DE2655395C2

DE2655395C2 -

Info

Publication number: DE2655395C2
Application number: DE2655395A
Authority: DE
Inventors: Rafail Iljic Agladse; Erik Aramovic Manukov; Georgij Rafaelovic Tiflis/Tbilisi Su Agladse
Original assignee: INSTITUT NEORGANICESKOJ CHIMII I ELEKTROCHIMII AKADEMII NAUK GRUZINSKOJ SSR TIFLIS/TBILISI SU
Current assignee: INSTITUT NEORGANICESKOJ CHIMII I ELEKTROCHIMII AKADEMII NAUK GRUZINSKOJ SSR TIFLIS/TBILISI SU
Priority date: 1976-12-07
Filing date: 1976-12-07
Publication date: 1987-09-10
Also published as: DE2655395A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektrolyseeinrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen, aus der DE-OS 21 48 402 bekannten Art.The invention relates to an electrolysis device in The preamble of claim 1 described from DE-OS 21 48 402 known type.

Bei der bekannten Elektrolyseeinrichtung ist der Elektro lyseraum zwischen den Stromzuführungen mit einem Gemisch elektrisch leitender und nicht leitender Partikel gefüllt. Die leitenden Partikel werden beim Anlegen einer genügend hohen Spannung bipolar polarisiert und bilden eine Viel zahl in Serie geschalteter Elektrolysezellen. Die nicht leitenden Partikel verhindern durch eine Trennung der lei tenden Partikel voneinander einen direkten elektrischen Kurzschluß der Elektroden.In the known electrolysis device is the electric lysis room between the power supplies with a mixture electrically conductive and non-conductive particles filled. The conductive particles are sufficient when you create one high voltage bipolar polarizes and form a lot number of electrolysis cells connected in series. They don't Prevent conductive particles by separating the lei tendency particles from each other a direct electrical Short circuit of the electrodes.

Der wesentliche Nachteil dieser Einrichtung besteht darin, daß es nicht möglich ist, damit kontinuierlich mit lösli chen Elektroden zu arbeiten.The main disadvantage of this facility is that it is not possible to continuously use solvable Chen electrodes to work.

Ein weiterer Nachteil ist es, daß ein Großteil des Badvo lumens von inaktiven Teilen eingenommen wird bzw. das Bad volumen durch die inaktiven Teile wesentlich vergrößert wird. Eine Folge davon ist, daß es schwierig ist, die zur Polarisierung der leitenden Partikel notwendige elektrische Feldstärke aufzubauen.Another disadvantage is that much of the badvo lumens is taken up by inactive parts or the bathroom volume significantly increased by the inactive parts becomes. One consequence of this is that it is difficult to get to the Polarization of the conductive particles necessary electrical Build up field strength.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine Elektrolyseeinrichtung zu schaffen, die bei kleinem Badvolumen kontinuierlich mit löslichen Elektroden arbeitet.The object underlying the invention is to create an electrolysis device that is small Bath volume works continuously with soluble electrodes.

Die Aufgabe wird, ausgehend von einer Elektrolyseeinrichtung der eingangs genannten Art, erfindungsgemäß durch die kenn zeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. The task is based on an electrolysis device of the type mentioned, according to the invention by the characteristic Drawing features of claim 1 solved.

Bei der erfindungsgemäßen Elektrolyseeinrichtung sind keinerlei isolierende Elemente zwischen den elektrisch leitenden Stücken der Schüttelektrode mehr erforder lich.In the electrolysis device according to the invention no insulating elements between the electrical conductive pieces of the shake electrode more required Lich.

Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der er findungsgemäßen Elektrolyseeinrichtung sind Gegenstand der Patentansprüche 2 und 3. Dabei wird mit der Maßnah me nach Anspruch 2 erreicht, daß die elektrische Feld stärke bzw. die Spannung zwischen den Stromzuführungen einfach durch eine Änderung des Abstandes der Stromzu führungen gesteuert werden kann. Die Maßnahme nach An spruch 3 ermöglicht ein einfaches laufendes Beschicken des Elektrolyseraumes mit löslichem Elektrodenmaterial.Preferred further developments and refinements of the Electrolysis device according to the invention are the subject of claims 2 and 3. It is with the measure me achieved according to claim 2 that the electric field strength or the voltage between the power supplies simply by changing the distance of the power supply guides can be controlled. The measure according to An saying 3 enables easy ongoing loading of the electrolysis room with soluble electrode material.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigtThe invention is based on the drawing explained in more detail. It shows

Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer Elektro lyseanlage, Fig. 1 a first embodiment of an electric lyseanlage,

Fig. 2 schematisch die Wirkungsweise einer Schüttelektrode, Fig. 2 shows schematically the mode of operation of a bulk electrode,

Fig. 3 eine zweite Ausführungsform einer Elektrolyseanlage. Fig. 3 shows a second embodiment of an electrolysis plant.

Eine Elektrolyseanlage zur Herstellung von chemischen Pro dukten enthält ein hermetisch abgedichtetes Gehäuse 1 (Fig. 1), dessen Innenfläche aus elektrisch isolierendem Material besteht. Das Gehäuse 1 ist in Form eines Hohlzylinders ausgeführt. Senkrecht zu dessen Wänden sind gitter förmige, unlösliche Stromzuführungen 2 und 3 angeord net, durch die der Elektrolyt umläuft. Der Raum zwischen den Stromzuführungen 2 und 3 ist mit elektrisch leitenden Stücken 4 einer Schüttelektrode gefüllt, wobei zur her metischen Abdichtung und zur Verhinderung des Ausströmens von Gas das Beschicken der Schüttelektrode aus einem Bunker 5 durch die Stromzuführung 3 hindurch erfolgt, deren Gittermaß einen ungehinderten Durchgang der die Schüttelektrode bildenden Stücke ermöglicht. Das Gehäuse 1 ist derart aus geführt, daß sich das Oberteil verjüngt, wodurch ein Rohr 6 eines Air-Liftes gebildet wird, durch das der Elektro lyt in einen Abscheider 7 gelangt, in dem zur Aufrechter haltung einer optimalen Temperatur des umlaufenden Elektroly ten Wärmetauscher 8 untergebracht sind. Der Ab scheider 7 ist mit einem Ablaßstutzen 9 versehen, der über einen Strahlunterbrecher 10 mit einem Stut zen 11 im Boden der Elektrosyseeinrichtung verbunden ist. Im Boden der Elektrolyseeinrichtung ist ein Stutzen 12 vorge sehen, über den, falls erforderlich, Luft oder Sauer stoff zugeführt wird. Das Fertigprodukt wird über einen im unte ren Teil des Abscheiders 7 angeordneten Stutzen 13 abgezogen.An electrolysis system for the production of chemical products contains a hermetically sealed housing 1 ( Fig. 1), the inner surface of which consists of electrically insulating material. The housing 1 is designed in the form of a hollow cylinder. Perpendicular to the walls are grid-shaped, insoluble power supplies 2 and 3 net, through which the electrolyte circulates. The space between the power supply lines 2 and 3 is filled with electrically conductive pieces 4 of a pouring electrode, with the feeding of the pouring electrode from a bunker 5 through the power supply 3 , the lattice size of which is an unobstructed passage, for sealing and preventing gas from flowing out which enables pieces forming the shaker electrode. The housing 1 is made such that the upper part tapers, whereby a tube 6 of an air lift is formed, through which the electrolyte passes into a separator 7 , in which to maintain an optimal temperature of the circulating electrolyte th heat exchanger 8th are accommodated. From the separator 7 is provided with a drain port 9 , which is connected via a beam interrupter 10 with a nozzle 11 in the bottom of the electrosysis device. In the bottom of the electrolysis device, a nozzle 12 is provided via which, if necessary, air or oxygen is supplied. The finished product is withdrawn via a nozzle 13 arranged in the lower part of the separator 7 .

Die Elektrolyseeinrichtung arbeitet wie folgt: Aus dem Bunker 5 werden die Stücke 4 der Schüttelektrode zuge führt, die den Raum zwischen der unteren und oberen Stromzu führung 2 bzw. 3 füllen. Das Gehäuse 1 und der Abscheider 7 werden mit dem Elektrolyten bis auf das Niveau des Ablaßstutzens 9 gefüllt. Im Elektrolyten bildet sich auf der Oberfläche der Stücke 4 eine Schicht geringer elektrischer Leitfähig keit aus. An die Stromzuführungen 2 und 3 wird von einer Stromquelle eine Spannung angelegt, so daß auf den gegen überliegenden Seiten eines jeden Stückes 4 ein zur Herstel lung der gewünschten Produkte ausreichender Potentialgradi ent erzeugt wird. Es bildet sich eine Vielzahl von in Reihe liegenden elektrochemischen Zellen, die aus den entgegengesetzt geladenen gegenüberliegenden Seiten der vom Elektrolyten umspülten Stücke 4 der Schüttelektrode bestehen. The electrolysis device works as follows: From the bunker 5 , the pieces 4 are fed to the bulk electrode, which fill the space between the lower and upper power supply lines 2 and 3, respectively. The housing 1 and the separator 7 are filled with the electrolyte to the level of the drain port 9 . In the electrolyte, a layer of low electrical conductivity is formed on the surface of the pieces 4 . A voltage is applied to the power supply lines 2 and 3 from a power source, so that sufficient potential gradi is produced on the opposite sides of each piece 4 to produce the desired products. A multiplicity of electrochemical cells lying in series are formed which consist of the oppositely charged opposite sides of the pieces 4 of the shaker electrode which are washed around by the electrolyte.

Ein direkter Stromübergang durch die Kon takte zwischen den Stücken 4 ist wegen des hohen Übergangs widerstandes erschwert, der auf den nur punktförmigen Kontakt der Stücke 4 und auf die sich auf der Oberfläche der Stücke 4 bei der Berührung mit dem Elektrolyten ausbildende und eine geringe elektrische Leitfähig keit aufweisende Schicht zurückzuführen ist. Der Stromdurch gang durch den Elektrolyten in Umgehung der Stücke 4 ist er schwert, weil solche Bedingungen gewählt werden, daß der Wi derstand des Elektrolyten hoch und die Polarisierbarkeit der Elektrode niedrig ist. Unter diesen Bedingungen fließt der Großteil des Stromes durch die Vielzahl der hintereinander lie genden Stücke 4, wobei er eine elektrochemische Reaktion - Redox reaktionen auf den gegenüberliegenden Seiten der angrenzen den Stücke 4 - veranlaßt. Hierbei werden gasförmige Reaktions produkte ausgeschieden, deren Auftrieb einen Umlauf des Elek trolyten und ein Austragen der erhaltenen Produkte und Schlamm aus dem Reaktionsraum in den Abscheider 7 bewirkt. Die geklärte Lösung wird in den unteren Teil des Gehäuses 1 über den Stutzen 11 zurückgeführt. Der Umgehungsstromkreis über den umlaufenden Elektrolyten ist durch den Strahlunterbrecher 10 unterbrochen. Falls der Auftrieb der sich bei der Elektrolyse entwickelnden Gase für die Sicherung des Elektrolytumlaufes unzurei chend ist oder sich der Prozeß bei der Zuführung eines gasförmi gen Produktes verbessert, wird das letztere zusätzlich über den Stutzen 12 im Boden des Gehäuses 1 zugeführt.A direct current transfer through the contacts between the pieces 4 is difficult because of the high contact resistance, which is formed on the only punctiform contact of the pieces 4 and on the surface of the pieces 4 when they come into contact with the electrolyte and has a low electrical conductivity layer. The current passage through the electrolyte bypassing the pieces 4 , it is difficult because such conditions are chosen that the resistance of the electrolyte is high and the polarizability of the electrode is low. Under these conditions, the majority of the current flows through the large number of pieces 4 lying one behind the other, causing an electrochemical reaction - redox reactions on the opposite sides of the adjacent pieces 4 -. Here, gaseous reaction products are excreted, the buoyancy of which causes the electrolyte to circulate and the products and sludge obtained to be discharged from the reaction chamber into the separator 7 . The clarified solution is returned to the lower part of the housing 1 via the nozzle 11 . The bypass circuit over the circulating electrolyte is interrupted by the beam breaker 10 . If the buoyancy of the gases developing in the electrolysis for securing the electrolyte circulation is insufficient or the process in the supply of a gaseous product improves, the latter is additionally supplied via the nozzle 12 in the bottom of the housing 1 .

Für Prozesse, die einer niedrigen Stromdichte bedürfen, wird der Raum zwischen den Stromzuführungen 2 und 3 nur zum Teil mit Stücken 4 der Schüttelektrode gefüllt, wobei die Stücke 4 Abmes sungen bis zu 500 µm haben. Der umlaufende Elektro lyt und die gegebenenfalls über den Stutzen 12 zugeführten Gase wirbeln die Stücke auf, wo durch die Oberfläche der bipola ren Schüttelektrode vergrößert wird.For processes that require a low current density, the space between the current leads 2 and 3 is only partially filled with pieces 4 of the vibrating electrode, the pieces having 4 dimensions up to 500 microns. The circulating electro lyt and the gases possibly supplied via the nozzle 12 whirl up the pieces, where the surface of the bipolar shaker electrode is enlarged.

Die in Fig. 3 dargestellte Elektroly seanlage ist für Vorgänge mit hoher Gasentwicklung vorge sehen, die eine ausreichende Umlaufgeschwindigkeit des Elektro lyten gewährleistet. Das Ge häuse 14 ist in der Form eines Hohlgefäßes ausgeführt, das von der unte ren Stirnseite durch ein eine der Stromzuführungen 15 dar stellendes Gitter begrenzt ist, auf dem die die Schüttelektrode bildenden elektrisch leitenden Stücke 4 angeordnet sind. Im oberen Teil des Ge häuses 14 liegt senkrecht zu dessen Wänden eine bewegliche Stromzuführung 16, durch deren Gitter die Beschickung mit den Stücken 4 erfolgt. Das Gehäuse 14 ist in einem Abscheider 17 angeordnet, der mit einem Elektrolyt gefüllt ist. Das Oberteil des Gehäuses 14 ragt über den Abscheider 17 hinaus und geht in eine Rinne 18 über. Der Abscheider 17 enthält mehrere durch Scheidewände getrennte Abteilungen a, b, c. In einer äußeren Abteilung a ist das Gehäuse 14 der Elektrolyseeinrichtung untergebracht, während über der anderen äußeren Abteilung c die Rinne 18 endet, wodurch der Elektrolyt aus dieser in die Abteilung c des Abscheiders 17 gelangt. Der Boden einer jeden der Abteilungen a, b, c ist kegelig ausgeführt und mit einem Ablaßstutzen 19 ver sehen, über den das Fertigprodukt und der verbrauchte Elektrolyt abgeleitet werden. In den Abteilungen b und c sind eine optimale Temperatur des Elektrolyten aufrecht erhaltende Wärmetauscher 20 untergebracht. Die Arbeits weise der Elektrolyseeinrichtung der vorliegenden Konstruktion ist die gleiche wie die vorstehend für die erste Ausführungsform beschriebene. Der unter der Einwirkung des Auftriebs der sich bei der Elektrolyse entwickelnden Gasen umlaufende Elektrolyt steigt mit den Reaktionsprodukten im Gehäuse 14 hoch, läuft durch die Rinne 18 in die Abteilung c ab und fließt die Wände der Wärmetauscher 20 entlang, die die erforderliche Temperatur des Elektrolyten aufrechterhalten. Die festen Reaktionsprodukte setzen sich im kegeligen Teil einer jeden der Abteilungen a, b und c ab, während der gereinigte Elektrolyt erneut in das Gehäuse 14 gelangt.The electrolysis system shown in Fig. 3 is seen for operations with high gas evolution, which ensures a sufficient circulation speed of the electrolyte. The Ge housing 14 is in the form of a hollow vessel, which is limited by the unte ren end face by one of the power leads 15 constituting grid on which the bulk electrode forming electrically conductive pieces 4 are arranged. In the upper part of the Ge housing 14 is perpendicular to the walls of a movable power supply 16 through the grid, the loading with the pieces 4 takes place. The housing 14 is arranged in a separator 17 which is filled with an electrolyte. The upper part of the housing 14 projects beyond the separator 17 and merges into a channel 18 . The separator 17 contains several compartments a, b, c separated by partitions. The housing 14 of the electrolysis device is accommodated in an outer compartment a , while the channel 18 ends above the other outer compartment c , as a result of which the electrolyte passes from this into the compartment c of the separator 17 . The bottom of each of the departments a, b, c is tapered and see ver with a drain port 19 through which the finished product and the used electrolyte are derived. In sections b and c an optimal temperature of the electrolyte maintaining heat exchanger 20 is accommodated. The operation of the electrolysis device of the present construction is the same as that described above for the first embodiment. The electrolyte circulating under the action of the buoyancy of the gases evolving during the electrolysis rises with the reaction products in the housing 14 , runs through the trough 18 into the section c and flows along the walls of the heat exchangers 20 , which maintain the required temperature of the electrolyte . The solid reaction products settle in the conical part of each of the sections a, b and c , while the cleaned electrolyte again enters the housing 14 .

Bei der vorliegenden Elektrolyseeinrichtung kann sowohl eine lösliche als auch eine unlösliche Schüttelektrode verwendet werden.In the present electrolysis device can both a soluble and an insoluble Shake electrode can be used.

Als Anwendungsbeispiel folgt die Beschreibung eines elektrochemischen Herstellungsverfahrens für Kalium permanganat.The description of a follows as an application example electrochemical manufacturing process for potassium permanganate.

Die Elektrolyse wird mit ei ner Schüttelektrode aus Stücken 4 aus Mangan und dessen Legie rungen bei einer Stromdichte durch die Schüttelektrode von 50 bis 150 A/dm², einer Temperatur von 30 bis 50°C und mit einer alkalischen Elektrolyt lösung durchgeführt. Infolge der Auflösung der Anodenseite jedes Stücks 4 der Schüttelelektrode in der Alkalilösung bildet sich Kaliumpermanganant.The electrolysis is carried out with a shaker electrode made of pieces 4 of manganese and its alloys at a current density through the shaker electrode of 50 to 150 A / dm ² , a temperature of 30 to 50 ° C. and with an alkaline electrolyte solution. As a result of the dissolution of the anode side of each piece 4 of the shaking electrode in the alkali solution, potassium permanganant is formed.

Weitere Parameter des Anwendungsbeispiels:Further parameters of the application example:

Zusammensetzung des Elektrolyten: KOH - 200 g/l, K₂CO₃ - 50 g/l. Zusammensetzung des verwendeten Ferromangans: 80% Mangan, 10% Fe, 6%C.Composition of the electrolyte: KOH - 200 g / l, K ₂ CO ₃ - 50 g / l. Composition of the ferromanganese used: 80% manganese, 10% Fe, 6% C.

Die Maße der Stücke betragen 5 bis 150 mm, die Höhe der Schüttelektrode ist 600 mm. The dimensions of the pieces are 5 to 150 mm, the height of the vibrating electrode is 600 mm.

Die Elektrolyse wird bei einer Stromstärke von 6500 A und einer Spannung von 90 V durchgeführt.The electrolysis is carried out at a current of 6500 A and a voltage of 90 V. carried out.

Claims

1. electrolysis device for the production of permanganants, with a housing through which an electrolyte flows ( 1 ), insoluble current leads ( 2, 3 ) and a shunt electrode arranged between the current leads and made from pieces ( 4 ) of manganese alloys soluble in an alkaline solution, characterized in that that the pieces ( 4 ) of the shaker electrode directly adjoin one another, and that the manganese alloy is selected so that layers of reduced electrical conductivity are formed on the individual pieces in contact ( 4 ) during operation of the electrolysis device, so that the individual Pieces ( 4 ) act as bipolar electrodes.

2. Electrolysis device according to claim 1, characterized in that one of the power supplies ( 16 ) is movable.

3. Electrolysis device according to claim 1, characterized in that the current leads ( 15, 16 ) have a lattice shape, the one current lead ( 16 ) making it possible to feed the electrolysis room with the pieces ( 4 ) of the pouring electrode and the other current lead ( 15 ) only lets the electrolyte through.