DE2821980A1

DE2821980A1 - Elektrolyt-verteilvorrichtung fuer filterpressenartig angeordnete elektrolysezellen

Info

Publication number: DE2821980A1
Application number: DE19782821980
Authority: DE
Inventors: Luciano Mose; Helmuth Dipl Ing Schurig; Bernd Dipl Ing Dr Strasser
Original assignee: Hooker Chemicals and Plastics Corp
Current assignee: Occidental Chemical Corp
Priority date: 1978-05-19
Filing date: 1978-05-19
Publication date: 1979-11-22
Also published as: US4196069A; DE2821980C2

Description

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u.Z.: M 719

HOOKER CHEMICALS & PLASTICS CORP.
Niagara Palls, N.Y., V.St.A.

" Elektrolyt-Verteilvorrichtung für filterpressenartig angeordnete Elektrolysezellen "

Die Erfindung betrifft eine Elektrolyt-Verteilvorrichtung für filterpressenartig angeordnete Elektrolysezellen mit mindestens einem gemeinsamen Zulaufrohr mit Rohranschlüssen für die einzelnen Elektrodenkammern.

In Elektrolysezellen erfolgt beispielsweise die Chloralkalielektrolyse, unter der man die Gewinnung von Chlor, Wasserstoff und Ätzalkalien aus wäßrigen Läsungen von Alkalichloriden durch elektrische Energie versteht. Daneben wächst -edeutungder elektrolytischen Zerlegung von Salzsäure. Bei der Herstellung von Alkali- oder Erdalkalimetallen durch Elektrolyse geschmolzener Salze fällt Chlor als Nebenprodukt an.

Einige dieser Produkte werden als/örundchemikalien in sehr großen Mengen hergestellt. Im Falle der Chloralkalielektrolyse werden Anlagen betrieben, in deren einzelnen Stromkreisen 500 bis 1000 Tonnen Chlor pro Tag erzeugt werden. In diesen Anlagen werden Stromstärken bis et:ia 500 000 A erzielt, und abhängig von de^;n benutzten Verfahren werden mehr oder weniger viele Elektrolysezellen zu einem Stromkreis zusammengeschaltet.

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Fließt durch eine elektrochemische Zelle mit alkalichloridhaltigem, wäßrigem Elektrolyten ein elektrischer Gleichstrom, so wird am positiven Pol, der Anode, vorwiegend Chlorgas gebildet, während am negativen Pol, der Kathode, Wasserstoffgas und Alkalihydroxid entstehen. Eine Durchmischung der Produkte, und damit eine Rückreaktion, muß verhindert werden. Zu diesem Zweck wurden zunächst zwei verschiedene Verfahren entwickelt, und zwar das sogenannte Quecksilberverfahren und das Diaphragmenverfahren .

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Beim Diaphragmenverfahren trennt eine poröse Scheidewand (Diaphragma) den Anodenraum vom Kathodenraum und verhindert eine Vermischung und damit die Rückreaktion der an den Elektroden abgeschiedenen Produkte,

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In letzter Zeit setzt sich zunehmend ein drittes Elektrolyseverfahren, das sogenannte Membranzellenverfahren, durch. Da dimensionsstabile Anoden und permselektive Membranen zur Verfügung stehen, können Elektrolysezellen mit einer dünnen, zwisehen flachen Elektroden aufgespannten Trennmembran hergestellt werden. Durch Aneinanderfügen mehrerer derartiger Elektrolysezellen wird ein filterpressenartig aufgebauter Zellenblock erhalten. Pilterpressenartig angeordnete Elektrolysezellen sind beispielsweise aus der DE-PS 1 05¹* 430 und der DE-OS 2 222 637 für die Elektrolyse wäßriger Salzsäure und aus der DE-OS 2 510 396 für die Chloralkalielektrolyse bekannt. Die Zellenelemente sind im allgemeinen in Halterahmen gehaltert. Mit Hilfe einer geeigneten Anpreßvorrichtung, beispielsweise einer hydraulischen Vorrichtung, eines Zugankers oder einzelner Schrauben wird der Zellenblock unter Zwischenlage von Dichtungen zwischen den Zellenelementen zur gegenseitigen Abdichtung zusammengepreßt und bildet so, gegebenenfalls auf einem Gestell montiert, eine starre Einheit, die etwa 10 bis beispielsweise 100 Zellenelemente und eine dementsprechende Produktionskapazität aufweisen kann.

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Bei der Filterpressenbauweise muß den einzelnen Elektrodenkammern der Elektrolyt einzeln zugeführt werden, d, h. die einzelnen Kammern weisen jeweils Rohranschlüsse auf, die gegebenenfalls gruppenweise mit einem oder mehreren Zulaufrohren verbunden sind.

So ist es aus der US-PS 4 031 001 bekannt, die Anodenkammern eines filterpressenartig aufgebauten Zellenblocks mit einem ersten gemeinsamen Zulaufrohr und die Kathodenkammern mit einem entsprechenden zweiten gemeinsamen Zulaufrohr für Elektro lyseflüssigkeit zu verbinden.

Da die Strömungsgeschwindigkeit der den Elektrodenkammern zugeführten Elektrclyseflüssigkeit relativ gering ist und da es andererseits für den störungsfreien Betrieb des Zellenblocks außerordentlich wichtig ist, daß den einzelnen Elektrodenkammern die gleichen Flüssigkeitsmengen zugeführt werden, sind bei den aus der US-PS 4 031 001 bekannten Elektrolysezelle in den Rohranschlüssen für die Elektrodenkammern Düsen vorgesehen, so daß der Druckabfall im gemeinsamen Zulaufrohr im Vergleich zu dem in der einzelnen Düse praktisch vernachlässigbar ist. Aufgrund das geringen Flüssigkeitsstromes muß der erforderliche Düsendurchmesser sehr klein sein, so daß die Düsen durch in den Elektrolytströmen unvermeidlich mitgeführte Feststoffteilchen leicht verstopfen können. Eine Unterbrechung der Elektrolytzufuhr muß jedoch vermieden werden, da anderenfalls in der Elektrolysezelle ein ungünstiger Betriebszustand eintreten kann, der zu deren Beschädigung oder Zerstörung führen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verteilvorrichtung der eingangs beschriebenen Art mit hoher Betriebssicherheit zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in dem Zulaufrohr zumindest im Bereich der Rohranschlüsse ein durchgehendes Einsteckrohr vorgesehen ist, das einseitig geschlos-

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sen und am anderen Ende mit dem Zulaufrohr verbunden ist und radiale Bohrungen aufweist, und daß das Zulaufrohr und das Einsteckrohr so bemessen sind, daß zwischen diesen ein Ringraum verbleibt. Falls einzelne Bohrungen des Einsteckrohrs verstopft werden, so erhalten die mit dem Ringraum zwischen dem Zulaufrohr und dem Einsteckrohr über die Rohranschlüsse in Verbindung stehenden Elektrodenkammern noch genügend Elektrolytflüssigkeit, um gefährliche Betriebszustände zu vermeiden.

In vorteilhafter Weise liegen die Bohrungen des Einsteckrohrs den entsprechenden Rohranschlüssen gegenüber, so daß die Flüs sigkeitszufuhr im wesentlichen nur durch den begrenzenden Durchmesser der Bohrungen in der gewünschten Weise behindert ist.

GSgenijS weisen das Zulaufrohr und/oder das Einsteckrohr kreisförmige Querschnitte auf, wobei in vorteilhafter Weise die beiden Rohre zueinander koaxial sind.

Um die gewünschte Düsenwirkung weitgehend auf das Einsteckrohr zu beschränken, ist der Durchmesser der Bohrungen kleiner als der der Rohranschlüsse; vorzugsweise beträgt deren Durchmesserverhältnis etwa 1/15.

Erfindung gemäß ist das Einsteckrohr derart aus gebildet _s daß es aus dem Zulaufrohr, etwa zum Reinigen oder zum Austausch gegen ein anderes Einsteckrohr mit einem anderen Durchmesser der Bohrungen, herausgezogen werden kann. In vorteilhafter Weise ist das Einsteckrohr dabei flexibel ausgebildet, so daß die Montage bzw. die Demontage des relativ langen Einsteckrohrs erleichtert wird. Zu diesem Zweck kann das etwa als Schlauch ausgebildete Einsteckrohr, auf einer Trommel aufgewickelt werden.

Die Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf die anliegende

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Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Fig. la eine Endansicht einer Elektrolysezelle mit im Rahmen integrierten Zulaufrohren,

Fig. Ib einen Teillängsschnitt eines Zellenblocks in der Ebene der Achsen eines Zulaufrohrs und der zugehörigen Rohranschlüsse und

Fig. 2a und b Ansichten ähnlich den Figuren la bzw. Ib einer anderen Aus führungsform.

3ei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform besteht ein Zellenblock 10 aus einer Vielzahl ZellenelementenA und B, die filterpressenartig abwechselnd hintereinander angeordnet sind. Diese Zellenelemente bestehen beispielsweise bei Diaphragmenzellen aus den Elektrodenelementen, wobei jedes Elektrodenelement wiederum durch ein nicht eingezeichnetes Diaphragma zwischen einem Elektrodenpaar in einen Kathoden- und einen Anodenraum unterteilt ist.

Besteht dagegen der dargestellte Zellenblock aus Membranzellen, so handelt es sich bei den Zellenelementen A und B um Kathoden- bzw. Anodenelemente oder umgekehrt. In diesen Fällen ist zwischen den benachbarten Zellenelementen A und B jeweils eine als Trennwand ausgebildete, nicht eingezeichnete Membran aufgespannt.
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Sowohl bei einem Diaphragmen- als auch einem Membranzellenblock sind die Zellenelemente A mit einem gemeinsamen ersten Zulaufrohr 20 (Fig. 1) bzw. 20' (Fig. 2) und die Zellenelemente B mit einem gemeinsamen zweiten Zulaufrohr 2 (Fig. 1) bzw, 2· (Fig. 2) verbunden.

Bei der Ausführungsform der Fig. 1 sind die beiden Zulaufrohre 2, 20 in den Zellenrahmen integriert und verlaufen beispielsweise an der Unterseite des Zellenblocks parallel zur Blocklängsachse.

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Gemäß Pig. Ib ist in das Zulaufrohr 2 ein Einsteckrohr 1 eingesetzt, dessen Innenraum mit einer Versorgungsleitung 9 zur Zufuhr des Elektrolyten verbunden ist. Der Außendurchmesser des Einsteckrohrs 1 ist gegenüber dem Innendurchmesser des Zulaufrohrs 2 derart bemessen, daß zwischen beiden ein Ringraum 5 ver bleibt. Insbesondere ist das Einsteckrohr 1 zu dem Zulaufrohr koaxial angeordnet. Vom Ringraum 5 ausgehend erstrecken sich durch den Rahmen der Zellenelemente B in deren Innenraum Bohrungen 4. In dem Einsteckrohr 1 sind kleine, als Düsen wirkende, radiale Bohrungen 3 ausgebildet, die zu den Bohrungen 4 koaxial sind. Um die gewünschte Düsenwirkung zu erzielen, ist der Durchmesser der Bohrungen 3 in dem Einsteckrohr 1 kleiner als der der als Rohranschlüsse dienenden Bohrungen 4 in den Zel lenelementen.

Bei der in Yi-z* 2 dargestellten Ausführungsform sind die Zulaufrohre 2' und 20' nicht in den Rahmen der Zellenelemente integriert, sondern verlaufen parallel zur Längsachse des Zellenblocks irr. Abstand unterhalb der Zellenanordnung. Zur Verbindung des Rin~rauns 5 zwischen dem Zulaufrohr 2¹ und dem Einsteckrohr 1 mit den einzelnen Zellenelementen B sind an diesen und an Zulaufrohr 2' Rohrstutzen 6 bzw. 7 vorgesehen, die über eine Rohrkupplung 8, beispielsweise einen Schlauch, miteinander verbunden sind. Vorzugsweise fluchten die beiden Rohrstutzen 6 und 7 miteinander und mit den Bohrungen 3 in dem Einsteckrohr 1. Die Verbindung zwischen dem anderen Zulaufrohr 20' und den zugehörigen Zellenelementen A ist entsprechend ausgebildet,

Das Einsteckrohr 1 ist bei den beiden Ausführungsformen an den nicht dargestellten, freien Enden abgeschlossen, so daß der Zulauf des Elektrolyten nur über die als Düsen wirkenden Bohrungen 3 in ά·?η Ringraum und von dort über die Rohranschlüsse 4 in die jeweiligen Zellenelemente A bzw. B erfolgt. Bei Verstopfung einzelner Bohrungen 3 in dem Einsteckrohr 1 wird die Versorgung für die zugehörigen Zellenelemente über die anderen

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- 9 Bohrungen 3 und den Ringraum sichergestellt.

Durch die Verbindung dar einzelnen Rohranschlüsse untereinander über den Ringraum 5 wird eins gleichmäßigere Versorgung der zugehörigen Zellenelemente erzielt, und zwar selbst dann, wenn einzelne Bohrungen 3 in den Einsteckrohr 1 verstopft oder die Durchmesser der Bohrungen 3 in dem Einsteckrohr aus Herstellungsgründen unterschiedlich sind.

Das Einsteckrohr 1 kann in einfacher Weise aus dem Zulaufrohr zum Reinigen herausgezogen und/oder gegen ein anderes Einsteck rohr ausgewechselt v?erden, dessen Bohrungen 3 zur Anpassung an eine andere Zulaufgeschwindigkeit einen anderen Durchmesser aufweist. Uni das Herauszieher, des häufig sehr langen Einsteckrohrs entsprechend der L^?inge des Zellenblocks zu erleichtern, kann dieses flexibel ausgebildet sein und gegebenenfalls zur Lagerung auf eine geeignete Trommel aufgewickelt werden.

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Claims

HOOKER CHEMICALS & PLASTICS CORP.
Niagara Palls, N.Y., V.St.A.

¹¹ Elektrolyt-Verteilvorrichtung für filterpressenartig angeordnete Elektrolysezellen "

Patentansprüche

1. Elektrolyt-Verteilvorrichtung für filterpressenartig angeordnete Elektrolysezellen mit mindestens einem gemeinsamen Zulaufrohr mit Rohranschlüssen für die einzelnen Elektrodenkammern, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Zulaufrohr (2) zumindest im Bereich der Rohranschlüsse (4) ein durchgehendes Einsteckrohr (1) vorgesehen ist, das
einseitig geschlossen und am anderen Ende mit dem Zulaufrohr

(2) verbunden ist und radiale Bohrungen (3) aufweist, und daß das Zulaufrohr (2) und das Einsteckrohr (1) so bemessen sind, daß zwischen diesen ein Ringraum (5) verbleibt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen (3) den Rohranschlüssen (4) gegenüberliegen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zulaufrohr (2) und/oder das Einsteckrohr (1)
kreisförmige Querschnitte aufweisen.

*U Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge-

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kennzeichnet, daß das Zulaufrohr (2) und das Einsteckrohr (1) zueinander koaxial sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Bohrungen (3) kleiner ist als der der Rohranschlüsse (4).

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Durchmessers der Rohranschlüsse (4) zu dem der Bohrungen (3) etwa 15 ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Einsteckrohr (1) aus dem Zulaufrohr (2) herausziehbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Einsteckrohr (1) flexibel ausgebildet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Einsteckrohr (1) auf eine Trommel aufwickelbar ist.

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