DE2622118A1

DE2622118A1 - Rahmen fuer bipolare filterpressen- elektrolysezellen

Info

Publication number: DE2622118A1
Application number: DE19762622118
Authority: DE
Inventors: John Joseph Bortak; Stephen Michael Collins; Albert John Schweickart
Original assignee: BASF Wyandotte Corp
Current assignee: BASF Corp
Priority date: 1975-05-19
Filing date: 1976-05-18
Publication date: 1976-11-25
Also published as: BE841992A; GB1546964A; US4051009A; FR2324760A1; DE2622118B2; JPS51140883A; CA1076993A; NL7605216A

Description

"Rahmsn für bipolare Filterpressga-Elektrolysezellen'

Die Erfindung betrifft sisec BMkmmzi für bipolar® Zellen in der Art von filt@rpresssa₉ der @is@a, unteren dar Elektrolyse zugeordneten Teil und eisen oberen Teil für dl® Gasentwicklung und Ableitung aufweist«, Sin Druckstab erstreckt sich quer über den Zeilenrahmen unmittelbar über dom unteren Tsil, um eine Zerstörung des Diaphragmas ©der einer Membrnii durch an der Kathode gebildete. Gase. . zu vermeiden und um die Freisetzung der Gase zu begünstigen. Der Rahmen umfaßt auch äußere Sammelkanäle im oberen Teil zvm Ableiten der bei der Elektrolyse im' Elektrolyt gebildeten Gase.

Bekanntlich stellt der Rahmen bei Filterpessen-Elektrolysezellen das grundlegend© sich immer wiederholende Element dar«, Der Rahmen %firkt als Trennung zwischen Anode der einen Zelle und Kathode der "benachbarten Zelle. Insgesamt stellt also eine Filterpress@a~Zslle eine Reihe von Sathoden, Anoden und dazwischen angeordneten Rahmen dar. Bisher -wurde

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ORJGiNAL INSPECTED

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bei Filterpressen-Zellen das Hauptgewicht der Entwicklung der Elektrodenkonstruktionen und dem Diaphragma beigemessen und mir sehr wenig Beachtung dem Rahmen und dessen Verbesser-üiigsinöglichkeiten geschenkt* Aus der US-PS 3 836 448 ist ein Rahmen für Filterpressen-Zellen bekannt, der unterteilt ist in sine obere und eine untere Zone. Die obere Zone dient zum Auffangen der Gass bei der Elektrolyse, die im Bereich der unteren Zone stattfindet. Sine Vielzahl von Öffnungen bef indan sich in des Rahmen, um eine Kommunikation oder Verbindung dieser ztFQl Zonen zu ermöglichen. Bei diesen bekannten Zellen Eiüssen die Rahmen von dsr Kathode und Anode getrennt sein uxa. dürfen keine slsktrissh isolierenden Trennungen auf-•weissru Die Rahmenkonstruktion ist Koisplexer Art, da getrso^ts RskmeiL für AnaeL© und Esthols snr Verfügung stehen IUiSSn₁ Auch die IIotesEidiglüeitj ksiae elektrisch-isolierende Tr^ming zu !iabsza₃ erfordert sin® spgzielle Konstruktion und iii3 Γι£θΙ-ΐΐ dies5 lsi! dsz³®!! Herstellung aufwendig.

L~:~ άτ-r- ÜS-FS 3 252 S35 ist sin Hcsass. für eine Diap&ragsaüJl^Är^l'-sesslIe ^aksiEiXo Die bsi der Elektrolyse entwickelts::. Giss -vercen ©i:rGia seitlich©₅ ia Abstand angsordnete Abfl-lir-jL^g-jn acgsleit-et-c Ds.s Dispiiragaa muß im wesentlichen den ganzen Raio irmsmalb des Rahmens erfüllen, Man kann also einen selchen EEtesn niclit antrsaden bsi eiasm Slektrolyse-Ysi/f alirsHj ^slsii-ss ctois DispliragEis: £L~^si"G3"t odsF desssn Dir,phr=g2£ Glicht dszi gssam^sii Rsuiü iiiasrhalb d®s Rahssns einnizmt* L£±irc!i "^ird die allgemeine ^rwendbarkeit der Ralnnen eingeschränkt.

Die Erfind vug bringt nun einen Rahmen für bipolare Elektrolysesellen in der Art- τοπ Filterpressen mit Slektrolytzufuhr und Ableitung der llsitr-slyseprodukte aus den ElektrodenkamEiern» Der erfindungsgs~a£s Rahisen weist sinsn oberen und einen unteren Teil SUf₅ die &us/oh einsn Dr-uskstab quer üb©r dsn

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Rahmen getrennt sind. Dieser Druckstab schließt die Möglichkeit, daß an der Kathode gebildete Gase die "Werkstoffe des Separators oder Trennteils zerstören, aus. Der erfindungsgemäße Rahmen läßt sich für die verschiedendsten Elektrolyseverfahren anwenden. Der obere Teil ist an der Anodenseite versetzt, um die Tiefe der Anodenkammer zu vergrößern. Der erfindungsgemäße Rahmen weist auch die Möglichkeiten der Abdichtung und der Handhabung auf. Er wird anhand der Figuren weiter erläutert.

Figur 1 ist eine Ansicht des erfindungsgemäßen Rahmens; Figur 2 zeigt perspektivisch eine aus Rahmen der Figur 1 aufgebaute Filterpessen-Elektrolysezelle; Figur 3 ist ein Querschnitt entlang 3-3 der Figur 1 und Figur 4 zeigt perspektivisch den Druckstab.

Der Rahmen 10 der Figuren 1 und 2 weist einen ersten oder unteren Teil oder Zone 12 und einen zweiten oder oberen Teil oder Zone 14 auf. Der untere Teil 12 begrenzt den Elektrodenbereich, worin der Elektrolyt elektrolysiert wird. Der obere Teil begrenzt die Räume zum Auffangen und Abführen der gasförmigen Elektrolyseprodukte. Der Rahmen 10 stellt eine integrale Einheit dar, der beispielsweise aus einem Kunststoff spritzgegossen wurde. Der Kunststoff muß mit den Elektrolyten verträglich sein. Dabei kann es sich um gegebenenfalls gefülltes Polypropylen handeln. Der Rahmen wird aus einem Rand 16 mit vertieftem Mittenbereich oder Steg 18 gebildete Der Bereich des Rahmens, der sich von oben des Mittenbereichs nach unten erstreckt, bestimmt den unteren Teil.

Aus Figur 3 ergibt sich, daß der Rahmen 10 einen Mittenbereich 18 aufweist, der im wesentlichen ein gerader Teil ist. Angeformt an den geraden Teil 20 ist ein U-förmiger Teil 22 mit den Schenkeln 24_a26_e Der U-Teil 22 wirkt zusammen mit dem geraden Teil 20 und begrenzt einen vertieften Bereich 28 zwischen den Schenkeln 24, 26 auf der Anodenseite. Gleichzeitig bildet der Schenkel 24 eine obere

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Begrenzung für den unteren Teil an der Kathodenseite. Auf diese Weise kann der Flüssigkeitsstand in der Anodenkammer höher sein als in der Kathodenkammer.

.Der Schenkel 26 weist eine Vielzahl von ,Durchgängen 30 an der Anodenseite auf, die zu den äußeren Sammelleitungen führen, über die das entwickelte Gas abgeführt werden kann.

Der Mittenbereich 18 weist eine Vielzahl von Durchlässen 32 auf, die bipolare Verbindungsstücke 34 zur Fixierung der Elektroden 36, 38 aufnehmen. Obwohl beliebige bipolare Verbindungsstücke angewandt werden können, so ist der Mittenbereich 18 doch vorzugsweise so konstruiert, daß er sich für die Aufnahme der bipolaren Verbindungsstücke nach US-PS 3 788 966 eignet.

Der Mittenbereich ist vertieft, daß hinter den Elektroden bei Anwendung eines Diaphragmas oder dergleichen, Elektrodenkammern entstehen_o Um eine Zerstörung von Membran oder Diaphragma

zu vermeiden durch an der Kathode gebildete Gase und zur Erleichterung der Gasabführung ist erfindungsgemäß ein Druckstab 40 (Fig.4) vorgesehen. Der Druckstab 40 erstreckt sich quer über die Breite des Mittenbereichs 18 und zwar an der Anodenseite. Er ist im wesentlichen co-planar mit der Anode.

Der Druckstab besteht aus beispielsweise Titan und ist an dem Rahmen in der Nähe der Verbindung zwischen geradem Teil und Schenkel 24 auf beliebige Weise fixiert, wie mit Gewinde versehenen Befestigungsmitteln 42. Die Befestigungsmittel reichen durch metallische Abstandhalter 44, die einen

dem selbst dem

vorbestimmten Abstrnd zwischen Rahmen und Druckstab gewährleisten. Der Abstand zwischen den Abstandhaltern gestattet ein Aufsteigen von Anolyt und darin gebildeten Gasen bis auf eine Höhe, wo diese über den Durchgang 30 abgeführt werden können.

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Der Rahmen 10 weist auch ein erstes Paar von seitlich im Abstand angeordneten Sammelleitungen 46 am Umfang des Rahmens 10 auf, die in Verbindung stehen mit den Durchgängen 30 in dem Schenkel 26 an der Anodenseite des Rahmens. Die Durchgänge 30 erstrecken sich vom oberen Teil des vertieften Bereichs 28 und den querliegenden Kanälen 48. An den Endplatten sind Anschlüsse für die Gasabfuhr aus den Kanälen 48 vorgesehen.

In dem Rahmen 10 ist ein weiteres Paar von einander gegenüberstehenden Sammelleitungen 50 vorgesehen, die mit der Kathodenseite in Verbindung stehen und durch die <iie gasförmigen Elektrolyseprodukte aus der Kathodenkammer abgeführt werden können. Da im allgemeinen der Katholyt in der Zelle tiefer steht als der Anolyt, besteht eine Verbindung der Zuführung 52 mit dem unteren Teil am oder in der Nähe des oberen Endes des geraden Teils 20· Die

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paarweisen Sammelleitungen 46 und 50 der vertiefte Bereich 28 wirken zusammen zur Begrenzung des oberen Teils von Rahmen 10.

Der Rahmen weist auch noch die Elektrolytzufuhr 56 zur Anodenseite auf,' deren Bohrung 58 zu der inneren Öffnung der Anodenkammer führt. Die Elektrolytzufuhr 56 ist im unteren Teil des Rahmens vorgesehen und zwar an den entgegengesetzten Seiten. Im unteren Teil 12 ist im Rand noch die Katholytableitung 62 vorgesehen, die über die Öffnung mit der Kathodenkammer in Verbindung steht. Zur Erleichterung der Ausformung des erfindungsgemäßen Rahmens ist die Elektrolytzufuhr 56 und Katholytableitung 62 an jeder Seite des Rahmens mit einer einzigen Sammelleitung 64, 66verbunden.

Der Rahmen weist auch im Abstand voneinander vorgesehene Puffer 68, 70auf am Rahmenboden, die an den Rand angeformt sind. Sie sollen den Rahmen bei der Handhabung schützen. An jsaer Seite des Rahmens befinden sich Handgriffs 72,

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mit Schultern 76, 78, welche aufsitzen auf den Trägern, wie sie üblicherweise bei Filterpressen-Elektrolysezellen vorhanden sind. Die Handgriffe sind vorzugsweise an den Rand des Rahmens angeformt.

An jeder Seite des Rahmens befindet sich ein Paar von VorSprüngen 80,82,84,86 und zwar über den Handgriffen 72 '"74, welche ebenfalls vorzugsweise an den Rand des Rahmens angeformt sind. Sie weisen Bohrungen 88 auf. Sie dienen zur Aufnahme der Schutzstäbe (nicht gezeigt) der Filterpresse, die durch die Bohrungen 88 reichen. Diese Schutzstäbe werden angewandt, um ein mögliches Öffnen der Filterpresse bei einem Eintreten eines Fehlers zu verhindern. Der Stab hält auch die restlichen Rahmen dann zusammen, wenn die Presse bricht oder wenn ein Rahmen oder ein Diaphragma ausgetauscht werden muß.

Wie aus den Figuren 1 und 2 hervorgeht, ist zwischen den Sammelleitungen 46 eins Öse 90 vorgesehen, die zum Aufheben des Rahmens während des Zusammenbaues dient.

An dem Rahmen kann sich noch eine Dichtung befinden. Eine solche kann sich auch um die Sammelkanäle als zweckmässig erweisen. Die Rahmendichtung sieht man zxtfeckmassigerweise auf beiden Seiten vor. Durch diese umlaufende Dichtung werden innere Leckagen eliminiert. Da jede Leckage sich am äußeren Rand des Rahmens zeigt, ist eine solche leicht festzustellen.

Der Mittenbereich 18 kann .Tragnasen oder dergleichen aufweisen. Die Elektroden 34,36 können versteift und segmentiert sein, wie sie Gegenstand einer älteren Anmeldung sind.

Ber erfindungsgemäße Rahmen eignet sich besonders gut in bipolaren Filterpresse unter ¥erwenfeeig ύοώ. Diaphragmen 39* die am Umfang an zwei benachbartsn Fialinisn fixiert und abgedichtet sind. Ss kann sich dabei um beliebige Konstruktionen

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aus

wie Kunststoff-Folien handeln abgeschiedenen oder geschmolzenen. Kunstf asein^onenaustauschermembranen oder dergleichen. Wie erwähnt, eignet sich der erfindungsgemäße Rahmen für Zellen, in denen die verschiedensten Elektrolysen durchgeführt werden können ,einschließlich Diaphragmen und Membranzellen, wie sie für die Synthese organischer Substanzen durch Elektrolyse angewandt werden» Das Hauptanwendungsgebiet der Diaphragmenzellen liegt bei der Chloralkalielektrolyse, wo eine Kochsalzlösung durch 56 in die Anodenkammer eingeleitet wird. Im oberen Teil aus der Sammelleitung 46 wird Chlor abgeführt. Durch Rückstau des Chlors besteht ein ausreichender Druckunterschied zwischen Anodenkammer und Kathodenkammer, um den hydraulischen Fluß durch das Diaphragma zu gewährleisten. Über 62 kann eine schwache Lauge abgezogen werden. Wasserstoff entweicht über die Sammelleitung 50.

Wird eine Membranzelle für die Chloralkalielektrolyse herangezogen, so wird in die Anodenkammer wieder über 56 Kochsalzlösung eingeführt. In die Kathodenkammer tritt über 62 gegebenenfalls entionisiertes oder destilliertes Wasser ein. Über 46 wird dann Anolyt und Chlorgas, über 50 Wasserstoff und Lauge ausgetragen.

Der gleiche Rahmen läßt sich auch in einer Zelle zur Herstellung von Natriumdithionit und Chlor entweder mit Membran oder mit Diaphragma oder auch für eine elektrochemische Synthese anwenden. Dies beruht auf der Möglichkeit einer unabhängigen Zufuhr und/oder Abfuhr von Anolyt und Katholyt. Für organische Synthesendirch Elektrolyse arbeitet man mit einem entsprechenden Diaphragma 39, wobei die Elektrolyten unabhängig voneinander aus den Elektrodenkammern zu- und abgeführt werden können.

Der erfindungsgemäße Rahmen gestattet eine wirtschaftliche Elektrolyse bei maximaler Produktion und minimalem Raumbedarf. . Bei einer in der Praxis eingeführten Ausführungsform

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hat der Rahmen eine Gesamtdimension von etwa 2 χ 1,36 m bei einer Stärke von etwa 7,6 cm. Die Höhe der Elektrodenkammern ist etwa 1,55 m. Selbstverständlich läßt sich der Rahmen auch in kleineren Dimensionen herstellen. Großtechnische

—Zellen
Filterpressen/haben dann etwa 20 bis 50 Rahmen. Es muß darauf hingewiesen werden, daß mit dem erfindungsgemäßen Rahmen sich auch das Phänomen der "gas blinding" eliminieren läßt. Dies geschieht dadurch, daß die Gase über dem Flüssigkeitsstand in bekannter Weise unter Druck gesetzt werden.

Patentansprüche;

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Claims

Patentanspruch

1,1 Rahmen für bipolare Elektrolysezellen in der Art einer Filterpresse mit einem unteren Elektrolyseteil und einem oberen Gasteil, gekennzeichnet durch einen äußeren Rand (16), einen geraden Teil (20) im vertieften Mittenbereich (18), der im unteren Teil (12) die Kathodenkammer von der Anodenkammer trennt, ein U-Teil (22), oben angeformt an dem geraden Teil (20) zur Begrenzung des vertieften Bereichs (28) an der Anodenseite, und Verbindungsleitungen für die Ableitung der Gase aus dem unteren in den.oberen Teil.

2β Rahmen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Sammelleitung (46) mit der Anodenseite und zumindest eine Sammelleitung (50) mit der Kathodenkammer des Mittenbereichs (18) in Verbindung steht.

3. Rahmen nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen Druckstab (40) an der Anodenseite des Mittenbereichs, der sich quer darüber erstreckt, und daran eine Vielzahl von Abstandhaltern (44) zu dem geraden Teil aufweist.

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