstellbaren Anodensatz und eine flüssige Kathode in einer Abstandsbeziehung zueinander
umfassen. Der Kathode und dem Anodensatz wird eine Spannung zugeführt, um einen elektrischen Stromfluß durc.i den Elektrolyten
zu bewirken, der dessen Zersetzung hervorruft. Das erfindungsgemäße
Verfahren umfaßt:
A) Das Messen der Spannung über dem Anodensatz. D) Das Messen des Stroms zu dem Anodensatz.
C) Die Berechnung eines Spannungskoeffizienten für den Anodensatz.
D) Das Vergleichen des gemessenen Stroms und des gemessenen Spannungskoeffizienten mit einem vorher festgelegten Normstrom
und einem Normspannungskoeffizienten für den Anodensatz.
E) Das Verringern des Abstandes zwischen dem Anodensatz und der Kathode,
1) wenn der gemessene Strom unter einem vorher festgelegten Betrag unter dem Normstrom liegt,
2) wenn der gemessene Spannungskoeffizient über einem vorher
festgelegten Betrag über dem Normspannungskoeffizienten
liegt.
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F) Die Erhöhung des Abstandes zwischen der einstellbaren Anode und der Kathode,
1) wenn der gemessene Spannungslcoeffizient unter einem
vorher festgelegten Betrag unter dem Normspannungskoeffizienten
liegt,
2) wenn der gemessene Strom über einem vorher festgelegten Betrag über dem Norinstrom liegt,
3) wenn eine Reihe von Strommessungen für einen vorher festgelegten Zeitruum erhalten und die Differenzen
zwischen aufeinanderfolgenden Strommessungen berechnet
werden und
a) der Unterschied zwischen zwei aufeinanderfolgenden
Strommessungen eine vorher festgelegte Grenze überschreitet ,
b) die mittlere Differenz des Stroms, wie sie durch Quadrieren ihrer Stromdifferenz zwischen jeder aufeinanderfolgenden
Strommessung bei N Strommessungen, durch Addieren ihres erhaltenen Produktes und Teilens
der Summe durch N festgelegt wird, eine vorher festgelegte mittlere Differenzgrenze überschreitet,
c) die Stromdifferenz in jeder aufeinanderfolgenden Strommessung
über dem vorher festgelegten Zeitraum zunimmt und
d) die Differenz zwischen jeweils zwei Strommessungen während des vorher festgelegten Zeitraums die vorher
festgelegte Grenze überschreitet.
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k) Wenn die Anzahl der beim Spalt zwischen einem Anodensatz
und der Kathode vorgenommenen Einstellungen eine vorher festgelegte Anzahl in einem vorher festgelegten Zeitraum
überschreitet.
Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zum Einstellendes
Abstandes zwischen einer einstellbaren Anode und einer Kathode in einer Elektrolysezelle, wobei Strommessungen und
Spannungsmessungen erhalten und mit berechneten Normwerten verglichen werden. Die Feststellung einer Abweichung von den
Normwerten wird zur Bestimmung der Richtung der Anodeneinstellung verwendet. Ein Digitalrechner steht mit einem Antriebsmotor
in Wirkungsverbindung zum Anheben oder Absenken der Anodensätze, wenn entsprechende Signale von dem Rechner bei
einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung abgegeben werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung
sind besonders vorteilhaft für die Steuerung von Elektrolysezellen im wirtschaftlichen Einsatz, bei welchen
große Anzahlen von Zellen in Reihe geschaltet sind und jede Zelle eine Vielzahl von Anodensätzen enthält.
Anhand der beiliegenden Zeichnungen wird die Erfindung beispielsweise
näher erläutert.
Fig. 1 zeigt in einem Blockschaltbild die allgemeine Anordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Fig. 2 zeigt in .einem Blockschaltbild die Signalwahl und
das Signalkonditioniersystem der Erfindung.
Bei der in Fig. 1 im Blockschaltbild gezeigten Ausführungsform der Erfindung können Strom- und Spannungssignale 1 von
jedem Anodensatz (nicht gezeigt) für jede Elektrolysezelle
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von der Zellenwahleinheit 3 ausgewählt werden. Die Wahleinheit
k für den Anodensatz kann Strom- und Spannungssignale von jedem Anodensatz für die durch 3 gewählte Elektrolysezelle
2 wählen. Die Handsteuereinheit 5 und die automatische Steuereinheit 6 können unabhängig Strom- und Spannungssignale von 3 oder k auswählen und die erforderlichen Berechnungen
durchführen. Die Motorsteuereinheit 7 für die Vergrößerung oder Verringerung des Anoden-Kathoden-Abstandes in
irgendeinem Anodensatz in der Elektrolysezelle 2 kann durch die Handsteuereinheit 5 oder die automatische Steuereinheit
6 gesteuert werden.
Fig. 2 zeigt die Signalwahl und das Konditionier- bzw. Aufbereitungssystem
für ein entsprechendes Paar von Anodensätzen in zwei in Reihe aneinandergrenzenden Elektrolysezellen.
Durch den Leiter bzw. die Leitung 8 wird Strom dem Anodensatz 9 in der Zelle Io zugeführt, während über den Leiter bzw. die
Leitung 11 Strom dem Anodensatz 12 für die Elektrolysezelle
13 zugeführt wird. Klemmen 14 und I5 längs der Leitung 8 erzeugen
ein Signal, welches den Stromfluß zum Anodensatz 9 darstellt. Ähnliche Klemmen 17 und l8 erzeugen ein Stromsignal
längs der Leitung 11 für den Stromfluß zum Anodensatz 12. Thermistorschaltungen l6 und 1° erzeugen zwischen den Klemmen
14 und 15 bzw. 17 und l8 temperaturkompensierte Stromsignale.
Die Spannungssignale an dem Anodensatz 9 und an dem Anodensatz 12 werden zwischen den Klemmen 14 und I7 bzw. 18 und 2o
erzeugt. Ein Verstärker 27 empfängt Stromsignale von dem Anodensatz 9 parallel zu Relaisschaltungen 21 und 22 und vom
Anodensatz 12 parallel zu Relais schaltungen 2,k und 25· Ein
Verstärker 28 empfängt Spannungssignale von dem Anodensatz 9 parallel zu Relaisschaltungen 21 und 23 und für den Anodensatz
12 parallel zu Relaisschaltungen 2k und 26. Ein Zerhacker 29 empfängt das verstärkte Stromsignal von dem Verstärker 27,
während ein Zerhacker 30 das verstärkte Spannungssignal vom
Verstärker 28 empfängt. Diese Signale werden von Gleichstrom
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in Wechselstrom umgesetzt. Transformatoren 3I und 32 empfangen
die umgesetzten Strom- bzw. Spannungssignale und trennen die Signale, wobei ein Signal bei Erdpotential und ein Signal bei
Zellenpotential erzeugt wird. Detektoren 33 und Jk setzen die
getrennten Strom- bzw. Spannungssignale von Wechselstrom in Gleichstrom um. Mit Torschaltungen versehene Integratoren
und 36 empfangen die Gleichstromsignale und Gleichspannungssignale von den Detektoren 33 und 3^ und scheiden das elektrische
Rauschen aus, insbesondere das Rauschen, welches vom Gleichrichter erzeugt wird, welcher den Elektrolysezellen
Strom zuführt. Die bezüglich Rauschen aufbereiteten Strom- und SpannungssignaIe werden Halte- bzw. Speichereinheiten
bzw. 38 zugeführt, um auf die Auswahl durch den 3elektor 39
zu warten. Nach der Auswahl werden die Signale von der analogen Form in die binäre Form in einem Konverter ko umgesetzt und
einer automatischen Steuereinheit 6 für die Verarbeitung zugeführt
.
Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet die Verwendung von Anodensätzen aus unterschiedlichen, in der gleichen Zelle verwendeten
Baumaterialien. Zusätzlich ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren eine genaue Steuerung des Abstandes oder der
Entfernung zwischen den Anodensätzen und der Kathode, wenn der Anoden-Kathoden-Abstand für einen Anodensatz geändert
worden ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann bei einer Vielfalt von
Elektrolysezellenarten für verschiedene Elektrolysesysteme verwendet werden. Besonders günstig ist das Verfahren für
die Elektrolyse von Alkalimetallchloriden zur Erzeugung von Chlor und Alkalimetallhydroxyden. Besonders eignet sich das
Verfahren für horizontale Elektrolysezellen mit einer flüssigen Metallkathode, beispielsweise Quecksilber, wie sie aus den
US-PSn 3 39o o7o und 3 57^ t>73 bekannt sind.
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BAD ORIGINAL
Die horizontalen Quecksilberzellen gemäß der US-PS 3 57*t o73
bestehen gewöhnlich aus einer abgedeckten langegestreckten Rinne, die zu einem Ende leicht geneigt ist. Die Kathode ist
eine fließende Quecksilberschicht, die am höheren Ende der Zelle zugeführt wird und längs des Zellenbodens zu deren
unterem Ende strömt. Die Anoden sind im allgemeinen aus rechteckigen Graphitblöcken oder aus Titanstäben zusammengesetzt,
welche mit einem Metalloxyd beschichtet sind. Die Anoden hängen von Zuführungsleitungen herab, beispielsweise von Rohren oder
Stäben aus Graphit oder geschütztem Kupfer. Die Böden der Anoden befinden sich in kurzer Entfernung über der strömenden
Quecksilberkathode. Der Elektrolyt, der gewöhnlich eine Salzsole ist, strömt über dci Quecksilberkathode und steht auch mit
der Anode in Kontakt. In jedem Anodensatz ist eine Anodenleitung an einem Leiter befestigt, die andere Leitung ist an einem
zweiten Leiter befestigt. Jeder Leiter ist einstellbar an jedem Ende einer Tragsäule befestigt. Jede Tragsäule ist mit einem
Antrieb, beispielsweise einem Zahnrad, versehen, das über einen Riemen oder eine Kette oder direkt von einem Motor, beispielsweise
einem Elektromotor, einem hydraulischen Motor oder einem anderen Motor angetrieben wird, der auf elektrische Signale
anspricht.
Obwohl die Erfindung besonders vorteilhaft beim Betrieb von horizontalen Quecksilberzellen für die Elektrolyse einer
Sole ist, ist sie insgesamt vorteilhaft für jede Elektrolysezelle mit einer beliebigen flüssigen Kathode, wo eine Einstellung
des Anoden-Kathoden-Abstandes erforderlich ist.
Die Anzahl von Elektrolysezelle^ die durch das erfindungsgemäße
Verfahren und durch die erfindungsgemäße Vorrichtung gesteuert wird, ist nicht entscheidend. Es kann eine einzige
Elektrolysezelle ebenso wie eine Anlage mit mehr als hundert Zellen erfolgreich gesteuert werden.
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BADÖRfGffviAi
Jede Elektrolysezelle kann eine einzelne Anode enthalten. Bevorzugt werden jedoch das erfindungsgemäße Verfahren und
die erfindungsgemäße Vorrichtung bei Elektrolysezellen verwendet, die eine Vielzahl von Anoden enthalten. Die Anzahl
der Anoden pro Zelle kann in einem Bereich von einer bis zweihundert
Anoden, vorzugsweise von etwa zwei bis etwa hundert Anoden liegen.
Insbesondere für industrielle Zwecke werden bevorzugt Anodensätze verwendet, wenn der Abstand zwischen der Kathode und
den Anoden der Elektrolysezellen eingestellt wird. Ein Anodensatz kann eine einzige Anode enthalten, umfaßt jedoch bevorzugt
zwei bis etwa zwanzig Anoden, wobei üblicherweise etwa drei
bis etwa zwölf Anoden pro Anodensatz vorhanden sind. Spannungsund Strommessungen erhält man für jeden einzelnen Anodensatz
in jeder Zelle.
Bei der Durchführung der Einstellung des Anoden-Kathoden-Abstandes
nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden zwei elektrische Signale erzeugt und für jeden Anodensatz gemessen.
Ein Signal entspricht dem Stromfluß in dem Leiter für den Anodensatz und kann dadurch erzielt werden, daß der Spannungsabfall
zwischen einer Vielzahl von Klemmen gemessen wird, vorzugsweise zwischen zwei Klemmen, die in einem geeigneten
Abstand längs des Leiters angeordnet sind. Der Abstand liegt vorteilhafterweise zwischen 7i5 cm und 250 cm (3 bis loo inch),
beispielsweise bei etwa 75 cm (30 inch). Es sollte jedoch bei
allen Leitern bzw. Leitungen der gleiche Abstand verwendet werden. Die Klemmen sollten seitlich in der Mitte des Leiters
in einem geraden Segment des Leiters von gleichmäßigen Abmessungen
liegen. Die Strommessungen erhalt man durch Verwendung bekannter Methoden, beispielsweise durch Verwendung des Hall-Effektes
oder mittels anderer magnetischer Detektorvorrichtungen.
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BAD ORIGINAL
Für das Stromsignal ist bezüglich der Temperaturänderungen eine Kompensation in dem Leiter in Form eines Thermowiderstandes
vorgesehen, der in dem Abschnitt des Leiters eingebettet oder daran angebracht ist, der als Quelle für das Stromsignal verwendet
wird.
Das Spannungssignal wird zwischen den entsprechenden Klemmen an den Leiter für entsprechende Anodensätze an zwei aneinandergrenzenden
Zellen erzeugt und gemessen, wenn eine Vielzahl von Zellen gesteuert wird.
Eine Version des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Einstellen
des Anoden-Kathoden-Abstandes in einer Elektrolysezelle, die wenigstens einen Anodensatz hat, umfaßt das Messen des
Spannungsabfalles zwischen einer Vielzahl von Klemmen längs eines Abschnittes eines jeden Leiters für die Stromzufuhr zum
Anodensatz. Dieses elektrische Signal stellt den Stromfluß in dem Leiter für den Anodensatz dar. Ein Spannungssignal wird
parallel am Anodensatz gemessen, im allgemeinen zwischen entsprechenden Klemmen an den Leitern für zwei benachbarte
Anodensätze in Zellen, die eine Vielzahl von Anodensätzen haben. Diese elektrischen Signale werden verarbeitet und zur
Berechnung des Spannungskoeffizienten Vc verwendet, entsprechend
der Formel
Vc = 1 - D
kA/m2
wobei V die gemessene Spannung für die Elektrolyseeinheit, D die Zersetzungsspannung der durchgeführten Elektrolyse und
kA/m die Dimension für die Stromdichte bezogen auf die Kathodenoberfläche unter dem Anodensatz ist. Der berechnete
Spannungskoeffizient Vc wird mit dem vorher festgelegten Spannungskoeffizient S für die Einheit verglichen, wobei
eine Einstellung des Anoden-Kathoden-Abstandes dann erfolgt,
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BAD ORIGINAL
wenn der Unterschied zwischen Vc und S außerhalb von k fällt,
das den zulässigen Abweichungsbereich von S für die Einheit darstellt. Wenn der Unterschied zwischen Vc und S unter der zulässigen
Abweichung k liegt, besteht die Einstellung darin, daß der Anoden-Kathoden-Abstand um einen vorher festgelegten Betrag
vergrößert wird. Wenn die Differenz zwischen Vc und S größer als k ist, besteht die Einstellung darin, daß der Anoden-Kathoden-Abstand
verringert wird.
Die bei der Anodeneinstellung durch Vergleichen der berechneten und der normierten Spannungskoeffizienten verwendeten Strom-
und Spannungssignale sind Mittelwerte für Ablesungen, die man über einem gewählten Zeitraum bei einem ausgewählten Anteil pro
Zeiteinheit erhält.
Immer wenn der Anoden-Kathoden-Abstand für einen Anodensatz eingestellt worden ist, beispielsweise durch Verringern eines
Fixabstandes, wird das Stromsignal analysiert, um festzulegen, ob sich die Anode zu nahe an der Kathode befindet. Diese Bestimmung
erfolgt durch eine oder mehrere der nachstehenden Analysen. Eine erste Analyse zeigt an, ob die Stromzunahme,
wie sie unmittelbar vor und unmittelbar nach der Verringerung des Anode-Kathoden-Abstandes gemessen wird, größer ist als
eine zulässige Grenze. Ist dies der Fall, so wird der Anodensatz sofort auf einen Fixabstand angehoben, beispielsweise bis
zur Ausgangslage. Eine zweite Analyse bestimmt die Größe der Stromschwankungen. Wo diese eine zulässige Grenze übersteigen,
wird der Anodensatz unmittelbar auf einen Fixabstand angehoben. Die dritte Analyse bestimmt, ob der Strom fortfährt, über
einen längeren als einen festgelegten Zeitraum anzusteigen. Wenn dies der Fall ist, wird der Anodensatz sofort auf einen
Fixabstand angehoben. Eine vierte Analyse bestimmt, ob die gesamte Stromzunahme eine zulässige Grenze überschreitet. Ist
dies der Fall, so wird der Anodensatz unmittelbar auf einen Fixabstand angehoben.
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Die vorstehenden Analysen können einer ausgewählten Anzahl
entsprechend wiederholt werden, wobei bei der Wiederholung der Anodensatz um einen Bruchteil des vorherigen festgelegten
Abstandes abgesenkt wird, beispielsweise um die Hälfte oder ein Drittel.
Immer wenn der Anoden-Kathoden-Abstand für einen Anodensatz
geändert wird, wird der Spannungskoeffizient Vc wieder berechnet
und mit dem Normkoeffizienten S verglichen.
Die Zellen und Anodensätze in einer Zelle können für die Ein~ Stellung zufällig oder der Reihe nach gewählt werden, wobei
die Auswahl von Hand oder durch eine automatische Steuerung erfolgen kann. Nach der Auswahl einer bestimmten Zelle für die
Einstellung werden alle Strom- und Spannungssignale für die Anodensätze genommen und gleichzeitig verarbeitet, um Ablesungen
zu erhalten, die wirklich vergleichbar sind. In gleicher Weise können Zellen und Anodensätze bei dem Einstellungsverfahren
übergangen werden.
Bei einer weiteren Version des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird der Anoden-Kathoden-Abstand für einen Anoderisatz durch
periodisches Messen des Stroms zu einem Anodensatz gesteuert, wobei die Stromablesung bzw. der Stromwert mit einem vorher
festgelegten Normwert verglichen und der Anoden-Kathoden-Abstand vergrößert wird, wenn der Normwert um eine vorher
definierte Grenze überschritten wird.
Eine dritte Version des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht
darin, daß die Änderungshäufigkeit des Anoden-Kathoden-Abstands für einen Anodensatz während eines vorher festgelegten Zeitraums
bestimmt und der Anodensatz aus der automatischen Steuerung entfernt wird, wenn die Änderungsfrequenz eine
vorher festgelegte Zahl überschreitet.
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Bei einer vierten Version des erfindungsgemäßen Verfahrens
können alle Anodensätze in einer gewählten Zelle gleichzeitig eingestellt werden, es kann jedoch auch eine gleichzeitige
Einstellung für irgendeine Kombination von Anodensätzen in einer ausgewählten Zelle vorgenommen werden.
Die Strom- und Spannungssignale für alle Anodensätze an einer Zelle
können durch ein einziges Relais pro Zelle gesteuert werden.
Wenn eine Zelle ausgewählt worden ist, wählt eine Abtasteinheit entweder von Hand oder automatisch zur Bestimmung, ob irgendeiner
oder alle Anodensätze in der Zelle eine Einstellung erforderlich machen, den Relais für die gewünschte Zelle.
Alle Strom- und Spannungssignale für diese Zelle werden von
der Abtasteinheit empfangen und gehen durch einen Verstärker, wobei die Signale verstärkt werden.
Für die automatische Einstellung von dem Verstärker werden die Signale für die Verwendung durch den Komputer aufbereitet.
Dies erfolgt beispielsweise dadurch, daß die Signale d-arch
einen Zerhacker gehen, der die Gleichstromsignale in Wechselstromsignale
umsetzt. Daran schließt sich ein Transformator an, welcher die Signale trennt und ein Signal bei Erdpotential und
ein weiteres Signal bei Zellenpotential erzeugt. Dann werden die Signale zu einem Detektor geführt, welcher die Wechselstromsignale
zurück in Gleichstromsignale umwandelt. Die Gleichstromsignale werden einem mit einer Torschaltung versehenen
Integrator zugeführt,- der das elektrische Rauschen beseitigt, insbesondere das Rauschen, das durch den Gleichrichter erzeugt
wird. Die ausgeschiedene Rauschfrequenz hängt von der Periode des in der Zellenanlage verwendeten Stroms ab. Wenn beispielsweise
ein Strom mit 60 Hz verwendet wird, schaltet der Integrator das Rauschen bei 60 Hz und allen Harmonischen davon aus.
Die bezüglich des Rauschens aufbereiteten Signale werden einer Halte- bzw. Speichereinheit (Kondensator) zugeführt, wo sie in
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Bereitschaft gehalten werden, bis sie für die Verwendung in verschiedenen Berechnungen angefordert werden. Wenn diese Berechnungen
durch einen Digitalrechner erfolgen, wird eine Umsetzung dieser Signale von der analogen in die digitale Form
durchgeführt.
Wenn für die Einstellung eine Zelle oder ein Anodensatz ausgewählt
ist, werden eine Reihe von Strom- und Spannungssignale gleichzeitig für einen eingestellten Zeitraum erzeugt, beispielsweise
von etwa 0,25 bis etwa 5 s in einem Anteil von etwa 2o bis etwa 60 Signale pro Sekunde. Es kann jeder geeignete
Zeitraum und jede geeignete Anzahl pro Zeiteinheit verwendet werden. Die Strom- und Spannungswerte für die ausgewählte
Zelle oder den ausgewählten Anodensatz werden gemittelt und der Spannungskoeffizient nach der folgenden Formel berechnet
:
ir V-D
Vc = —
Vc = —
kA/m2
2
wobei V, D und kA/m wie vorstehend definiert einzusetzen sind, Beispielsweise beträgt bei der Elektrolyse von Natriumchlorid in einer Quecksilberzelle zur Erzeugung von Chlor der Wert D etwa 3,1.
wobei V, D und kA/m wie vorstehend definiert einzusetzen sind, Beispielsweise beträgt bei der Elektrolyse von Natriumchlorid in einer Quecksilberzelle zur Erzeugung von Chlor der Wert D etwa 3,1.
Der berechnete Spannungskoeffizient wird dann mit einem vorher
festgelegten Spannungskoeffizient S verglichen. Der vorher festgelegte Koeffizient S kann individuell von dem Operator
ausgewählt werden oder für jeden Anodensatz für einen Rechner, wobei der Werkstoff der Anode, nämlich Graphit oder Metall,
die Form und der Zustand der Anoden, nämlich geschlitzte oder gebohrte Graphitblöcke, Metallgitter oder Metallstäbe, die mit
einem Edelmetall oder einem Oxyd überzogen sind, und die Anordnung des Anodensatzes in der Zelle neben anderen Faktoren
berücksichtigt werden. Dieser Koeffizient wird entsprechend
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vergrößert oder erniedrigt, wenn sich der Zustand des Anodensatzes
ändert. Er kann in dem Speicherkern eines Rechners gespeichert und gewünschtenfalls mit dem berechneten Wert für Vc
verglichen werden.
Nach dem Vergleichen des berechneten Koeffizienten Vc mit dem
vorher festgelegten Koeffizienten S für einen ausgewählten Anodensatz, wird, wenn der Wert außerhalb von k liegt, wobei
k der zulässige Abweichungsbereich von S ist, eine Einstellung des Anoden-Kathoden-Abstandes vorgenommen. Der Wert von k kann
zwischen etwa o,l und etwa Io % variieren, vorzugsweise zwischen
etwa 2 und etwa 8 %. Wenn die Differenz zwischen Vc und S unter
k liegt, so wird der 4n.oden-Kathoden-Abstand um einen vorher
festgelegten Betrag vergrößert. Der Anodensatz wird ansprechend auf ein beispielsweise von einem Rechner für ein Relais erzeugtes
Signal angehoben, das einen Motor für einen vorher festgelegten Zeitraum aktiviert, wodurch dementsprechend der Anodensatz
um einen vorher festgelegten Betrag angehoben wird.
Wenn der Anoden-Kathoden-Abstand erhöht worden ist, kann man
für diesen Anodensatz einen neuen Satz von Strom- und Spannungssignalen erhalten, wobei ein neuer Spannungskoeffizient berechnet
und mit S verglichen wird. Dieses Verfahren wird ausreichend oft wiederholt, um einen zufriedenstellenden Anoden-Kathodenabstand
zu erzielen.
Wenn die Differenz zwischen Vc und S oberhalb von k liegt, wird der Anoden-Kathoden-Abstand für den ausgewählten Anodensatz
um eine vorher festgelegte Distanz verringert. Für diesen neuen Anoden-Kathoden-Abstand wird dann Vc berechnet und mit
S verglichen, wobei der Anoden-Kathoden-Abstand erforderlichenfalls
weiter eingestellt wird.
Immer wenn ein Anodensatz abgesenkt wird, werden vorteilhafterweise
Stromzustände analysiert, welche anzeigen, daß sich die
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Anode zu nahe an der Kathode befindet. Auf eine Verringerung des Anoden-Kathoden-Abstandes hin folgt somit eine Reihe von
Strommessungen für den Anodensatz für einen vorher bestimmten Zeitraum. Jede Messung wird mit der vorhergehenden Messung
verglichen, um die Höhe der Stromzunahme festzulegen. Wenn die Stromzunahme eine von mehreren festgelegten Grenzen überschrei-·
tet, wird sofort der Anoden-Kathoden-Abstand vergrößert. Wenn
bei der ersten Analyse die Stromzunahme, wie sie unmittelbar vor und unmittelbar nach der Verringerung des Anoden-Kathoden-Abstandes
gemessen wird, größer ist als eine vorher festgelegte Grenze, wird sofort der Anoden-Kathoden-Abstand vergrößert.
Wenn beispielsweise der Anodensatz um 0,3 mm abgesenkt wird,
würde eine Änderung v^r* .r.ahr als 5 5° der Stromzunahme zu einer
sofortigen Vergrößerung des Anoden-Kathoden-Abstandes führen.
Wenn die Verringerung des Anoden-Kathoden-Abstandes größer als
0,3 mm ist, kann eine proportional größere Stromzunahme toleriert
werden.
Wenn die unmittelbare Stromzunahme nicht größer ist als die vorher festgelegte Grenze der ersten Analyse, wird eine Reihe
von N-Strommessungen durchgeführt. Eine zweite Analyse erfolgt zur Bestimmung der Größe der Stromschwankungen über einem
vorher festgelegten Zeitraum. Die Mittlere Größe der Stromschwankungen wird durch ein geeignetes Verfahren vor einem
Vergleich mit einer vorher festgelegten mittleren Differenzgrenze bestimmt. Der Ausdruck:"mittlere Differenz", wie er hier
zur Definition der Größe der Stromschwankungen verwendet wird, kann alle bekannten Verfahren für die Mittelung von Differenzen
umfassen. Beispielsweise erfolgt vorzugsweise eine Berechnung
2
für ^.Δ /N, wobei Λ die Differenz des Stroms zwischen jeder aufeinanderfolgenden Messung bzw. Ablesung und N die gesamte Anzahl der Stromablesungen ist. Wenn diese ZaIl größer als eine vorher festgelegte mittlere Differenzgrenze ist, beispielsweise größer als etwa 1,5» wird der Anoden-Kathodenabstand sofort vergrößert. Die mittlere Differenz kann auch
für ^.Δ /N, wobei Λ die Differenz des Stroms zwischen jeder aufeinanderfolgenden Messung bzw. Ablesung und N die gesamte Anzahl der Stromablesungen ist. Wenn diese ZaIl größer als eine vorher festgelegte mittlere Differenzgrenze ist, beispielsweise größer als etwa 1,5» wird der Anoden-Kathodenabstand sofort vergrößert. Die mittlere Differenz kann auch
409811/1058 '
durch die Berechnung * jj
oder durch ein anderes gleichartiges statistisches Verfahren erzielt werden.
Eine dritte Analyse legt fest, ob der Strom weiterhin ansteigt
für einen Zeitraum, der größer ist als ein vorher festgelegter Zeitraum, beispielsweise etwa 4 s. Wenn dies der Fall ist, wird
der Anoden-Kathoden-Abstand unmittelbar vergrößert.
Die vierte Analyse bestimmt, ob die gesamte Stromzunahme größer ist als eine vorher festgelegte Grenze, beispielsweise eine Zunahme
von etwa 6 bis 8 %. Wenn dies der Fall ist, wird der Anoden-Kathoden-Abstand
sofort vergrößert.
Das Verfahren für die Anzeige, ob der Anoden-Kathoden-Abstand für einen ausgewählten Anodensatz zu klein ist, kann eine begrenzte
Anzahl von Malen wiederholt werden, wobei bei jeder Wiederholung dieses Vorgangs die vorher festgelegte Distanz
für die Änderung des Anoden-Kathoden-Abstandes verringert und/ oder der Zeitraum für die Vornahme von Ablesungen verringert
werden kann. Wenn beispielsweise die vorher festgelegte Distanz für die Änderung des Anoden-Kathoden-Abstandes r für die anfängliche
Festlegung ist, kann die vorher festgelegte Distanz für die Änderung des Anoden-Kathoden-Spaltes für die darauffolgende
Festlegung 1/2 r sein.
Unter Verwendung des vorstehenden Verfahrens können alle Anodensätze
in einer gewählten Zelle gleichzeitig eingestellt werden. Dieses Verfahren der zweiten Analyse kann auch verwendet werden,
in einer Reihe von aneinandergrenzenden Zellen die Zelle zu lokalisieren, welche den höchsten Grad an Stromschwankungen
ha t. ' -
Bei einer weiteren Version des erfindungsgeinäßen Verfahrens
werden alle Anodensätze aller in Betrieb befindlicher Zellen der Reihe nach periodisch abgetastet und die Strom- und
40981 1/10SÖ
- 2ο -
2 j ι ρ π $ £
Spannungsablesungen bzw. -werte für jeden Anoden satz mit den
vorher festgelegten Grenzen verglichen. Wenn der Stroniwcrt die vorher festgelegten Grenzen überschreitet, wird der
Anoden-Kathoden-Abstand vergrößert. Diese periodische Abtastung
mißt Stromüberlasten zu irgendwelchen Anodensatzen
auf einer kontinuierlichen Basis. Dabei sind etwa 3 s für
eine Gruppe von 5$ Zellen mit etwa 580 Anodensätzon erforderlich.
Es kann ein geeignetes Abtastintervall gewählt werden, beispielsweise 1 min. Wenn während einer Abtastung der Anoden-Kathoden-Abstand
für einen Anodensatz vergrößert wird, wird die Abtastung für alle Anodensätze aller in Betrieb befindlicher
Zellen wiederholt.
Schließlich umfaßt eine letzte Version des erfindungsgemäßen
Verfahrens das Zählen der Häufigkeit der Änderung des Anoden-Kathoden-Abstandes
für einen speziellen Anodensatz während eines vorher festgelegten Zeitraums. Wenn diese Frequenz
eine vorher festgelegte Zahl überschreitet, wird dieser Anodensatz aus der automatischen Steuerung entfernt. Dies kann beispielsweise
dadurch angezeigt werden, daß ein Alarmzeichen ertönt, ein Licht auf einer Steuertafel aufleuchtet oder
eine Information an einer Ablese-Druckeinheit ausgedruckt wird, die einem Rechner zugeordnet ist.
Anhand der nachstehenden Beispiele wird die Erfindung weiter erläutert.
Von der Zellenabtasteinheit wird eine horizontale Quecksilberkathodenzelle
für die Elektrolyse von wässrigem Natriumchlorid zur Erzeugung von Chlorgas gewählt. Die Zelle enthält
zwölf Anodensätze mit acht Graphitanoden pro Satz. Etwa 5 s lang erhält man gleichzeitig Strom- und Spannungssignale
für alle zwölf Anodensätze, bis etwa 180 Ablesungen bzw.
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-21- ? fJ 1^ Γ 1 ·^
Werte für Strom und Spannung für jeden Anodensatz vorliegen. Mit einem Digitalrechner werden für eine Reihe von Werte die
mittlere Spannung, der Strom und die Differenz zwischen jeder Stromablesung und der vorhergehenden Stromablesung bestimmt.
Für jeden Anodensatz wird nach der Formel
V - 3 1 kA/m2
der Spannungskoeffizient berechnet. Für den Anodensatz "2",
2
der eine Kathodenfläche von 2,4 m hat, ergibt sich ein Vc von o,128 auf der Basis einer mittleren Spannung von 4,38 V und einer mittleren Stromablesung von 7>53 kA. Der Vergleich von Vc mit dem Normkoeffizienten S von o,115 ergibt einen Wert, der über dem Abweichungsbereich k liegt, wobei k +0,06 beträgt. Da durch den Koeffizientenvergleich der für Vc bestimmte Wert über S um einen Wert größer als k liegt, aktiviert ein Signal aus dem Rechner ein Relais, welches einen Hydraulikmotor aktiviert, wodurch eine Anode abgesenkt wird, um den Anoden-Kathoden-Abstand um 0,3 mm zu verringern. An die Reduzierung des Anoden-Kathoden-Abstandes schließt sich die nachstehende Folge von Operationen an:
der eine Kathodenfläche von 2,4 m hat, ergibt sich ein Vc von o,128 auf der Basis einer mittleren Spannung von 4,38 V und einer mittleren Stromablesung von 7>53 kA. Der Vergleich von Vc mit dem Normkoeffizienten S von o,115 ergibt einen Wert, der über dem Abweichungsbereich k liegt, wobei k +0,06 beträgt. Da durch den Koeffizientenvergleich der für Vc bestimmte Wert über S um einen Wert größer als k liegt, aktiviert ein Signal aus dem Rechner ein Relais, welches einen Hydraulikmotor aktiviert, wodurch eine Anode abgesenkt wird, um den Anoden-Kathoden-Abstand um 0,3 mm zu verringern. An die Reduzierung des Anoden-Kathoden-Abstandes schließt sich die nachstehende Folge von Operationen an:
1) Es wird ein zweiter Satz von etwa I5 Ablesungen für den Strom
wie für den Anodensatz 2 genommen und der Unterschied zwischen jeder Ablesung festgestellt.
2) Die erste Analyse vergleicht die anfängliche Stromzunahme nach der Reduzierung des Anoden-Kathoden-Abstandes mit der
maximalen Zunahme vor der Einstellung. Es ergibt sich, daß die Erhöhung innerhalb der vorher festgelegten Grenzen von
2o % liegt.
3) Mit einem zweiten Satz von etwa 15 Stromwerten wird die
zweite Analyse für die Stromschwankungen nach der Formel
SL Δ.2/Ν durchgeführt. Es zeigt sich, daß die Schwankung
innerhalb der vorher festgelegten Grenze von 0,5 % liegt.
4 0 9 8 1 1 / 1 058
2 3 3 r" ;ι ;>
h) Die dritte Analyse zeigt, daß der Zeitraum seit dein
Absenken der Anode eine feste Grenze nicht überschritten hat.
5) Die vierte Analyse zeigt, daß die Gesamtzunähme des Stroms
die Grenze von 7 % nicht überschreitet.
6) Der vorhandene Ablesewert erweist sich als größer a Ls der
vorhergehende Ablösewert. Die Maßnahmen 3 bis 5 werden mit
dem gleichen Ergebnis wiederholt. Der letzte Ablesewert ei-weist sich als kleiner als der vorhergehende Ablesewert,
wodurch angezeigt ist, daß die Zunahme des Stroms zum Anodensatz gestoppt ist. Dann werden Ablesowerte für alle
Anodensätze der Zelle genommen. Das für jeden Satz berechnete Vc ergibt einen Wert innerhalb von 5 % des gespeicherten
Wertes S. Weitere Einstellungen werden nicht gemacht, und es wird die nächste einzustellende Zelle gewählt.
Eine horizontale Quecksilberkathodenzelle für die Elektrolyse von Natriumchlorid enthält zehn Anodensätze, wobei jeder
Anodensatz fünf Anoden aufweist. Die Anoden sind aus Titanmetall
gebaut und teilweise mit einer Edelmetallverbindung überzogen. Jedem Anodensatz wird über zwei Leiter Strom zugeführt.
Nach der Auswahl einer solchen Zelle für die mögliche Einstellung des Anoden-Kathoden-Abstandes wird eine Reihe von
l8o Ablesungswerten gleichzeitig für alle Anodensätze in der
Zelle über einem Zeitraum von 5s genommen. Die Strommessung erhält man durch den Spannungsabfall zwischen zwei Klemmen,
die 75 cm (30 inch) voneinander auf jedem Leiter entfernt sind,
Die Spannungsmessung wird zwischen zwei entsprechenden Klemmen auf jedem Leiter abgenommen, der Strom dem entsprechenden
Anodensatz für die nächste angrenzende Zelle zuführt. Somit erhält man eine Gruppe von 180 Ablesungswerten für den Strom
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2336182
und l8o Ablesungswerten für die Spannung für jeden der beiden Leiter, die einen Anodensatz versorgen,und für alle zehn Sätze
in der Zelle. Jede Gruppe von Ablesungswerten wird signalaufbereitet, von der analogen in die digitale Form umgesetzt und
dem Rechner zugeführt, wo der mittlere Meßwert für den Strom und die Spannung berechnet und das mittlere Gesamtrauschen
bestimmt wird, indem das Quadrat der Differenz zwischen aufeinanderfolgenden
Ablesewerten zu jedem Leiter summiert und dann die zwanzig Werte für die Zelle geinittelt Airerden. Dax·
Spaimungskoeffizient wird von den erhaltenen mittleren Strom-
und Spannungsablesewerten berechnet und dann mit einem vorher festgelegten Norinwert verglichen, der individuell für jede
der Gruppen von Ablesewerten gewählt wird. Die: iießwerte des
Stroms und der Spannung für jeden Anodensatz zusammen mit dem berechneten Vc-Wert und dem vorher festgelegten Normwert S
sind in Tabelle I aufgeführt. Aus diesen Ergebnissen sieht man, daß keiner der Anodensätze außerhalb der Grenzen von k zu
liegen kommt und daß deshalb keine Einstellung des Anoden-Kathoden-Spaltes erforderlich ist.
Strom | in IcA | B | TADELLE | I | Leiter | A | D | Vc | 0 | S | |
Anoden | am Leiter | 6,38 | Spannung | am | 4,44 | 4,47 | 0 | ||||
sat 1Z | A | 7,93 | 4,41 | 4,55 | 0 | ||||||
6,86 | 7,92 | 4,44 | 4,48 | o,154 | 0 | ,150 | |||||
1 | 7,15 | 7,74 | 4,46 | 4,48 | o,l37 | 0 | ,130 | ||||
2 | 7,71 | 7,44 | 4,46 | 4,48 | 0,131 | 0 | ,130 | ||||
3 | 7,4o | 7,31 | 4,46 | 4,51 | 0,136 | 0 | ,130 | ||||
4 | 7,51 | 7,47 | 4,48 | 4,46 | 0,138 | 0 | ,130 | ||||
5 | 7,88 | 7,75 | 4,48 | 4,47 | o,137 | 0 | ,130 | ||||
6 | 7,47 | 7,38 | 4,41 | 4,48 | o,137 | 0 | ,130 | ||||
7 | 7,25 | 6,16 | 4,41 | 4,4o | o,i37 | ,130 | |||||
8 | 7,57 | o,135 | ,130 | ||||||||
9 | 6,96 | o,l49 | fl4o | ||||||||
Io | |||||||||||
Mittlerer Zellenstrom l4,72 kA - mittlere Zellenspannung 4,46 V
k = +o,oio 409811/1058
ORIGINAL INSPECTED
J ■-; Ί P,
Es wird eine horizontale Quecksilberkathodenzelle mit Graphitanoden
verwendet, wobei die Versuchsdurchführung Beispiel 2 entspricht. In Tabelle II sind die Strom- und Spannungsnießwerte
sowie der berechnete Spanmmgskoef f izient Vc und der Norniwert
S für den Spannungskoeffizienten aufgezeigt. Der Abweichungsbereich
für k beträgt + Io. Die Ergebnisse zeigen, daß eine Einstellung des Anodenspaltes für alle zehn Anodensätze
nicht erforderlich ist.
Anodensatz
Strom in kA am Leiter
A B
Spannung am Leiter
A B
Vc
5,93 | 5,55 | 4,93 | 5 ,OO |
7,44 | 7,35 | 4,92 | 4,95 |
8,35 | 8,51 | 4,91 | 4,95 |
8,lo | 7,63 | 4,91 | 5,o2 |
7,9o | 7,85 | 4,9o | 4,92 |
7,8o | 7,98 | 4,89 | 4,91 |
8,o9 | 7,66 | 4,89 | 4,89 |
7,31 | 7,37 | 4,91 | 4,91 |
7,14 | 7,Oo | 4,89 | 4,94 |
6,4o | 6,76 | 4,89 | 4,9o |
243,5 185,8 162,8
177,7 172,2
17o,9 17o,2
185,1 182,2 2o4,6
188,0 168,0 I79,o 180,0 I75,o 169,0 181,0
I79,o 198,0
Mittlerer Zellenstrom 14,89 kA k = +
- mittlere Zellenspannung 4,92 V
Bei Beispiel 3 werden ebenso wie bei Beispiel 2 Elektromotoren als Antrieb verwendet, die Signale von dem Digitalrechner für
die Einstellung der Anoden empfangen, wenn dies erforderlich ist.
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fNSPECTED
Claims (1)
- - 25 - 7 ΊPATENTANSPRÜCHEi.) Verfahren zum Einstellen des Abstandes zwischen Elektroden in einer Elektrolysezelle, welche einen Elektrolyten enthält, der durch den elektrischen Strom zersetzbar ist, wobei die Elektroden wenigstens einen einstellbaren Anoden-' satz und eine davon beabstandete flüssige Kathode umfassen, und dei* -Kathode und dem Anodensatz eine Spannung zugeführt wird, um einen elektrischen Stromfluß durch den Elektrolyten für dessen Zersetzung zu bewirken, dadurch gekennzeichnet, daßa) N-Werte für den Anodensatz über einen voi'her festgelegten Zeitraum zugeführten Strom gemessen werden,b) jeder Strommeßwert mit dem vorhergehenden Strommeßwert verglichen und die Differenz des Stroms bestimmt wird, undc) der Abstand erhöht wird, wenn die Differenz des Stroms eine Zunahme bedeutet, welche über eine vorher festgelegte Grenze hinausgeht.2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daßa) der Strom zum Anodensatz gemessen wird,b) der Raum zwischen dem Anodensatz und der Kathode um eine vorher festgelegte Distanz verringert wird und daß nach der Verringerung dieses Abstandesc) während eines vorher festgelegten Zeitraums N Werte des zum Anodensatz fließenden Stroms geraessen werden,0 9 8 1 1/10 58ORIGINAL INSPECTEDd) jede Strommessung mit der vorherigen Strommessung verglichen und die Differenz des Stroms bestimmt wird,e) der Abstand erhöht wird, wenn die Differenz des Stroms eine Zunahme bedeutet, die eine vorher festgelegte Grenze überschreitet.3· Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zunahme des Stroms, welche die vorher festgelegte Grenze überschreitet, die Differenz des Stroms zwischen zwei beliebigen aufeinanderfolgenden Strommessungen i.st.k. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprü-l-c , dadurch gekennzeichnet, daßa) die mittlere Differenz dor Strommessungen für N Meßwerte bestimmt wird,b) die mittlere Differenz mit einer vorher festgelegten mittleren Differenzgrenze verglichen wird undc) der Abstand vergrößert wird, wenn die mittlere Differenz über die vorher festgelegte mittlere Differenzgrenze hinausgeht.5· Verfahren nach Anspruch k, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Differenz durch Quadrieren jeder Differenz zwischen jeder aufeinanderfolgenden Strommessung der N Strommessungen, durch Addieren jedes sich ergebenden Produktes und durch Dividieren der Gesamtsumme durch N bestimmt wird.6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand erhöht wird, wenn die Differenz des Stroms bei jeder aufeinanderfolgenden Strommessung während des vorher festgelegten Zeitraums zunimmt.-40981 1/1058ORIGINAL INSPECTED23363?27. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stroinzuiiahme, welche über die vorher festgelegte Grenze hinausgeht, die Differenz des Stroms zwischen zwei Strommessungen ist, die man während des vorher festgelegten Zeitraums erhält.8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daßa) die Elektrolysezelle zwei bis hundert parallelgeschaltete Anodensätze 'enthält,b) die Elektx'olysezelle mit weiteren 1 bis 2oo Elektrolysezellon in Reihe geschaltet ist,c) die Strommessung periodisch an jedem Anodensatzin jeder Elektrolysezelle auf ein Signal von einem Digitalrechner durchgeführt wird, der mit dem einstellbaren Anodensatz in Funkt ionsverbijidung steht,d) der Abstand zwischen dem Anodensatz und der Kathode mittels eines Signals von dem Digitalrechner eingestellt wird, wenn der Digitalrechner berechnet, daß die Strommessung außerhalb eines vorher festgelegten normierten Strombereichs liegt.9· Verfahren zum Einstellen des Abstandes zwischen Elektroden in einer Elektrolysezelle, die einen durch elektrischen. Strom zersetzbaren Elektrolyten enthält, wobei der Elektrolyt in Kontakt mit den Elektroden steht, die Elektroden wenigstens einen einstellbaren Feststoffanodensatz und eine dazu beabstandete flüssige Kathode aufweisen und an die Kathode und den Anodensatz eine Spannung angelegt ist, um einen elektrischen Stromfluß durch den Elektrolyten für dessen Zersetzung zu bewirken, dadurch gekennzeichnet, daß409811/1058ORIGINAL INSPEpTH)a) die Spannung V an dem Anodensatz gemessen wird,b) der Strom kA an dem Anodensatz gemessen wird,c) der Spannungskoeffizient Vc nach der FormelV-DVc =Ic A/m2berechnet wird, wobei D die Zersetzungsspannung des2
Elektrolyten und indem Anodensatz ist,2
Elektrolyten und in die Fläche der Kathodenflache unterd) Vc mit einem vorher festgelegten Spannungskoeffizienten S für den Anodensatz verglichen wird,e) der Abstand zwischen dem Anodensatz und der Kathode eingestellt wird, wenn die Differenz zwischen Vc und S außerhalb von k fällt, wobei k der zulässige Differenzbereich zwischen Vc und S für den Anodensatz ist, und die Einstellung so vorgenommen wird, daß der Abstand zwischen dem Anodensatz und der Kathode um einen vorher festgelegten Wert erhöht wird, wenn die Differenz zwischen Vc und S unter k liegt, der Abstemd zwischen dem Anodensatz und der Kathode um einen vorher festgelegten Wert verringert wird, wenn die Differenz zwischen Vc und S über k liegt, und die vorstehenden Maßnahmen wiederholt werden, nachdem der Abstand zwischen dem Anodensatz und der Kathode verändert worden ist.Io. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung zusätzlich die Vergrößerung des Abstandes zwischen dem Anodensatz und der Kathode um einen vorher festgelegten Betrag umfaßt, wenn der Strom eine vorher festgelegte Grenze überschreitet.409811/1058ORIGINAL INSPECTED? Ί 1 C P 4 ^ ν· .11. Verfahren nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daßa) der Abstand zwischen dem Anodensatz und der Kathode um einen vorher festgelegten Betrag verringert wird, und daß nach der Verringerung des Abstandsb) N-Werte für den während eines festgelegten Zeitraums zum Anodensatz fließenden Strom gemessen werden, wobei jede Strommessung mit der vorhergehenden Strommessung verglichen und die Differenz des Stroms bestimmt wird, undc) der Abstand erhöht wird, wenn die Differenz des Stroms eine Zunahme aufweist, die übei- eine festgelegte Grenze hinausgeht.12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand vergrößert wird infolge einer Stromdifferenz, die festgelegt wird durch eine der nachstehenden Maßnahmen, nämlicha) durch die Differenz zwischen zwei aufeinanderfolgenden Stromabmessungen, welche eine vorher festgelegte Grenze überschreitet,b) die mittlere Differenz des Stroms, wie sie durch Quadrieren jeder Stromdifferenz zwischen jeder aufeinanderfolgenden Messung der N-Werte für den Strom, durch Addieren jedes sich ergebenden Produktes und durch Teilen der Gesamtsumme durch N bestimmt wird, und durch Überschreiten einer vorher festgelegten mittleren Differenzgrenze,c) durch die Stromdifferenz, die bei aufeinanderfolgenden Strommessungen über einem vorher festgelegten Zeitraum zunimmt, und409811/1058ORIGINAL,. INSPECTEDd) durch die Differenz zwischen zwei Strommessungen während des vorher festgelegten Zeitraums, die über die vorher festgelegte Grenze hinausgeht.13· Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daßa) 'die Elektrolysezelle zwei bis etwa hundert parallel geschaltete Anodensätze enthält,b) die Elektrolysezelle in Reihe mit 1 bis etwa 2oo zusätzlichen Elektrolysezellen geschaltet ist,c) periodische Messungen der Spannung und dos Stroms an jedem Anodensatz in jeder Elektrolysezelle auf ein Signal von einem Digitalrechner ausgeführt werden, der funktioiismäßig mit dem einstellbaren Anodensatz verbunden ist,d) der Abstand zwischen dem Anodensatz und der Kathode mittels eines Signals von dem Digitalrechner eingestellt wird, wenn dieser berechnet, daß die Strommessung außerhalb eines vorher festgelegten Nornibereich.s für den Strom liegt, unde) der Abstand zwischen dem Anodensatz und der Kathode mittels eines Signals von dem Digitalrechner eingestellt wird, wenn der Digitalrechner berechnet, daß ein Spannungskoeffizient für den Anodensatz, der aus den Spannungs- und Strommessungen berechnet ist, außerhalb eines festgelegten Normbereichs für den Spannungskoeffizienten liegt.l4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Elektrolysezellen zwei bis etwa fünfzig Anodensätze enthält und daß die Elektrolysezelle in Reihe mit etwa 2 bis etwa I30 zusätzlichen Elektrolysezellen geschaltet ist.A09811/105SORIGINAL INSPECTED15· Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden Anodensatz ein individueller Spannungskoeffizient vorher festgelegt wird .16. Verfahren nach einein der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrolysezelle 2 bis etwa loo Anodensätze enthält und alle Anodensätze in dei~ Elektrolysezelle gleichzeitig eingestellt iferden.17· Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, deidurch gekennzeichnet, daß jeder Anodensatz 1 bis etwa loo Anoden enthält.18. Verfahren nach Anspruch 17 ι dadurch gekennzeichnet, daß jeder Anodensatz 2 bis etwa ^o Anoden enthält.19· Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt eine wässrige Alkalinietallchloridlösung ist.20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , d^itt die Kathode Quecksilber ist.21. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt eine wässrige Lösung von Natriumchlorid ist.22. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrolysezelle eine von einer Vielzahl von in Reihe geschalteten Quecksilberkathodenelektrolysezellen ist, wobei jede dieser Zellen eine Vielzahl von Anodensätzen hat und der Abstand eingestellt wird durch0 9 8 1 1 / 1 0 5 8ORIGINAL INSRECTED" 32 " 233G3S2a) Erfassen eines analogen Spannungssignals, das durch jeden Leiter erzeugt wird, der Strom zu jedem Anodensatz führt,b) Kompensieren des Signals für die Temperaturänderungen in dem Leiter, um temperaturkompensierte Signale zu erzeugen, die proportional zum Stromfluß in dem Leiter sind ,c) Erfassen eines analogen Spannungssignals, das proportional zur Spannung zwischen jedem Leiter und dem entsprechenden Leiter in der nächsten in Reihe geschalteten Zelle ist,d) Auswählen aus den kompensierten Signalen einen Satz von Signalen, der von den Leitern erzeugt wird, welche Strom zu einer ausgewählten Zelle führen,e) Verstärken des Satzes von Signalen,f) Transformieren des verstärkten Satzes von Signalen bei Zellenpotential zu Proportionalsignalen bei Erdpotential,g) Aufbereiten der proportionalen Signale zur Entfernung von durch Gleichrichter erzeugtem Rauschen,h) Umsetzen der so aufbereiteten analogen Signale zur Trennung von Digitalsignalen,i) Auswählen eines Satzes von Signalen aus den Digitalsignalen, der von einem Paar von Leitern erzeugt wird, welche den Strom zu einem Anodensatz führen,j) Berechnen des Spannungskoeffizienten aus den Digitalsignalen nach der Formel0 9 8 1 1/10 5 8CgjKGiNAL INSPECTEDVc =" 33 " 2336392V-D IcA/m2wobei V die Gesamtspannung parallel zum Anodensatz ist, in dem die Signale erzeugt werden, D der Wert der Zer-2
Setzungsspannung und kA/m die Stromdichte der Kathoden fläche unter dem Anodensatz in der Zelle ist,k) Vergleichen der so berechneten Koeffizienten mit einem vorher festgelegten Koeffizienten für den Anodensatz in der Zelle und durch Bestimmen der Differenz zwischen dem berechneten und dem vorher festgelegten Koeffizienten,1) wenn der berechnete Koeffizient niedriger als der vorher festgelegte Koeffizient ist und wenn der Unterschied eine vorher festgelegte Grenze überschreitet, durch Erregung eines Relais, um einen Motor zu betätigen, der den Anodensatz um einen vorher festgelegten Betrag anhebt, der von dem Leiter beschickt wird, in welchem dieser Satz von Signalen erzeugt wird,m) wenn der berechnete Koeffizient höher als der vorher festgelegte Koeffizient ist und wenn die Differenz eine vorher festgelegte Grenze überschreitet, durch Erregen eines Relais, um einen Motor zu betätigen, der den Anodensatz um einen vorher festgelegten Betrag absenkt, der von dem Leiter beschickt wird, in dem der Satz von Signalen erzeugt wird,n) Wiederholen der Maßnahmen a) bis h) unmittelbar nach dem Absenken des Anodensatzes und Vergleichen der neuen Signale, die proportional zum Stromfluß in dem den Anodensatz beschickenden Leiter sind, mit den Signalen, die proportional zum Stromfluß in dem Anodensatz vor dem Absenken des Anodensatzes sind,098 11/1058ORIGINAL INSPECTED- 3" - 233G" Γ-o) wenn die Stromzunahme einen vorher festgelegten Wertüberschreitet, durch Anheben des Anodensatzes, um einen vorher festgelegten Betrag,p) wenn die Stromzunalnue geringer ist als der vorher festgelegte Betrag, durch Wiederholen der Maßnahmen a) bis h) solange, wie der Strom weiter ansteigt, bis er eine zweite vorher festgelegte Grenze überschreitet,und dann durch Anheben des Anodensatzes um einen vorher festgelegten Wert,q) wenn die Wiederholung der Maßnahmen a) bis h) sich über einen Zeitraum weiter erstreckt, der län^-jj.* eis der vorher festgelegte Zeitraum ist, durch Anheben des Anodensatzes um einen vorher festgelegten Betrag,r) durch Wiederholen der Maßnahmen a) bis h) auf jedes Absenken des Anodensatzes folgend, wobei jedes Ui.gitalsignal proportional zum Stromfluß mit dem vorhergehenden Signal proportional zum Stromfluß verglichen wird und
wenn Schwankungen in einei- Vielzahl von Digitalsignalen eine vorher festgelegte Grenze überschreiten, durch Anheben des Anodensatzes um einen vorher festgelegten Betrag und durch Wiederholen der Maßnahmen a) bis h), wobei die Abgleichung und das Anheben des Anodensatzes erfolgt, bis die Schwankungen beseitigt sind,s) durch Wiederholen der Maßnahmen a) bis r) mit allen gewählten Anodensätzen in allen aus einer Vielzahl von
Zellen ausgewählten Zellen.U 0 9 8 1 1 / 1 0 5 8ORIGINAL INSPECTED• - 35 -23· Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des Kinstellens
des Abstandes während eines vorher festgelegten Zeitraums gezählt wird und daß, wenn die Frequenz eine vorher festgelegte Ziihl überschreitet, der Abstand zwischen der Anode und der Kathode erhöht wird und der Anodensatz aus der
automatischen Steuerung entfernt wird.2k. Vorrichtung zur Einste3lung des Abstandes zwischen Elektroden in einer Elektrolysezelle, wobei die Elektroden
wenigstens einen einstellbaren Anodensatz und eine davon
beabstandete flüssige Kathode aufweisen, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durcha) eine Einrichtung zum Erfassen der Spannungssignale und der Stroiüsijnale für jeden Anodensatz,b) eine Einrichtung zum Auswählen eines Satzes von Signalen aus den Signalen, die von dem Anodensatz erzeugt Airerden,c) eine Einrichtung zum Zuführen des erfaßten Signals zu
einer Recheneinrichtung,d) eine Einrichtung zum Vergleichen der Signale mit Normsignalbereichen und zum Erzeugen von Betätigungssignalen, wenn die erfaßton Signale außerhalb der Normsignalbereiche liegen, undo) durch eine Motoranordnuug für das Anheben und Absenken des Anodonsatz.es, die durch die Betätigungssignale
aktivierbar ist, wenn die erfcxßten Signale außerhalb
der Nornisignalbereiche liegen.0 9 8 1 1 / 1 ü 5 8BAD ORlGiNAL25. Vorrichtung nach Anspruch 2'i, gekennzeichnet durcha) eine Einrichtung zum Aktivieren der vorstehenden Einrichtungen a) bis e) unmittelbar nach der Betätigung des Motors, um den Anodensatz abzusenken, undb) eine Einrichtxmg zum Vergleichen der neu erfaßten Signale mit den Signalen, die vor dem Absenken der Anode gemessen worden sind.26. Vorrichtung zum Einstellen des Abstandes zwischen Elektroden in einer Elektrolysezelle, wobei die Elektroden wenigstens einen einstellbaren Anodensatz und eine davon beabstandcte flüssige Kathode aufweisen, gekennzeichnet durcha) eine Einrichtung zum Erfassen analoger Spannungssignale, die von jedem Leiter erzeugt werden, welcher den Strom zu jedem Anodensatz führt,b) eine Einrichtung zum Kompensieren dieser Signale bezüglich Temperaturänderungen in den Leitern, um Signale zu erzeugen, die proportional zum Stroinfluß in dem Leiter sind,c) Einrichtungen zum Erfassen analoger Spannungssignale zv.rischen den Leitern, welche den Anodcnsntz bilden,d) eine Einrichtung zum Auswählen eines Satzes von Signalen, die von den Leitern erzeugt wurden, weJche den Strom zu einem Anodensatz in der Elektrolysezelle führen, aus den kompensierten Signalen,e) eine Einrichtung zum Verstärken dieses Satzes von Signalen,'09611/1058 BADJDRfOfNAl2 3 3 6 3 3 2f) eine Einrichtung zum Transformieren des so verstärkten Satzes von Signalen bei Zellenpotential zu Proportionalsignalen bei Erdpotential,g) eine Einrichtung zum Aufbereiten der Proportionalsignale, um das im Gleichrichter erzeugte Rauschen zu entfernen,h) eine Einrichtung zum Umsetzen der so aufbereiteten Analogsignale in Digitalsignale,i) eine Einrichtung zum Berechnen desSpannungskoeffizienten2 aus den Digitalsignalen nach der Pormal Vc = (V - ü)/(kA/m ), wobei V die Gesamtspannung parallel zum Anodensatz ist, in welchem der Satz von Signalen erzeugt wird, d die Zersetzungsspannuder Zelle ist,2 setzungsspannung der Zelle und kA/m die Stromdichte inj) eine Einrichtung zum Vergleichen der so berechneten Spannungskoeffizienten mit einem vorher festgelegten Spannungskoeffizienten für diesen Anodensatz in der Zelle und zum Bestimmen der Differenz zwischen dem berechneten und dem vorher festgelegten Spannungskoeffizienten,k) eine Einrichtung zum Vergleichen der digitalen Strornsignale mit einem vorher festgelegten Strom für jeden Anodensatz in der Zelle und zum Bestimmen der Differenz zwischen dem gemessenen Strom und dem vorher festgelegten Strom,l) einen Motor für das Anheben und Absenken des Anodensatzes um einen vorher festgelegten Betrag, der von dem Leiter beschickt wird, in welchem die Signale erfaßt werden, wobei der Motor zum Anheben des Anodensatzes aktiviert wird, wenn der berechnete Spannungskoeffizient unter dem vorher festgelegten Spannungskoeffizienten liegt oder der0 981 1 /1058ORlOfNALgemessene Strom höher als der vorher festgelegte Strom ist und die Differenzen eine vorher festgelegte Grenze überschreiten, sowie der Motor bezüglich des Absenkens des Anodensatzes aktiviert wird, wenn der berechnete Spannungskoe ffizient höher als der vorher festgelegte Spannungskoeffizient oder der gemessene Strom niedriger als der vorher festgelegte Strom ist und die Differenzen eine vorher festgelegte Grenze überschreiten,m) eine Einrichtung zum Betätigen der Einrichtungen a) bis h) unmittelbar nachdem der Motor für das Absenken des Anodensatzes aktiviert worden ist, und durch Einrichtungen zum Vergleichen der neuen Signale, die proportiomil zum Stronifluß in dem Leiter sind, der den Anodensatz beschickt, mit den Signalen, die proportional zum Stromfluß zum Anodensatz vor dem Absenken dieses Anodensatzes sind,n) eine Einrichtung zum Aktivieren dos Motors zum Anheben des Anodensatzes um einen vorher festgelegten Betrag, wenn die Stromzunahme auf das Absenken dieses Anodensatzes folgend einen vorher festgelegten Betrag überschreitet,o) eine Einrichtung zum Aktivieren der Einrichtungen a) bis h), wenn die Stromzunahme geringer ist als ein vorher festgelegter Beti~ag, die Zunahme jedoch weitergeht, bis der Strom eine zweite vorher festgelegte Grenze überschreitet, sowie durch Einrichtungen zum Aktivieren des Motors für ein Anheben des Anodensatzes um einen vorher festgelegten Betrag, wenn der Strom die zweite vorher festgelegte Grenze überschreitet,p) eine Einrichtung zum Aktivieren des Motors für das Anheben des Anodensatzes um einen vorher festgelegten Betrag, wenn der Strom weiter steigt, während eines Zeitraums, der langer ist als ein vorher festgelegter Zeitraum, und4 09811/1058ORIGINAL INSPECTEDq) eine Einrichtung zum Aktivieren des Motors für das Anheben des Anodensatzes um einen vorher festgelegten Betrag, wenn Schwankungen in einer Vielzahl von Messungen des Stroniilusses eine vorher festgelegte Grenze üb or schrei, ten.27. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß■die Elektrolysezelle eine Zelle aus einer Vielzahl von in Reihe geschalteten Eloktrolysezellen ist und eine Einrichtung für die Wiederholung der Maßnahmen a) bis q) bei jedem Anodensatz für alle aus einer Vielzahl von Zellen ausgewählt en Anzahl von Zellen vorgesehen ist.4098 11/1058
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