DE2336382A1

DE2336382A1 - Verfahren und vorrichtung zum einstellen des anoden-kathoden-abstandes in einer elektrolysezelle

Info

Publication number: DE2336382A1
Application number: DE19732336382
Authority: DE
Inventors: Jun Richard William Ralston
Original assignee: Olin Corp
Current assignee: Olin Corp
Priority date: 1972-07-17
Filing date: 1973-07-17
Publication date: 1974-03-14
Also published as: JPS52107282A; NO152705B; GB1430162A; JPS5538434B2; AU475030B2; JPS4944980A; TR17266A; CA1012487A; AU5672073A; CA1008800A; US4155829A; NO833747L; NO138290C; FR2192874A1; ZA733801B; FR2192874B1; NO152705C; GB1430163A; CH568404A5; NO774389L

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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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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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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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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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 = —

kA/m²

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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

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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

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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

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- 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.

BEISPIEL 1

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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ORIGINALINSPECTEÖ

-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:

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.

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BAD ORIGfNAI,

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.

BEISPIEL 2

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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ORIGINAL INSPECTED

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,

BEISPIEL

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.

TABELLE II

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

- 25 - 7 Ί

PATENTANSPRÜCHE

i.) 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, daß

a) 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, und

c) 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, daß

a) 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 Abstandes

c) während eines vorher festgelegten Zeitraums N Werte des zum Anodensatz fließenden Stroms geraessen werden,

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ORIGINAL INSPECTED

d) 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, daß

a) die mittlere Differenz dor Strommessungen für N Meßwerte bestimmt wird,

b) die mittlere Differenz mit einer vorher festgelegten mittleren Differenzgrenze verglichen wird und

c) 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.

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ORIGINAL INSPECTED

23363?2

7. 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, daß

a) 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 Anodensatz

in 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, daß

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ORIGINAL 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 Formel

V-D

Vc =

Ic A/m²

berechnet wird, wobei D die Zersetzungsspannung des

2
Elektrolyten und in

dem Anodensatz ist,

2
Elektrolyten und in die Fläche der Kathodenflache unter

d) 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.

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ORIGINAL INSPECTED

? Ί 1 C P 4 ^ ν· .

11. Verfahren nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß

a) der Abstand zwischen dem Anodensatz und der Kathode um einen vorher festgelegten Betrag verringert wird, und daß nach der Verringerung des Abstands

b) 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, und

c) 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, nämlich

a) 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, und

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ORIGINAL,. INSPECTED

d) 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, daß

a) '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, und

e) 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.

A09811/105S

ORIGINAL INSPECTED

15· 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 durch

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ORIGINAL INSRECTED

" ³² " 233G3S2

a) 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 Formel

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CgjKGiNAL INSPECTED

Vc =

" ³³ " 2336392

V-D IcA/m²

wobei 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,

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ORIGINAL INSPECTED

- ³" - 233G" Γ-

o) wenn die Stromzunahme einen vorher festgelegten Wert

überschreitet, 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 8

ORIGINAL 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 durch

a) 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, und

o) 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 8

BAD ORlGiNAL

25. Vorrichtung nach Anspruch 2'i, gekennzeichnet durch

a) eine Einrichtung zum Aktivieren der vorstehenden Einrichtungen a) bis e) unmittelbar nach der Betätigung des Motors, um den Anodensatz abzusenken, und

b) 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 durch

a) 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 BADJDRfOfNAl

2 3 3 6 3 3 2

f) 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 desSpannungskoeffizienten

2 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 Zersetzungsspannu

der Zelle ist,

2 setzungsspannung der Zelle und kA/m die Stromdichte in

j) 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 der

0 981 1 /1058

ORlOfNAL

gemessene 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, und

4 09811/1058

ORIGINAL INSPECTED

q) 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.

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