DE2821982A1 - Trennwand mit einer membran fuer filterpressenartig angeordnete elektrolysezellen - Google Patents
Trennwand mit einer membran fuer filterpressenartig angeordnete elektrolysezellenInfo
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- C25B9/70—Assemblies comprising two or more cells
- C25B9/73—Assemblies comprising two or more cells of the filter-press type
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Description
u.Z.: M 717
HOOKER CHEMICALS & PLASTICS CORP.
Niagara Falls, N.Y., V.St.A.
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.
35
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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-
L 909847/0419
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 (1)
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. 5f) 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.
u 909847/0419 . _j
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