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ELEKTROLYSEUR MIT FESTELEKTRODEN Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf chemische Ausrüstungen, insbesondere auf Elektrolyseure mit Festelektroden.
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Die Erfindung kann zur Gewinnung von Chlor und Alkalien, Chloraten
und Hypochloriten durch Elektrolyse von Alkalimetall-Chloridlösungen angewendet
werden.
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Bekannt ist in Elektrolyseur mit Festelektroden (siehe z.B. das USA-Patent
Nr.3591483). Der Blektrolyseur enthält ein Gehäuse, das auf einem stromleitenden
Boden aufgestellt ist. Im Gehäuse befinden sich Anoden und eine Kathode. Die Kathode
ist in Borm eines Metalinetzes mit einem auf diesem aufgebrachten flüssigkeitsdurchlässigen
Diaphragma ausgeführt. Die Anode besteht aus einem Arbeitsteil und einer Stromzuführung.
Der hrbeits-teil ist als perforiertes Blech aus Titan mit einem aktiven Überzug
ausgebildet. Als
Stromzuführung dient ein Rohr aus Titan, in dessen
Innerem ein Kern aus Kupf er untergebracht ist. Das perforierte Blech ist an das
Titanrohr angeschweißt, und zwischen dem Rohr und dem Kern besteht elektrischer
Kontakt.
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Die Anoden des Elektrolyseurs sind am Boden betestigt.
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Der Boden ist aus einem Metall hergestellt, das gut Strom leitet und
mit einer Isoliertafel bedeckt ist.
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In der Isoliertafel und dem Boden sind Öffnungen vorgesehen, in welche
die Stromzuführungen der Anoden eintreten.
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Im unteren Teil ist die Stromzuführung mit einem Flansch versehen,
mit dem sich die Anode aus der Isoliertafel abstützt. Bin Teil der Stromzuführung,
der sich unter dem Flansch befindet, ist durch die Öffnung im Boden des Elektrolyseurs
hindurchgeführt und mit einem Gewinde versehen, auf welches eine Mutter aufgeschraubt
wird.
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Auf diese Weise wird die Befestigung der Anode im Boden des Elektrolyseurs
gewährleistet. Der Strom zur Anode wird entweder durch unmittelbares Anschließen
der Stromschiene an die Stromzuführunrr der Anode oder über den Blektrolyseurboden
Zur Verhinderung des Ausfließens des Elektrolyten sind an der Befestigungsstelle
der Anoden Zwischenlagen vorgesehen.
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Der bekannte Elektrolyseur hat folgende Nachteile.
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Da der Boden des Elektrolyseurs keine ideal ebene fläche darstellt
und die Flansche der Anoden ebenfalls nicht
absolut senkrecht zu
den Stromzuführungen der Anoden stehen, so stellen sich die Anoden bei deren Befestigung
am Boden nicht genau vertikal, sondern unter verschiedenen Winkeln zur Bodenebene
ein.
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Bei großer Höhle der Anoden führt selbst eine unbedeutende Ungenauigkeit
in der Anordnung der Anoden zu erheblichen Abweichungen des oberen Arbeitsteils
der Anode von der erforderlichen Lage. Wenn z.B die Abweichung von der vertikalen
Lage 10 beträgt, so macht bei der Höhe der Anode von 1000 mm die Abweichung des
oberen Anodenendes von der richtigen Stellung (der Senkrechtachse) etwa 20 mm aus.
Dabei sind derartige Abweichungen bei verschiedenen Anoden nach verschiedenen Seiten
gerichtet. Um auf einen zusammengebauten Anodenblock, der aus einer groljen Anzahl
von Anoden besteht, einen einheitlichen Kathodenblock aufsetzen zu können, ist es
notwendig, grobe abstande zwischen den Elektroden vorzusehen, was unvermeidlich
zu einem großen Elektroenergieverbrauch führt. Da die Elektroenergiekosten in den
meisten großen elektrochemischen Produktionsbetrieben, darunter auch bei der Gewinnung
von Chlor und Alkalien, den bedeutendsten Teil sämtlicher Ausgaben ausmachen, so
verursacht der obenerwähnte Nachteil eine wewentliche Vergrößerung der Selbstkosten
der Produktion.
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Während des Betriebes des Elektrolyseurs nutz sich der aktive ueberzug
des Arbeitsteils der Anode ab und bedarf einer Erneuerung. Bei mehrfacher Wärmebehandlung,
die mit
s dem Auftragen eines neuen aktiven Überzugs auf den Arbeitsteil
der Anode verbunden ist, wird der elektrische Kontakt zwischen dem Kupferkern und
dem Titanrohr allmählich gestört. Hierbei nehmen die Spannung und der Elektroenergieverbrauch
zu und außerdem sind ungleichmäßige Arbeit der Anoden und Senkung der Stromausbeute
zu verzeichnen. Die einmalige Benutzung der Anode ist aber unwirtschaftlich, was
auf die hohe Arbeitsintensität bei der Anodenherstellung und den großen Titanaufwand
zurückzuführen iSto Die vorstehend beschriebene Befestigung der Anoden macht es
erforderlich, besondere Maßnahmen zur Verhinderung des Ausfließens des Elektrolyten
an der Befestigungsstelle der Anoden zu treffen.Selbst ein unbedeutendes Ausfließen
des Elektrolyten führt zur Zerstörung des Elektrolyseurs im ganzen. Darüber hinaus
kann dies schwere Folgen für die ganze Elektrolysehalle haben.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Konstruktion des
Elektrolyseurs zu schaffen, die es gestattet, die Anoden parallel zueinander mit
der erforderlichen Genauigkeit in der Ebene, die zur Befestigungsebene der Anoden
senkrecht ist, unabhängig von der Qualität der Oberfläche anzuordnen, an welcher
die Anoden befestigt werden, und bei der die Möglichkeit ausgeschlossen ist, daß
der Elektrolyt aus dem Elektrolyseur an den Befestigungsstellen der Anoden ausfließt,
was eine Senkung des Elektroenergieverbrauchs,
Erhöhung der Betriebssicherheit
des Elektrolyseurs und Vereinfachung seines Betriebes gewährleistet.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in dem Eleiitrolyseur mit
11estelektr-oden, der ein Gehäuse mit in diesem angeordneten Anoden und einer Kathode
enthält, die Festelektroden darstellen, wobei jede Anode einen Arbeitsteil und eine
Stromzuführung aufweist, mit welcher die Anode an einer stromleite'icien Basis befesti£'t
ist, erfindungsgemäß jeder Arbeitsteil starr ausgeführt, die Stromzuführung in Form
von zwei biegsamen Platten ausgebildet und die stromleitende Basis mit Fixiervorsprüngen
versehen ist, wobei die genannten biegsamen Platten den Fixiervorsprung umfassen
und an demselben durch Befestigungsmittel befestigt sind.
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Als stromleitende Basis kaan-der Boden oder eine senkrechte Zwischenwand,
die als Ganzes mit dem Boden ausgeführt ist, verwendet werden. Zweckmäßigerweise
wird der Arbeit steil jeder Anode aus zwei parallelen perforierten Blechen ausgeführt,
die mittels Bewehrungs-teilen starr verbunden sind, welche in Form von zwischen
den perforierten Blechen angeordneten und zu ihnen senkrechten Vertikalleisten ausgebildet
sind.
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Es ist auch zweckmäßig, den oberen Teil der Platten der Stromzuführung
zwischen den perforierten Blechen anzuordnen und in der ganzen Höhe an die Vertikalleisten
anzuschweiBen.
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Vorteilhafterweise wird eine der Platten der Stromzuführung, über
die gesamte Höhe der perforierten Bleche und
die andere ungefähr
bis zur latte angeordnet.
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Es ist möglich, den Arbeitsteil jeder Anode aus zwei parallelen per£orierten
Blechen auszuführen, die mittels Bewehrungsteilen starr verbunden sind, welche in
Form von zwischen den perforierten Blechen senkrecht über die gesamte Höhe der Anode
angeordneten Metallstäben ausgebildet sind, und die Platten der Stromzuführung an
die perforierten Bleche des Arbeitsteils längs ihrer Vertikalkante anzuschweissen.
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Die oben beschriebene Konstruktion des Elektrolyseurs besitzt eine
Reihe von Vorteilen gegenüber den bekannten Elektrolyseuren.
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Die im Elektrolyseur vorhandenen Anoden mit dem starren Arbeitsteil
und der in Form von zwei biegsamen Platten ausgebildeten Stromzuführung sowie die
vorhandene stromleitende Basis, die mit Fixiervorsprüngen zur Befestigung der Stromzuführungen
versehen ist, gewährleisten eine genaue vertikale Anordnung samtlicher Anoden unabhängig
von der Herstellungsqualität der Oberfläche der stromleitenden Basis.
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Bei der genauen Anordnung der Anoden ist ein gleicher Abstand zwischen
jeder Anode und der Kathode des Elektrolyseurs gesichert, was den Elektroenergieverbrauch
für die Elektrolyse vermindern läßt In der besten Ausgestaltung der Erfindung sind
die oberen Teile der Stromzuführungsplatten innerhalb des
Arbeitsteils
der Anode geführt und an Querleisten angeschweißt. Hierbei verläuft eine der Stromzuführungsplatten
über die gesamte Höhe des Arbeitsteils der Anode und die andere Platte nur bis zur
Mitte der Höhe des Arbeitsteils der Anode. aUI diese Weise wird eine Stromzuführung
veranderlichen Querschnitts gebildet, wodurch eine gleichmäßige Verteilung des Stroms
über die Anode und folglich eine Vergrößerung der Stromausbeute erzielt werden.
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Außerdem ist bei dem oben beschriebenen Elektrolyseur die Betriebssicherheit
gewährleistet, da ein Ausfließen des Elektrolyten und folglich die Zerstörung des
Elektrolyseurs im ganzen völlig ausgeschlossen sind.
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Die vorliegende Erfindung vereinfacht die Herstellung des Elektrolyseurs,
reduziert Ausgaben für die Montage und Demontage des Elektrolyseurs während der
Überholung. Dabei ist der Zugang zu allen Kontakt stücken der Anoden zur Durchführung
der Kontrolle über die Qualität des Zusammenbaus, zur messung des Spannungsabfalls
und desgleichen sichergestellt.
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Andere Ziele und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung ihrer Ausführungsbeispiele und aus den beigefügten Zeichnungen, in
denen es zeigen: Fig. 1 die Gesamtansicht eines erfindungsgemäßen Elektrolyseurs,
im Längsschnitt;
Fig.2 die schematische Darstellung des eriindungsgemäßen
Elektrolyseurs mit abgenommenem Deckel, Draufsicht; Fig.3 die erfindungsgomäße Anode;
Fig.4 die Seitenansicht der eriindungsg'en'äßen Anode; Fig.5 den Schnitt V-V der
Fig. 3; Fig.6 das Schema der Anodenanordnung nach einer Schablone; Fig.7 eine zweite
Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Elktrolyseurs im Längsschnitt; Fig.8 eine
weitere Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Anode, im Längsschnitt; und Fig.9
die Draufsicht auf die in Fig.8 abgebildete erfindungsgemäße Anode Der. Elektrolyseur
mit Festelektroden enthält ein Gehäuse 1 (Fig.1), das auf einem stromleitenden Boden
2 aufgestellt ist.
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Der Boden 2 ist aus einem Metallblech mit guter elektrischer Leitfähigkeit,
beispielsweise aus Aluminium ausgeführt. Der Boden ist mit einem Titanblech zum
Schutze desselben gegen Einwirkung des Elektrolyten bedeckt. In dem Teil, der sich
außerhalb des Gehäuses 1 befindet, weist der Boden 2 Öffnungen 3 (Fig.2) zur Befestigung
einer Stromschiene mittels Bolzen (in den Figuren nicht gez elchnet) auf.
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Der Elektrolyseur ist mit einem Deckel 4 (Fig.1) abgedeckt.
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- Im Gehäuse 1 sind eine Kathode 5 und Anoden 6 angeordnet, die Festelektroden
darstellen. Die Kathode 5 ist in Form eines an das Gehäuse 1 angeschweißten Metallnetzes
ausgefüllrt. Auf das Metallnetz ist ein Clüssigkeitsdurchlässiges Diaphragma aufgebracht.
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Jede Anode 6 enthält einen Arbeitsteil 7 (Fig.3, 4) und eine Stromzuführung
8, die am Boden 2 (Fig.1) befestigt ist, welcher die strouleitende Basis darstellt.
Der Arbeitsteil 7 (Fig.4) jeder Anode 6 ist starr aus zwei parallelen perforierten
Blechen 9 und 10 mit einem auf diese aufgetragenen aktiven Überzug ausgeführt. Diese
perforierten Bleche 9 und 10 sind miteinander mittels BevJehrungsteilen starr verbunden,
welche als Vertikalleisten 11 (Fig.) ausgebildet sind. Diese leisten 11 sind zwischen
den perforierten Blechen 9 und 10 angeordnet und senkrecht zu diesen angeschweißt.
Auf diese Weise wird die Steifigkeit des Arbeitsteils der Anoden 6 (Fig .1) sichergestellt.
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Die Stromzuführung 8 (Fig.4) jeder Anode 6 ist in Form von zwei biegsamen
Lletallplatten 12 und 13 ausgebildet.
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Diese Platten 12 und 13 umfassen an den stromleitenden Boden 2 angeschweißte
Fixiervorsprünge 14 (Fig.6), und sind an ihnen mittels Schraubenbolzen 15 befestigt.
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Zur Verbesserung der Stromverteilung über die Höhe der Anode 6 und
Verringerung der Elektroenergieverluste werden die oberen Teile der biegsamen Platten
12 und 13 zwischen den perforierten Blechen 9 und 10 des Arbeitsteils 7
der
Anode 6 angeordnet und In der ganzen Höhe an die Vertikalleisten 11 (Fig.5) angeschweißt.
Hierbei verlauft die Platte 12 CFig.4) über die gesamte Höhe der perforierten Bleche
9 und 10 des Arbeitsteils 7 der Anoden 6, während die andere Platte 13 ungefähr
bis zur Mitte reicht. Somit wird die Stromzuführung veränderlichen Querschnitts
gebildet, was die Stromverteilung auf die Anoden 6 verbessert.
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Bei der in Fig.7 gezeigten Ausführungsvariante des Elektrolyseurs
dienen als stromleitende Basis senkrechte Zwischenwände 16, die mit dem Boden 2
ein Ganzes bilden.
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An diesen Zwischenwänden 16 werden uoden 17 Du beiden Seiten von jeder
Zwischenwand 16 befestigt. Die Anoden 17 (Fig.7, 8) sind nach ihrer Bauart den Anoden
6 (Fig.5) ähnlich und unterscheiden sich durch die Ausführung der Bewehrungsteile
zur starren Verbindung der zwei parallelen perforierten Bleche 9 (Fig.9) und 10.
In diesem Falle sind die Bewehrungsteile in Form von hohlen Metallstäben 18 (Rohren)
ausgebildet. Diese hohlen Stäbe 18 werden zwischen den perforierten Blechen 9 und
10 vertikal über die gesamte Höhe der Anode 17 angeordnet.
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Der Unterschied der Anode 17 (Fig.8) von den Anoden 6 (Fig.5) besteht
auch noch darin, daß die Platten 12 und 13 der Stromzuführung 8 (Fig.9) an die perforierten
Bleche 9 und 10 längs ihrer Vertikalkante angeschweißt sind.
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Die Platten 12 und 13 sind an (in der Figur nicht dargestellten)
Fixiervorsprüngen, die an der senkrechten Zwischenwand
16 (Fig.7)
angebracht sind, mittels nicht abgebildeten Schraubenbolzen befestigt.
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Beim Zusammenbau des Elektrolyseurs werden die Arbeitsteile der Anoden
mit Hilfe einer Schablone 19 (Fig. 6) in die erforderliche Lage eingestellt.
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Bei der Anordnung der Anoden 6 werden die biegsamen Platten 12 und
13 der Stromzuführung 8 auf die Bisiervorsprünge 14 aufgesetzt, während die Arbeitsteile
7 der Anoden 6 mit Hilfe der Schablone 19 in die erforderliche Lage eingestellt
werden.
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Nach der Installation der Anoden 6 befestigt man die Platten 12 und
13 der Stromzuführung an den Fixiervorsprüngen 14 mit Hilfe der Schraubenbolzen
15 und entfernt die Schablone 19. Da die Fixiervorsprünge 14 praktisch immer eine
Abweichung von der streng vertikalen Tage haben, so erweisen sich die Platten 12
und 13 der Stromzuführung 8 bei der Anordnung der Anoden 6 nach der Schablone 19
und bei der Befestigung der Stromzuführungen 8 als gegeneinander langs des Vorsprungs
14 versetzt.
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In dieser Lage werden die Platten 12 und 13 vermittels der Schraubenbolzen
15 befestigt, und nach der Abnahme der Schablone 19 bleibt der Arbeitsteil 7 der
Anoden 6 in der erforderlichen Stellung.
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Zwischen dem Gehäuse 1 und dem stromleitenden Boden 2 ist eine Isolierzwischenla;e
20 angeordnet.
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Der Elektrolyseur arbeitet in bekannter Weise.
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Hierbei läuft der Prozeß der Gewinnung von Chlor und Alkalien, Chioraten
und Hypochloriten im Elektrolyseur mit geringerem Elektroenergieaufwand dank der
genauen hnordnung der Anoden ab, die einen gleichen Abstand zwischen jeder Anode
und der Kathode im ganzen Elektrolyseur gewährleistet.
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Der Prozeß ist auch durch gleichmäßige Verteilung des Stroms auf die
Anoden und durch Vergrößerung der Stromausbeute dank der oben beschriebenen Ausführung
der Stromzuführung mit veränderlichem Querschnitt gekennzeichnet.