DE2622118B2

DE2622118B2 - Rahmen fuer bipolare filterpressen- elektrolysezellen

Info

Publication number: DE2622118B2
Application number: DE19762622118
Authority: DE
Inventors: Albert John Southgate Collins Stephen Michael Trenton Bortak John Joseph Plymouth Mich Schweickart (VStA)
Original assignee: BASF Wyandotte Corp
Current assignee: BASF Corp
Priority date: 1975-05-19
Filing date: 1976-05-18
Publication date: 1977-09-08
Also published as: GB1546964A; US4051009A; JPS51140883A; BE841992A; CA1076993A; DE2622118A1; FR2324760A1; NL7605216A

Description

Die Erfindung betrifft einen Rahmen für bipolare Zellen in der Art von Filterpressen, der einen unteren der Elektrolyse zugeordneten Teil und einen oberen Teil für die Gasentwicklung und Ableitung aufweist. Ein Druckstab erstreckt sich quer über den Zellenrahmen unmittelbar über dem unteren Teil, um eine Zerstörung des Diaphragmas oder einer Membran 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 zum Ableiten der bei der Elektrolyse im Elektrolyt gebildeten Gase. 4»

Bekanntlich stellt der Rahmen bei Filterpressen-Elektrolysezellen das grundlegende sich immer wiederholende Element dar. Der Rahmen wirkt als Trennung zwischen Anode der einen Zelle und Kathode der benachbarten Zelle. Insgesamt stellt also eine Filterpressen-Zelle eine Reihe von Kathoden, Anoden und dazwischen angeordneten Rahmen dar. Elisher wurde bei Filterpressen-Zellen das Hauptgewicht der Entwicklung der Elektrodenkonstruktionen und dem Diaphragma beigemessen und nur sehr wenig Beeichtung dem Rahmen und dessen Verbesserungsrnöglichkeiten geschenkt. Aus der US-PS 38 36 448 ist ein Rahmen für Filterpressen-Zellen bekannt, der u.iterteilt ist in eine obere und eine untere Zone. Die obere Zone dient zum Auffangen der Gase bei der Elektrolyse, die im Bereich der unterer. Zone stattfindet. Eine Vielzahl von öffnungen befinden .,ich in dem Rahmen, um eine Kommunikation, oder Verbindung dieser zwei Zonen zu ermöglichen. Bei diesen bekannten Zellen müssen die Rahmen von der Kathode und Anode getrennt sein und &o dürfen keine elektrisch isolierenden Trennungen aufweisen. Die Rahmenkonstruktion ist komplexer Art, da getrennte Rahmen für Anode und Kathode zur Verfügung stehen müssen. Auch die Notwendigkeit, keine elektrisch-isolierende Trennung zu haben, erfur- ^<r"> dert eine spezielle Konstruktion und dies macht diese und deren Herstellung aufwendig.

Aus der US-PS 32 52 883 isi ein Rahmen für eine Diaphragma-Elektrolyse/elle bekannt. Die bei der Elektrolyse entwickelten Gase werden durch seitliche, im Abstand angeordnete Abführungen abgeleitet. Das Diaphragma muß im wesentlichen den ganzen Raum innerhalb des Rahmens erfüllen. Man kann also einen solchen Rahmen nicht anwenden bei einem Elektrolyseverfahren, welches ohne Diaphragma arbeitet oder dessen Diaphragma nicht den gesamten Raum innerhalb des Rahmens einnimmt. Dadurch wird die allgemeine Anwendbarkeit der Rahmen eingeschränkt.

Die Erfindung bringt nun einen Rahmen für bipolare Elektrolysezellen in der Art von Filterpressen mit Elektrolytzufuhr und Ableitung der Elektrolyseprodukte aus den Elektrodenkammern. Der erfindungsgemäße Rahmen weist einen oberen und einen unteren Teil auf, die durch einen Druckstab quer über den Rahmen getrennt sind. Dieser Druckstab schließt die Möglichkeit, daß .in der Kathode gebildete Gase die Werkstoffe des Separators oder Trennteils zerstören, aus. Der erfindungsgemäße Rahmen läßt sich für die verschiedensten 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.

Fig. I ist eine Ansicht des erfindungsgemäßen Rahmens,

Fig. 2 zeigt perspektivisch eine aus Rahmen der F i g. T aufgebaute Filterpressen-Elektrolysezelle;

F i g. 3 ist ein Querschnitt entlang 3-3 der F i g. I und

F i g. 4 zeigt perspektivisch den Druckstab.

Der Rahmen 10 der F i p. I und 2 weist einen eisten oder unteren Teil oder Zone I^ und einen zweiten oder oberen Teil oder Zone 14 auf. Der unteic 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 10 wird aus einem Rand 16 mit vertieftem Mittenbereich oder Steg 18 gebildet. Der Bereich des Rahmens, der sich von oben des Mittenbereichs ni'ch unten erstreckt, bestimmt den unteren Teil.

Aus Fig. 3 ergibt sich, daß der Rahmen 10 einen Mittenbereich 18 aufweist, der im wesentlichen ein gerader Teil 20 ist. Angeformt an den geraden Teil 20 ist ein U-förmiger Teil 22 mit den Schenkeln 24, 26. Der U Teil 22 v/irkt 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 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 <;»s abgeführt werden kann.

Der Mittenbereich Ki "eist eine Vielzahl voa Durchlässen ?>2 auf, dir bipolare Verbindungsstücke 3-1 zur Fixierung der EIeIi !roden .30,38 aufnehmen. Obwohl beliebige bipolare Ver!>..■;Itingsstücke angewandt werden können, so ist .ier Mittenbereich 13 doch vorzugsweise so konstruiert, <hiß er sich für die

Aufnahme der bipolaren Verbindungsstücke nach US-PS 37 88 966 eignet.

Der Mittenbereich ist vertieft, daß hinter den Elektroden bei Anwendung eines Diaphragmas oder dergleichen, Elektrodenkammen entstehen. Um eine s Zerstörung von Membran ο .!er Diaphragma durch an der Kathode gebildete Gase zu vermeiden und zur Erleichterung der Gasabführung ist erfindungsgemäß ein Druckstab 40 (F i g. 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 dom Rahmen in der Nähe der Verbindung zwischen geradem Teil 20 und Schenkel 24 auf beliebige Weise fixiert, wie mit Gewinde versehenen Ekfestigungsmitteln 42. Die Befestigungsmittel reichen durch metallische Abstandhalter 44, die einen vorbestimmten Abstand zwischen dem Rahmen selbst und dem Drucksiab gewährleisten. Der Abstand zwischen den Abstundhaltern gestattet ein Aufsteigen von Anolyt und darin gebildeten Gasen bis auf eine Höhe, wo diese über den Durchgang .30 abgeführt werden können.

Der Rahmen 10 weist auch ein erstes Paar "on seitlich im Abstand angeordneten Sammelleitungen 16 am Umfang des Rahmens !0 auf, die in Verbindung stehen mit den Durchgängen 30 in dem Schenkel 26 an der Anodenseite des Rahmens. Die Durchgänge 30 erstrekken sich vom oberen Teil Ücj 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 mii der Kathodenscite in Verbindung stehen und 3s durch die die gasförmigen Elektrolyseprodukte aus der Kathodenkammer abgeführt werden können. Da im allgemeinen der Katholyl 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 paarweisen Sammelleitungen 46 und 50 und der vertiefte Bereich 28 wirken zusammen zur Begrenzung des oberen Teils J4 im Rahmen 10.

Der Rahmen weist auch noch die Elektrolytzufuhr 56 zur Anodenseite auf, deren Bohrung 58 zu der inneren öffnung 60 der Ar.odenkammer 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 5» vorgesehen, die über die öffnung 63 mit der KathoHenkammer in Verbindung stein. Zur Erleichterung der Ausformung des erfindungsgemäßen Rahmens ist die Elektrolytzufuhr 56 und Kaiholytableitung 62 an jeder Seite des Rahmens mit einer ein/igen Sammellei- Si Hing 64,66 verbunden.

Der Rahmen weist auch im Abstand voneinander vorgesehene Puffer 68, 70 auf am Rahmenboden, die ;iü den Rand angeformt sind. Sie sollen den Rahmen bei ώ.-r Handhabung schützen. An jeder Seite des Rahmen:; "■> befinden sich Handgriffe "'". . 7'¹'· mit Srtvii:.■'■■> '; '.·■ welch;- aufsitzen auf den Trägern wie si. ΐ!ηίκ·πίν\''</ι;ν. Ijci Fi''.tT[>R:sscn-F,li'ktri>lys'-'■'!".?!■ ν·M^-Hur;t:-· uu.i. \h Handgriffe sind vnr/.ns"·"' ■■'■>■■ ai< ;kv ■■:■.!■* do. Rahmt ns angeformt.

A" ieiiei· SimIv des Rahmens l>eiin;l^p; ; ■ \ '?t>.i t'a.· ■ 80, 82, 8·ί Ht-, π· ^;1 fine'¹ ■!-.'■!

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 worden 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 F i g. 1 und 2 hervorgeht, ist zwischen den Sammelleitungen 46 eine 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 zweckmäßerweise auf beiden Seiten vor. Durch diese umlaufende Dichtung werden inneru Leckagen eliminiert. Da jede Leckage sich am äußeren Rand des Rahmens zeigt, ist eine solche leicht festzustellen.

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

Der erfindungsgemäße Rahmen eignet sich besonders gut in bipolaren Füterpressen unter Verwendung von Diaphragmen 39, die am Umfang an zwei benachbarten Rahmen fixiert und abgedichtet sind. Es kann sich dabei um beliebige Konstruktionen wie Kunststoff-Folien handeln aus abgeschiedenen oder geschmolzenen Kunstfasern, lonenaustauschermembranen 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 Hauptanwendungsgebiei 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 mii Membran oder mit Diaphragma oder auch für eine elektrochemische Synthese anwenden. Dies beruht auf dvv Möglichkeit einer unabhängigen Zufuhr und/oder '\biuhr von Anolyt und Katholyt. Für organische .^■'Mlies-.-.· 'Un !1 FJek'roh·",;¹ arbeitet man mit einem i-iuspvc'^'wdv' '' -i:;rMir;;^in·.'. .i9, wolu-i dk. Elektrolyten hU d i O ui\ den iüektrouen-

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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 Filterpressen-Zellen haben dann etwa 20 bis 50

Rahmen. Ks muß darauf hingewiesen werden, daß dem erfindungsgemäßen Rahmen sich auch
Phänomen der »gas blinding« eliminieren läßt. I geschieht dadurch, daß die Gase über dem Flüssigk stand in bekannter Weise unter Druck gesetzt werde

Hierzu 2 Blau Zeichnungen

Claims

26 22 1 Patentansprüche:

1. Rahmen für bipolare Elektrolysezellen in der Art einer Filterpresse mit einem unteren Elekiroly- S seieil und einem oberen Gasteil, gekennzeichnet durch einen äußeren Rand (16), einen ge.aden 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.

2. 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 (4-1) zu dem geraden Teil aufweist.