DE2412132A1

DE2412132A1 - Bipolare elektrolysezelle

Info

Publication number: DE2412132A1
Application number: DE2412132A
Authority: DE
Inventors: Shotaro Kiga; Kazuo Shirasaki; Takashi Yamamoto; Naoshi Yoshida
Original assignee: Nippon Soda Co Ltd
Current assignee: Nippon Soda Co Ltd
Priority date: 1973-03-13
Filing date: 1974-03-13
Publication date: 1974-10-10
Also published as: FR2221184B1; JPS49117398A; CA1036978A; DE2412132B2; FR2221184A1; JPS5647267B2; GB1441063A; BE812252A; US3902984A; DE2412132C3; NL7403331A

Description

Die Erfindung betrifft eine bipolare Elektrolysezelle mit Diaphragma zur elektrolytisehen Zersetzung von Chlor-Alkali, die von mehreren bipolaren Einheiten in mehrere Einzelzellen unterteilt ist.

Bisher bekannt sind bipolare Elektrolysezellen mit Diaphragma, wie sie in der japanischen Patentschrift Nr. 5.,1951 und der japanischen Patentanmeldung Nr. 2194-6, 1970 beschrieben sind. Die erstere ist eine typische bipolare Elektrolysezelle, wie sie als "Nissotyp" bekannt ist. Die letztere, die im Bulletin der Japan Soda Industry Association "Soda and Chlorine" Vol. 22, No. 254, veröffentlicht wurde, ist eine · verbesserte, auf der ersteren beruhende Elektrolysezelle.

Diese beiden Elektrolysezellen haben die Eigenschaft, die in dem Anspruch der japanischen Patentschrift Nr. 5, 1951, erwähnt ist:

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Eine rechtwinklige Elektrolysezelle ist durch senkrecht zu der größeren Achse der rechtwinkligen Elektrolysezelle angeordnete Zwischenwände bzw. eine Unterteilung in eine Vielzahl einzelner Zellen unterteilt. Jede Einzelzelle weist mehrei'e Graphitanodenplatten auf, die an den Zwischenwänden in gleicher Richtung befestigt sind und.enthält viele Kathoden, die aus einem Metalldrahtnetz in Form eines flachen Sackes aufgebaut sind und an der zu den Anodenplatten entgegengesetzten »Seite angeordnet sind. Jede Kathode ist an einem Rückschirm als eine kammartige Baugruppe 'befestigt und mit einem durchlässigen Diaphragma abgedeckt. Die Zwischenwand zwischen einer Einzelzelle und einer benachbarten Einzelzelle hat einen hohlen Bereich als Durchlaß für den Katalyten; die Anode ist mit der Kathode an dem hohlen Bereich der Zwischenwand elektrisch verbunden.

Der Unterschied zwischen den Elektrolysezellen liegt dagegen darin, daß die erstere Elektrolysezelle box-förmig ist und jede Anode und Kathode an der Zwischenwand befestigt ist, während die letztere Elektrolysezelle kanal-förmig ist (eine Form, bei der die beiden entgegengesetzten Seitenwände der Box entfernt sind) und die Anoden und Kathoden an beiden Enden der Elektrolysezelle direkt an den Seitenwänden befestigt sind und die Seitenwände an der Elektrolysezelle wie ein Flansch befestigt sind, so daß eine box—förmige Elektrolysezelle entsteht.

In der erwähnten Elektrolysezelle gemäß der japanischen Patentschrift 21°A6, 1970 geschieht die mechanische und elektrische Verbindung zwischen den Anoden und den Kathoden oder die mechanische Verbindung zwischen der Anode und der Anodenseitenwand durch Schweißen. Bei einem solchen Verfahren muß die Anode an der Wand befestigt sein, damit der Gummibelag durch Hitze nicht zerstört wird.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Elektrolysezelle der eingangs beschriebenen Art derart weiter zu entwickeln, daß sie leicht .zusammenzubauen und auseinanderzunehmen ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß jede bipolare Einheit eine längliche, kammartige Kathodenbaugruppe mit kammförmigen, hohlen Kathoden und einem Haltegitter, mit dem die Kathoden verbunden sind, längliche, karamförmige Anoden und eine hohle Zwischenwand mit einer Rückplatte mit Öffnungen zum Befestigen der Anoden und einem Fenster zum Befestigen der Kathodenbaugruppe an der der Iiückplatte gegenüberliegenden Seite aufweist, und durch Vereinigen der hohlen Bereiche der Kathoden und der Zwischenwand eine Kathodenkamnier bildet, die eine Elektrodenbefestigungsvorrichtung mit einem oder mehreren elektrisch leitenden Stäben, die in den hohlen Bereichen jeder Anode bzw. jeder Kathode angeordnet sind und sich in den hohlen Bereich der Zwischenwand erstrecken, und eine oder mehrere Stromanschlußplatten, die im hohlen Bereich der Zwischenwand jeder bipolaren Einheit angeordnet sind, aufweist, wobei die elektrisch leitenden Stäbe der Anoden und Kathoden elektrisch und mechanisch über die Stromanschlußplatte verbunden sind und jede Verbindungsstelle zwischen den elektrisch leitenden Stäben der Anoden und der Stromanschlußplatte dem Haltegitter gegenüberliegend zwischen benachbarten Kathoden angeordnet ist.

Die erfindungsgemäße Elektrolysezelle hat anstelle der Graphitanode der herkömmlichen Elektrolysezelle eine Metallanode und weist eine neuartige mechanische und elektrische Verbindung zwischen den Elektroden auf.

Die Befestigung der Anoden erfolgt bei der erfindungsgemäßen Elektrolysezelle nicht durch Schweißen, sondern durch Verschrauben.

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Der Ausdruck bipolare Einheit wird für die bipolare Baugruppe verwendet, bei der die Anoden einer Zelle Rücken an Rücken mit den Kathoden der benachbarten Zelle an einer Zwischenwand angebracht sind und zwischen den Anoden und Kathoden eine elektrische "Verbindung besteht.

Die Zwischenwand, die als Haltewand für die Rücken an Rücken angebrachten Anoden und Kathoden dient, trennt die Zellen innerhalb des Gehäuses der gesamten Elektrolysezelle voneinander. Der Ausdruck Einzelzelle beschreibt jeweils eine von der Zwischenwand abgeteilte Zelle. Die Einzelzelle beinhaltet die Anoden einer bipolaren Einheit und die Kathoden der benachbarten bipolaren Einheit. Die Ausdrücke Anodenseitenwand und Kathodenseitenwand v/erden für die Außenwand der Zelle verwendet, an der die Anoden einer endständigen Einzelzelle und die Kathoden der am entgegengesetzten Ende befindlichen endständigen Einzelzelle angebracht sind.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer schematischen Darstellung beispielsweise und mit vorteilhaften Einzelheiten erläutert.

Es zeigen:

Fig. i eine Aufsicht auf eine erfindungsgemäße Elektrolysezelle, von der Teile entfernt sind;

Fig. 2 eine Seitenansicht der Elektrolysezelle, wobei Teile des Gehäuses und der Anode entfernt sind;

Fig. 3 eine Aufsicht auf den Deckel der Elektrolysezelle;

Fig. 4 eine Vorderansicht einer Zwischenwand, von der Bereiche entfernt sind;

Fig. 5 einen Längsschnitt durch die Seitenwand längs, der Linie X-Y in Fig. 4;

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Fig. 6 eine Seitenansicht der Anode, von der Bereiche ent fernt s ind;

Pig. 7 eine Aufsicht auf die Anode; Fig. 8 eine Vorderansicht der Anode;

Fig. 9 eine Seitenansicht der Kathode, wobei Teile des seitlichen Metalldrahtgitters entfernt sind;

Fig. 10 eine Aufsicht auf die Kathodenbaugruppe, wobei Teile entfernt sind;

Fig. 11 eine Vorderansicht der Kathodenbaugruppe, wobei Teile entfernt sind;

Fig. 12 eine Vorderansicht der Stromanschlußplatte, wobei Teile entfernt sind;

Fig. 13 einen Längsschnitt der Stromanschlußplatte längs der Linie X-Y in Fig. 12;

Fig. 14 und 15 Längsschnitte des wesentlichen Teils der bipolaren Einheit zur Darstellung verschiedener Mittel zum Anbringen der Anoden und Kathoden an der Zwischenwand;

Fig. 16 die Mittel zum Anbringen der Anoden an der Anodenseitenwand der Zelle;

Fig. 17 die Mittel zum Anbringen der Kathoden an der Kathodenseitenwand der Zelle.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Aufsicht und eine Seitenansicht der gesamten Elektrolysezelle zur Darstellung der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.

Das Gehäuse 1 der Elektrolysezelle ist kanalförmig (eine Form, bei der die entgegengesetzten beiden Seitenwände der

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Box entfernt sind und die Oberseite offen ist), und seine innere Oberfläche weist zur Verhinderung von Korrosion eine Schutzschicht, beispielsweise Gummi, auf. Das Gehäuse 1 weist Führungen 11 zum Anbringen und Entfernen "der Zwischenwand 6, Öffnungen 12, durch die sich das Auslaßrohr 62 für den KaihdLyten und Öffnungen 13- zum Anbringen des Analytenpegelinessers auf. Das Gehäuse 1 ist mit der Anodenseitenwand 2 und der Kathodenseitenwand 3 flanschartig verbunden, so daß die box-förmige Außenschale der Zelle entsteht. Es ist ohne Nachteil, wenn das Gehäuse 1 einteilig mit der Anodenseitenwand 2 ausgebildet ist, die Kathodenseitenwand 3 sollte jedoch abnehmbar mit dem Gehäuse 1 verbunden sein, damit sie entfernt werden kann, wenn das Diaphragma erneuert wird. Es kann nur eine Öffnung 13 vorgesehen sein. Die Anodenseitenwand 2 hat an ihrer inneren Oberfläche eine geeignete Schutzschicht, beispielsweise Gummi, und weist Öffnungen auf, durch die sich elektrisch leitende Stäbe der Anode 4 nach außen erstrecken. Die Kathodenseitenwand 3 ist an ihrer inneren Oberfläche ebenfalls mit einer geeigneten Schutzschicht, beispielsweise Gummi, versehen und weist eine innereKammer zum Durchtritt des KathäLyten, eine fensterartige Öffnung zum Anbringen der Kathode 5? Öffnungen, durch die sich elektrisch leitende Stäbe der Kathode nach außen erstrecken, ein Wasserstoffauslaßrohr y\ und ein Katholytauslaßrohr 32 auf. Die Zwischenwand ist an ihrer Außenfläche mit einer Schutzschicht, beispielsweise Gummi, versehen und enthält eine Innenkammer zum Durchlaß des Katixiyten, eine Eückplatte 65 mit Öffnungen, durch die sich die elektrisch leitenden Stäbe der Anode hindurch erstrecken, eine fensterartige Öffnung an der der Bückplatte entgegengesetzten Seite, die zum Durchlaß des Kaiholyten dient, ein Wasserstoffauslaßrohr 61 und ein Katholytauslaßrohr 62. Die Zwischenwand trennt die gesamte Zelle in eine Mehrzahl einzelner Kammern, d.h. in mehrere Einzelzellen. Das Katholyt-

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auslaßrohr 62 ist an der Zwischenwand ausbaubar angebracht und die Zwischenwand wird bei ausgebautem Katholytauslaßrohr

durch Abwärt s s chi eben in der Führung 11

senkrecht in die Elektrolysezelle eingesetzt, nachdem die Anoden und Kathoden an der Zwischenwand befestigt sind. Die Anoden 4 und Kathoden 5 sind an der Anod ens eit enwand 2 bzw. der Kathodenseitenwand 3 und an der Zwischenwand 6 in einer Rücken-an-Rücken-Beziehung zur Bildung einer bipolaren Einheit angebracht. Wenn die bipolare Elektrolysezelle zusammengebaut ist, befinden sich die Kathoden einer bipolaren Einheit unter Bildung einer Einzelzelle zwischen den Anoden der benachbarten bipolaren Einheit. Die Zwischenwände sind parallel zur Anodenseitenwand und Kathodenseitenwand ausgerichtet. Die Anoden und Kathoden sind vertikal und senkrecht zu der Zwischenwand, so daß die Oberflächen der Anoden parallel zu den benachbarten Oberflächen der Kathoden sind.

Wie bereits erwähnt, sollten das Zellengehäuse, die Anodens eit enwand, die Kathodenseitenwand und die Zwischenwände an denjenigen Teilen, die in Berührung mit Analyten sind, zur Verhinderung von Korrosion eine geeignete Schutzschicht aufweisen.

Die bipolare Zelle kann im Gegensatz zu der in Fig. 1 und 2 dargestellten Zelle nur mit einer einzigen bipolaren Einheit versehen sein. Die Oberfläche der Kathode ist mit einem permeablen Diaphragma, beispielsweise Asbest, bedeckt, das aber in den Figuren nicht dargestellt ist. In der Elektrolysezelle besteht eine geringfügige Durchflußmöglichkeit für Lauge zwischen zwei benachbarten Einzelzellen durch einen schmalen Zwischenraum zwischen einer Zwischenwand 6 und einer Führung 11, wodurch in jeder Einzelzelle ein gleiches Laugenniveau gewährleistet ist. Während eines typischen Betriebsablaufes

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wird durch, die entsprechende Öffnung 73 (in Fig. 3) ständig jeder Einzelzelle Lauge zugefügt. Dieses geringe Durchfließen zwischen benachbarten Einzelzellen beeinflußt daher im Betrieb nicht die Stromwirksamkeit.

Fig. 3 zeigt eine Aufsicht auf den Deckel an der Oberseite der Zelle. Der Deckel besteht aus Eisen und seine •Innenfläche weist eine Schutzschicht, beispielsweise Gummi, auf. Der Deckel hat eine Öffnung 71 zum Entfernen von Chlorin, öffnungen 73 zum Zuführen von Lauge, eine öffnung 74 zum Anbringen einer Druckmeßzelle für die Anodenkammer und eine Bruchplatte 75·

Fig. 4 stellt eine Vorderansicht der Zwischenwand, gesehen von der Kathodenseite aus und Fig. 5 einen Längsschnitt durch die Zwischenwand 6 dar. Die Zwischenwand weist, wie teilweise bereits beschrieben, ein Wasserstoffauslaßrohr 61, ein Kaiholytauslaßrohr 62, öffnungen 63 zum Anbringen der Anoden, eine Rückplatte 65, eine fensterartige öffnung mit

•η -u ,rundherum _π _ , . , · ., , einem Eahmen 64 / zum Befestigen der Kathodenbaugruppe und eine Schutzschicht an der äußeren Oberfläche, beispielsweise Gummi, auf.

Die Fig. 6, 7 und 8 zeigen entsprechend eine Seitenansicht, eine Aufsicht und eine Vorderansicht einer Ausführungsform einer Metallanode, wie sie in der Elektrolysezelle verwendet wird. Die Anode 4 enthält ein Paar in seitlichem Abstand befindliche Wände 41 und 42. Die Wände 41 und 42 können volle Platten oder geformtes oder gelochtes Flachmaterial sein. Die Anode 4 hat eine oder mehrere horizontale elektrisch leitende Stäbe 43 und Rippen 44 zwischen den Wänden 41 und 42, die die Wände 41 und 42 abstützen und die elektrische Verbindung zwischen der bzw. den Stäben und den Wänden herstellen, wobei die elektrisch leitenden Stäbe

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zwischen den "wänden 41 und 42 angeordnet sind. Der elektrisch leitende Stab erstreckt sich vom Ende der Wände 41 und 42 nach außerhalb und weist"einen Flansch 45 nahe der Wand auf und hat weiter an seinem Ende eine Spiralnut 46. Der Flansch 45 und die Spiralnut 46 dienen zum Anbringen der Anode an der Zwischenwand und einer Stromanschlußplatte. Die Wände 41 und 42 sind vorzugsweise zueinander parallel.

Die Anode enthält vorzugsweise mehrere elektrisch leitende Stäbe, mit der sie stabil an der Zwischenwand befestigt wird. Die Wände 41 und 42 können aus jedem anodisch widerstandsfähigen Material bestehen, vorzugsweise Titan, dessen Oberfläche mit einer anodisch widerstandsfähigen elektrisch leitenden Schicht, beispielsweise einem Metall der Platingruppe oder einem Oxid eines Metalls der Platingruppe beschichtet sein sollte. Die elektrisch leitenden Stäbe 43 ' bestehen aus Titan oder können aus einem anderen gut elektrisch leitenden Material, beispielsweise Eisen, Stahl oder Kupfer, bestehen, dessen Oberfläche mit Titan beschichtet sein sollte.

Die Fig. 9> 10 und 11 zeigen eine Seitenansicht, eine Aufsicht und eine Vorderansicht einer in der Elektrolysezelle verwendeten Kathode. Die Kathoden 5 sind aus einem Metalldrahtgitter oder ähnlichem aufgebaut und sind mit einem durchlässigen Diaphragma, beispielsweise Asbest, abgedeckt. Das metallische Drahtgitter kann aus jedem geeigneten Metall, beispielsweise Eisen, bestehen. Die Kathodenwand 51 hat die Form eines flachen Sackes und ist hohl,mit anderen Worten ist ein Paar paralleler Seitenwände an den äußersten Enden der oberen und Unterkanten miteinander verbunden, wodurch eine Kammer entsteht, die nur an dem sich

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in die Kammer der Zwischenwand öffnenden Ende offen ist. Alle'Kathoden einer Einzelzelle sind an ihren offenen Enden mit einem Haltegitter 56 vea?bunden, so daß sie einen Teil "bilden, eine kammartige Kathodenbaugruppe'. -Das Haltegitter 56 hat einen umlaufenden Flansch 57 zum Anbringen der Kathodenbaugruppe nahe an dem Rahmen um das Fenster in der Zwischenwand. Das Haltegitter 56 kann aus dem gleichen Material wie die Wand 51 bestehen und sollte ebenso, wie die Wand 51? mit einem durchlässigen Diaphragma abgedeckt sein. Jede kamaförmige hohle Kathode weist einen oder mehrere elektrisch leitende Stäbe 52 und Rippen 53 auf, die die Wand 51 halten und die elektrische Verbindung zwischen dem Stab 52 und der Wand 51 herstellen, wobei die

Stäbe 52 und die Rippen 53 im hohlen Bereich der Kathode angeordnet sind. Jede Kathode weist vorzugsweise mehrere elektrisch leitende Stab. auf, mit denen die Kathodenbaugruppe stabil an der Zwischenwand befestigt wird. Der elektrisch leitende Stab 52 erstreckt sich vom offenen Ende der Kathode aus nach außen und v/eist nahe dem Haltegitter 56 einen Flansch 54· an diesem sich nach außen erstreckenden Teil auf und hat weiter an ssinem Ende eine Spiralnut 55-Der Flansch 54- und die Spiralnut 55 dienen zum Befestigen der Kathode an der Stromanschlußplatte.

Die Fig. 12 und 13 sind eine Vorderansicht bzw. ein

stellen

Längsschnitt längs der Linie X-Y in Fig. 12, und/eine Stromanschlußplatte dar, die in der Innenkammer der Zwischenwand angeordnet ist. Die Stromanschlußplatte 8 kann aus kathodisch widerstandsfähigem und elektrisch gut leitendem Material, wie Eisen, bestehen und weist Öffnungen zum Anbringen der Anoden und Öffnungen 82 zum Anbringen der Kathoden auf. Die Stromanschlußplatte kann eine Platte sein, die mit allen elektrisch leitenden Stäben der Anoden und

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Kathoden einer bipolaren Einheit verbunden ist oder kann eine Mehrfachplatte sein; mit anderen Worten ^ wenn die

Anode und Kathode Jeweils zwei elektrisch leitende Stäbe aufweisen, entspricht die Stromanschlußplatte einer Vielzahl von Paaren elektrisch.leitender Stäben der Anoden und Kathoden, namentlich in diesem Fall, sind zwei Stromanschlußplatten vorhanden. Die öffnungen 81 und 82 sollten in einer Zick-Zack-Linie, wie in Fig. 12 dargestellt, angeordnet sein.

In den Fig. 14, 15, 16 und 17 sind die Mittel zum Anbringen der Anoden und Kathoden an einer Zwischenwand oder einer Seitenwand genauer erläutert.

Fig. 14 stellt die Mittel zum Anbringen der Anoden und Kathoden an einer Zwischenwand und zum Verbinden der Anoden lind Kathoden über eine Stromanschlußplatte 8 dar. Beim Zusammenbau der in Fig. 14 dargestellten bipolaren Einheit werden die Anoden 4 zunächst an der Zwischenwand 6 angebracht und anschließend werden die Kathoden angebracht. Der elektrisch leitende Stab 43 der Anode erstreckt sich durch eine öffnung 63 in der Rückplatte 65 und wird durch Festdrehen der Mutter 47 befestigt, wobei die Rückplatte 65 zwischen .dem Flansch 45 und der Mutter 47 angeordnet ist. Zwischen die Rückplatte 65 und den Flansch 45 sollte eine Dichtung 48 angeordnet werden und zwischen der Rückplatte 65 "und der Mutter 47 kann ein Dichtring 49 vorgesehen sein, wodurch jede Undichtigkeit zwischen der Kathodenkammer und der Anodenkammer ausgeschaltet wird. Die Dichtung 48 kann irgendein anodisch widerstandsfähiges Material sein, das gleichzeitig gut flüssigkeitsdichtend ist. Der Dichtring 49 kann ein Federring sein_v wenn die Dichtung oder die Beschichtung der Zwischenwand aus einem Material besteht, das geeignet ist,

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ständig Spannung hervorzurufen. Alle Anoden einer Einzelzelle v/erden senkrecht zu einer Zwischenwand angebracht, so daß die Anoden einer bipolaren Einheit kammartig an der Rückplatte der Zwischenwand angeordnet sind.

Jeder elektrisch leitende Stab 52 der kammartigen Kathoden erstreckt sich durch die Öffnung 82 in der Stromanschlußplatte 8 und wird durch Festdrehen der Kutter 58 befestigt, wobei die Strornanschlußplatte 8 zwischen dem Flansch 54- und der Mutter 58 angeordnet ist, so daß die kammartige Kathodenbaugruppe mit der Stromanschlußplatte 8 verbunden ist. In diesem Falle kann die Stromanschlußplatte durch Verschweißen anstelle von Verschrauben mit der Kathodenbaugruppe verbunden werden.

Der elektrisch leitende Stab 43 der Anode, der sich durch die öffnung 63 in der Halteplatte 65 erstreckt und mit der Mutter 47 gesichert ist, erstreckt sich weiter durch eine Öffnung 81 in der Stromanschlußplatte 8 und wird durch Festdrehen der Mutter 410 befestigt.

Die Kathodenbaugruppe sollte so konstruiert sein, daß der umlaufende Flansch 57 des Haltegitters 56 genau mit dem Rahmen 64 um das Fenster in der Zwischenwand zusammenpaßt ; andernfalls kann ein unvorteilhaftes Vermischen des Anolyten mit dem KathaLyten auftreten. Die Mutter 410 kann durch die Öffnung 59 hindurch betätigt werden, die Zugang zu der Mutter 410 ermöglicht und am Haltegitter 56 gegenüber der Verbindungsstelle des elektrisch leitenden Stabes der Anode mit der Stromanschlußplatte angeordnet ist.

Die öffnung 59 ist offen- und schließbar mit einem Deckel 510 abgedeckt, der aus dem gleichen Material wie das Haltegitter der Kathodenbaugruppe oder aus nicht korrodierendem

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Material, wie Ebonit oder Polyfluoräthylen, bestehen kann. Wenn der Deckel aus metallischem Drahtgitter gebaut ist, sollte er mit einem permeablen Diaphragma bedeckt sein, um wie der andere Teil des metallischen Drahtgitters, als Kathodenfläche zu dienen. Damit er ausbaubar befestigt werden kann, weist der Deckel 15 eine Schraube auf und der elektrisch leitende Stab 43 der Anode hat eine Öffnung, die die Schraube des Deckels, wie in Fig. 14 dargestellt, aufnimmt; es können aber auch andere Befestigungsmittel vorgesehen sein.

In der bipolaren Einheit sind die kammförmigen Anoden und Kathoden paralLel zur Zwischenwand, bzw. stehen die Anoden-und Kathodenflächen senkrecht auf der Zwischenwand. Menu die Elektroden betriebsbereit sind, ist jede Anodenfläche parallel zur benachbarten Kathodenfläche, so daß zwischen den anodischen und kathodischen Oberflächen ein gleichmässiger und schmaler Zwischenraum besteht.

Fig. 15 stellt eine andere bevorzugte Ausführungsform der bipolaren Einheit dar. In der Ausführungsform gemäß Fig. 14 sind die Öffnungen zum Betätigen der Kutter 410 am Haltegitter der kammartigen Kathodenbaugruppe, in der Ausführungsform gemäß Fig. 15 sind dagegen Öffnungen 66 zum Betätigen der.Mutter 58 in der Eückplatte 65 der Zwischenwand. Gemäß Fig. 15 sind die Anoden in gleicher Weise wie in Fig. 14 an der Rückplatte 65 der Zwischenwand angebracht, die Stromanschlußplatte 8 wird bei dieser Ausführungsform jedoch vor dem Befestigen der Kathoden mit den Anoden ver- ■ bunden. Beim Zusammenbau der bipolaren Einheit gemäß Fdg. wird die Stromanschlußplatte 8 am Ende des elektrisch leitenden Stabes 43 der Anode, der an der Rückplatte 65 durch Einschieben seines Endes in öffnungen 81 und Befestigen mit der Mutter 410 befestigt ist, angebracht. Daraufhin wird die kammartige Kathodenbaugruppe an der Zwischenwand befestigt,

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indem die elektrisch leitenden Stäbe 52 der Kathoden in öffnungen 82 eingesetzt werden und die Muttern 58 durch öffnungen 66 festgedreht werden. Die öffnungen 66 sind in der Rückplatte 65 gegenübex* jeder Verbindungsstelle zwischen den elektrisch leitenden Stangen 52 der Kathoden und der Stromanschlußplatte angeordnet·. Die Öffnungen 66 sind mit abnehmbaren Leckein 67 abgedeckt, wobei die Deckel aus nicht korrodierendem Material, wie beispielsweise Ebonit, PoIyfluoräthylen, Titan, bestehen können. Die öffnungen 66 und/ oder die Deckel 67 sind mit Mitteln zum offenbaren Abdecken der öffnungen versehen. In Fig. 15 hat die Öffnung 66 die Form einer Kutter und der Deckel ist als Schraubbolzen ausgebildet, dex' in die öffnung eingeschraubt wird: es können jedoch auch andere Kittel verwendet werden. Bisher vrurde die Befestigung der Elektroden an der Zwischenwand anhand zweier Ausführungsformen genauer erläutert. Neben weiteren Ausfüh— rungsformen kann auch die folgende verwendet werden: Eine Kathode mit dem elektrisch leitenden Stab ohne einen Flansch

/ Befestigen der Kathode an der Stromanschlußplatte und eine Spiralnut können direkt mit der Stromanschlußplatte verschweißt werden, und die Stromanschlußplatte kann dann, wie oben beschrieben, an der Anode befestigt werden.

Fig. 16 stellt Mittel zum Anbringen der Anoden an der Anodenseitenwand 2 und zum Verbinden der Anoden mit der äusseren Stromversorgungsplatte 9 dar. Die Anode kann an der Anodenseitenwand 2 in gleicher V/eise befestigt werden, wie die Anode an der Eückplatte der Zwischenwand. In Fig. 16 wird das Ende der elektrisch leitenden Stange 4J der Anode 4 in die öffnung 21 beim Anbringen der Anode eingeschoben, und die Anode wird daraufhin an der Anodenseitenwand 2 durch Festdrehen der Mutter 47 befestigt, wobei die Anodenseitenwand 2 zwischen dem Flansch 45 und der Mutter 47 angeordnet ist.

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Zwischen dem Flansch 45 und der Anodenseitenwand 2 sollte eine Dichtung 48 vorgesehen sein, zwischen der Anodenseitenwand 2 und der Mutter 47 kann ein Dichtring 49 vorgesehen sein. Die elektrisch leitende Stange 4$ der Anode ist weiter mit der äußeren Stromversorgungsplatte 9 verbunden, indem das Ende der Stange 43 in eine öffnung in der äußeren Stromversorgungsplatte 9 eingesetzt wird und die Mutter 410 festgedreht wird. Die Innenfläche der Anodenseitenwand 2 weist eine Schutzschicht 22, beispielsweise Gummi, auf.

Fig. 17 stellt Mittel zum Anbringen der Kathoden an der Kathodenseitenwand 3 und zum Anschließen der Kathoden an die äußere Stromversorgungsplatte 9 dar. In Fig. 17 ist das Ende des elektrisch leitenden Stabes 52 der Kathode 5 in. die Öffnung 33 der Rückplatte 36 der Kathodenseitenwand 3 eingesetzt, und die Kathode ist durch Festdrehen der Mutter 58 befestigt. Zwischen dem Flansch 54 und der Rückplatte 36 der Kathodenseitenwand und zwischen der Rückplatte 36 und der Mutter 58 sollten Dichtungen 34 und 35 vorgesehen sein, wodurch ein Auslecken von KatbaLyt durch die Öffnung 33 unter- · bunden wird. Das Ende des Stabes 52 ist weiter in die öffnung der äußeren Stromversorgungsplatte 9 eingeschoben und mittels Festdrehen der Mutter 511 befestigt. Die Außenfläche der Wand an der der Rückplatte 36 gegenüberliegenden Seite weist eine Schutzschicht 37» beispielsweise Gummi, auf. In der bipolaren Einheit und der in Fig. 17 dargestellten Kathodenseitenwand steht Jeder hohle Bereich der Kathode über das offene Ende der Kathode mit der Kammer innerhalb der Zwischenwand und der Kathodenseitenwand in Verbindung und bildet die Kathodenkammer.

In einer herkömmlichen Elektrolysezelle, wie sie beispielsweise in der japanischen Patentschrift Nr. 5, 1951

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oder der Elektrolysezelle, wie sie in der japanischen Patentanmeldung Nr. 21946, 1970 beschrieben ist, enthält jede !Cathode, die die Form eines flachen Sackes hat, keinen elektrisch leitenden Stab, und die Stromanschlußplatte ist direkt mit dem Haltegitter, an dem jede Kathode zur Ausbildung der kammartigen Kathodenbaugruppe befestigt ist, verschweißt. Des weiteren sind, wenn die Kathode an der Käthodenseitenwand angebracht ist, zwei oder drei elektrisch leitende Stäbe, die sich nach außerhalb der Zelle erstrecken, mit der Stromanschlußplatte verbunden. Die Stellen, an denen sich die elektrisch leitende Stange nach außen erstreckt, wird dabei mit Asbestgarn oder Kohlenteer abgedichtet.

Es mag den Anschein haben, daß die erfindungsgemäße bipolare Elektrolysezelle der herkömmlichen, oben erwähnten, fast gleicht! die bipolare erfindungsgemäße Elektrolysezelle hat jedoch eine lletallanode anstelle einer Graphitanode und weist neuartige Befestigungsvorrichtungen für die Anoden en der Zwischenwand oder der Seitenwand und zum elektrischen Anschluß auf. Bei der erfindungsgemäßen Elektrolysezelle ist es einfach, das Diaphragma zu erneuern, die Elektroden zu reparieren und die Zelle zusammenzubauen und zu zerlegen; des weiteren kann das Zusammenbauen und das Zerlegen unter gesunden Arbeitsbedingungen durchgeführt werden, weil kein

oder Löten

Schweißen/notwendig ist. Zusätzlich ist der elektrische Widerstand des elektrischen Anschlußteiles genügend klein und die erfindungsgemäße Zelle kann sehr genau zusammengebaut werden, wodurch es möglich ist, den Zwischenraum zwischen der Anode und Kathode zu verringern, so daß die Zelle mit einem geringeren Spannungsverlust betrieben werden kann; der Anolyt ist zwischen jeder Einzelzelle genügend gut abgedichtet, wodurch eine hervorragende Stromwirksamkeit erzielt wird.

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Der Betrieb ist der gleiche wie "bei herkömmlichen Elektrolysezellen mit Diaphragma, es werden jedoch gute Ergebnisse erzielt. Das Stromaufnahmevermögen ist so groß wie bei einer Zelle mit Quecksilberverfahren, die Bodenfläche der erfindungsgemäßen Zelle ist bei weitem kleiner als die einer Zelle mit dem Quecksilberverfahren, und es wird ein äußerst wirtschaftlicher Betrieb erreicht.

Im Hinblick auf die Wirksamkeit sei ein Beispiel gegeben:

Die Elektrolysezelle hat eine- Außenbreite von 2050 mm, eine Länge von 3500 mm und eine Höhe von 1500 mm und enthält fünf Kammern. Jede Kammer enthält 21 Anoden und 20 Kathoden, wobei diese Elektroden 875 mm hoch und 570 mm lang sind.

Wenn die Zelle mit einer Stromdichte von 20 A/dm betrieben wird, ist das Stromaufnahmevermögen 200 KA, was einem Erzeugungsvermögen von 200 t/Monat an Ätznatron entspricht ; dieses Erzeugungsvermögen entspricht dem Zehnfachen einer herkömmlichen bipolaren Elektrolysezelle. Die Boden-

fläche der beschriebenen Zelle beträgt 1,06 m /NaOH t/Tag, was weniger als 1/4 der einer herkömmlichen bipolaren Elektrolysezelle entspricht, wodurch die normale Arbeit einfach wird und die Kosten der Ausrüstung gesenkt werden.

Der Spannungsverlust an den Stromanschlußteilen der bipolaren Einheit beträgt etwa 50 mV oder weniger. Selbst wenn der Abstand zwischen der Anode und Kathode 10 mm beträgt, können di;e Elektroden leicht eingebaut werden und der Abstand kann weiter verkleinert werden. Die Zellenspannung ist nieder, sie liegt nämlich bei 3»4 bis 3>6 V in einer Einzelzelle, Die elektrolytischen Ergebnisse sowie die Qualität

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des Produktes können nicht absolut geschildert werden, weil sie nicht nur von dem Zellenaufbau, sondern auch von dem Diaphragma und anderen Bedingungen beeinflußt werden; es · sei jedoch ein Beispiel erwähnt: Strom: 40 KA, Stromaufnahmevermögen: 200 KA, Stromdichte: 20 A/dm , Zellenspannung: 3_?5 V/Einzelzelle, Strdmwirksamkeit: 96 %, Zusammensetzung des Katolyten: NaOH 14-0 g/l, NaClO₅ 0,2 g/l, Zusammensetzung des Anodengases: Cl₂ 98,5 %» CO₂ 0,2 %, O₂ 0,6 %, H₂ 0,1 %. - -

Ansprüche

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Claims

Ansprüche

1. ' Bipolare Elektrolysezelle mit Diaphragma zur,, elektrolytischen Zersetzung von Chlor-Alkali, die von mehreren "bipolaren Einheiten in mehrere Einzelzellen unterteilt ist, dadurch gekennzeich. net , daß Jede bipolare ■ Einheit (4, 5» 6) eine längliche, kammartige Kathodenbaugruppe (51-57) mit kammartigen, hohlen Kathoden (5) und einem Haltegitter (56), mit dem die Kathoden (5) verbunden sind, längliche, kammförmige Anoden (4) und eine hohle Zwischenwand (6) mit einer Rückplatte (65) mit öffnungen (63) zum Befestigen der Anoden (4) und einem Fenster zum Befestigen der Kathodenbaugruppe (51-57) an der der Rückplatte (65) gegenüberliegenden Seite aufweist und durch Vereinigen der hohlen Bereiche der Kathoden (5) und der Zwischenwand (6) eine Kathodenkammer bildet, die eine Elektrodenbefestigungsvorrichtung mit einem oder mehreren elektrisch leitenden Stäben (43, 52), die in den hohlen Bereichen Jeder Anode (4) bzw. Jeder Kathode (5) angeordnet sind und sich in den hohlen Bereich der Zwischenwand (6) erstrecken, und eine oder mehrere Stromanschlußplatten (8), die im hohlen Bereich der Zwischenwand (6) Jeder bipolarerf .Einheit (4, 5> 6) angeordnet sind, aufweist, wobei die elektrisch leitenden Stäbe (43, 52) der Anoden (4) und Kathoden (5) elektrisch und mechanisch über die Stromanschlußplatte (8) verbunden sind und Jede Verbindungsstelle zwischen den elektrisch leitenden Stäben (42, 52) der Anoden (4) an der Stromanschlußplatte (8) dem Haltegitter (56) gegenüberliegend zwischen benachbarten Kathoden (5) angeordnet ist.

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2. Elektrolysezelle nach. Anspruch. 1, dadurch. gekennzeichnet , daß die Stroinanschlußplatte (8) öffnungen (81) zum Anschließen der elektrisch, leitenden Stäbe (4-3) der Anoden (4) aufweist, und daß jeder elektrisch leitende Stab (4J) der Anoden (4) einen Flansch (45) zum Anbringen an der Rückplatte (65) aufweist und sich durch die Öffnung (63) in der Rückplatte (65) und die Öffnung (81) in der Stromanschlußplatte (8) hindurch erstreckt und mit einer Verschraubung befestigt ist.

3. Elektrolysezelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Verschraubung Muttern (410, 47) und eine Spiralnut (46) aufweist, die an dem elektrisch leitenden Stab (43) der Anode (4) ausgebildet ist.

4. Elektrolysezelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß das Haltegitter (56) Öffnungen (59) niit abnehmbar befestigten Deckeln (510) aufweist, wobei jede öffnung (59) einen Zugang zu der Mutter (410) bildet und an einer Stelle angeordnet ist, die der Verbindungsstelle zwischen der Stromanschlußplatte (8) und dem elektrisch leitenden Stab (43) der Anode (4) gegenüberliegt .

5- Elektrolysezelle nach Anspruch 4, dadurch g e kennzeichnet , daß der Deckel (510) eine Schraube aufweist und der elektrisch leitende Stab (43) der Anode (4) an seinem Ende eine öffnung zur Aufnahme der Schraube aufweist.

6. Elektrolysezelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Stromanschlußplatte (8) Öffnungen (82) zum Anschließen der elektrisch leitenden Stäbe (52) der Kathoden (5) aufweist, und daß jeder

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elektrisch leitende Stab (52) der Kathode (5) einen Flansch (54) zum Befestigen an der Stromanschlußplatte (8) aufweist und sich durch die Öffnung (82) in der Stromanschlußplatte (8) erstreckt und an dieser mit einer Verschraubung befestigt ist.

7. Elektrolysezelle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Verschraubung eine Mutter (58) und eine in dem elektrisch leitenden Stab (52) der Kathode (5) ausgebildete Spiralnut (55) aufweist.

8. Elektrolysezelle nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet , daß die Rückplatte (65) Öffnungen (66) aufweist, in denen abnehmbar Deckel (67) befestigt sind, wobei jede öffnung (66) einen Zugang zu der Mutter (58) bildet und an der der Verbindungsstelle zwischen der Stromanschlußplatte (8).und dem elektrisch leitenden Stab (52) der Kathode (5) gegenüberliegenden Stelle angeordnet ist.

9. Elektrolysezelle nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß das Gehäuse

(I) kanalförmig ist und die Anodenseitenwand (2) und die Kathodenseitenwand (3) flanschartig mit dem Gehäuse (1) verbunden sind, so daß eine box-artige Außenschale der Elektrolysezelle entsteht.

10. Elektrolysezelle nach Anspruch 9i dadurch gekennzeichnet , daß das Gehäuse (1) Führungen

(II) aufweist, in die die bipolaren Einheiten (4, 5> 6) senkrecht, eingeschoben und entfernt werden.

11. Elektrolysezelle nach einem der Ansprüche -1 bis 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Anoden (4) und Kathoden (5) senkrecht zu den Zwischenwänden (6) sind, und daß die Oberflächen der Anoden (4) parallel zu den gegenüberliegenden Oberflächen der Kathoden (5) sind.

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12. Elektrolysezelle nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum zwischen den Anoden (4-) und Kathoden (5) kleiner gleich 10 mm ist.

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