DE2435185B2 - Electrolytic cell - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Elektrolysezelle, insbesondere zur Herstellung von Hypochloritlösungen durch Elektrolyse von Alkalichloridlösungen, bestehend aus einem Behälter mit Zu- und Ableitung für Strom und Elektrolyt, der durch nichtleitende Trennwände in Zelleneinheiten unterteilt ist, in denen sich durchbrochene horizontal angeordnete Endelektroden und bipolare Mittene'ektroden befinden.The invention relates to an electrolytic cell, in particular for the production of hypochlorite solutions by Electrolysis of alkali chloride solutions, consisting of a container with inlet and outlet for electricity and electrolyte, which is through non-conductive partitions in Cell units are subdivided, in which there are openwork horizontally arranged end electrodes and bipolar Center electrodes are located.
Alkalihypochlorite, insbesondere Natriumhypochlorit wird im großen Umfang zum Bleichen und Desinfizieren, insbesondere zur Abwasserreinigung, angewandt Um jedoch eine Anlieferung von Hypochloritlösungen zu den jeweiligen Verbraucherstellen, also den Transport von großen Wassermengen, zu vermeiden und um gleichzeitig die mit zunehmender Lagerzeit abnehmende Wirksamkeit von Hypochloritlösungen dirtch Zersetzung einzuschränken, wäre eine kompakte leistungsfähige Elektrolyseanlage zur Herstellung von. Hypochloritlösungen am Verbraucherort anzustreben. Diese muß Über lange Zeit betriebsfähig sein und nur einen Minimalaufwand an Wartung erfordern.Alkali hypochlorites, especially sodium hypochlorite, are used extensively for bleaching and Disinfecting, in particular for wastewater purification, applied to a delivery of hypochlorite solutions to the respective consumer points, i.e. to avoid the transport of large amounts of water, and at the same time to do so with increasing storage time Limiting the decreasing effectiveness of hypochlorite solutions dirtch decomposition would be a compact one powerful electrolysis system for the production of. Strive for hypochlorite solutions at the point of use. This must be operational for a long time and only require a minimal amount of maintenance.
Aus der US-PS 1541 947 ist eine Elektrolyseanlage zur Wasserreinigung bekannt, in der eine bipolare Elektrode aus einer Aluminium-Anodenplatte und einer Eisen-Kathodenplatte vorliegen, wobei die Elektroden durch eine Isolierschicht getrennt sind. Die Elektrodenplatten und Isolierungen weisen entsprechende DurchFrom US-PS 1541 947 an electrolysis system is known for water purification, in which a bipolar electrode made of an aluminum anode plate and a Iron cathode plate are present, the electrodes being separated by an insulating layer. The electrode plates and insulation have corresponding openings gänge für Schmutzwasser und Rejnwasser auf* In dieser bekannten Elektrolysezelle sind die monopolaren Endelektroden Eisen- bzw, Aluminiumplattenr Die Anordnung der Elektrodenplatten innerhalb der Zelle ist zueinander parallel und vertikal, Aus der GB-PS 1145 751 ist eine filterpressenartige Diaphragma-Elektrolysezelle zur Chloralkalielektrolyse bekannt, wobej jeweils zwischen zwei Diaphragmen eine Verbundelektrode vorgesehen ist, die aus zwei Drahtnetzen undopen for dirty water and fresh water * in this one known electrolysis cells are the monopolar end electrodes made of iron or aluminum plates The arrangement of the electrode plates within the cell is parallel and vertical to one another, from GB-PS 1145 751 a filter press-like diaphragm electrolysis cell for chloralkali electrolysis is known, wobej a composite electrode is provided between two diaphragms, which consists of two wire nets and dazwischen einer nichtleitenden, jedoch 'durchlässigen Kunststoffschicht aufgebaut ist Die FR-PS 4 68 277 betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur elektrochemischen Behandlung von Flüssigkeiten und verschiedene Schallungsarten von parallelen Anodenbetween a non-conductive but 'permeable plastic layer is built up. FR-PS 4 68 277 relates to a method and a device for electrochemical treatment of liquids and various types of sounding of parallel anodes
is und Kathoden, wobei d|e Anoden kammartig zwischen , die Kathoden bzw· umgekehrt eingreifen.is and cathodes, with the anodes in a comb-like manner between that engage the cathodes or vice versa.
Dieser Stand der Technik bezieht sich somit nicht auf kompakte Elektrolysezellen für die Herstellung von Hypochlorit an Ort und Stelle, wo dieses verbrauchtThis prior art therefore does not relate to compact electrolysis cells for the production of hypochlorite on the spot where it is consumed werdensoll.shall be.
Aufgabe der Erfindung ist eine kompakte Elektrolysezelle zur Herstellung von Hypochlorit an dessen Verwendungsort, welche sich durch lange Betriebszeiten, minimalen Wartungsaufwand und hohe Stromaus-The object of the invention is a compact electrolytic cell for producing hypochlorite on it Place of use, which is characterized by long operating times, minimal maintenance and high power consumption. beute auszeichnetprey distinguishes itself
Ausgehend von einer Elektrolysezelle aus einem Behälter mit Zu- und Ableitung für Strom und Elektrolyt der durch nichtleitende Trennwände in Zelleneinheiten unterteilt ist, in denen sich durchbrocheStarting from an electrolysis cell from a container with inlet and outlet for electricity and Electrolyte which is divided into cell units by non-conductive partitions, in which one breaks through ne horizontal angeordnete Endelektroden und bipolare Miuenelektroden befinden, ist nun die erfindungsgemäße Elektrolysezelle dadurch gekennzeichnet daß in einer ersten Zeileneinheit eine monopolare Endanode und in einer letzten Zelleneinheit eine monopolarene horizontally arranged end electrodes and bipolar ones Miuenelectrodes are located, the electrolytic cell according to the invention is now characterized in that in a monopolar end anode in a first row unit and a monopolar end anode in a last cell unit U-förmige Endkathode und in den dazwischenliegenden Zelleneinheiten bipolare Elektroden aus einem durchbrochenen Anodenteil und einem U-förmigen durchbrochenen Kathodenteil, die durch einen Verbindungsteil leitend verbunden sind, wobei die beiden Elektrodentei-U-shaped end cathode and in the intermediate cell units bipolar electrodes made of a perforated anode part and a U-shaped perforated cathode part, which are connected by a connecting part are conductively connected, the two electrode parts Ie der bipolaren Elektroden parallel und im Abstand von Trennwänden angeordnet und, durch diese zwei aufeinanderfolgenden Zelleneinheiten zugeordnet sind, in denen jeweils der Kathodenteil den Anodenteil umfaßt und sich das Verbindungsteil zwischen derIe of the bipolar electrodes parallel and at a distance of Dividing walls are arranged and, through these two successive cell units are assigned, in each of which the cathode part comprises the anode part and the connecting part between the jeweiligen Kante der Trennwand und der Wand des Behälters befindet Die bipolaren Elektroden sind bevorzugt ein Streckmetall, insbesondere aus Titan, welches im Bereich des Anodenteils einen elektrokatalytisch wirksamen Überzug aufweist Der Kathodenieilrespective edge of the partition and the wall of the container are located The bipolar electrodes are preferably an expanded metal, in particular made of titanium, which has an electrocatalytically active coating in the area of the anode part. The cathode part
so der bipolaren Elektroden ist vorzugsweise ein durchbrochenes Blech öder ein Netz aus korrosionsbeständigem Stahl, Nickel oder einer Palladium-Titan-Legierung. Die erfindungsgemäße Elektrolysezelle zeichnet sichThe bipolar electrodes are preferably a perforated sheet metal or a mesh made of corrosion-resistant steel, nickel or a palladium-titanium alloy. The electrolytic cell according to the invention is distinguished durch hohe Stromausbeute, lange kontinuierliche Betriebszeit und leichte Montier· bzw. Demontierbarkeit aus, da die Elektrodenkonstruktion eine wesentliche Vereinfachung des Anschließens und Trennens der Elektroden bewirkt In der erfindungsgemäßen vertikadue to high current efficiency, long continuous Operating time and easy assembly and disassembly, since the electrode construction is an essential Simplification of the connection and disconnection of the electrodes is achieved in the vertika according to the invention len Elektrolysezelle geht die Elektrolytströmung von unten nach oben durch die gesamte Zelle, so daß jede Zelleneinheit bei Betrieb im wesentlichen geflutet istlen electrolysis cell, the electrolyte flow is from bottom up through the entire cell so that each cell unit is essentially flooded in operation
Die erfindungsgemäßen Elektrolysezeilen eignen sich besonders zur Herstellung von AlkalihypochloritlösunThe electrolysis cells according to the invention are particularly suitable for the production of alkali hypochlorite solutions gen, insbesondere solchen von Natrium und Kalium, mit Konzentrationen im Bereich von 1 bis 20 g/l, ausgehend von den entsprechenden Alkalichloridlösungen mit einer Konzentration von 3 bis 100 g/l. Die Probleme mitgenes, especially those of sodium and potassium, with Concentrations in the range from 1 to 20 g / l, based on the corresponding alkali chloride solutions with a concentration of 3 to 100 g / l. The problems with
der AnsatzMIdung an Kathoden bei derartigen Elektrolysfsvorgängen
sind bekannt. Um ein öbermftßiges
Rqgkwaschen .m vermeiden, sollte man also in den
erfindungsgemäßen Elektrolysezellen möglichst reine
AlkelichloridlösHhgen elektrolysieren. Die Elektrolyse
findet Kweckmäßigerweise bei 5 bis 5p"C pnd einem
py^ert in der Größenordnung von 7 bis to statt
; Pie Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen
weiter erläutert.The approach of the cathode in such electrolysis processes are known. In order to avoid excessive gas washing , one should electrolyze alkali chloride solutions that are as pure as possible in the electrolysis cells according to the invention. The electrolysis usually takes place at 5 to 5 p "C pnd a py ^ ert in the order of 7 to 10 tons
; Pie invention will now be further explained with reference to the drawings.
Fig, 1 ist eine perspektivische Ansicht der Anordnung der Elektroden und der Trennwände undFigure 1 is a perspective view of the assembly the electrodes and the partitions and
F i g. 2 zeigt einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Elektrolysezelle,F i g. 2 shows a cross section through an inventive Electrolytic cell,
Dtr vertikale Zellenbehälter 1 enthält unten eine Elektrolyt-Zuführung 3 und oben eine Elektrolyt-Abführung 4 und ist in eine Vielzahl von Einheiten durch elektrisch nichtleitende Trennwände 9 unterteilt Werkstoffe für den Behälter und die Trennwände sind z. B. Polyvinylchlorid, nachchloriertes Polyvinylchlorid und Poly(rrieth)ycrylate. Jede Trennwand 9 ist gegen die Behälterwände abgedichtet Wie im folgenden näher erläutert wird, kann man eine Kante von jeder Trennwand mit der Behälterwand auf solche Weise verbinden, um eine bipolare Elektroden-Verbindung zu erreichen. Jede Trennwand 9 muß Elektrolyt von unten nach oben durch alle Einheiten 7 strömen lassen. Dafür sind ein oder mehrere Löcher 11 an den diagonal entgegengesetzten Ecken der Trennwände 9 vorgesehen, um einen gekrümmten Strömungsweg zu ergeben und somit eine entsprechende Zirkulierung bei guter Mischung und minimalem Leckstrom sicherzustellen.The vertical cell container 1 contains an electrolyte feed 3 at the bottom and an electrolyte discharge at the top 4 and is divided into a plurality of units by electrically non-conductive partitions 9 materials for the container and the partitions are, for. B. Polyvinyl chloride, post-chlorinated polyvinyl chloride and poly (rrieth) ycrylate. Each partition 9 is against the Container walls sealed As will be explained in more detail below, one edge of each Connect the dividing wall to the container wall in such a way as to create a bipolar electrode connection reach. Each partition 9 must allow electrolyte to flow through all units 7 from below to above. Therefore one or more holes 11 are provided at the diagonally opposite corners of the partition walls 9, to give a curved flow path and thus a corresponding circulation when the flow is good Ensure mixing and minimal leakage current.
In der ersten Zelleneinheit T ist horizontal eine durchbrochene, dimensionsstabile, monopolare End-Anode 13 mit dem Stromanschluß 15 und in der letzten Zelleneinheit 7" eine horizontal angeordnete, durchbrochene, U-förmige, monopolare End-Kathode 17 — getrennt von der Trennwand 9 — mit Stromanschluß 19 angeordnet Der Strom fließt somit zwischen 15 und 19. Die Polarität der End-Elektroden in den Zelleneinheiten T und 7" kann auch umgekehrt sein. Es ist außerdem nicht erforderlich, daß die ersten und letzten Zelleneinheiten dun.li zwei Trennwände 9 begrenzt werden, da die erste Trennwand und der Boden des Behälters die erste Zelleneinheit T bzw. die letzte Trennwand 9 und der Behälterdeckel die letzte Zelleneinheit 7" begrenzen können.In the first cell unit T there is horizontally a perforated, dimensionally stable, monopolar end anode 13 with the power connection 15 and in the last cell unit 7 ″ a horizontally arranged, perforated, U-shaped, monopolar end cathode 17 - separated from the partition 9 - arranged with power connection 19 The current thus flows between 15 and 19. The polarity of the end electrodes in the cell units T and 7 ″ can also be reversed. It is also not necessary for the first and last cell units to be delimited by two partition walls 9, since the first partition wall and the bottom of the container can delimit the first cell unit T or the last partition wall 9 and the container lid can delimit the last cell unit 7 ″ .
Bei den dargestellten Ausführungsformen sind die End-Anode 13 und die End-Käihode 17 mit den Stromanschlüssen 15 und 19 durch leitende Verbindungsteile 33 und 35 um eine Trennwand-Kante verbunden. Eine direkte Verlängerung durch die Behälterwand 29 zu einem äußeren Stromanschluß ist ebenfalls möglich.In the illustrated embodiments, the end anode 13 and the end Käihode 17 with the Power connections 15 and 19 through conductive connectors 33 and 35 around a partition edge tied together. A direct extension through the container wall 29 to an external power connection is also possible.
Zwischen den End-Elektroden ist mindestens eine bipolare Elektrode in Form eines durchbrochenen blechartigen Anodenteils 21, eines U-förmigen durchbrochenen Kathodenteiis 23, der die blechförmige Anode umfaßt, vorgesehen, wobei die Anoden- Und Kathodenteile über den Verbindungsteil 25 geschaltet sind. Aus den Zeichnungen ist erkennbar, daß der U-förmige Kathodenteil 23 der bipolaren Elektrode in der ersten Zelleneinheit T die Endr]\node 13 umfaßt, wobei sowohl die End-Anode als auch Kathodenteil 23 im wesentlichen parallel zu den Trennwänden 9 um die Zelleneinheit T verlaufen; Kathodentejl23 istimAbstand von den Trennwänden 9 angebracht, geeigneterweise mit Hilfe von elektrisch isolierenden Abstandshaltern 27, In der nächsten Zelleneinheit ψ der bipolare Anodenteil 21 von einemKathödenteil ρ der nächstea bipolaren; Elektrode umfaßt Beide sind jftfeder im Abstand und horizontal zu den Trennwänden 9 angeordnet Liegen nur zwei Zelleneinheiten, ζ, ψ. T und 7", in einer Zelle vor, wird der Anodenteil 21 der bipolaren Elektrode von der U-förmigen End-Kjithode 17 umfaßtBetween the end electrodes there is at least one bipolar electrode in the form of a perforated sheet-like anode part 21, a U-shaped perforated cathode part 23 which includes the sheet-metal anode, the anode and cathode parts being connected via the connecting part 25. It can be seen from the drawings that the U-shaped cathode part 23 of the bipolar electrode in the first cell unit T comprises the end node 13, both the end anode and cathode part 23 being essentially parallel to the partition walls 9 around the cell unit T. get lost; Kathodentejl23 is attached at a distance from the partition walls 9, suitably with the help of electrically insulating spacers 27, In the next cell unit ψ the bipolar anode part 21 from a cathode part ρ the next a bipolar; Electrode comprises Both are jftfeder at a distance and horizontally from the partition walls 9. There are only two cell units, ζ, ψ. T and 7 ", in front of a cell, the anode part 21 of the bipolar electrode is encompassed by the U-shaped end Kjithode 17
Die Anzahl der Zelleneinheiten und somit der bipolaren Elektroden kann nach Wunsch entsprechend den Erfordernisse^ der Praxis gewählt werden, z. B. 2 bis 25 Zelleneinheiten.The number of cell units and thus the bipolar electrodes can be adjusted accordingly as desired the requirements ^ of the practice are chosen, z. B. 2 up to 25 cell units.
Die Anoden- und Kathoden teile der bipolaren Elektroden sind durch die Verbindungsteile 25 verbunden, die im wesentlichen senkrecht zu den horizontal angeordneten Anoden- und Kathodenteilen verlaufen, und zwar zwischen der Kante 3er Trennwand 9 entgegengesetzt zu der Befestigung der Anoden- und Kathodenteile der! Behälterwand 29. Zur flüssigkeitsdichten Abdichtung zwischen der Wand 29 und der Trennwand 9 dienen Dichtungen 31, oder es wird der Verbindungsteil 25 in einer Kerbe in der Kante der Trennwand eingelegtThe anode and cathode parts of the bipolar Electrodes are connected by the connecting parts 25, which run essentially perpendicular to the horizontally arranged anode and cathode parts, namely between the edge 3er partition wall 9 opposite to the attachment of the anode and Cathode parts of the! Container wall 29. For the liquid-tight seal between the wall 29 and the Partition wall 9 are used seals 31, or it becomes the connecting part 25 in a notch in the edge of the Partition wall inserted
Die bipolaren Elektroden sind meist durchbrochene dimensionsstabile Elektroden, die die Strömung des Elektrolyten und die Gasentwicklung gestatten. Sie sind meist ebene Platten oder Bleche. Der Anodenteil kann aus einem leitenden, widerstandsfähigen Material bestehen und mit einem elektrokatalytisch wirksamen Überzug versehen sein, beispielsweise Titanstreckmetall, überzogen mit einem Metall der Platingruppe, dessen Oxid und dgl. Der Kathodenteil besteht beispielsweise auch aus Titan-Streckmetall oder einer Palladium/Titan-Legierung mit 0,2% Pd, einem Lochblech aus korrosionsbeständigem Stahl oder Nickel und gegebenenfalls obigem elektrokatalystischem Überzug. Der Verbindungsteil kann aus einem beliebigen, lebenden, korrosionsbeständigen Material, insbesondere aus obigen Werkstoffen, bestehen, muß aber nicht elektrokatalytisch wirksam sein. Die bipolare Elektrode ist vorzugsweise ein Streckmetall (beispielsweise aus Titan) in S-Form und trägt on dem Anodentsil einen elektrokatalytisch aktiven (beispielsweise aus dem Oxid eines Platinmetalls) Überzug und ist an dem Kathodenteil nicht beschichtet Andererseits kann die Elektrode insofern unterbrochen sein, daß der Anodenteil aus Streckmetall besteht und stumpf verschweißt ist mit perforierten, korrosionsbeständigen Verbindungs- und Kathodenteilen aus Stahl.The bipolar electrodes are usually perforated, dimensionally stable electrodes that control the flow of the Allow electrolytes and gas development. they are mostly flat plates or sheets. The anode part can be made of a conductive, resistant material exist and be provided with an electrocatalytically active coating, for example expanded titanium metal, covered with a platinum group metal, the oxide of which and the like. The cathode part is composed for example made of expanded titanium metal or a Palladium / titanium alloy with 0.2% Pd, a perforated sheet made of corrosion-resistant steel or nickel and optionally the above electrocatalyst coating. The connecting part can consist of any living, corrosion-resistant material, in particular from the above materials, exist, but need not be electrocatalytically effective. The bipolar electrode is preferably an expanded metal (for example made of Titanium) in S-form and carries an electrocatalytically active (for example from the oxide a platinum metal) coating and is not coated on the cathode part. On the other hand, the electrode be interrupted in that the anode part consists of expanded metal and is butt-welded to perforated, corrosion-resistant connection and cathode parts made of steel.
Um den Elektroden-Abstand möglichst klein zu nalten, beispielsweise 0,5 bis 2,5 mm, vorzugsweise etwa 0,76 mm, ohne der Gefahr eines Kurzschlusses, werden Abstandshalter angewendet z.B. aus einem flexiblen Band aus inertem Polymer, welche in die unterbrochenen Elektroden eingearbeitet sind, ohne die Elektrolytströmung zu behindern.To keep the electrode distance as small as possible nalten, for example 0.5 to 2.5 mm, preferably about 0.76 mm, without the risk of a short circuit, spacers are used, e.g. made of a flexible Inert polymer tape built into the interrupted electrodes without the electrolyte flow to hinder.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
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| 8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: ELTECH SYSTEMS CORP., BOCA RATON, FLA., US |
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