DE2537363C3 - Mehrfach-Elektrolysezelle mit vertikalen Diaphragmen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Mehrfach-EIektrolysezelle mit vertikalen Diaphragmen zur Herstellung insbesondere von Ätzalkalien.

Aus der US-PS 38 83 415 ist bereits eine Mehrfach-EIektrolysezelle mit einer Anzahl von flachen kastenförmigen Anodenkammern innerhalb eines durch das Zellengehäuse begrenzten Kathodenraumes bekannt. Dabei enthält jede Anodenkammer an ihren Haupt-Seitenwänden je ein Diaphragma und außen darauf eine netzförmige, in einem Rahmen gehaltene Kathode, die mit der Bodenplatte des Zellengehäuses in leitender Verbindung steht, sowie in ihrem Inneren zwei den Diaphragmen gegenüberliegende Anodenplatten, deren Anschlußleitungen durch den Deckel der Anodenkammern hindurchgeführt sind.

Eine derart aufgebaute Elektrolysezelle hat den Vorteil, daß die gesamte Anodenkammer mit den Kathodenelementen, den Diaphragmen und den Anodenelementen jeweils als eine Baueinheit im Voraus außerhalb der Elektrolysezelle zusammengesetzt werden kann und dann nur noch in Form dieser Baueinheit in das Zellengehäuse der Elektrolysezelle eingesetzt zu werden braucht. Auf diese Weise brauchen die beim Aufbau einer Elektrolysezelle nur noch die Abstände der einzelnen Anodenkammern voneinander ausjustiert zu werden, während zuvor jeweils stets alle einzelnen Bestandteile der Zelle, also alle Elektroden und Diaphragmen, für sich der Justierung unterwerfen werden mußten, was einen sehr beträchtlichen Aufwand bedeutete.

Einen weiteren Vorteil der aus der US-PS 38£3415 bekannten Elektrolysezelle besteht darin, daß der Austausch von verbrauchten Elektroden und Diaphragmen in sehr einfacher Weise vonstatten gehen kann. Es braucht nämlich nur die die verbrauchten Elektroden oder Diaphragmen enthaltende Anodenkammer aus der Zelle herausgenommen und durch eine vorbereitete neue Anodenkammer ersetzt werden, wodurch der Betrieb der Zelle nur sehr kurzfristig unterbrochen zu werden braucht. Die Reparatur der defekten Anodenkammer kann dann außerhalb der Zelle in Ruhe und leichter als das innerhalb der Zelle möglich wäre, vorgenommen werden.

Ein Nachteil der Elektrolysezelle gemäß der US-PS 38 83 415 besteht jedoch darin, daß die Stromzufuhr zu den Kathoden, die über die Bodenplatte des Zellengehäuses erfolgt, ein Verschrauben der Anodenkammern mit der Bodenplatte des Zellengehäuses erforderlich macht Dies ist sowohl, beim Einsetzen a(s auch beim Herausnehmen der Anodenkammern ein etwas schwieriger Vorgang, der es auch noch erforderlich macht, den Zwischenraum zwischen den einzelnen Anodenkammern verhältnismäßig breit auszugestalten, um den Zugang zu den bodenseiligen Schrauben zu gewährleisten. Dadurch wiederum wird die Zellenleistung pro Einheit an Zellengrundfläche begrenzt

Mit der Erfindung sollen diese Nachteile der bekannten Elektrolysezelle beseitigt werden, d. h. es soll eine Mehrfach-Elektrolysezelle der bekannten Art dahingehend verbessert werden, daß kein Verschrauben der Anodenkammern mit der Bodenplatte des Zellengehäuses mehr notwendig ist und damit die Zellenleistung pro Einheit an Zellengrundfläche gesteigert wird.

Diese Ziel wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß bei jeder Anodenkammer längs den unteren Rändern der Rahmen für die Kathoden eine Anzahl von leicht elastischen, aus einem elektrisch leitenden Material bestehenden Fußteilen im Abstand voneinander angeordnet sind und an den schmalen Stirnwänden einer jeden Anodenkammer Befestigungsmittel vorgesehen sind, über welrfie die Anodenkammer mit dem Zellengehäuse so verspannbar ist, daß die Fußteile mit Andruck an der Bodenplatte des Gehäuses anliegen.

Nachfolgend werden die Erfindung und ihre Vorteile in einem Ausfuhrungsbeispiel anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei stellen dar:

F i g. 1 schematisch in perspektivischer Ansicht, teilweise gebrochen, eine bekannte Mehrfach-Elektrolysezelle mit mehreren Anodenkammer-Einheiten innerhalb des Zellengehäuses,

F i g. 2 die Seitenansicht einer innerhalb des Zellengehäuses befindlichen Anodenkammer in erfindungsgemäßer Anordnung, und

Fig.3 in vergrößertem Maßstab eine Schnittansicht in den Ebenen X-X der F i g. 2 (oberer Teil der F i g. 3)

f)5 bzw. Y-Y der F i g. 2 (unterer Teil der F i g. 3).

Die Darstellung der Fig. 1 gibt schematisch eine mit vertikalen Diaphragmen ausgerüstete Mehrfach-Elektrolysezelle wieder, wie sie im Prinzip in der US-PS

38 83 415 beschrieben ist Die Zelle enthält innerhalb eines Gehäuses 1 eine größere Anzahl von Anodenkammern Z Diese Anodenkammern sind schmale langgestreckte Gebilde, deren Haupt-Seitenwandungen (das sind die Seitenwandungen mit der größten Fläche) aus je einem Diaphragma 3 und einer darauf aufgebrachten netzförmigen Kathode 4 gebildet sind. Dies ist in F i g. 2 und 3 deutlicher erkennbar. Die Diaphragmen 3 bestehen aus Asbest oder einem synthetischen Kunstharz, während die Kathoden 4 Netze aus einem alkali-beständigen und elektrisch leitenden Material, wie Eisen, rostfreiem Stahl oder Titan, sind. Die Kathoden 4 sind dabei jeweils auf der Außenseite der Diaphragmen 3 (bezogen auf das Innere der Anodenkammern 2) angeordnet und jeweils in einem Rahmen 5 gehalten, der aus dem gleichen alkali-beständigen und elektrisch leitenden Material besteht Die Befestigung der Kathoden 4 an dem Rahmen 5 kann durch Schweißen. Verschrauben od. dgl. erfolgen. Im Bedarfsfall sind die Kathoden 4 im übrigen noch durch senkrechte Rippen 6 (F i g. 2 und 3) abgestützt

Innerhalb einer jeden Anodenkammer 2 befinden sich zwei Anodenplatten 7 aus z. B. einem mit Platin beschichteten und gegen Chlor beständigen leitenden Material, wie Titan. Diese Anodenplatten 7 c-ind so angeordnet daß jeweils eine von ihnen einem Diaphragma 3 nahe gegenüberliegt Der Deckel 8 der Anodenkammern 2 sowie deren Bodenplatte 10 (F i g. 3) und deren beide Stirnwände 9 (Fig.2) sind jeweils aus einem verhältnismäßig dicken plattenförmigen Material gebildet um den Kathodenrahmen S daran befestigen zu können. Diejenigen Bereiche der Bauteile 8,9 und 10, die dem Innenraum der Anodenkammern 2 ausgesetzt sind oder die Diaphragmen berühren, sind mit einem gegen Chlor beständigen Material 11 (Fig.3), wie Gummi, chlorierten Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid, Poly-monochlortrifluoräthylen, Polyäthylentetrafluorid oder fluoriertem Gummi beschichtet. Durch den Deckel 8 der Anodenkammern 2 ist jeweils ein Rohr 12 hindurchgeführt welches als Auslaß für das in den Anodenkammern entwickelte Gas und als Einlaß für die Sole dient Dieses Rohr kommuniziert mit einem nicht mehr dargestellten Gastrenntank, der oberhalb des Gehäuses 1 angeordnet ist. Anstelle dieses einen Rohres 12 können gleichermaßen aber auch separate Anschlüsse als Gas-Auslaß und Sole-Einlaß vorgesehen sein. Im übrigen erstrecken sich durch den Deckel 8 der Anodenkammern 2 noch mehrere Leitungen 13 hindurch, weiche die Anodenplatten 7 mit einer gemeinsamen Anoden-Sammelschiene 14 verbinden.

Bis zu diesem Punkt entspricht die zeichnerisch dargestellte Elektrolysezelle genau derjenigen gemäß der US-PS 38 83 415. Sie unterscheidet sich von dieser bekannten Zelle jedoch in den nachfolgend erläuterten Merkmalen.

Wie F i g. 3 erkennen läßt, sind an den unteren Kanten der beiden jeweils zu einer Anodenkammer 2 gehörenden Kathodenrahmen 5 mehrere im Abstand voneinander angeordnete Fußteile 15 angebracht. Jedes dieser Fußteile 15 besteht aus einem zweitägigen Laminat aus Eisenblech, das in seinem unteren Teil gabelförmig aufgebogen ist und eine gewisse Elastizität besitzt Mit diesen Fußteilen 15 stützen sich die einzelnen Anodenkammern 2 auf der Bodenplatte 16 des Gehäuses i in elektrisch leitendem Kontakt ab. Um diesen elektrisch leitenden Kontakt zu verbessern, kann der an der Bodenplatte 16 anliegende Bereich der Fußteile 15 aus einem besonders gut leitfähigen Material, wie Silber oder Kupfer hergestellt sein; unbedingt notwendig ist das normalerweise aber nicht, d, h. auch diese Bereiche können normalerweise aus dem gleichen Material bestehen wie der Rest der Fußteile. Weiterhin ist es zweckmäßig, aber nicht unbedingt notwendig, eine flächige Anlage der Fußteile 15 an dem Kathodenrahmen 5 durch zusätzliche Andruckfedern 21 sicherzustellen. Im übrigen brauchen die Fußteile 15 auch nicht unbedingt die vorangehend

ίο beschriebene Konstruktion zu haben, sie können auch anders aufgebaut sein, sofern sie nur den elektrisch leitenden Kontakt zwischen den Kaihodenrahmen 5 und der Bodenplatte 16 herstellen und ein gewisses Ausmaß an Elastizität besitzen.

An den beiden Stirnwänden 9 der Anodenkammern 2 sind waagerechte, konsolenartige Platten 17 befestigt, und entsprechende konsolenartige Platten 18 befinden sich im Inneren des Gehäuses 1 in solcher Anordnung, daß die Platten 17 durch Spannbolzen 19 oder entsprechende Befestigungsmittel mit den Platten 18 verspannt wurden können. Als Folge dieser Verspannung werden die gabelförmigen un'. en Enden der Fußteile 15 fest gegen die Bodenplatte 2b c:s Gehäuses 1 gepreßt, wodurch eine ordnungsgemäße leitende Verbindung von der Bodenplatte 16 über die Fußteile 15 und die Kathodenrahmen 5 zu den Kathoden 4 hergestel!* wird. Diese Verbindung versorgt die Kathoden 4 mit dem Elektrolysestrom, der kathodenseitig über eine mit der Bodenplatte 16 des Gehäuses 1 verbundene Sammelschiene 20 zugeführt wird.

Falls eine sehr große Anzahl von Anodenkammern 2 innerhalb eines Gehäuses 1 in zwei oder mehr parallelen Reihen angeordnet werden muß, können natürlich, mangels Vorhandensein von Gehäuse-Seitenwandungen, nicht alle Stirnwände 9 aller Anodenkammern 2 über die konsolenartigen Platten 18 an dem Gehäuse 1 befestigt werden. In einem solchen Fall ist es zweckmäßig, an den Stellen, an denen keine Gehäuse-Seitenwand vorhanden ist, auf der Bodenplatte 16 des Gehäuses aufrechte Säulen anzuordnen, an d^nen dann die betreffenden Stirnwände 9 der Anodenkammern 2 befestigt und verspannt werden. Auch bei einer solchen Modifikation lassen sich die Anodenkammern 2 in der gleichen Weise im Gehäuse 1 befestigen wie bei der vorangehend beschriebenen Konstruktion mit den konsolenartigen Platten 18.

Bei einer Elektrolysezelle der vorangehend beschriebenen Konstruktion läßt sich jede Anodenkammer, unabhängig von benachbarten Kammern, leicht aus dem Gehäuse 1 herausnehmen bzw. wieder in das GehäUje einsetzen, und zwar einfach dadurch, daß die zugeordneten Spannbolzen 19 gelöst oder wieder in die Platten 17 und 18 eingesetzt werden. Diese Spannbolzen 19 sind von dem Deckel des Gehäuses 1 her leicht zugänglich.

Im Bereich des unteren Endes der einzelnen Anodenkammern 2, d. h. an oder in der Nähe der Bodenplatte 16 des Gehäuses 1, befinden sich keine für das Entfernen oder Einsetzen einer Anodenkammer besonders zu betätigende Befestigungsmittel. Dadurch kann der

bo Zwischenraum zwischen den benachbarten Anodenkammern (und folglich auch die gesamte Grundfläche einer Elektrolysezelle) beträchtlich kleiner als bisher gehalten werden.
Abschließend sei die Erfindung noch in einem

hi Zahlbeispiel erläutert:

An dem unteren Rand einer Anodenkammer wurden mehrere Fußteile 15 in der in Fig.2 und 3 gezeigten Gestaltung im Abstand voneinander angebracht. Diese

Fußteile bestanden aus zwei laminierten Eisenplatten von jeweils 1,6 mm Stärke, die nach unten hin gabelförmig aufgebogen waren. An den beiden Haupt-Seitenwänden der Anodenkammer befand sich jeweils eine netzförmige Kathode von 125 cm Breite und 90 cm Höhe, zusammen mit dem zugeordneten vertikalen Diagphragma. Die so ausgebildete Anodenkammer wurde in das Gehäuse 1 einer Elektrolysezelle eingesetzt, die zur Herstellung von kaustischer Soda (Ätznatron) dieme. Die Elektrolyse wurde mit einem Stromfluß von 10 000 A durch die Zelle hindurch vorgenommen. Der Spannungsabfall zwischen den Fußteilen 15, der Anodenkammer 2 und der Bodenplatte 16 des Gehäuses I betrug dabei nur 6 mV, d.h. der Übergangswiderstand an dieser Stelle war außerordentlich klein.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1. Patentansprüche;

   J. Mehrfach-EIektrolysezelle mit vertikalen Diaphragmen zur Herstellung von Ätzalkalien, enthaltend eine Anzahl von flachen kastenförmigen Anodenkammern innerhalb eines durch das Zellengehäuse begrenzten Kathodenraumes, wobei jede Anodenkammer an ihren Haupt-Seitenwänden je ein Diaphragma und außen darauf eine netzförmige, in einem Rahmen gehaltene Kathode enthält, die mit der Bodenplatte des Zellengehäuses in leitender Verbindung steht, sowie in ihrem Inneren zwei den Diaphragmen gegenüberliegende Anodenplatten, deren Anschlußleitungen durch den Deckel der Anodenkammern hindurchgeführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß bei jeder Anodenkammer (2) längs den unteren Rändern der Rahmen (5) für die Kathoden (4) eine Anzahl von leicht elastischen, aus einem elektrisch leitenden Material bestehenden Fußteilen (15) im Abstand voneinander angeordnet sind und an den schmalen Stirnwänden einer jeden Asodenkammer Befestigungsmittel (17) vorgesehen sind, über welche die Anodenkammer mit dem Zellengehäuse (1) so verspannbar ist, daß die Fußteile mit Andruck an der Bodenplatte (16) des Zellengehäuses anliegen.
2. 2. Elektrolysezelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fußtei/e (15) aus einem zweitägigen Eisen-Laminat bestehen, dessen unteres Ende gabelförmig aufgebogen ist.
3. 3. Elektrolysezelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsmittel (17) an den schmalen Stirnwänden (9) einer jeder Anodenkammer (2) aus waagerechten konsolenartigen Platten bestehen, die -mittels Spannbolzen (19) mit entsprechenden, innen am Zillengehäuse (1) befestigten Platten (18) verspannbar sind.
4. 4. Elektrolysezelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet daß die innen am Zellengehäuse befestigten Platten entweder direkt an der Seitenwand des Zellengehäuses oder über aufrechte Säulen an der Bodenplatte (16) des Zellengehäuses befestigt sind.