DE2821982A1

DE2821982A1 - Trennwand mit einer membran fuer filterpressenartig angeordnete elektrolysezellen

Info

Publication number: DE2821982A1
Application number: DE19782821982
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: US4253932A

Description

u.Z.: M 717

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

¹¹ Trennwand mit einer Membran für filterpressenartig angeordnete Elektrolysezellen "

Die Erfindung betrifft eine Trennwand mit einer Membran für filterpressenartig angeordnete Elektrolysezellen,

In derartigen Elektrolysezellen erfolgt z. B. die Chloralkalielektrolyse; darunter versteht man die Gewinnung von Chlor, Wasserstoff und Ätzalkalien aus wäßrigen Lösungen vom Alkalichloriden durch elektrische Energie. Daneben wächst die Bedeutung der 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 Grundchemikalien in sehr großen Mengen hergestellt. Im Falle der Chloralkalielektrolyse werden Anlagen betrieben, in deren einzelnen Stromkreisen bis 1000 Tonnen Chlor pro Tag erzeugt werden. In diesen AnIagen werden Stromstärken bis etwa 500 000 A erzielt, und abhängig von dem benutzten Verfahren werden mehr oder weniger viele Elektrolysezellen zu einem Stromkreis zusammengeschaltet.

Fließt durch eine elektrochemische Zelle mit alkalichloridhaltigem, wäßrigem Elektrolyten, ein elektrischer Gleichstrom,

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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. 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.

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, zwischen flachen Elektroden aufgespannten Trennmembran hergestellt werden. Durch Aneinanderfügen mehrerer derartiger Elektrolysezellen wird ein filterpressenartig aufgebauter Zellenblock erhalten. Derartige Elektrolysezellen sind z. B. aus der DE-DS 1 054 430 und der DE-OS 2 222 o37 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 einzelnen 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. Ein solcher Elektrolyseblock kann von etwa 10 bis beispielsweise 100 Zellenelemente und eine entsprechende Produktionskapazität auf v/eisen.

Als Scheide- oder Trennwände beim Diaphragmen- und beim Membranzellenverfahren werden als Diaphragmen chemisch beständige Gewebe oder Diaphragmen aus Asbestfasern bzw. beispielsweise kationenaktive, folienartige Membranen, verwendet. Diese

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Trennwände werden zwischen den Elektrodenflächen gehaltert. So ist es aus der DE-PS 1 230 771 bekannt, das Diaphragma in eine Nut des einen Zellenrahmens einzulegen und mit einer Keilleiste festzuklemmen, worauf dann eine endlose Dichtungsschnur in die Nut eingelegt wird,die durch den Rahmen der Nachbarelektrode angepreßt wird. Aus der DE-OS 2 551 23k ist es bekannt, eine Membran in einer Elektrolysezelle mit Hilfe einer Dichtung zwischen zwei Rahmenteilen festzuhalten und gleichzeitig abzudichten. In beiden Fällen ist das Auswechseln einer beschädigten Membran außerordentlich zeitraubend, da zum Aufspannen einer Membran auf ein Elektrodenelement dieses aus dem Zellenblock mit Hilfe einer Hebevorrichtung ausgebaut werden muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Handhabung der äußerst dünnen Membran zu erleichtern und die Umrüstzeiten für den gesamten Elektrolysezellenblock zu verkürzen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Membran in einem eigenen Spannrahmen eingespannt ist. Dadurch wird das Auswechseln der empfindlichen Membran wesentlich erleichtert, da die zugehörigen Elektrodenelemente in dem Elektrolysezellenblock verbleiben können. Ferner ist lediglich eine Abdichtung der so eingespannten Membran gegenüber den beiden benachbarten Elektrodenelementen erforderlich. Hierzu kann beispielsweise das Diehtelement gemäß der vom gleichen Anmelder unter der Bezeichnung "Dichtelement für Membranen, insbesondere bei filterpressenartig angeordneten Elektrolysezellen" gleichzeitig eingereichten Patentanmeldung verwendet werden.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Membran in einem sehr leichten und einfach zu handhabenden Rahmen vollkommen plan eingespannt ist. Während

des Zusammenbaus eines Elektrolysezellenblocks werden die in die Rahmen eingespannten Membranen zwischen den Elektroden-

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rahmen aufgestellt und dann mittels Zuganker gemeinsam verspannt. Bei einem späteren Wechsel der Trennwände kann der Zellenblock entspannt v/erden, die zu wechselnden Trennwände mit deren Rahmen herausgezogen vierden und neue, außerhalb vormontierte und vorbereitete Trennwände eingeschoben werden, ohne daß der Zellenblock vollständig demontiert werden muß. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Trennwand besteht ferner darin, daß im Falle von chemisch vorzubehandelnden Membranen odar Diaphragmen diese Behandlung unabhängig von der Montage des Zellenblocks erfolgen kann und die Trennwände vormontiert in einer geeigneten Behandlungsflüssigkeit bis zum Einbau gelagert werden können.

Die erfindungsgei-iäße Trennwand zeichnet sich ferner dadurch aus, daß der Spannrahmen zweiteilig und die Membran zwischen den beiden Rahmenteilen eingespannt ist. In vorteilhafter Weise können die beiden Rahmenteile in an sich bekannter Weise mittels Schrauben miteinander verschraubt werden. Alternativ können die beiden Rahmanteile mit einem Nutprofil bzw. mit einem entsprechenden Federprofil versehen sein, so daß beim Zusammenbau eine kraftschlüssige Klemmverbindung der beiden Rahmenteile mit dazwischenliegender Membran oder dazwischenliegendem Diaphragma erhalten wird.

Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform ist das Rahmenteil mit dem Nutprofil als Metall-Hohlprofil ausgebildet. Um eine Isolation der beiden benachbarten Elektroden gegeneinander zu erzielen, besteht bei der erfindungsgemäßen Trennwand in vorteilhafter Weise mindestens ein Rahmenteil aus elektrisch isolierendem Kunststoff.

Die erfindungsgemäße Trennwand kann sowohl bei monopolarer als auch bei bipolarer Schaltung der Elektroden der Elektrolysezellen eingesetzt werden.
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Die Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf die anliegende

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Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Pig. 1 eine schematische Perspektivdarstellung eines Elektrolysezellenblocks nach dem Filterpressenprinzip und

Fig. 2 bis 4 Teilquerschnittsansichten verschiedener Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Trennwand.

Gemäß Fig. 1 besteht ein Elektrolysezellenblock ζ .B.aus einer Vielzahl hintereinander angeordneter Elektrodenelemente E, wobei zwischen je zwei benachbarten Elektrodenelementen E Jewells eine Trennwand T angeordnet ist. Diese Trennwand T besteht aus einem Diaphragma oder einer Membran 1 und einem Spannrahmen, in dem das Diaphragma bzw. die Membran eingespannt ist.

Der Spannrahmen kann aus zwei Rahmenteilen bestehen, die zum Haltern der Membran 1 miteinander verbunden werden.

Bei der Ausfuhrungsform gemäß der Fig. 2 besteht der Spannrahmen aus zwei Rahmenteilen 2, 3, die mit Hilfe einer Schraube oder eines Bolzens H und einer Mutter H¹ an mehreren Stellen miteinander verschraubt sind. Um eine weitgehend glatte Oberfläche des Spannrahmens gegenüber den Elektrodenelementen zu erhalten, sind die Schrauben 4 und die Mutter V in dem Spannrahmen versenkt angeordnet.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 besteht der Spannrahmen aus zwei Rahmenteilen 6 und 7, die eine Nut 5 bzw. eine in diese im zusammengebauten Zustand kraftschlüssig eingreifende, entsprechende Feder 5' aufweisen,Das Spiel zwischen der Feder und deren Nut 5' in Parallelrichtung zur Membranebene ist so bemessen, daß eine Beschädigung der Membran 1 beim Einbau und beim Betrieb vermieden wird.

Bei der Ausführungsform der Fig. 4 weist das eine Rahmenteil 8 eine vorspringende Nase 10 auf, auf die beim Zusammenbau zunächst die Membran 1 aufgelegt und dann ein vorzugsweise fe-

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derndes Metall-Hohlprofil 9 aufgesteckt wird. Vorzugsweise erweitert sich die Nase 10 nach außen geringfügig, so daß das federnde Ketall-Hohlprofil beim Aufstecken auf die Nase 10 im Bereich der Verengung 11 einrasten kann. Die Ecken der Nase sind in vorteilhafter Weise abgerundet, so daß eine Beschädigung der Membran 1 beim Einspannen und im Betrieb vermieden wird. Entsprechend ist auch das Metall-Kohlprofil 9 etwa an der Eingriffsstelle 9¹ mit der abgerundeten Verengung 11 der Nase 10 ebenfalls abgerundet. 10 Anstelle oder zusätzlich zu der Membran können auch mikroporöse Membranen eingesetzt werden.

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Claims

VOSSIUS - VOSSIUS . HILTl · TAUCHNER · HEUNEMANN PATENTANWALTS SIEBERTSTRASSE4. 8000 MÖNCHEN 8« . PHONE: (O89) CABLE: BENZOLPATENT MÖNCHEN -TELEX 5-29453VOPAT D u.Z.: M 717 (He/ko) J 3, Mai 1973 HOOKER CHEMICALS & PLASTICS CORP. Niagara Falls, N.Y., V.St.A. 11 Trennwand mit einer Membran für filterpressenartig angeordnete Elektrolysezellen " Patentansprüche

1. Trennwand mit einer Membran für filterpressenartig angeordnete Elektrolysezellen, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (1) in einem eigenen Spannrahmen (2__a 3; 6, 7? 8,9)eingespannt ist.

2. Trennwand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannrahmen zweiteilig und die Kembran (1) zwischen den beiden Rahmenteilen {2, 3; 6, 7; 8, 9) eingespannt ist»

3. Trennwand nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Rahmenteile (2., 3) in an sich bekannter Weise mittels Schrauben (²O verschraubt sind.

4. Trennwand nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Rahmenteile (6, 7) mit zusammenwirkenden Nut- bzw.

Federprofil (5 bzw. 5^f) versehen sind. 35

5. Trennwand nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch ge-

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1 kennzeichnet, daß mindestens ein Rahmenteil aus elektrisch iso lierendem Kunststoff besteht.

6» Trennwand nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß 5 mindestens ein Rahmenteil als Metall-Hohlprofil (9) ausgebildet ist.

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