DE2435185C3 - 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 Mittenelektroden 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 durch 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, especially used for wastewater purification. However, 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 the decreasing effectiveness of hypochlorite solutions with increasing storage time limiting by decomposition would be a compact powerful electrolysis plant for the production of Strive for hypochlorite solutions at the point of use. This must be operational for a long time and only require minimal maintenance,
Aus der US-PS 15 41 947 1st eine Elektrolyseanlage iur WasserfeinigUng bekannt, in der eine bipolare Elektrode aus einer Aliiminium-Anödenplatte und einer Eisen^Kathodenpiatle Vorliegen, wobei die Elektroden durch eine Isolierschicht getrennt sind. Die Elektroden^ platten und Isolierungen weisen entsprechende Durch' gänge für Schmutzwasser und Reinwasser auf. In dieser bekannten Elektrolysezelle sind die monopolaren Endelektroden Eisen- bzw. Aluminiumplatten. Die Anordnung der Elektrodenplatten innerhalb der Zelle ist zueinander parallel und vertikal. Aus der GB-PS 11 45 751 ist eine filterpressenartige Diaphragma-Elektrolysezelle zur Chloralkalielektrolyse bekannt, wobei jeweils "wischen zwei Diaphragmen eine Verbundelektrode vorgesehen ist. die aus zwei Drahtnetzen undFrom US-PS 15 41 947 1st an electrolysis system known for water refinement, in which a bipolar Electrode made of an aluminum anode plate and a Iron ^ cathode piatle present, with the electrodes are separated by an insulating layer. The electrodes ^ Panels and insulation have corresponding passages for dirty water and pure water. In this known electrolytic cell, the monopolar end electrodes are iron or aluminum plates. the The arrangement of the electrode plates within the cell is parallel and vertical to one another. From the GB-PS 11 45 751 is a filter press type diaphragm electrolysis cell known for chlor-alkali electrolysis, where "two diaphragms wipe a composite electrode." is provided. those made of two wire nets and
ίο 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 Schaltungsarten von parallelen Anodenίο in between 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 different types of connections of parallel anodes
rs und Kathoden, wobei die Anoden kammartig zwischen die Kathoden bzw. umgekehrt eingreifen.rs and cathodes, with the anodes comb-like between the cathodes intervene and vice versa.
Dieser Stand der Technik bezieht sich somit nicht auf kompakte Elektrolysezellen für die Herstellung von Hypochlorit an Ort und Stelle, wo dieses verbraucht werdensoll.This prior art therefore does not relate to compact electrolysis cells for the production of Hypochlorite in place where it is to be consumed.
Aufgabe der Erfindung ist eine kompakte Elektrolysezelle zur Herstellung von Hypochlorit an dessen Verwendungsort, welche sich durch lange Betriebszeiten, minimalen Wartungsaufwand und hohe Stromausbeute auszeichnetThe 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 yield excels
Ausgehend von einer Elektrolysezelle aus einem Behälter mit Ίλ>- und Ableitung für Strom und Elektrolyt, der durch nichtleitende Trennwände in Zelleneinheiten unterteilt ist, in denen sich durchbrochene horizontal angeordnete Endelektroden und bipolare Mittenelektroden befinden, ist nun die erfindungsgemäße Elektrolysezelle dadurch gekennzeichnet, daß in einer ersten Zelleneinheit eine monopolare Endanode und in einer letzten Zelleneinheit eine monopolare 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 heiden Elektrodentei-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 der 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 wirksames! Überzug aufweist. Der Kathodenteil der bipolaren Elektroden ist vorzugsweise ein durchbrochenes Blech oder ein Netz aus korrosionsbeständigem Stahl. Nickel oder einer Palladium-Titan-Legierung. Starting from an electrolysis cell from a container with Ίλ> - and discharge for current and electrolyte, which is divided by non-conductive partitions into cell units in which there are perforated horizontally arranged end electrodes and bipolar central electrodes, the electrolysis cell according to the invention is now characterized in that in a first cell unit a monopolar end anode and in a last cell unit a monopolar 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 conductively connected by a connecting part, the two electrode parts of the bipolar electrodes are arranged parallel and at a distance from partition walls and are assigned by these two successive cell units, in each of which the cathode part comprises the anode part and the connecting part between the respective edge of the partition and and the wall of the container. The bipolar electrodes are preferably an expanded metal, in particular made of titanium, which in the area of the anode part has an electrocatalytically active! Has coating. The cathode part of the bipolar electrodes is preferably a perforated sheet metal or a mesh made of corrosion-resistant steel. Nickel or a palladium-titanium alloy.
Die erfindungsgemäße Elektrolysezelle zeichnet sich 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 vertikalen Elektrolysezelle geht die Elektrolytströmung von unten naeh oben durch die gesamte Zelle, so daß jede Zelleneinheit bei Betrieb im Wesentlichen geflutet ist.The electrolysis cell according to the invention is characterized by a high current yield, 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 causes. In the vertical according to the invention Electrolytic cell, the electrolyte flow goes from bottom to top through the entire cell, so that each Cell unit is essentially flooded during operation.
Die erfindüngsgemäßen Elektrolysezellen eignen sich besonders zur Hersteilung von Alkalihypochloritlösun* gen, insbesondere solchen Von Natrium und Kalium, mit Konzentrationen im Bereich von 1 bis 20 g/l, ausgehend Von den entsprechenden ÄlkalichloridlösUngen mit einer Konzentration Von 3 bis 100 g/l, Die Probleme mitThe electrolysis cells according to the invention are suitable especially for the production of alkali hypochlorite solution * genes, especially those of sodium and potassium, with Concentrations in the range from 1 to 20 g / l, starting out Of the corresponding alkali metal chloride solutions with a concentration of 3 to 100 g / l, the problems with
der Ansatzbildung an Kathoden bei derartigen Elektrolysevorgängen sind bekannt. Um ein übermäßiges ROckwaschen zu vermeiden, sollte man also in den erfindungsgemäßen Elektrolysezellen möglichst reine Alkalichloridlösungen elektrolysieren. Die Elektrolyse findet zweckmäBigerweise bei 5 bis 50° C und einem pH-Wert in der Größenordnung von 7 bis 10 stattthe formation of deposits on cathodes during such electrolysis processes are known. To an excessive To avoid backwashing, the electrolysis cells according to the invention should therefore be as pure as possible Electrolyze alkali chloride solutions. The electrolysis takes place expediently at 5 to 50 ° C and one pH on the order of 7-10 instead
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen weiter erläutert.The invention will now be further explained with reference to the drawings.
Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht der Anordnung der Elektroden und der Trennwände undFig. 1 is a perspective view showing the arrangement of the electrodes and the partition walls and
F j g. 2 zeigt einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Elektrolysezelle.F j g. 2 shows a cross section through an inventive Electrolytic cell.
Der vertikale Zellerbehälter 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 Polymethacrylate. Jede Trennwand 9 ist gegen die Behälterwände abgedichtet Wie i:n 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 ergebei/ und somit eine entsprechende Zirkulierung bei guter Mischung und minimalem Leckstrom sicherzustellen.The vertical cell container 1 contains one at the bottom Electrolyte inlet 3 and above an electrolyte outlet 4 and is in a variety of units through electrically non-conductive partitions 9 subdivided materials for the container and the partitions are e.g. Polyvinyl chloride, post-chlorinated polyvinyl chloride and polymethacrylates. Each partition 9 is against the Sealed container walls 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, in order to result in a curved flow path / and thus a corresponding circulation when the flow path is good Ensure mixing and minimal leakage current.
In der ersten Zelleneinheit T ist horizontal einp 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 durch 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 a horizontally perforated, dimensionally stable, monopolar end anode 13 with the power connection 15 and in the last cell unit 7 "there is a horizontally arranged, perforated, U-shaped, monopolar end cathode 17 - separated from the partition 9 - 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 and 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-Kathode 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 cathode 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 Kathodenteils 23, der die blechförmige Anode umfaßt, vorgesehen, wobei die Anoden- und Kathodenteile über den Verbindungsteil 25 geschäft sind. Aus den Zeichnungen ist erkennbar, daß der U-förmige Kathodenteil 23 der bipolaren Elektrode in der ersten Zelleneinheit T die End-Anode 13 umfaßt, wobei sowohl die End-Anode als auch Kathodenteil 23 im wesentlichen parallel zu den Trennwänden 9 um die Zelieneinhei: T verlaufen. Kathodenteil 23 ist im Abstand von den Trennwänden 9 angebracht, geeigneterweise mit Hülfe von elektrisch isolierenden Abstandshaltern 27. In der nächsten Zelleneinheit ist der bipolare Anodenteil 21 von einem Kathodenteil 23 der nächsten bipolaren Elektrode umfaßt Beide sind wieder im Abstand und horizontal zu den Trennwänden 9 angeordnet Liegen nur zwei Zelleneinheiten, z. B. 7' und 7", in einer Zelle vor, wird der Anodenteil 21 der bipolaren Elektrode von der U-förmigen End-Kathode 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 business 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 anode 13, both the end anode and cathode part 23 being essentially parallel to the partition walls 9 around the cell unit T get lost. Cathode part 23 is attached at a distance from partition walls 9, suitably with the aid of electrically insulating spacers 27. In the next cell unit, bipolar anode part 21 is enclosed by a cathode part 23 of the next bipolar electrode.Both are again arranged at a distance from and horizontally to partition walls 9 If there are only two cell units, e.g. B. 7 'and 7 ", in a cell, the anode part 21 of the bipolar electrode is surrounded by the U-shaped end cathode 17
Die Anzahl der Zelleneinheiten und somit der bipolaren Elektroden kann nach Wunsch entsprechend den Erfordernissen 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 be chosen according to the needs of the practice, e.g. B. 2 up to 25 cell units.
Die Anoden- und Kathodenteile der bipolaren Elektroden sind durch die Verbindungsteile 25 verbunden, die im wesentlichen senkrecht zu den horizontal angeordneten Anoden- und Kath., jenteilen verlaufen, und zwar zwischen der Kante de. Trennwand 9 entgegengesetzt zu der Befestigung der Anoden- und Kathodenteile der Behälterwand 29. Zur flüssigkeitsdichten Abdichtung zwischen der Wand 29 und der Trenr.vand 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 de. 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 Trenr.vand 9 serve 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 eiektrokatalytisch wirksamen Oberzug 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, einein Lochblech aus korrosionsbeständigem Stahl oder Nickel und gegebenenfalls obigem elektrokatalystischem Oberzug. Der Verbindungsteil kann aus einem beliebigen, leitenden, korrosionsbeständigen Material, insbesondere aus obigen Werkstoffen, bestehen, muß aber nicht eiektrokatalytisch wirksam sein. Die bipolare Elektrode ist vorzugsweise ein Streckmetall (beispielsweise aus Titan) in S-Form und trägt an dem Anodenteil einen eiektrokatalytisch aktiven (beispielsweise aus dem Oxid eines Platinmetalls) Überzug und ist an dem Kathodenteil nicht beschichtet. Andererseits kann die Elektrode insofern unterbrechen sein, daß der Anodenteil aus Streckmetall besteht und stumpf verschweißt ist mit perforierten, korrosionsbeständigen Verbindung- und Ka 'liodenteilen 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 consist of a conductive, resistant material and an electrocatalytically active one Be provided with an upper coating, for example expanded titanium metal, coated with a metal of the platinum group, its oxide and the like. The cathode part consists, for example, of expanded titanium metal or a Palladium / titanium alloy with 0.2% Pd, in a perforated plate made of corrosion-resistant steel or nickel and optionally the above electrocatalyst coating. The connecting part can be made of any conductive, corrosion-resistant material, in particular consist of the above materials, but need not be electrocatalytically effective. The bipolar electrode is preferably an expanded metal (for example made of titanium) in S-shape and has a on the anode part Electrocatalytically active (for example from the oxide of a platinum metal) coating and is on the cathode part not coated. On the other hand, the electrode can be interrupted to the extent that the anode part from Expanded metal is made and butt-welded with perforated, corrosion-resistant connection and Cable parts made of steel.
Um den Elektroden-Abstand möglichst klein zu halten, beispielsu tise 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 inertsm Polymer, welche in die unterbrochenen Elektroden eingearbeitet sind, ohne die Elektrolyt-Strömung zu behindern.In order to keep the electrode distance as small as possible, for example 0.5 to 2.5 mm, preferably about 0.76 mm without the risk of a short circuit Spacers applied, e.g. B. from a flexible band of inert polymer, which in the interrupted Electrodes are incorporated without obstructing the flow of electrolyte.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
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