DE2738169A1

DE2738169A1 - Membran-elektrolysezelle mit monopolaren elektroden

Info

Publication number: DE2738169A1
Application number: DE19772738169
Authority: DE
Inventors: Michael Joseph Kubrin; Gerald Reuben Pohto; Robert Carl Sutter
Original assignee: Diamond Shamrock Corp
Current assignee: Diamond Shamrock Corp
Priority date: 1976-08-26
Filing date: 1977-08-24
Publication date: 1978-03-09
Also published as: FI63261B; SE8008697L; IN149329B; AU508103B2; NO148341C; NO772944L; NL7709472A; NO148341B; SE8008698L; US4056458A; BR7705670A; SE8008696L; IT1079948B; MX146812A; FI63261C; FR2362944B1; ZA775152B; SU886755A3; IL52819A; GB1561957A

Description

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Patentanmeldung

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Anmelder: DIAMOND SHAMROCK CORPORATION

1100 Superior Avenue, Cleveland, Ohio, U.S.A.

Titel: Membran-Elektrolysezelle mit monopolaren Elektroden

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Beschreibung

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Membran-Elektrolysezelle mit monopolaren Elektroden

Chlor und Natronlauge sind in allen Industrieländern wesentliche und in großen Mengen benötigte chemische Grundstoffe. Sie werden nahezu völlig auf elektrolytischem Wege aus wäßrigen Lösungen von Alkalichloriden gewonnen, wobei ein größerer Anteil dieser Produktion in Diaphragma-Elektrolysezellen durchgeführt wird. Bei dem in einer Diaphragma-Elektrolysezelle durchgeführten Prozeß wird Salzlösung (Natriumchloridlösung) der Anodenkammer kontinuierlich zugeführt und fließt durch ein an einer Kathode abgestütztes Diaphragma» das gewöhnlich aus Asbest hergestellt ist. Um Rückwandern der Hydroxylionen so stark wie möglich einzudämmen, wird die Strömungsgeschwindigkeit stets über der Umsetzungsgeschwindigkeit gehalten, so daß im sich ergebenden Katholyt nicht umgesetztes Alkalichlorid vorhanden ist. Die Wasserstoffionen werden an der Kathode in Form von Wasserstoffgas aus der Lösung ausgeschieden. Der Katholyt, der Ätznatron (Natriumhydroxid), nicht umgesetztes Natriumchlorid und andere Verunreinigungen enthält, muß dann angereichert und gereinigt werden, um

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absatzfähiges Natriumhydroxid und Natriumchlorid zu erhalten, das in der mit Chlor und Natronlauge beschickten Elektrolysezelle für die weitere Herstellung von Natriumhydroxid wiederverwendet werden kann.

Mit dem Aufkommen technologischer Portschritte, wie z.B. der dimensionsbeständigen Anode und verschiedner Beschichtungsmassen hierfür, die immer kleinere Zwischenabstände zwischen den Elektroden zulassen, hat die Elektrolysezelle an Wirkungsgrad gewonnen, insofern als durch die Verwendung dieser Elektroden die Stromausbeute in hohem Maße begünstigt wird. Auch hat die hydraulisch undurchlässige Membran viel zur Anwendung von Elektrolysezellen beigetragen, und zwar in Form der selektiven Wanderung verschiedener Ionen durch die Membran, so daß Verunreinigungen aus dem Produkt ausgeschlossen wurden, wodurch einige kostspielige Nachbehandlungen zur Reinigung und Konzentration überflüssig wurden.

Zwar ist die dimensionsbeständige Anode heute bei einer großen Anzahl von Chlor- und Natronlauge-Herstellern im Einsatz, die verbreitete Anwendung von hydraulisch undurchlässigen Membranen in großtechnischem Maßstab steht jedoch noch aus. Dies rührt wenigstens zum Teil von der Tatsache her, daß ein guter Elektrolysezellenaufbau für die Anwendung der ebenen Membran statt des dreidimensionalen Diaphragmas noch geschaffen werden muß. Von der Geometrie her ergibt sich aus dem Aufbau der Diaphragma-Elektrolysezellen, daß es unzweckmäßig ist, eine ebene Membran zwischen den Elektroden anzuordnen; für die Anwendung von Membranen bei der Herstellung von Chlor, Alkalihydroxiden und Wasserstoff wurde daher ein Elektrolysezellenaufbau nach Art der Filterpresse als alternativer Zellenaufbau vorgeschlagen.

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Eine Elektrolysezelle in Filterpressen-Bauweise mit bipolaren Elektroden setzt sich aus mehreren Einheiten zusammen, die wie bei einer Filterpresse hintereinander angeordnet sind, und jede Elektrode, mit Ausnahme der beiden Endelektroden, wirkt an einer Seite als Anode und an der anderen Seite als Kathode, wobei der Zwischenraum zwischen diesen bipolaren Elektroden durch die Membran in einen Anodenraum und einen Kathodenraum unterteilt ist. In einem üblichen Prozeß wird ein Alkalihalogenid in den Anodenraum eingeleitet, in welchem an der Anode Halogengas erzeugt wird. Alkaliionen werden selektiv durch die Membran hindurchtransportiert und verbinden sich im Kathodenraum an der Kathode mit Hydroxylionen, um Alkalihydroxide und freien Wasserstoff zu bilden. Bei diesem Zellentyp ist das sich ergebende Alkalihydroxid bedeutend reiner und konzentrierter, so daß ein teueres Nachbehandeln zur Salzrückgewinnung nur in sehr geringem Umfang nötig ist. Zellen, bei denen die bipolaren Elektroden und Diaphragmen oder Membranen nach Art einer Filterpresse hintereinander angeordnet sind, können elektrisch in Reihe geschaltet sein, wobei die Anode der einen Zelle mit der Kathode einer benachbarten Zelle durch ein beliebiges, zum Aufbau gehörendes gemeinsames Bauteil verbunden ist. Biese Anordnung ist allgemein als bipolare Konfiguration bekannt.

Zwar ergeben sich bei der Elektrolysezelle in Filterpressen-Bauweise bei Verwendung einer Membran gewisse Einsparungen bei den Betriebskosten, es besteht jedoch noch die Schwierigkeit, daß bei Störung einer bestimmten Zellensektion innerhalb der Gesamtzelle der gesamte Zellenaufbau demontiert werden muß, damit der gestörte Zellenteil ausgebaut werden kann, und die Gesamtzelle während einer bestimmten Zeitspanne nicht produziert. Weiterhin stellt die Wasserstoffvereprödung bei der bipolaren Konfiguration werkstoffmäßig ein Problem dar.

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Es wäre daher von außergewöhnlichem Vorteil, eine Membran-Elektrolysezellen-Einheit zu entwickeln, die aus einer Elektrolysenzellenreihe herausgenommen werden kann, ohne daß die Produktion der gesamten Elektrolysenzellenreihe unterbrochen werden muß.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Membran-Elektrolysezelle mit monopolaren Elektroden zu schaffen, die in sich selbst abgeschlossen ist, so daß sie, beispielsweise zu Wartungs- oder Reparaturarbeiten in einer zentralen Werkstatt, als Einheit aus einer Elektrolysenzellenreihe herausgenommen werden kann, ohne zur Unterbrechung der Produktion in der Zellenreihe als Ganzes zu zwingen. Ferner soll es möglich sein, die Membran-Elektrolyse zelle mit monopolaren Elektroden im Herstellerwerk vollständig versiegelt zum Versand zu bringen, so daß derartige Einheiten mit weniger vorbereitenden Arbeiten am Aufstellungsort im Hinblick auf die Bildung einer Elektrolysenzellenreihe in Betrieb genommen werden könnten.

Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, eine Endelektroden-Baugruppe und eine Mittelelektroden-Baugruppe zu schaffen, bei denen es möglich ist, zum Aufbauen von Elektrolysezellen verschiedener Größen Mittelelektroden-Baugruppen in beliebiger Anzahl zwischen zwei Endelektroden-Baugruppen anzuordnen.

Diese Aufgabe löst eine Membran-Elektrolysezelle mit monopolaren Elektroden, die erfindungsgemäß zwei Endelektrodenpfannen von gleicher Konfiguration mit einem Umfangsflansch aufweist, zwei Elektroden, von denen eine mit der inneren Vertiefung jeder Endelektrodenpfanne verbunden ist, wenigstens einen Mittelrahmen mit einem Umfangsflansch an jeder Seite davon passend zu den entsprechenden Planschen anderer

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gleicher Rahmen oder zu den Endelektrodenpfannen, eine geteilte Elektrode, die so ausgebildet ist, daß jedes Elektrodenteil gegen andere gleiche Elektroden oder gegen die entsprechenden Endelektroden mit einer im wesentlichen ebenen Fläche weist, eine Membran, die bei zusammengebauter Elektrolysenzelle die Elektroden voneinander trennt, Stromverteiler zum Versorgen aufeinanderfolgender Elektroden mit elektrischer Energie entgegengesetzter Polarität, und wenigstens eine Zugangsöffnung in jedem Mittelelektrodenrahmen und in jeder Endelektrodenpfanne zum Zugeben von Stoffen oder Abführen von Produkten.

Gemäß einem zweiten Lösungsgedanken der Erfindung weist eine Endelektroden-Baugruppe für eine Elektrolysezelle eine Pfanne mit einer zentralen Vertiefung und einem Umfangsflansch auf, eine Elektrode, die mit der zentralen Vertiefung der Pfanne verbunden ist, wenigstens zwei Stromverteiler zum Versorgen der Elektrode mit elektrischer Energie, welche mit der Elektrode elektrisch und mechanisch verbunden sind und aus der Pfanne nach außen herausragen, und wenigstens eine Zugangsöffnung in der Pfanne zum Zugeben oder Abführen von Stoffen in bzw. aus dem Innern der Pfanne.

Gemäß einem dritten Lösungsgedanken der Erfindung weist eine Mittelelektroden-Baugruppe für eine Elektrolysezelle einen Rahmen mit Umfangsflanschen an jeder Seite davon auf, eine gegabelte Elektrode, die an den Innenbegrenzungen des Rahmens befestigt ist, gegen jede Seite des Rahmens mit einer im wesentlichen ebenen Fläche weist und nahezu in derselben Ebene wie die Umfangsflansche angeordnet ist, wenigstens zwei Stromverteiler zwischen den Flächen der gegabelten Elektrode zum Versorgen derselben mit elektrischer Energie, welche mit der gegabelten Elektrode elektrisch und mechanisch verbunden sind und aus dem Rahmen nach außen herausragen, und wenigstens eine Zugangsöffnung im Rahmen zum Zugeben oder Abführen von Stoffen in bzw. aus dem Innern des Rahmens.

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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen mit weiteren Einzelheiten erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Schrägansicht von vorn einer Elektrolysezellenreihe aus drei Membran-Elektrolysezellen mit monopolaren Elektroden nach der Erfindung,

Fig. 1a einen Teilschnitt durch eine Elektrolysezelle,

Fig. 2 eine Seitenansicht, im wesentlichen von der Linie 2-2 in Fig. 1 aus gesehen, der Endelektroden-Baugruppe ,

Fig. 3 den Schnitt 3-3 in Fig. 2 durch die Endelektroden-Baugruppe ,

Fig. 4 den Schnitt 4-4 in Fig. 2 durch die Endelektroden-Baugruppe ,

Fig. 5 eine Seitenansicht, im wesentlichen von der Linie 5-5 in Fig. 1 aus gesehen, der Mittelelektroden-Baugruppe ,

Fig. 6 den Schnitt 6-6 in Fig. 5 durch die Mittelelektroden-Baugruppe ,

Fig. 7 den Schnitt 7-7 in Fig. 5 durch die Mittelelektroden-Baugruppe ,

Fig. 8 eine Ansicht von oben eines Teils der Elektrolysezellenreihe, die die elektrischen Stromschienen-Verbindungen zwischen den entsprechenden, in Reihe geschalteten Membran-Elektrolysezellen mit monopolaren Elektroden zeigt,

Fig. 9 den Schnitt 9-9 in Fig. 8 durch die Elektrolysezellenreihe, der die Stromschienen-Verbindungen zwischen den entsprechenden Membran-Elektrolysezellen-Einheiten mit monopolaren Elektroden zeigt,

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Fig. 10 einen Schnitt durch eine alternative Ausfuhrungsform der Endelektroden-Baugruppe mit einer vergrößerbaren Kathode, und

Fig. 11 eine Seitenansicht einer alternativen Ausführungsform einer Membran-Elektrolysezelle mit monopolaren Elektroden, bei der mehr als eine Mittelelektroden-Baugruppe nach Art einer Filterpresse angeordnet sind.

Fig. 1 zeigt drei Membran-Elektrolysezellen 12 mit monopolaren Elektroden nach der Erfindung so wie sie üblicherweise in einer Elektrolysezellenreihe zum Herstellen von Chlor und Natronlauge verwendet würden. Die Elektrolysezellen 12 gemäß Fig. 1 wären im allgemeinen an irgendeiner äußeren Stützkonstruktion oder an einem Fundament aufgenommen, um zum Ausbilden einer Elektrolysezellenreihe für Produktionszwecke jede Elektrolysezelle 12 einwandfrei ausgerichtet zu halten. Aus Gründen der einfacheren Darstellung der Lösungsgedanken der Erfindung sind die Einzelheiten dieser Außenkonstruktion nicht gezeichnet.

Der in Fig. 1a dargestellte Teilschnitt zeigt, daß jede Elektrolysezelle 12 zwei Endelektroden-Baugruppen 14 hat, zwischen denen wenigstens eine Mittelelektroden-Baugruppe 16 angeordnet ist. Sobald die Baugruppen 14 und 16 miteinander kombiniert und gegeneinander abgedichtet sind, ergeben sie eine Elektrolysezelle 12 von geschlossenem Aufbau, die in eine Elektrolysezellenreihe eingebunden werden kann. Bei dieser in Fig. 1 dargestellten Elektrolysezellenreihe kann jede der drei Elektrolysezellen 12 ausgebaut werden, während die Produktion der übrigen Elektrolysezellen 12 in der Elektrolysezellenreihe aufrechterhalten wird. Dies schafft einen deutlichen wirtschaftlichen Vorteil gegenüber

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Elektrolysezellen, bei denen die Produktion der gesamten Elektrolysezellenreihe beendet werden muß, damit irgendeine bestimmte gestörte Sektion zu Wartungs- oder Reparaturzwecken ausgebaut werden kann. Auch können Elektrolysezellen 12 in beliebiger Anzahl miteinander zu einer ElektraLysezellenreihe kombiniert werden, um eine gegebene Produktionsaufgabe erfüllen zu können. Wie am deutlichsten in Fig. 11 zu erkennen, könnte durch Anordnen von Mittelelektroden-Baugruppen 16 von entgegengesetzter Polarität zwischen und zusammen mit Endelektroden-Baugruppen 14 an jedem Ende des Elektrolysezellen-Aufbaus eine Elektrolysezelle 60 mit monopolaren Elektroden nach FiIterpressen-Art aufgebaut werden.

Nähere Einzelheiten der Endelektroden-Baugruppe 14 sind in Fig. 2 zu erkennen, die eine Seitenansicht derselben, von der Linie 2-2 in Fig. 1 aus gesehen, zeigt. Fig. 3 und 4 zeigen die Schnitte 3-3 und 4-4 in Fig. 2 durch die Endelektroden-Baugruppe 14. Gemäß Fig. 2, 3 und 4 hat die Endelektroden-Baugruppe 14 eine Endelektrodenpfanne 18, die zweckmäßigerweise durch Ausstanzen eines einzelnen Bleches hergestellt werden kann. Die Endelektrodenpfanne 18 weist auch einen Umfangsflansch 20 auf, mit dem die Endelektroden-Baugruppe 14 an einer Mittelelektroden-Baugruppe 16 angebracht ist und an dieser abdichtend anliegt. Der Umfangsflansch 20 muß daher verhältnismäßig eben und glatt sein, so daß er mit an ihm aufgenommenem Dichtungsmaterial 22 eine wirkungsvolle Abdichtung bildet. Das Dichtungsmaterial 22 wird über den Umfangsflansch 20 gelegt, bevor er mit einer Mittelelektroden-Baugruppe 16 zum Verbinden mit derselben in der in Fig. 1 dargestellten Weise zusammengebracht wird. Im allgemeinen wird mit jedem Umfangsflansch ein Stück Dichtungsmaterial 22 verwendet, so daß bei jeder gegebenen Verbindungsstelle zwischen zwei beliebigen Baugruppen 14 und 16 zwei Stück verwendet werden. Die Endelektrodenpfannen 18 haben im allgemeinen eine Dicke im

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Bereich von 0,794 bis 9,525 mm. Sollen die Endelektrodenpfannen 18 größere Steifigkeit aufweisen, können in der zentralen Vertiefung jeder Endelektrodenpfanne 18 Sicken ausgebildet oder an der Außenseite des vertieften Abschnitts Verstärkungsteile angebracht werden.

Wie am deutlichsten in Fig. 2 zu erkennen, ist die Endelektrodenpfanne 18 von mehreren Zugangsöffnungen 24 durchsetzt, um für genügende Umwälzung innerhalb der Endelektroden-Baugruppe 14 der Elektrolysezelle 12 zu sorgen. Außer daß sie für Umwälzung sorgen, dienen die Zugangsöffnungen 24 auch zum Einleiten von Rohstoffen und zum Abführen von Produkten entsprechend den Erfordernissen einer bestimmten Elektrolysezelle 12. Innerhalb des vertieften Abschnitts der Endelektrodenpfanne 18 sind Endelektroden 26 aufgenommen, die gewöhnlich durchlöchert sind, so daß durch sie hindurch und um sie herum Umwälzung stattfinden kann. Gewöhnlich ist der Werkstoff der durchlöcherten Endelektrode 26 ein Streckmetall-Maschenwerk, das an der einen Seite eine abgeflachte Kante und an der gegenüberliegenden Seite eine gerundete Kante aufweist. Andere mögliche Ausgangsmaterialien sind Drahtgeflechte, Stabgitter oder Lochplatten, die geeignet sind, eine durchlöcherte aktive Fläche zu bilden.

Gemäß Fig. 3 und 4 ist der Umfangsrand jeder Endelektrode 26 um etwa 90° umgebogen, um sicherzustellen, daß spitz zulaufende Kanten der Endelektroden 26 nicht ein daran aufgenommenes Membranmaterial durchstechen. Sie Seite mit der gerundeten Kante ist zur Membran hin und die Seite mit der abgeflachten Kante des Streckmetall-Maschenwerks ist zusammen mit den umgebogenen Rändern der Endelektrode 26 zum Innern der Endelektrodenpfanne 18 hin angeordnet.

Die Endelektroden 26 sind mit der Endelektrodenpfanne 18 durch Stromverteiler 28 und Abstandsstäbe 30 so verbunden, daß die Endelektrode 26 eine ebene Fläche hat, die nahezu

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in derselben Ebene wie die Fläche des Umfangsflansches 20 der Endelektrodenpfanne 18 angeordnet ist. Wie am deutlichsten in Fig. 4 zu erkennen, erstrecken sich die Abstandsstäbe 30 nicht über die gesamte Länge der Endelektrode 26. Auch sind sie, wie in Fig. 4 zu erkennen, in gleichmäßigem Abstand von Öffnungen durchsetzt, so daß Elektrolyt im Innern der Endelektroden-Baugruppe 14 wirkungsvol umgewälzt werden kann. Die Endelektrode 26 kann an den Abstandsstäben 30 in beliebiger Weise befestigt sein, wobei eine Schweißverbindung zu den am besten geeigneten Verbindungen zählt. Jeder der Stromverteiler 28 trägt an jeder Seite einen Abstandsstab 30 und ragt gemäß Fig. 1 aus der Endelektrodenpfanne 18 nach außen heraus zum elektrischen Anschließen der Elektrolysezelle 12 an eine nicht gezeichnete Stromquelle.

Unabhängig von der Anzahl der innerhalb der Begrenzungen der Endelektrodenpfanne 18 verwendeten Endelektroden 26 ist jede Endelektrode 26 vorzugsweise an zwei zugehörigen Stromverteilern 28 abgestützt, um gute Stromverteilung sicherzustellen und Stabilität gegen Drehkräfte zu schaffen. Diese Anordnung erleichtert auch die Herstellung. Gewöhnlich sind zwei Endelektroden 26 vorhanden; bei Vergrößerung der Abmessungen der Endelektrodenpfanne 18 können mehr als zwei Endelektroden 26 zweckmäßig sein.

Bei Verwendung für die kathodische Seite der Elektrolysezelle 12 können die Endelektroden 26, die Abstandsstäbe 30, die Stromverteiler 28 und die Endelektrodenpfanne 18 aus einem beliebigen herkömmlichen, elektrisch leitenden, gegen den Katholyt widerstandsfähigen Werkstoff hergestellt sein, z.B. aus Eisen, Flußstahl, rostfreiem bzw. korrosionsbeständigem Stahl, Nickel, oder aus mit rostfreiem bzw. korrosionsbeständigem Stahl oder mit Nickel plattiertem Kupfer. Es hat sich beispielsweise herausgestellt, daß, wenn alle Bauteile aus Stahl sind, das Zusammenbauen und der endgültige Betrieb der Elektrolysezelle 12 dadurch in

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hohem Maße erleichtert werden. Die Verwendung eines einzigen Werkstoffes für alle diese Bauteile erleichtert das Herstellen üblicher Schweißverbindungen, so daß die Endkosten für das Zusammenbauen der Bauteile reduziert werden. Sie Verwendung der plattierten Werkstoffe, z.B. rostfreier bzw. korrosionsbeständiger Stahl oder Nickel auf Kupfer, für die Stromverteiler 28 bringt wegen der höheren Leitfähigkeit des Kupferkerns einige Spannungseinsparungen. Ferner müssen die beim Herstellen der Endelektroden-Baugruppe 14 notwendigen Schweißverbindungen luftdicht sein, so daß sich nach Instellungbringen der Endelektroden-Baugruppe 14 in einer Elektrolysezelle 12 ein geschlossenes System ergibt.

Fig. 5 zeigt, von der Linie 5-5 in Fig. 1 aus gesehen, eine der in Fig. 2 dargestellten Ansicht der Endelektroden-Baugruppe 14 ähnliche Seitenansicht der Mittelelektroden-Baugruppe 16. Fig. 6 und 7 zeigen die Schnitte 6-6 und 7-7 in Fig. 5 durch die Mittelelektroden-Baugruppe 16, die den Schnitten in Fig. 3 und 4 durch die Endelektroden-Baugruppe 14 entsprechen. Gemäß Fig. 5, 6 und 7 unterscheidet sich die Mittelelektroden-Baugruppe 16 von der Endelektroden-Baugruppe 14 dadurch, daß sie einen Rahmen hat, der so ausgebildet ist, daß Elektrodenflächen in zwei Richtungen weisend angeordnet sein können, damit die Mittelelektroden-Baugruppe 16 zwischen anderen gleich ausgebildeten Baugruppen entgegengesetzter Polarität oder zwischen Endelektroden-Baugruppen 14 angeordnet werden kann. Dadurch lassen sich teuere Werkstoffe besser ausnutzen und eine bedeutende Gewichtsverringerung einer so aufgebauten Elektrolysezelle 12 erzielen. Der Rahmen 32 weist an jeder Seite Umfangsflansche 34 auf, so daß ein U-Profil-Bauteil gebildet ist. Die Umfangsflansche 34 am Rahmen 32 entsprechen genau den Umfangsflanschen 20 an der Endelektrodenpfanne 18, so daß zwischen ihnen durch die Verwendung des

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Dichtungsmaterials 22 eine abdichtende Anlage herstellbar ist. Auch der Rahmen 32 ist so von Zugangsöffnungen 36 durchsetzt, daß Elektrolyt innerhalb der gesamten Mittelelektroden-Baugruppe 16 umwälzbar ist, mehr Stoffe sich in die Mittelelektroden-Baugruppe 16 einleiten und Produkte sich daraus abführen lassen.

Eine Mittelelektrode 38 ist in ihrer mechanischen Auslegung der Endelektrode 26 insofern ähnlich, als sie gewöhnlich durchlöchert und aus einem Streckmetall-Maschenwerk hergestellt ist, das rund um den Umfangsrand der Mittelelektrode 38 einen umgebogenen Rand aufweist. Die Mittelelektrode 38 ist gegabelt, so daß sie an jeder Seite des Rahmens 32 eine aktive Fläche hat. Im Sinne dieser Beschreibung bezeichnet gegabelt eine Elektrode mit zwei ebenen Elektrodenteilen, die mit Zwischenabstand parallel zueinander angeordnet sind. Wie die Endelektrode 26 hat die Mittelelektrode 38 zwei Sektionen, die innerhalb der Begrenzungen des Rahmens 32 aufgenommen sind. Durch den zentralen Abschnitt des Rahmens 32 der Mittelelektroden-Baugruppe 16 verlaufen Stromverteiler 40, um Strom der gesamten Fläche der Mittelelektrode 38 in derselben Weise zuzuführen wie die Stromverteiler 28 elektrische Energie auf die Endelektrode 26 verteilen. Die Stromverteiler 40 erstrecken sich durch den Rahmen 32 zum elektrischen Anschließen an eine nicht gezeichnete Stromquelle, um einen elektrischen Stromkreis zu vervollständigen, mit dem es möglich ist, einen Elektrolysierstrom durch die Membran-Elektrolysezelle 12 mit monopolaren Elektroden fließen zu lassen. An die Stromverteiler 40 sind nach üblichen Verfahren Abstandsstäbe angeschweißt, welche die Mittelelektrode 38 in nahezu derselben Ebene wie die Umfangsflansche 34 hält. Ebenso wie die Abstandsstäbe 30 der Endelektroden-Baugruppe 14 erstrecken sich die Abstandsstäbe 42 nicht über die gesamte Länge der Stromverteiler 40, um Umwälzen des Elektrolyten innerhalb der Mittelelektroden-Baugruppe 16 zu begünstigen. Um das Umwälzen des Elektrolyten innerhalb der Mittelelektroden-Baugruppe 16 weiter zu fördern, sind die Abstandsstäbe

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mit Aussparungen versehen. Die Abstandsstäbe 42 tragen an jeder Seite einen Satz Mittelelektrodenteile in der Weise, daß sich gegabelte Mittelelektroden 38 ergeben, die nach dem Zusammenbauen zu einer Membran-Elektrolysezelle 60 mit monopolaren Elektroden in Filterpressen-Bauweise gegen jede von zwei Endelektroden-Baugruppen I4 oder gegen andere Mittelelektroden-Baugruppen 16 von entgegengesetzter Polarität weisen.

Die als Anoden zu verwendenden Mittelelektroden 38 können aus einem beliebigen herkömmlichen, elektrisch leitenden, elektrokatalytisch aktiven Werkstoff sein, der gegenüber dem Anolyt beständig ist, z.B. aus einem Ventilmetall wie Titan, Tantal oder eine Legierung davon, das mit einem Edelmetall oder einem Edelmetalloxid (allein oder in Kombination mit einem Ventilmetalloxid) oberflächenbeschichtet ist, oder aus anderen elektrokatalytisch aktiven, korrosionsbeständigen Werkstoffen. Anoden dieser Klasse werden als dimensionsbeständige Anoden bezeichnet, die allgemein bekannt sind und in der Industrie verbreitet Anwendung finden. Hierzu sei beispielsweise auf die US-PS 3 117 023, 3 632 498, 3 840 443 und 3 846 273 verwiesen. Ein unter Berücksichtigung der Kosto, der Verfügbarkeit und seiner elektrischen und chemischen Eigenschaften derzeit bevorzugtes Ventilmetall scheint Titan zu sein. Bei Verwendung von Titan für Anodenbauteile ergeben sich bei der Herstellung der Mittelelektroden-Baugruppe 16 Erleichterungen durch die Verwendung von Titan-Werkstoffen für den Rahmen 32 und die Abstandsstäbe 42. Um die Verwendung von Titan einzuschränken und dadurch die Kosten zu senken, können die Stromverteiler 40 wegen der ausgezeichneten elektrischen Leitfähigkeit aus Kupfer sein, das mit Titan beschichtet ist. Dies erlaubt dann die Herstellung der Mittelelektroden-Baugruppe 16 unter Anwendung herkömmlicher Schweißverbindungen, um nach Einbau in die Membran-Elektrolysezelle 12 mit monopolaren Elektroden ein luftdichtes System zu schaffen.

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Jede Endelektroden-Baugruppe 14 oder Mittelelektroden-Baugruppe 16 ist von jeder weiteren Endelektroden-Baugruppe 14 oder Mittelelektroden-Baugruppe 16 entgegengesetzter Polarität durch eine Membran 44 getrennt. Die Membran 44 kann jede beliebige hydraulisch im wesentlichen undurchlässige, Kationen austauschende Membran sein, die gegenüber der Zellenflüssigkeit chemisch beständig ist, geringen Widerstand hat, und Vorwärtswanderung von Chloridionen und Rückwärtswanderung von Hydroxylionen entgegenwirkt. Der für die Membran 44 verwendete Materialtyp darf nur für kleine Kationen durchlässig sein, so daß Natrium- und Kaliumionen hindurchwandern, jedoch praktisch keines der größeren Kationen wie die metallischen Verunreinigungen der Zellenflüssigkeit. Die Verwendung dieser Materialien für die Membran 44 ergibt ein Alkalihydroxid von bedeutend höherer Reinheit und höherer Konzentration.

Eine Art von hydraulisch undurchlässiger Kationenaustauscher-Membran, der in der Vorrichtung nach der Erfindung anwendbar ist, ist eine dünne Folie aus einem Copolymerisat auf der Basis von Fluorkohlenwasserstoff mit seitlich hängenden Sulfonsäuregruppen. Das Copolymerisat auf Fluorkohlenwasserstoff-Basis ist abgeleitet von Monomeren der Formel

(1) CF₂-CF W_n SO₂F,

bei denen die seitlich hängenden -SOpF-Gruppen in -SO,H-Gruppen umgewandelt sind, und von Monomeren der Formel

(2) CF₀CXX',

^ά R

in der R die Gruppe -CF—CF₂--0{CF¥—CF₃O)_1n darstellt, worin R Fluor oder eine Fluoralkyl-Gruppe mit 1 bis 10 C-Atomen, Y Fluor oder eine Trifluormethyl-Gruppe, m 1, 2 oder 3, η 0 oder 1, X Fluor, Chlor oder eine Trifluormethyl-Gruppe, und X X oder Ο,ΥΛΟ,ΥΛΟ)- ist, worin a O oder

j c- a

eine ganze Zahl zwischen 1 und 5 ist.

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Daraus ergibt sich für die in der Membran 44 für die Elektrolysezelle 12 verwendeten Copolymerisate der folgende Aufbau aus sich wiederholenden Einheiten:

(3) -CP₂-CF-

SO₃H

-Πι

(4) -CF₉-CXX¹-

Das Copolymerisat sollte genügend sich wiederholende Einheiten nach der vorstehenden Formel (3) enthalten, um ein -SO-jH-Äquivalentgewicht von etwa 800 bis 1600 mit einem bevorzugten Bereich von 1000 bis 1400 zu erreichen. Membranen mit einer Wasseraufnahme von etwa 25$ oder darüber werden bevorzugt, da für Membranen mit geringerer Wasseraufnahme bei einer gegebenen Stromdichte höhere Zellenspannungen erforderlich sind. In ähnlicher Weise erfordern Membranen mit einer Foliendicke (unlaminiert) von etwa 0,20 mm oder darüber beim Prozeß nach der Erfindung höhere Zellenspannungen und ergeben somit einen niedrigeren Leistungsgrad.

Wegen der großen Flächeninhalte der in großtechnischen Zellen vorhandenen Membrane ist in den meisten Fällen mit der Membranfolie ein hydraulisch durchlässiger, elektrisch nichtleitender und inerter Verstärkungskörper, z.B. ein Gewebe oder Vlies aus Fasern aus Asbest, Glas, Polytetrafluoräthylen o.dgl., beschichtet und damit getränkt. Bei Membranen aus Folie-Gewebe-Verbundstoffen soll sich vorzugsweise durch das Beschichten an wenigstens einer Seite des Gewebes eine ununterbrochene Fläche aus dem Folienmaterial ergeben, um Undichtigkeiten in der Membran zu vermeiden.

Sie hydraulisch undurchlässigen Kationenaustauscher-Membranen des fraglichen Typs sind mit weiteren Einzelheiten in den

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- Ve—

nachstehend genannten Patentschriften beschrieben, auf die hiermit verwiesen wird: US-PS 3 041 317, 3 282 875, 3 624 053; GB-PS 1 184 321 und NL-OS 72/12249. Membranen der vorstehend beschriebenen Art werden von der Firma E.I. duPont de Nemours and Co. unter dem Handelsnamen NAFION vertrieben.

Die Membranen der vorstehend beschriebenen Art lassen sich durch Oberflächenbehandlungen weiter modifizieren, um eine verbesserte Membran zu erzielen. Diese Behandlungen bestehen im allgemeinen in der Umsetzung der Sulfonylfluorid-Seitenketten mit Stoffen, die weniger polare Bindungen ergeben und dadurch weniger Wassermoleküle durch Wasserstoff-Brückenbindung binden. Dies führt zu einer Verkleinerung der Porenöffnungen, durch die die Kationen hindurchwandern, so daß weniger Hydratwasser mit den Kationen durch die Membran übertragen wird. Ein Beispiel hierfür wäre die Umsetzung von Äthylendiainin mit den Seitenketten, um zwei der Seitenketten durch zwei Stickstoffatome im Äthylendiamin aneinanderzubinden. Bei einer Foliendicke von etwa 0,18 mm wird die Oberflächenbehandlung im allgemeinen durch Beeinflussen der Umsetzungsdauer an einer Seite der Folie in eine Tiefe von etwa 0,05 mm geführt. Dies ergibt eine Membran von guter elektrischer Leitfähigkeit und eine Kationenübertragung mit geringerer Hydroxylionenrückwanderung und geringerer damit verbundener Wasserwanderung in der umgekehrten Richtung.

Die vorgegebenen Bauteile lassen sich ohne weiteres zur Membran-Elektrolysezelle 12 mit monopolaren Elektroden durch Verwenden verschiedener Befestigungsmittel zusammenbauen, mit denen die Bauteile bei abdichtender Anlage an den Umfangsflanechen 34 und 20 aneinander befestigbar sind. In jedem Falle ist es jedoch notwendig, an jeder Seite der zwischen den Umfangsflanschen 20 und 34 angeordneten Membran 44 Dichtungsmaterial, beispielsweise Dichtungsmaterial 22, zu verwenden. Das Dichtungsmaterial 22 hat die doppelte Aufgabe, zwischen den Elektroden-Baugruppen entgegengesetzter Polarität eine abdichtende Anlage herzustellen,

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und als Abstandsglied den zwischen den Elektroden 3elb3t und zwischen diesen und der Membran 44 notwendigen Zwischenabstand zu schaffen. Jedes Dichtungsmaterial muß selbstverständlich gegenüber dem in der Elektrolysezelle 12 verwendeten Elektrolyt beständig sein; somit sind polymere Materialien wie z.B. Neopren Beispiele für geeignete Werkstoffe. Erfahrungsgemäß sollte der Zwischenabstand zwischen den Elektroden in der Größenordnung von 3»048 mm mit einer Toleranz von +1,524 mm liegen. Eine wirkungsvolle abdichtende Anlage zwischen den Umfang3flanschen 34 und 20 läßt 3ich durch Verwenden von BefestigungsmitteLn wie Brechdorn-Hieten (break mandrel rivets), Planschfederbügeln und Planschklammern in Verbindung mit Gelenkklemmschrauben oder -bolzen an den Planschen erzielen.

Wie in Pig. 2 und 5, insbesondere in Fig. 4 und 7 zu erkennen, sind die Stromverteiler 28 und 40 durch die Endelektrodenpfanne 18 bzw. den Mittelelektrodenrahmen 32 hindurchgeführt, damit sie an eine elektrische Stromquelle angeschlossen werden können. Fig. 8 zeigt in Draufsicht ein System von Stromschienen, mit dem 3ich mehrere Elektrolysezellen 12 30 hintereinander bzw. in Reihe schalten lassen, daß sie als ElektrolysezeTLenreihe arbeiten. Fig. 9 zeigt den Schnitt 9-9 in Fig. 8, der die Anordnung der elektrischen Verbindungen für die Elektrolysezellen 12 veranschaulicht. Die elektrische Verbindung der Elektrolysezellen 12 in Reihen- oder Parallelschaltung läßt sich mittels einer Gewindehülse 46 herstellen, die mit den Stromverteilern 28 und 40 durch einen Gewindebolzen 48 verbunden ist, welcher in ihr drehbar geführt und in die Stromverteiler 28 und 40 eingeschraubt ist. Die Gewindehülse 46 sollte aus einem elektrisch sehr gut leitenden Werkstoff, z.B. Kupfer, hergestellt sein. Zuerst wird auf die Gewindehülsen 46 eine Gegenmutter 50 aufgeschraubt,

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- Hi--

um einen Anschlag für die Stromschienen 52 zu schaffen, die daiiibergelegt und in der in Fig. 8 und 9 gezeigten Weise zwischen den verschiedenen Elektrolysezellen 12 miteinander verbunden werden. Sodann wird eine zweite Gegenmutter ';ü aufgeschraubt und fest gegen die elektrischen Stromschienen ⁽)2 angezogen, um eine sichere Verblockung zwischen den Stromachienen 52 und den Gewindehülsen 46 herzustellen. Auf diese Weise ist, wie in Fig. 8 und 3 zu erkennen, elektrische Verbindung zwischen dem Stromverteiler 40 jeder Mittelelektroden-Baugruppe 16 einer Elektrolysezelle 12 und den Stromverteilern 28 beider Endelektroden-Baugruppen 14 der in der Reihe nächsten Elektrolysezelle 12 geschaffen. Elektrischer Strom kann nach Belieben von beiden Enden oder nur von einem Ende der aus Elektrolysezellen 12 zusammengesetzten Elektrolysezellenreihe her zugeführt werden. Eine Parallelschaltung der in Fig. 1 dargestellten Elektrolysezellen 12 läßt sich ebensogut durch Verwenden von gemeinsamen Zuleitungen erreichen, die alle Elektroden-Baugruppen der einen Polarität an einen Pol und alle Elektroden-Baugruppen entgegengesetzter Polarität an den anderen Pol der Stromquelle anschließen.

Zum Ausbauen einer beliebigen Elektrolysezelle 12 aus einer Elektrolysezellenreihe werden die Gewindebolzen 48 bei allen Elektroden-Baugruppen dieser Elektrolysezelle 12 entfernt, so daß diese bequem aus der Elektrolysezellenreihe herausgenommen werden kann. Sind die Elektrolysezellen 12 zu einer Reihenschaltung zusammengeschlossen (Fig. 8 und 9), müssen zuerst die Plus- und Minuspole der auszubauenden Elektrolysezelle 12 mit einem Kabel oder einer Stromschiene überbrückt werden, damit der Stromkreis, über den die verbleibenden Elektrolysezellen 12 gespeist werden, nicht unterbrochen wird. Sind die Elektrolysezellen 12 paralLelgeschaltet, ist die Überbrückung nicht notwendig, da jede Elektrolysezelle 12 über ihren eigenen Stromkreis gespeist wird.

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Fig. 10 zeigt eine alternative Ausführungsform der Endelektroden-Baugruppe 14» die eine dehnbare oder vergrößerbare Elektrode 54 aufweist, so daß nach Zusammenbauen der gegebenen Elektrolysezelle 12 die Membran durch Anpressen an die Mittelelektrode 38 in Stellung gehalten ist. Bei Verwendung der vergrößerbaren Elektrode 54 ergibt sich der Hauptunterschied bei der Stützkonstruktion zwischen dem Stromverteiler 28 und der Endelektrode 26. Anstelle von Abstandsstäben 30 ist bei der vergrößerbaren Kathode oder Elektrode 54 ein Dehnteil 56 in Form einer einteiligen Bandfeder verwendet, die in ihrer Längsrichtung an einer einzigen Stelle mit dem Stromverteiler 28 verbunden ist und an die Endelektrode 26 an zwei im Abstand voneinander gelegenen Stellen nahe dem äußersten Rand der Endelektrode 26 angeschlossen ist. Das Dehnteil 56 ist ebenfalls von Aussparungen durchsetzt, um gute Umwälzung innerhalb der gesamten Endelektroden-Baugruppe 14 zuzulassen. An der anderen Seite der Endelektrode 26, den Verbindungsstellen zwischen dem Dehnteil 56 und der Endelektrode 26 unmittelbar gegenüber sind Abstandsstangen 58 angeordnet, die, wenn die einzelnen Bauteile zur Elektrolysezelle 12 zusammengebaut worden sind, die Membran 44 an die Mittelelektrode 38 anpressen. Die Abstandsstangen 58 sollten im allgemeinen aus einem elektrisch nichtleitenden Werkstoff hergestellt und so ausgebildet sein, daß die Gleichmäßigkeit insgesamt des Zwischenabstandes zwischen den Elektroden durch sie sehr wenig gestört wird. Ein geeigneter Werkstoff wäre beispielsweise Polyvinylfluorid. Die vergrößerbare Elektrode 54 ist ebensogut bei der Mittelelektroden-Baugruppe 16 anwendbar.

Wie in Fig. 11 zu erkennen, ist durch Einsetzen mehrerer I/iittelelektroden-Baugruppen 16 zwischen die zwei Endelektroden-Baugruppen 14 eine Membran-Elektrolysezelle 60 mit monopolaren Elektroden in Filterpressen-Bauweise aufbaubar.

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Mehrere Mittelelektroden-Baugruppen 16 müssen aur eiixsprechenden, weiter oben beschriebenen Werkstoffen hergestellt werden, damit sowohl anodische als auch kathodische Zellensektionen zur Verfügung stehen. Für den Betrieb sind die Zellensektionen jeder Elektrolysezelle 60 in Reihe geschaltet. Zum Ausbilden einer Zellenreihe können mehrere Elektrolysezellen 60 entweder in Reihen- oder in Parallelschaltung miteinander verbunden sein. Gemäß Fig. 11 können die Umfangsflansche 34 der Mittelelektroden-Baugruppen 16 so verlängert sein, daß sich eine AufstandsHäche für eine freistehende Zellenkonstruktion ergibt.

Es ist zweckmäßig, die Endelektrodeji-Baugruppen 14 als Kathoden zu verwenden, da die Werkstoffe hier im allgemeinen weniger teuer sind. Bei der Membran-Elektrolysezelle 12 mit monopolaren Elektroden wäre als Anode eine Mittelelektroden-Baugruppe 16 zwischen zwei als Kathoden wirkenden Endelektroden-Baugruppen 14 angeordnet. Die in Fig. 11 dargestellte Elektrolysezelle 60 mit monopolaren Elektroden in Filterpressenbauweise hat sechs Mittelelektroden-Baugruppen 16 als Anoden, fünf Mittelelektroden-Baugruppen 16 als Kathode und zwei als Kathoden wirkende Endelektroden-Baugruppen 14. Die Elektrolysezelle 60 wäre so zusammengestellt, daß jede Mittelelektroden-Baugruppe 16 als Nachbar-Baugruppe eine von entgegengesetzter Polarität hätte.

Es hat sich herausgestellt, daß, wenn zwischen den Endelektroden-Baugruppen 14 und den Mittelelektroden-Baugruppen 16 das Dichtungsmaterial 22 angeordnet ist, das Phänomen der Wasserstoffversprödung nicht auftritt. Der gezeigte Aufbau ergibt auch eine Elektrolysezelle von geringem Gewicht, bei der der Zellenraum maximal ausgenutzt ist.

Versuche mit einer Elektrolysezelle 12 mit als Kathode wirkender Endelektroden-Baugruppe 14 haben ergeben, daß

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ein Mindestabstand von 57,15 mm zwischen dem Raum der als Maschenwerk ausgebildeten Endelektrode 26 und der Innenwand der Endelektrodenpfanne 18 notwendig ist, um einen optimalen Gang der Elektrolysezelle 12 bei einer Stromdichte von 310 mA/cm zu erzielen. Wenn die Mittelelektroden-Baugruppe 16 als Anode wirkt, würde dieser Raumbedarf bei ihr bei ähnlichen Betriebsbedingungen zwischen 88,8 und 101,6 mm betragen. Es besteht die Meinung, daß bei Elektrolysezellen gemäß den vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen bei Betrieb in großtechnischem Maßstab Spitzenströme von 465 mA/cm erreicht werden könnten.

Während eines üblichen Gangs einer Membran-Elektrolysezelle 12 mit monopolaren Elektroden gemäß den Lösungsgedanken der Erfindung für die Chlor- und Natronlauge-Herstellung wurde eine Salzlösung mit einer Natriumchlorid-Konzentration von etwa 100 bis 310 g/l in die als Anode benutzte Mittelelektroden-Baugruppe 16 eingeleitet, während in die als Kathode benutzte Endelektroden-Baugruppe 14 Wasser oder rückgewonnene etwa 24- bis 43$ige Natriumhydroxid-Lösung eingespeist wurde. Beim Durchfließen eines einer entsprechenden Stromquelle entnommenen Elektrolysier-Gleichstromes durch die Elektrolysezelle 12 wurde an der anodischen Mittel elektrode 38 Chlorgas entwickelt. Das gesamte Volumen des entwickelten Chlors wurde in der anodischen Mittelelektroden-Baugruppe 16 zurückgehalten, bis es zusammen mit der Salzlösung über die Zugangsöffnungen 36 zur anodischen Mittelelektroden-Baugruppe 16 aus der Elektrolysezelle 12 abgeführt wurde. In der anodischen Mittelelektroden-Baugruppe 16 gebildete Natriumionen wanderten selektiv durch die Membran 44 in die kathodische Endelektroden-Baugruppe 14, wo sie sich mit HydroxyI-ionen verbanden. So gebildetes Natriumhydroxid und Wasserstoff gas wurden über die Zugangsöffnungen 24 zur kathodischen Endelektroden-Baugruppe 14 abgeführt. Unter den nicht kritischen Prozeßparametern sind zu nennen: Betriebstemperatur

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im Bereich von 25 bis 100 ⁰C; pH-Wert der eingespeisten Salzlösung im Bereich von 1 bis 6; Stromdichte in der Elektrolysezelle 12 im Bereich von 155 bis 775 mA je Quadratzentimeter Elektrodenplattenflache.

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Claims

ANSPRÜCHE

1. Membran-Elektrolysezelle mit monopolaren Elektroden, gekennzeichnet durch zwei Endelektrodenpfannen (18) von gleicher Konfiguration mit einem umlaufenden Umfangsflansch (20), Endelektroden (26), die mit der inneren Vertiefung jeder Endelektrodenpfanne (18) verbunden sind, einen Mittelelektroden-Rahmen (32) mit Umfangsflanschen (34) an jeder Seite davon passend zu den entsprechenden Umfangsflanschen (20) der Endelektrodenpfannen (18), eine geteilte Mittelelektrode (38)» die so ausgebildet ist, daß jedes Elektrodenteil mit einer im wesentlichen ebenen Fläche gegen die entsprechende Endelektrode (26) weist, eine Membran (44)» die bei zusammengebauter Elektrolysezelle (12) die Endelektroden (26) von den Mittelelektroden (38) trennt, Stromverteiler (40,28) zum Versorgen der Mittelelektroden (38) und Endelektroden (26) mit elektrischer Energie entgegengesetzter Polarität, und durch wenigstens eine Zugangsöffnung (24,36) in jedem Zellenraum zum Zugeben von Stoffen oder Abführen von Produkten.

2. Elektrolysezelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Endelektroden (26) und die geteilte Mittelelektrode (38) mit den Stromverteilern (28,40) durch Abstandsstäbe (30,42) mechanisch und elektrisch verbunden sind, die an die Endelektroden (26) und an die geteilte Mittelelektrode (38) rechtwinklig und an die Stromverteiler (28,40) tangential angeschlossen sind.

3. Elektrolysezelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß sich die Abstandsstäbe (30,42) nur über einen Abschnitt der inneren länge der Stromverteiler (28,40) erstrecken.

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ORIGINAL INSPECTED

4. Elektrolysezelle nach Anspruch 3» dadurch g e k e η η zeichnet , daß die Abstandsstäbe (30,42) von Aussparungen durchsetzt sind, um Strömen von Elektrolyt innerhalb der Elektrolysezelle (12) zu begünstigen.

5. Elektrolysezelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Endelektroden (26) in jeder der Endelektrodenpfannen (18) zweigeteilt sind.

6. Elektrolysezelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß jedes Teil der gegabelten Mittelelektrode (38) zweigeteilt ist.

7. Elektrolysezelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangsflansche (20,34) der Endelektrodenpfannen (18) und des Mittelelektroden-Rahmens (32) mit dazwischen angeordneter Membran (44) und an jeder Seite derselben angeordnetem Dichtungsmaterial (22) zusammengebaut sind.

8. Elektrolysezelle nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß zum abdichtenden Anlegen der Umfangsflansche (20) der Endelektrodenpfannen (18) an den Mittelelektroden-Rahmen (32) Befestigungsmittel verwendet sind.

9. Elektrolysezelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Stromverteiler (28,40) durch die Endelektrodenpfannen (18) und den Mittelelektroden-Rahmen (32) hindurch zur Außenseite der Elektrolysezelle (12) geführt sind.

10. Elektrolysezelle nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet , daß an jedem der aus der Elektrolysezelle (12) herausragenden Stromverteiler (28,40) Gewindehülsen (46) befestigt sind.

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11. Elektrolysezelle nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindehülsen (46) an den Stromverteilern (28,40) mit Gewindebolzen (48) so befestigt sind, daß nach Wegnehmen der Gewindebolzen (48) die Elektrolysezelle (12) bequem aus einer Elektrolysezellenreihe herausgenommen werden kann.

12. Elektrolysezelle nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß an der Gewindehülse (46) eine Gegenmutter (50) aufgeschraubt ist, um einen Anschlag zu bilden.

13. Elektrolysezelle nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß auf jeden Gewindebolzen (48) Stromschienen (52) so aufgesetzt sind, daß beide Elektrodenpfannen (18) jeder Elektrolysezelle (12) in einer Elektrolysezellenreihe mit den Gewindehülsen (46) verbunden sind, die aus dem Mittelelektroden-Rahmen (32) der in der Reihe als nächste folgenden Elektrolysezelle (12) herausragen.

14. Elektrolysezelle nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Gegenmutter (50) gegen die Stromschienen (52) fest angezogen ist.

15. Elektrolysezelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Endelektroden (26) mit den Stromverteilern (28) über ein Dehnteil (56) verbunden sind, das an den Stromverteilern (28) und an den Endelektroden (26) tangential befestigt ist.

16. Elektrolysezelle nach Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet, daß an die Endelektroden (26) an der Fläche, die der mit den Stromverteilern (28) verbundenen Fläche abgewandt ist, elektrisch nichtleitende Abstandsstangen (58) angeschlossen sind, um die Membran (44) an den Mittelelektroden (38) der benachbarten Mittelelektroden-Baugruppe (16) in ständiger Anlage zu halten.

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17. Elektrolysezelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelelektroden (38) mit den Stromverteilern (40) über ein Dehnteil verbunden sind, das an die Stromverteiler (40) und die Mittelelektrode (38) tangential angeschlossen ist.

18. Elektrolysezelle nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet , daß an die Mittelelektroden (38) an der Fläche, die der mit den Stromverteilern (40) verbundenen Fläche abgewandt ist, elektrisch nichtleitende Abstandsstangen angeschlossen sind, um die Membran (44) an den Elektroden (38 oder 26) der benachbarten Elektroden-Baugruppe (16 oder 14) in ständiger Anlage zu halten.

19· Elektrolysezelle nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet , daß die Membran (44) eine hydraulisch undurchlässige Kationenaustauscher-Membran ist, die im wesentlichen aus einer Folie von Copolymerisat besteht, welches aus sich wiederholenden Einheiten der Formel

(1) -CF₉ CF-

Φ.

SO₃H und

(2) -CF₂ CXX- R¹

aufgebaut ist, worin R die Gruppe -CF—CF₂—O-fCFY-CFgO·^ darstellt, worin R Fluor oder eine Perfluoralkyl-Gruppe mit 1 bis 10 C-Atomen, Y Fluor oder eine Trifluormethyl-Gruppe, m 1, 2 oder 3» η 0 oder 1, X Fluor, Chlor oder eine Trifluormethyl-Gruppe, X X oder CF^—fCFp-) 0— , a 0 oder eine ganze Zahl zwischen 1 und 5 ist, und daß die Einheiten nach der Formel (1) in einer Menge vorhanden sind, die ein Copolymerisat mit einem -SO^H-Äquivalentgewicht im Bereich von 1000 bis I4OO ergibt.

20. Elektrolysezelle nach Anspruch 19» dadurch gekennzeichnet , daß die Membran (44) zur Verbesserung der selektiven Ionenwanderung durch sie oberflächenbehandelt ist.

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21. Elektrolysezelle nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch ' g'e. k ο η η zeichnet , daß zwischen den beiden Endelektrodenpfannen (18) mehr als ein Mittelelektroden-Rahmen

(32) mit Umfancjsflauschen (34) an jeder Seite davon und in jedem der Mittelelektroden-Rahmen (32) eine geteilte Mittelelektrode (38) vorgesehen sind, und daß die Anordnung so gewählt ist, daß nach Zusammenbauen der Elektrolysezelle (12) jeder einzelne Mittelelektroden-Rahmen (32) zwischen Elektroden (38, 26) entgegengesetzter Polarität angeordnet ist.

Membran

22. Endelektroden-Baugruppe für eine Elektrolysezelle,

gekennzeichnet durch eine Pfanne (18) mit einer zentralen Vertiefung und einem Urafangsflansch (20), eine Elektrode (26), die mit der zentralen Vertiefung der Pfanne (18) verbunden ist, wenigstens zwei Stromverteiler (28) zum Versorgen der Elektrode (26) mit elektrischer Energie, welche mit der Elektrode (26) elektrisch und mechanisch verbunden sind und aus der Pfanne (18) nach außen herausragen, und durch wenigstens eine Zugangsöffnung (24) in der Pfanne (18) zum Zugeben oder Abführen von Stoffen in bzw. aus dem Innern der Pfanne (18).

23. Endelektroden-Baugruppo nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet , daß Ab3tandsstäbe (30) an jede Seite der Stromverteiler (28) tangential und an die Elektrode (26) rechtwinklig angeschlossen sind.

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24. Endelektroden-Baugruppe nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet , daß sich die Abstandsstäbe (30) über weniger als die ganze länge der Elektrode (26) erstrecken.

25. Endelektroden-Baugruppe nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet , daß die Abstandsstäbe (30) von Aussparungen durchsetzt sind, um Umwälzung innerhalb der Endelektroden-Baugruppe (14) zu unterstützen.

Membran

26. Mittelelektroden-Baugruppe für eine Elektrolysezelle,

gekennzeichnet durch einen Rahmen (32) mit Umfangsflanschen (34) an jeder Seite davon, eine gegabelte Elektrode (38), die an den Innenbegrenzungen des Rahmens (32) befestigt ist, mit einer im wesentlichen ebenen Fläche nach jeder Seite des Rahmens (32) weist und nahezu in derselben Ebene wie die Umfangsflansche (34) angeordnet ist, wenigstens zwei Stromverteiler (40) zwischen den Flächen der gegabelten Elektrode (38) zum Versorgen derselben mit elektrischer Energie, welche mit der gegabelten Elektrode (38) elektrisch und mechanisch verbunden sind und aus dem Rahmen (32) nach außen herausragen, und durch wenigstens eine Zugangsöffnung (36) im Rahmen (32) zum Zugeben oder Abführen von Stoffen aus dem Innern des Rahmens (32).

27. Mittelelektroden-Baugruppe nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet , daß Abstandsstäbe (42) mit jeder Seite der Stromverteiler (40) tangential und mit jeder Fläche der gegabelten Elektrode (38) rechtwinklig verbunden sind.

28. Mittelelektroden-Baugruppe nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet , daß sich die Abstandsstäbe (42) über weniger als die ganze Länge der gegabelten Elektrode (38) erstrecken.

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29. Mittelelektroden-Baugruppe nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet , daß die Abstandsstäbe (42) von Aussparungen durchsetzt sind, um Umwälzung innerhalb der Mittelelektroden-Baugruppe (16) zu unterstützen.

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