DE2533836C3 - Elektrolyse-Zelle zur Herstellung von Alkalihydroxiden - Google Patents

Description

1. der erste Chlorabscheider (3) der den Anodenkammei η (2) zugeordnete Abscheidebehälter in solcher Anordnung ist, daß zur Verbindung zwischen dessen Dampfraum (3b) mit dem Dampfraum (2£>,)der Zelleneinheiten ein dessen Flüssigkeitsraum (3a) durchdringendes Steigrohr (4a) vorgesehen ist und daß der Sole-Pegel in dessen Flüssigkeitsraum durch entsprechende Bemessung der Sole-Rückflußleitungen (4b) konstant gehalten ist,

2. der zweite Chlorabscheider (9) in seinem Flüssigkeitsraum (9a) über eine Verbindungsleitung (7) direkt mit dem Flüssigkeitsraum (3a) des ersten Chlorabscheiders verbunden ist, während zur Verbindung seines Dampfraumes (9b) mit dem Dampfraum des ersten Chlorabscheiders eine Chlor-Anschlußleitung (6) vorgesehen ist, deren vorderes Ende etwas in die Sole im Flüssigkeitsraum des zweiten Chlorabscheiders eintaucht, und

3. der dritte Chlorabscheider (10) ein turmförmiges Gefäß ist, dessen Flüssigkeitsraum (10a,) über eine Verbindungsleitung (11,12) direkt mit dem Flüssigkeitsraum des zweiten Chlorabscheiders verbunden ist und dessen Dampfraum (iOb) mit dem Dampfraum des zweiten Chlorabscheiders über mindestens ein schräg ansteigend verlaufendes Spülrohr (13, \3a) in Verbindung steht.

2. Elektrolyse-Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückflußleitungen als Rückflußrohre (204b) ausgebildet sind, deren untere Enden in den Flüssigkeitsraum (202aJder Zelleneinheiten (202) eintauchen.

3. Elektrolyse-Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückflußleitungen als Wandöffnungen (4b) ausgebildet sind, die in den Dampfraum (2b)der Zelleneinheiten (2) münden. ^

4. Elektrolyse-Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Chlorabscheider ein schräg ansteigend verlaufendes, turmartiges Gefäß (210) ist, das unmittelbar mit dem zweiten Chlorabscheider (9) zu einer Baueinheit zusammengefaßt ist und das Spülrohr (113) als eingebauten Bestandteil an der Gefäß-Außenwand enthält.

5. Elektrolyse-Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der f'S Auslaßöffnung der Chlor-Anschlußleitung (6) und dem Beginn des Spülrohres (13, \3a) im zweiten Chlorabscheider (9) ein Leitblech (15) vorgesehen ist, welches ein Teil der vom einströmenden Chlorgas mitgerissenen Sole-Tröpfchen zurückhält. 6. Elektrolyse-Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einiaßleitung (5) für die Frischsole in den Fiüssigkeitsraum (3a,)des ersten Chlorabscheiders (3) geführt ist.

Die Erfindung betrifft eine zur Herstellung von Alkalihydroxiden (insbesondere kaustischer Soda) dienende Elektrolyse-Zelle mit mehreren als Anodenkammern ausgebildeten Zelleneinheiten mit vertikalem Diaphragma sowie einer den Dampfräumen dieser Zelleneinheiten zugeordneten Chlor-Abstheideeinrichtung.

Bei Elektrolyse-Zellen der vorgenannten Art wird die als Elektrolyt dienenJe frische Sole kontinuierlich in die Anodenkammern eingespeist. Dabei bildet sich in den Anodenkammern Chlorgas als Nebenprodukt. Solange dieses Chlorgas nur in kleinen Mengen pro Flächeneinheit der Zellen-Bodenfläche entwickelt wird und sich innerhalb der Anodenkammern vollständig von mitgerissenen Sole-Tröpfchen trennen läßt, bildet die Chlorabscheidung kein besonderes Problem. Es lassen sich dann sowohl die Position der Einlaßleuung für die frische Sole in die Anodenkammern als auch der Anschlußleitung für das entwickelte Chlorgas frei wählen. In einigen Fällen kann dabei sogar ein einziges Rohr vorgesehen sein, das gleichzeitig zur Sole-Zufuhr und zum Chlor-Abzug dient.

Es sind jedoch in jüngerer Zeit Elektrolyse-Zellen des sogenannten bipolaren Typs entwickelt worden, die mehrere vertikale Diaphragmen enthalten und einen erhöhten Durchsatz gestatten. Bei diesen Zellen entsteht pro Flächeneinheit der Zellen-Bodenfläche beträchtlich mehr Chlorgas, und dadurch ergeben sich Schwierigkeiten in der vollständigen Trennung des Chlorgases von mitgerissenen Sole-Tröpfchen. Es muß normalerweise bei diesen Zellen eine besondere Chlor-Abscheideeinrichtung vorgesehen sein, um zu verhindern, daß größere Sole-Mengen mit dem entweichenden Chlorgas aus den Anodenräumen der Zelle herausgeführt werden.

In der US-PS 33 37 443 ist beispielsweise eine solche Chlor-Abscheideeinrichtung gezeigt. Sie besteht aus einem in einen Dampfraum und einen Flüssigkeitsraum unterteilten Abscheidebehälter, dessen Flüssigkeitsraum an seinem Boden eine Anzahl von Bohrungen enthält, die sich in den Dampfraum der Anodenkammern hinein öffnen. Der Flüssigkeitsraum des Abscheidebehälters ist dabei bis zu einer bestimmten Pegelhöhe mit Sole gefüllt, und das entweichende Chlorgas tritt durch die Bohrungen hindurch, so daß es durch die Sole im Abscheidebehälter hindurchperlt und sich im Dampfraum des Abscheidebehälters sammelt. Aus den Anodenkammern mitgerissene Sole-Tröpfchen werden zum Teil bereits beim Durchperlen des Chlorgases an die im Abscheidebehälter befindliche Sole abgegeben, zum Teil scheidet sie sich im Dampfraum des Abscheidebehälters durch Gravitation ab. Die auf diese Weise sich zusätzlich im Abscheidebehälter sammelnde Sole fließt durch die gleichen Bohrungen, durch die auch das Chlorgas hindurchgetreten ist, wieder in die Anodenkammern der Zelle hinein (s. insbesondere Fig. 20der US-PS 33 37 443).

Bei diesem bekannUn Abscheidebehälter übt die

Höhe der darin befindlichen Sole-Säule einen hydrostatischen Druck auf das sich in den Dampfräumen der Anodenkammern sammelnde Chlor aus. Dieser hydrostatische Druck wird dazu herangezogen, zusätzlich zu dem üblichen Pegel-Unterschied im Pegel-Stand des Anolyten (im Anodenraum) und des Katolyten (im Kathodenraum) den Durchtritt der Sole durch das Diaphragma zu unterstützen.

Bei diesem bekannten Abscheidebehälter besteht jedoch der Nachteil, daß bei einer Entwicklung sehr großer Chlor-Mengen (die ja an sich angestrebt ist) ein sogenanntes »Flutungs-Phänomen« eintritt Wenn sehr große Chlor-Mengen durch die im Abscneidebehälter enthaltene Sole hindurchperlen, ergeben sich erhebliche Schwankungen sowohl im Pegel-Stand dieser Sole als auch im Druck des sich in den Dampfräumen der Anodenkammern sammelnden Chlorgases. Diese Schwankungen wiederum führen dazu, daß die Sole innerhalb der Zelle sehr unregelmäßig durch die Diaphragmen hindurch strömt und, in extremen Fällen, zeitweilig auch zum Stillstand oder sogar zur Rückströmung kommen kann. Das wiederum bedeutet eine höchst unstabile Betriebsweise der Zelle und eine beträchtliche Verminderung der Stromleistung.

Mit der Erfindung sollen die vorerwähnten Nachteile der bekannten Chlor-Abscheideeinrichtung beseitigt werden, mit dem Ziel, eine Elektrolyse-Zelle zu schaffen, die bei hoher Slromwirksamkeit einen äußerst stabilen Betrieb gewährleistet.

Dieses Ziel wird erfindungsgemäß erreicht durch eine Chlor-Abscheideeinrichtung in Form dreier einander nachgeschalteter Chlorabscheider derart, daß

1. der erste Chlorabscheider der den Anodenkammern zugeordnete Abscheidebehälter in solcher Anordnung ist, daß zur Verbindung zwischen dessen Dampfraum mit dem Dampfraum der Zelleneinheiten ein dessen Flüssigkeitsraum durchdringendes Steigrohr vorgesehen ist und daß der Sole-Pegel in dessen Flüssigkeitsraum durch entsprechende Bemessung der Sole-Rückflußleitungen konstant gehalten ist,

2. der zweite Chlorabscheider in seinem Flüssigkeitsraum über eine Verbindungsleitung direkt mit dem Flüssigkeitsraum des ersten Chlorabscheiders verbunden ist, während zur Verbindung seines Dampfraumes mit dem Dampfraum des ersten Chlorabscheiders eine Chlor-Anschlußleitung vorgesehen ist, deren vorderes Ende etwas in die Sole im Flüssigkeitsraum des zweiten Chlorabscheiders eintaucht, und

3. der dritte Chlorabscheider ein turmförmiges Gefäß ist, dessen Flüssigkeitsraum über eine Verbindungsleitung direkt mit dem Flüssigkeitsraum des zweiten Chlorabscheiders verbunden ist und dessen Dampfraum mit dem Dampfraum des zweiten Chlorabscheiders über mindestens ein schräg ansteigend verlaufendes Spülrohr in Verbindung steht.

60 Die Erfindung, ihre Vorteile und ihre Wirkungsweise

werden nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand

der Zeichnungen näher erläutert. Dabei stellen dar
Fig. 1 schematisch im Längsschnitt eine Ausfüh-

■ungsform einer erfindungsgemäßen Chlor-Abscheide- fts

;inrichtung,
F i g. 2 eine schematische Skizze zur Erläuterung der

Funktionsweise des Standes der Technik.

F i g. 3 schematisch im Längsschnitt eine Modifikation der Abscheideeinrichtung gemäß Fig. 1,

F i g. 4 einen Schnitt in der Linie A-A der F i g. 3,

F i g. 5 perspektivisch und teilweise gebrochen die Ansicht einer kompletten Elektrolyse-Zelle mit einer erfipdungsgemäßen Chlor-Abscheideeinrichtung, und

Fig.6 ein Teil der Zelle gemäß Fig.5 im Längsschnitt.

In der Darstellung der F i g. 1 ist die Anodenkammer 2 einer mit einem vertikalen Diaphragma ausgerüsteten Elektrolysezelle 1 erkennbar. Diese Anodenkammer unterteilt sich in einen den Anolyten enthaltenden Flüssigkeitsraum 2a und einen Dampfraum 2b, in dem sich während der Elektrolyse Chlorgas sammelt. Oberhalb der Anodenkammer 2 befindet sich ein erster ChJorabscheider 3 in Form eines Abscheidebehälters, der ebenfalls in einen Flüssigkeitsraum 3a und einen Dampfraum 3b unterteilt ist. Der Dampfraum 3b des Chlorabscheiders 3 ist über ein Steigrohr 4a mit dem Dampfraum 2b der Anodenkammer 2 verbunden. Anstelle des einen zeichnerisch dargestellten Steigrohres können auch mehrere solcher Steigrohre vorgesehen sein. Im übrigen ist der Chlorabscheider 3 mittels einer Trennwand 4 von der Anodenkammer 2 abgeteilt. Diese Trennwand 4 besitzt nicht nur öffnungen für das Steigrohr 4a (bzw. die mehreren Steigrohre), sondern auch noch Rückflußöffnungen Ab, welche den Flüssigkeitsraum 3a des Chlorabscheiders 3 mit dem Dampfraum 2b der Anodenkammer 2 verbinden. Die Rückflußöffnungen 4b können alternativ auch rohrförmig so ausgebildet sein, daß ihr unteres Auslaßende in den Anolyten, d. h. in den Flüssigkeitsraum 2a der Anodenkammer 2 eintaucht. Die Trennwand 4 bildet, wie F i g. 1 erkennen läßt, sowohl einen Teil der oberen Deckelwandung der Anodenkammer 2 als auch einen Teil der Bodenwandung des Chlorabscheiders 3.

In den Flüssigkeitsraum 3a des Chlorabscheiders 3 mündet eine Einlaßleitung 5 für die Sole, während vom Dampfraum 3b des Chlorabscheiders 3 eine Chlor-Anschlußleitung 6 abgeht. Die Einleitung der Sole in den Flüssigkeitsraum 3a des Chlorabscheiders 3 ist vom Standpunkt der Sicherheit her das günstigste. In einigen Fällen kann jedoch auch, abweichend von der Darstellung der Fig.3, die Sole direkt in die Anodenkammer 2 eingeleitet werden.

Dem Chlorabscheider 3 nachgeschaltet ist eine automatische Steuereinrichtung zur Steuerung des Druckes sowohl der Sole als auch des Chlorgases. Diese Steuereinrichtung ist mit dem Sammelbezugszeichen 8 bezeichnet, sie besteht aus einem zweiten Chlorabscheider 9, der ähnlich dem Chlorabscheider 3 eine Behälterform hat, sowie einem dritten Chlorabscheider 10 in Turmform. Beide Chlorabscheider 9 und 10 sind ebenso wie der Chlorabscheider 3 in einen Flüssigkeitsraum 9a bzw. 10a und einen Dampfraum 9b bzw. iOb unterteilt. Die Verbindung zwischen dem ersten Chlorabscheider 3 und dem zweiten Chlorabscheider 9 ist hergestellt einerseits durch die Chlor-Anschlußleitung 6 und andererseits durch eine Sole-Leitung 7. Die Chlor-Anschlußleitung 6, die vom Dampfraum 3b des ersten Chlorabscheiders 3 ausgeht, taucht mit ihrem vorderen, stromaufwärts gelegenen Ende etwas in den Flüssigkeitsraum 9a des zweiten Chlorabscheiders 9 ein. Die Sole-Leitung 7 verbindet den Flüssigkeitsraum 3a des ersten Chlorabscheiders 3 mit dem Flüssigkeitsraum 9a des zweiten Chlorabscheiders 9.

Innerhalb der Steuereinrichtung 8, also zwischen dem zweiten Chlorabscheider 9 und dem dritten Chlnrah-

scheider 10, bestehen ebenfalls mehrere Verbindungen. Eine Verbindung ist geschaffen über ein schräg ansteigendes Spülrohr 13, welches den Dampfraum 9b des zweiten Chlorabscheiders 9 mit dem Dampfraum 106 des dritten Chlorabscheiders 10 verbindet. Eine weitere Verbindung besteht über eine Verbindungsleitung 11 zwischen den Flüsssigkeitsräumen 9a und 10a der beiden Chlorabscheider 9 und 10. Dabei ist es nicht unbedingt notwendig, nur ein Spülrohr 13 und eine Verbindungsleitung U vorzusehen. Vielmehr können die beiden Verbindungen auch in Kombination miteinander verwendet werden, indem z. B. die in F i g. 1 gezeigten Leitungen 12 und 13a als Alternativen verwendet werden. Von dem Dampfraum 106 des dritten Chlorabscheiders 10 schließlich geht der endgültige Chlor-Auslaß 14 ab.

Innerhalb des zweiten Chlorabscheiders 9 befindet sich zweckmäßig ein Leitblech 15, das den Zweck hat, Sole-Tröpfchen, die sich an dem eingetauchten vorderen Ende der Chlor-Anschlußleitung 6 infolge eines Durchblasens des Chlors durch die Flüssigkeit im Chlorabscheider 9 bilden können, zurückzuhalten, damit diese nicht in das Spülrohr 13 gelangen können. Falls die konstruktive Anordnung jedoch so getroffen ist, daß ein Übertritt der aufgewirbelten Sole-Tröpfchen in das Spülrohr 13 nicht eintreten kann, ist das Leitblech 15 unnötig.

Das vordere Ende der Chlor-Anschlußleitung 6 ist höhenmäßig so eingestellt, daß es weitgehend auf dem gleichen Pegel liegt wie die Flüssigkeit im Flüssigkeitsraum 3a des ersten Chlorabscheiders 3.

Im Betrieb tritt das in der Anodenkammer 2 entwickelte und mit Tröpfchen des Anolyten, also mit Sole-Tröpfchen verunreinigte Chlorgas aus dem Dampfraum 2b der Anodenkammer 2 über das Steigrohr Aa in den Dampfraum 3b des ersten Chlorabscheiders 3 ein. Dort trennen sich durch Gravitation die Sole-Tröpfchen von dem entwickelten Chlorgas, wobei die Sole-Tröpfchen auf die Oberfläche des Flüssigkeitsraums 3a im ersten Chlorabscheider 3 fallen. Das von den Sole-Tröpfchen weitgehend befreite Chiorgas läuft durch die Chlor-Anschlußleitung 6 hindurch zum zweiten Chlorabscheider 9, während die abgestreiften Sole-Tröpfchen sich mit der Sole im Flüssigkeitsraum 3a des ersten Chlorabscheiders 3 mischen. Diese Sole wird über die Rückflußöffnungen 4b wieder zur Anodenkammer 2 zurückgeführt, so daß der Sole-Pegel im ersten Chlorabscheider 3 praktisch konstant bleibt.

Das Chlorgas tritt aus dem vorderen, eingetauchten Ende der Anschlußleitung 6 heraus kontinuierlich in den Dampfraum 9b des zweiten Chlorabscheiders 9 ein. Dabei drückt das Chlorgas normalerweise die Oberfläche der in dem Flüssigkeitsraum 9a des zweiten Chlorabscheiders 9 enthaltenen Sole etwas nach unten, so daß das Chlorgas auf die Sole aufgeblasen wird und nicht durch sie hindurch perlt Vom Dampfraum 9b des zweiten Chlorabscheiders 9 aus gelangt das Chlorgas dann weiter fiber das Spülrohr 13 zum Dampfraum 106 des dritten Chlorabscheiders 10. Es kommt dort erneut in einem mit Sole-Tröpfchen verunreinigten Zustand an. Diese werden im Dampfraum 106 des dritten Chlorabscheiders 10 durch Gravitation abgetrennt, so daß aus dem Chlor-Auslaß 14 schließlich reines Chlorgas abgezogen werden kann.

Auch in dem schräg aufsteigenden Spülrohr 13 separieren sich bereits Sole-Tröpfchen, die von der Oberfläche des Flüssigkeitsraumes 9a im zweiten Chlorabscheider 9 durch das Chlorgas mitgerissen worden sind. Diese Tröpfchen sammeln sich am Boden des Spülrohrs 13 und laufen dort entgegen der Strömungsrichtung des Chlorgases zurück. Dieses s starke Gegeneinanderströmen von Chlorgas und Sole führt im Spülrohr 13 zu einem starken Druckabfall des Chlorgases. Die im Dampfraum 106 des dritten Chlorabscheiders 10 abgeschiedenen Sole-Tröpfchen vereinigen sich mit der Sole im Flüssigkeitsraum 10a,

ίο und das auf diese Weise vergrößerte Sole-Volumen strömt über die Verbindungsleitung 11 und/oder 12 zum Flüssigkeitsraum 9a des zweiten Chlorabscheiders 9 zurück. Dadurch und durch die im Spülrohr 13 zurückfließende Sole wird auch dort das Volumen vergrößert, so daß sich auch eine Sole-Strömung vom Flüssigkeitsraum 9a des zweiten Chlorabscheiders durch die Solen-Leitung 7 und den Flüssigkeitsraum 3a des ersten Chlorabscheiders 3 hindurch in die Anodenkammer 2 hinein ergibt.

Die vorangehend beschriebene Einrichtung stellt sicher, daß im Dampfraum der Anodenkammer 2 stets ein konstanter Druckpegel eingehalten wird. Dies sei nachfolgend näher erläutert.

Die Höhe des Sole-Pegels im Flüssigkeitsraum 2a der Anodenkammer 2 sei mit H\ bezeichnet, und der Druck im Dampfraum 2b der Anodenkammer 2 sei mit Pt angenommen. Zur Vereinfachung der Erläuterung sei weiterhin vorausgesetzt, daß im gesamten Elektrolyse-System die Sole überall stets die gleiche Konzentration und damit die gleiche Dichte hat, und daß der Druck der Chlorgas-Phase in dem Maß-System »Höhe der Sole-Säule« definiert ist.

Auf dem Boden des Flüssigkeitsraumes 2a der Anodenkammer 2 lastet nicht nur der Druck Hi der Sole-Säule, sondern auch der Druck P₂ des Chlorgases im Dampf raum 26 der Anodenkammer. Dieser Gesamtdruck überwindet den Druck der Sole-Säule im Flüssigkeitsraum der (in F i g. 1 nicht gezeigten) Kathodenkammer, den Gasdruck des im Dampfraum der Kathodenkammer sich sammelnden Wasserstoffs und den Widerstand des Diaphragmas, so daß die Sole von der Anodenkammer 2 durch das Diaphragma hindurch zur Kathodenkammer strömen kann.

Mit dem Wert H₂ für die Sole-Säule im Flüssigkeitsraum 3a des ersten Chlorabscheiders 3, mit dem Wert P2 für den Druck des Chlorgases im Dampfraum 3b des ersten Chlorabscheiders und mit dem Wert Δ P₂ für den Druckabfall des Chlorgases beim Aufstieg durch das Steigrohr 4a läßt sich die folgende Gleichung aufstellen

P₁ = P₂+AP₂.

Weiterhin sei die Eintauchtiefe des vorderen Endes der Chlor-Anschlußleitung 6 in die Sole im Flüssigkeitsraum 9a des zweiten Chlorabscheiders 9 mit ffc angenommen sowie der Druck des Chlorgases im Dampfraum 9b des zweiten Chlorabscheiders mit P₃ Damit läßt sich die weitere Gleichung

aufstellen. Wie schon erwähnt, liegen das Auslaßende der Chlor-Anschlußleitung 6 auf der Seite des zweiter Chlorabscheiders 9 und der Sole-Pegel im erster Chlorabscheider 3 auf einem Niveau. Weiterhin se: vorausgesetzt, daß die Chlor-Anschlußleitung 6 einer ausreichend großen Durchmesser besitzt, so daß dei Druckabfall in der Leitung 6 vernachlässigt werder kann.
Bezüglich des dritten Chlorabscheiders 10 sei mit R

der Druck des Chlorgases im Dampfraum 106 bezeichnet und mit Wt die Höhe der Sole-Säule zwischen dem Sole-Pegel im Flüssigkeitsraum 10a des dritten Chlorabscheiders und dem Sole-Pegel im Flüssigkeitsraum 9a des zweiten Chlorabscheiders. Damit gilt

P₃ = A + W₄.

Der Druckabfall des im schrägen Spülrohr 13 aufsteigenden Chlorgases kann praktisch als mit dem Wert W₄ übereinstimmend angesehen werden. Daraus folgt im Ergebnis

W₃ +W₄+P₄.

Nunmehr sei weiterhin angenommen, daß der sich in _ls der Kathodenkammer der Zelle bildende Wasserstoff mit dem gleichen Druck P* abgezogen wird, unter dem das Chlorgas im Dampfraum 106 des dritten Chlorabscheiders 10 steht. Wenn dann noch vorausgesetzt wird, daß die Sole im Anodenraum und im Kathodenraum (also der Katolyt und der Anolyt) praktisch den gleichen Flüssigkeits-Pegel haben, läßt sich für die Druckdifferenz AP, mit der die Sole vom Anodenraum zum Kathodenraum der Zelle gedrückt wird, die Gleichung

aufstellen. Da zum Zwecke der Erhöhung des Elektrolyse-Stromes eine größere Sole-Menge von der Anodenkammer zur Kathodenkammer der Zelle strömen muß, muß folglich diese Druckdifferenz AP _J0 entsprechend groß bemessen sein.

Ein erhöhter Elektrolyse-Strom führt zu einer entsprechend vergrößerten Entwicklung von Chlorgas. Dadurch wird der Druckabfall im Chlorgas-Strom in das schräg ansteigende Spülrohr 13 hindurch verhältnismä-Big groß, d. h. P₃ und W₄ nehmen verhältnismäßig große Werte an. Wie weiter unten noch erläutert wird, ändern sich diese Werte während des Betriebs auch nur wenig, so daß im Ergebnis der Druck P\ des Chlorgases im Dampfraum 2b der Anodenkammer 2 automalisch auf einen verhältnismäßig konstanten Wert eingesteuert wird. Demzufolge treten im Betrieb auch nur geringe Schwankungen in der Pegel-Höhe H\ auf, so daß es nicht notwendig ist, aus Sicherheitsgründen einen übermäßigen Freiraum in der Anodenkammer und der Kathodenkammer vorzusehen.

Falls, wie vorangehend, die Sole von der Anodenkammer zur Kathodenkammer nur durch eine Druckdifferenz AP in den Dampfräumen der beiden Kammern gefördert wird, und falls dann nur ein einziger Chlorabscheider ähnlich dem Chlorabscheider 3 oberhalb der Elektrolyse-Zelle vorgesehen wird, dann kann diese Druckdifferenz, wie in der schon erwähnten US-PS 33 37 443 geschehen, anstatt durch den Wert (Δ F₂ + H₃+Ha) auch durch die Höhe H₂ der Sole-Säule in diesem Chlorabscheider erzeugt werden. Das macht es aber erforderlich, den Dampfraum 2b der Anodenkammer mit dem hydrostatischen Druck H₂ zu beaufschlagen, so daß kein Steigrohr 4a verwendet werden kann, sondern das Chlorgas durch den Flüssigkeitsraum 3a des (einzigen) Chlorabscheiders hindurch perlen muß. Dadurch ergeben sich jedoch ganz beträchtliche Druckschwankungen und Pegelschwankungen. Der Grund dafür sei nachfolgend anhand der F i g. 2 erläutert.

Die Fig.2 zeigt schematisch einen normalen Gasgenerator A mit einem als Tauchrohr ausgebildeten Auslaßrohr B, das innerhalb eines Zylinders Cmit einer Eintauchtiefe Wo in eine flüssige Phase eintaucht. Das Gas wird dabei kontinuierlich aus einer flüssigen Phase A\ innerhalb des Generators A entwickelt und steht im Dampfraum des Generators unter einem Druck Po-Wenn Po — Wo ist, also der Gasdruck Po gerade durch den der Eintauchtiefe Wo entsprechenden hydrostatischen Druck kompensiert wird, tritt kein Gas aus dem Auslaßende des Tauchrohres B aus, sondern eine sich bildende Gasblase bleibt am vorderen Ende des Tauchrohres B hängen, ähnlich so wie es in der Fig. 2 gezeigt ist.

Sobald jedoch der Gasdruck um einen Betrag AP₀ erhöht wird, also Po=Wo + ,4Po gilt, wird die Gasblase am Auslaßende des Tauchrohres B freigegeben und kann durch die flüssige Phase im Zylinder C hindurch zur freien Atmosphäre perlen. Der Wert für APo hängt dabei ab von der Viskosität der Flüssigkeit im Zylinder C, dem Flüssigkeitsdruck, der auf das vordere Auslaßende des Tauchrohres ausgeübt wird, der Oberflächenspannung an der Grenzfläche zwischen Gas und der Innenwandung des Tauchrohres sowie der Oberflächenspannung zwischen dem Gas und der Flüssigkeit. In dem Augenblick, in dem die Gasblase von dem Auslaßende des Tauchrohres B freigegeben wird, nimmt der Flüssigkeitsdruck auf das Auslaßende momentan und deutlich ab, und zwar infolge des Auftriebs der Gasblase. Dies führt dazu, daß weitere Gasblasen der ersten Blase sofort folgen. Dadurch wiederum aber fällt der Gasdruck im Rauchrohr ß um diesen Betrag, so daß dann keine weiteren Gasblasen mehr austreten können, bis sich wieder die ursprünglichen Verhältnisse eingestellt haben. Im Ergebnis erfolgt damit bei dem Generator gemäß Fig. 2 der Austritt einer großen Gasmenge im allgemeinen in Form aufeinanderfolgender Wiederholungen, so daß sich bemerkenswerte Fluktuationen im Pegel-Stand der Flüssigkeit im Zylinder C einstellen und entsprechend auch deutliche Schwankungen im Gasdruck Po innerhalb des Generators.

Bei der erfindungsgemäßen Elektrolyse-Zelle dagegen steht der Dampfraum 2b der Anodenkammer mit dem Dampfraum 3b des ersten Chlorabscheiders über ein Steigrohr 4a in Verbindung, so daß das Chlorgas nicht in Blasenform durch den Flüssigkeitsraum 3a des ersten Chlorabscheiders hindurch zu perlen braucht. Weiterhin taucht das vordere Ende der Chlor-Anschlußleitung 6 nur sehr geringfügig in die im Flüssigkeitsraum 9a des zweiten Chlorabscheiders 9 enthaltene Sole ein, so daß die Höhe H₃ nur recht klein ist. Dabei kommt noch hinzu, daß der Sole-Pegel in unmittelbarer Nachbarschaft des Auslaßendes der Chlor-Anschlußleitung 6 durch das ausströmende Chlorgas niedergedrückt wird, so daß das Chlorgas praktisch kontinuierlich ausströmen kann. Auch an dieser Stelle treten somit keine Gasblasen auf. Weiterhin sind auch Gasblasen vermieden beim Überströmen des Chlorgases vom Dampfraum 9b des zweiten Chlorabscheiders zum Dampfraum 10b des dritten Chlorabscheiders durch das schräge Spülrohr 13 hindurch.

Selbst wenn eine scharfe, plötzliche Änderung der Strömungsgeschwindigkeit des Chlorgases in dem Spülrohr 13 und damit im Wert P3 auftritt, ergibt sich in dem hydrostatischen Druck Ha, der mit P3 in Balance steht, infolge der Trägheit der Flflssigkeits-Säule keine solche plötzliche Änderung. Deshalb wird der Druck P₂ in der Chlor-Anschlußleitung 6, durch die hindurch das Chlorgas schnell fließt, niemals zu abnormalen Fluktuationen gebracht Als Folge davon bleibt der Druck P\

des Chlorgases im Dampfraum 2a der Anodenkammer 2 auf den durch die Gleichung

P₁=AP₂+ Hi+ H₄ + Pa

festgelegten Wert fixiert. Mithin kann das Chlorgas bei dem Druck Pa abgezogen werden, ohne daß sich dadurch der Chlor-Druck im Dampfraum 2b der Anodenkammer 2 ändert und ohne daß die Balance der Chlor-Drücke in den verschiedenen zwischengeschalteten Dampfräumen und Verbindungsleitungen verlorengeht.

In den F i g. 3 und 4 ist eine modifizierte Ausführungsform der Vorrichtung gemäß F i g. 1 gezeigt. Die Modifikation besteht dabei darin, daß das Spülrohr 13 und der dritte, turmförmige Chlorabscheider 10 gemäß Fig. 1 zu einer einzigen Einheit integriert sind. Diese Einheit besteht au^einem langgestreckten, schräg nach oben geneigten Abscheidebehälter HO, der das Spülrohr 113 eingebaut enthält. Das Spülrohr ist dabei durch eine Trennwand 17, die an ihrem oberen Ende eine Austrittsöffnung 16 (oder mehrere solcher Austrittsöffnungen) besitzt, von dem Inneren des Behälters 110 geteilt. Die sich im Inneren des Behälters 110 sammelnde Sole steht in direkter Verbindung mit der Sole im zweiten Chlorabscheider 9, der unmittelbar an das untere Ende des Behälters 110 angeschlossen ist. Funktionsmäßig entspricht die Ausführungsform der Tig. 3 und 4 genau der Ausführungsform gemäß Fig. 1.

Die Fig.5 und 6 zeigen den vollständigen Aufbau einer erfindungsgemäß ausgerüsteten Elektrolyse-Zelle, die das Sammelbezugszeichen 201 hat. Die Zelle enthält eine größere Anzahl (im dargestellten Beispiel sind 16 angenommen) von Zelleneinheiten, die jeweils eine Anodenkammer 202 umschließen und seitlich begrenzt sind durch jeweils ein Diaphragma 19 mit einer Drahtnetz-Kathode 20 auf der Außenseite des Diaphragmas. Innerhalb einer jeden Zelleneinheit (Anodenkammer) 202 befinden sich zwei plattenförmige Anoden 22 aus Titan mit einer Beschichtung aus Rutheniumoxid. Die Zelleneinheiten 202 sind in einen Tank eingesetzt, der eine allen Einheiten gemeinsame Kathodenkammer 18 bildet. Die Stromzufuhr zu den Anodenplatten 21 erfolgt über Stromleiter 21, die an nicht weiter dargestellte Sammelschienen angeschlossen sind. Der Aufbau der Zelle 201 ist in größeren Einzelheiten z. B. in der US-PS 38 83 415 beschrieben.

Oberhalb der Zelle 201 befindet sich der erste Chlorabscheider 203. Dieser ist mit den einzelnen Zeileneinheiten (Anodenkammern) 202 verbunden über Steigrohre 204a für das entwickelte Chlorgas und Rückflußrohfe 2046 für die Sole. Jedes der Rohrpaare 204a und 2046 ist durch den Deckel 202c der Zelleneinheiten (Anodenkammern) 202 hindurchgeführt sowie durch die Deckelwandung 201a der Elektrolyse-Zelle 201 und die Bodenwandung 203c des ersten Chlorabscheiders 203. Die Steigrohre 204a verbinden die Dampfräume der Zelleneinheiten 202 mit dem Dampfraum des ersten Chlorabscheiders 203, während die Rückflußrohre 204b die entsprechenden Flüssigkeitsräume miteinander verbinden. Die Zufuhr von frischer Sole erfolgt zum ersten Chlorabscheider 203 mittels einer Hauptzufuhrleitung 205, von der eine Anzahl von Abzweigleitungen zum Chlorabscheider 203 geführt sind.

Dem ersten Chlorabscheider 203 nachgeschaltet ist der zweite Chlorabscheider 209. In diesen ist die Chlor-Anschlußleitung 6 hineingeführt, und zwar so, daß das vordere Auslaßende ihres nach unten abgebogenen Endteiles etwas in die im zweiten Chlorabscheider 209 befindliche Sole eintaucht, wie dies bereits anhand der F i g. 1 erläutert ist. Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß die Sole im Flüssigkeitsraum des ersten Chlorabscheiders 203, gemessen von dessen Bodenwandung 203c aus, eine Höhe von etwa 100 mm hat. Die Flüssigkeitsräume der beiden Chlorabscheider 203 und 209 sind über die Sole-Leitung 207 miteinander

_1S verbunden.

Auf den zweiten Chlorabscheider 209 folgt der dritte Chlorabscheider 210 in Form eines senkrechten, turmartigen Behälters von etwa 250 mm Durchmesser. Die Flüssigkeitsräume der beiden Chlorabscheider 209 und 210 sind über die Verbindungsleitungen 211 und 212 miteinander verbunden, während für die Überleitung des Chlorgases vom Dampfraum des zweiten Chlorabscheiders 209 zum Dampfraum des dritten Chlorabscheiders 210 zwei parallele, schräg nach oben verlaufende Spülrohre 213 und 213a vorgesehen sind. Das obere Spülrohr 213 hat dabei einen Durchmesser von etwa 25 mm und eine Länge von etwa 1500 mm, während das untere Spülrohr 213a einen Durchmesser von etwa 50 mm und eine Länge von etwa 600 mm hat.

y_} Ebenso wie im Beispiel der Fig. 1 bilden die beiden Chlorabscheider 209 und 210 mit ihren zugehörigen Teilen eine Steuereinrichtung 208 zur Steuerung des Chlor-Druckes. Unter Verwendung dieser Steuereinrichtung wurde beim Betrieb der Elektrolyse-Zelle gemäß F i g. 5 und 6 gefunden, daß sich bei einem Elektrolyse-Strom von 90 000 Amp. eine hydrostatische Höhe von 1000 mm zwischen dem Auslaßende der Chlor-Anschlußleitung 206 im zweiten Chlorabscheider 209 und dem Sole-Pegel im Flüssigkeitsraum des dritten Chlorabscheiders 210 ergab. Diese hydrostatische Höhe blieb für die angegebene Ampere-Zahl des Elektrolyse-Stromes konstant, und auch der Chlor-Druck im Dampfraunt des ersten Chlorabscheiders 203 blieb praktisch konstant, es ergaben sich nur sehr geringe Schwankungen innerhalb des Bereichs von ±10 mm Sole-Höhe.

Zur Veranschaulichung der Wirksamkeit der Erfindung wurden noch Vergleichsversuche derart durchgeführt, daß die Steuereinrichtung 208 fortgelassen wurde.

Statt dessen wurde die Höhe des ersten Chlorabscheiders 203 (nunmehr des einzigen Chlorabscheiders) vergrößert, und der Druck des Chlorgases im Dampfraum der einzelnen Zelleneinheiten 202 wurde allein durch den hydrostatischen Druck der Sole im Flüssigkeitsraum des Chlorabscheiders 203 gesteuert. Trotz der Tatsache, daß der. mit der vergrößerten Höhe versehene Chlorabscheider 203 eine zweimal größere Bodenfläche hatte als der dritte Chlorabscheider 210, ergaben sich dabei Druckschwankungen in der bemer-

kenswerten Größenordnung von ± 250 mm. Eine stabile Betriebsweise war damit nicht möglich.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Elektrolyse-Zelle zur Herstellung von Alkalihydroxiden, mit mehreren als Anodenkammern ausgebildeten Zelleneinheiten mit vertikalem Diaphragma sowie einer den Dampfräumen dieser Zelleneinheiten zugeordneten Chlor-Abscheideeinrichtung, welche einen in einen Dampfraum und einen Flüssigkeitsraum unterteilten Abscheidebehälter enthält, dessen Flüssigkeitsraum über Rückflußleitungen mit den Zelleneinheiten verbunden ist, gekennzeichnet durch eine Chlor-Abscheideeinrichtung in Form dreier einander nachgeschalteter Chlorabscheider (3,9,10) derart, daß ,