DE2845832A1

DE2845832A1 - Vorrichtung zur diaphragma-elektrolyse

Info

Publication number: DE2845832A1
Application number: DE19782845832
Authority: DE
Inventors: Spaeter Genannt Werden Wird
Original assignee: Kureha Corp
Current assignee: Kureha Corp
Priority date: 1977-10-21
Filing date: 1978-10-20
Publication date: 1979-04-26
Also published as: JPS5639397B2; FR2406674A1; JPS5460278A; GB2009237A; FR2406674B1; US4211628A; GB2009237B; CA1123376A

Description

Vorrichtung zur Diaphragma-Elektrolyse

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Durchführung von Elektrolysen mittels eines Diaphragmas oder einer Membran.

Zur Elektrolyse wässriger Lösungen von Stoffen, wie Kochsalz, sind Verfahren bekannt mit und ohne Diaphragma sowie das sogenannte Amalgam-Verfahren. Als Trennwand oder Diaphragma für das zweite der genannten Verfahren wurden letzthin Ionen austauschende Membranen bevorzugt, zusätzlich zu porösen Membranen oder Diaphragmen, wie es an und für sich dem Fachmann geläufig ist. Wenn auch manchmal ein Unterschied zwischen dem elektrolytischen Diaphragma-Verfahren und demjenigen mittels Ionen tauschender Membran gemacht wird , so bezieht sich doch die vorliegende Erfindung auf beide Arten der Elektrolyse.

Zur Erzielung eines besseren Energiewirkungsgrades beim Diaphragma-Verfahren müssen die Arten der Membranen, der Aufbau und die Anordnung des elektrischen Bades sowie das Material und der Aufbau der Elektroden sorgfältig ausgewählt werden.

Es wurden bereits zahlreiche Vorschläge gemacht, hinsichtlich des Aufbaus und der Anordnung der einzelnen Elektroden. Diese Vorschläge betrafen jedoch meistens entweder die anodenseitige oder die kathodenseitige Elektrode, während sich die Erfindung auf eine Verbesserung der Gesamtanordnung sowohl der Anode als auch der Kathode bezieht.

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Zur Verbesserung des Energiewirkungsgrades ist es notwendig, die zur Elektrolyse erforderliche Spannung zu verringern. Zu diesem Zweck muß der Abstand zwischen den Elektroden so gering wie möglich gehalten werden, während die sich entwickelnden Gase so schnell wie möglich von der zugehörigen Elektrode abgeführt werden müssen, so daß die gesamte zur Verfügung stehende Elektrodenfläche möglichst wirkungsvoll ausgenutzt wird . Mit den zur Zeit erhältlichen Elektroden kann diese Forderung in der Praxis jedoch nicht erfüllt werden.

So wurde als Kathode bisher vorzugsweise ein ebenes Drahtnetz oder eine perforierte Platte aus weichem Stahl verwendet. Beispielsweise werden für fast alle erhältlichen Elektrolyt-Vorrichtungen, die mit Trennwänden aus Asbest zur Ablagerung arbeiten, teilweise aufgerollte Drahtnetze mit einem Durchmesser von 23 mm oder einer Maschenweite von 6 (6 mesh) pro Einheit verwendet. Dabei ist festzustellen, daß die Planparallelität des Drahtnetzmaterials insgesamt erheblich schlechter als erwünscht ist, so daß die daraus gebildete Elektrode eine Rauhigkeit von plus/minus 2 mm bezüglich der idealen Ebene aufweist, wodurch erhebliche Schwierigkeiten bei einer Verringerung des Abstandes zwischen den Elektroden auftritt, die in einer erheblichen Unebenheit besteht und einen großen Nachteil darstellt. Versucht man nun den Abstand zwischen den Elektroden unter das üblicherweise zulässige Minimum zu drücken, trotz der oben erwähnten Unebenheit und Schwierigkeit, so treten unvermeidlich örtliche Kontakte zwischen der Anode,der Membran und der Kathode an den Stellen der geringsten Elektrodenabstände auf, wodurch die Membran nachteiligen mechanischen Vibrationen und Oszillationen unterworfen wird, die ein Erschlaffen bewirken.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte kompakte Anordnung zur Elektrolyse zu schaffen, mit einem

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besseren Stromwirkungsgrad und einer niedrigeren Spannung, so daß die oben genannten Nachteile vermieden werden. Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Erfindungsgemäß verwendet die Vorrichtung zur Elektrolyse also zwei als Anode und als Kathode wirkende Elektrodengruppen, die beiderseits einer porösen Trennmembran angeordnet sind, wobei jede der Gruppen aus einer Anzahl im gleichen Abstand voneinander und parallel zueinander angeordneter Stabelektrode besteht, die vorzugsweise Rundstäbe sind. Die beiden Elektrodengruppen stehen sich dabei gegenüber. Die anodenseitigen und kathodenseitigen Stabelektroden können insgesamt eine Zick-Zack-Anordnung einnehmen.

Erfindungsgemäß sind die Stabelektroden entweder vertikal oder horizontal angeordnet und der Abstand zwischen der Anode und der Kathode kann kleiner sein als die Wanddicke der Trennmembran. Die Trennmembran kann vorteilhafterweise aus einer Ionen tauschenden Membran bestehen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, in der bevorzugte Ausfühfungsbeispiele dargestellt sind. Es zeigen:

Figuren

1 und 2 perspektivische Ansichten zweier verschiedener Elektrodenanordnungen gemäß der Erfindung;

Figuren

3 und 4 teilweise aufgeschnittene und vergrößerte

schematische Endansichten zweier verschiedener Elektrodengruppenanordnungen, deren jede eine

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Parallelanordnung runder Elektrodenstäbe aufweist;

Figur 5 ein Diagramm zur Darstellung des Verhältnisses der scheinbaren Abstände zwischen den Elektroden und der effektiven Abstände zwischen den Elektroden/ gemäß den beiden in den Figuren 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispielen;

Figur 6 (I)

und (II) teilweise aufgeschnittene schematische Endansichten zweier verschiedener Stabelektrodenanordnungen beiderseitig einer feinporigen Trennmembran und im Abstand von ihr und

Figur 7 (I)

und (II) zwei verschiedene teilweise aufgeschnittene

Endansichten einer herkömmlichen und einer neuartigen Stabelektrodenanordnung.

Bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel bestehen die Elektroden aus einer Anzahl von Stäben, vorzugsweise Rundstäben 1, die horizontal und parallel zueinander mit gleichen Abständen voneinander angeordnet sind. Die Stäbe 1 werden in ihrer Stellung durch hinter ihnen angeordnete, senkrecht verlaufende Versteifungen oder Stützen, vorzugsweise rechtwinklige Stangen 2, gehalten. Die Befestigung kann z.B. mittels Elektroschweißens und vorzugsweise Punkt- oder Widerstandsschweißung erfolgen, wodurdieine vorzügliche mechanische Verbindung als auch eine elektrische Verbindung erzielt wird. Die Elektrolyse findet an der Oberfläche der Stabelektroden statt. Ein senkrecht verlaufender Leiter 3 dient zur Zufuhr

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des elektrischen Stromes und ist an der Rückseite der Elektroden angeschweißt, obgleich dies in Figur 1 nicht ausdrücklich dargestellt ist.

Bei dem in Figur 2 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Stabelektroden 1a senkrecht angeordnet und vorteilhafterweise im Abstand voneinander, wie beim ersten Ausführungsbeispiel. Mit 2a sind horizontal verlaufende Versteifungen oder Stützen bezeichnet. Der Leiter 3a verläuft senkrecht und ist mit den Stützen verschweißt. Bei diesem Ausführungsbeispiel muß ein übermäßiges Behindern des aufsteigenden Gases verhindert werden, das während der Elektrolyse im Bad entsteht, wenn die Elektrodenanordnung wie üblich eingetaucht ist. Deshalb ist es vorteilhaft, die Breite der Versteifungen oder Stützen 2a bis zu einem höchst zulässigen Minimum zu verringern.

Bei einem anderen nicht dargestellten Ausführungsbeispiel können die Stabelektroden parallel zueinander und geneigt angeordnet sein, wobei die Stützen und der Leiter in einer entsprechenden angepaßten Weise befestigt sind.

Die oben beschriebene neuartige Anordnung von Stabelektroden ermöglicht eine erheblich bessere Planizität als dies bei den herkömmlichen Elektroden, wie Drahtnetzen, perforierten Metallplatten oder ausgedehnten Metallelektroden, der Fall war.

Der Durchmesser des Elektrodenstabes liegt vorzugsweise zwischen 3-6 mm, da er eine Mindestfestigkeit zum Aufrechterhalten der Planizität der gesamten Anordnung aufweisen muß. In ähnlicher Weise werden die Größe und die Anzahl der stabförmigen Stützen , die die Elektrodenstäbe halten, unter Be-

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rücksichtigung der genannten Planizität und der Einfachkeit der Herstellung ausgewählt. Beispielsweise enthält eine derartige Elektrodenanordnung/ die 5 mm dicke Weicheisenstäbe aufweist, Stützen mit den Abmessungen 5 mm χ 12 mm in einem gegenseitigen Abstand von 1 00 mm. In diesem Fall wird eine Planizität erreicht mit Werten von _+ 0,5 mm. Hingegen kann bei Verwendung der gleichen Stabstützen und eines 2,3 mm dicken Drahtnetzes mit einer Maschenweite von 6 (6 mesh)' nur eine Planizität von _+ 2 mm erzielt werden.

Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem schematisch und teilweise sowohl die Anode als auch die Kathode in einem elektrolytischen Bad dargestellt sind. Bei dieser Anordnung sind die beiden Reihen stabförmiger Elektroden 1 und 1' waagrecht angeordnet, wie es in Figur 1 dargestellt ist, wobei sich entsprechende Elektrodenpaare horizontal gegenüberstehen. Dabei sei angenommen, daß auf der linken Seite die Anode ist und auf der rechten Seite die Kathode. Zwischen den beiden Elektrodenreihen 1 und 1' ist eine der Trennung dienende mit feinen Poren versehene Membran angeordnet, die nicht dargestellt ist. Aufgrund der symmetrischen Anordnung der beiden Reihen von Stabelektroden kann auch die linke Reihe als Kathode eingesetzt werden und die rechte Reihe als Anode, falls es erforderlich ist.

Bei dem in Figur 4 dargestellten weiteren Ausführungsbeispiel besteht ein Unterschied dahingehend, daß die links angeordneten Elektroden 1 bezüglich der rechts angeordneten Elektroden 1' zick-zackförmig verlaufen. Dabei sei angenommen, daß die linken Elektroden 1 Anoden sind und die rechten Elektroden Kathoden sind, obwohl dies auch vertauscht sein kann. Eine feinporige Trennmembran ist zwischen den Elektroden angeordnet, obwohl sie nicht dargestellt ist.

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Bei beiden vorhergehenden Elektrodenanordnungen kann der Abstand zwischen den einzelnen Elektroden einer Reihe 1 oder 1' ungefähr 10 cm betragen, wobei angenommen ist, daß der Durchmesser der Elektroden ungefähr 5 mm beträgt. Es ist leicht einzusehen, daß die eine Elektrodenreihe in unmittelbarer Nähe der anderen Elektrodenreihe angeordnet werden kann, ohne daß die Gefahr eines Kontaktes zwischen ihnen besteht.

Bei diesen beiden Elektrodenanordnungen gemäß Figuren 3 und 4 sind mit A und B imaginäre tangentielle Ebenen an die beiden Elektrodenreihen 1 und 1' bezeichnet, während der Arbeitsabstand oder scheinbare Abstand zwischen den Elektroden und damit zwischen den imaginären Ebenen A und B mit X bezeichnet ist. Andererseits ist in den Figuren 3 und 4 der tatsächliche Abstand zwischen den gegenüberliegenden Elektroden mitd und d' bezeichnet, gemäß den Mittenlinien C,-C,, in Figur 3 und Co^-C. oder C^-Cg in Figur 4 zwischen jeweils zwei sich genau gegenüberliegenden und schräg gegenüberliegenden Elektrodenoberflachen.

Für Figur 3 und die darin dargestellte Elektrodenanordnung ist das vorteilhafte Dimensionsverhältnis zwischen d und X durch die Kurve P in Figur 5 dargestellt, während das bevorzugte Dimensionsverhältnis zwischen d und .X für die in Figur 4 gezeigte Elektrodenanordnung durch die Kurve Q in Figur 5 dargestellt ist.

Aus obigen wird klar, daß der scheinbare Elektrodenabstand X für die Elektrodenanordnung nach Figur 3 genau der gleiche wie der tatsächliche Abstand d sich gegenüberliegender Elektroden ist. Für das in Figur 4 dargestellte Ausführungsbeispiel ist jedoch der effektive Elektrodenabstand d¹ immer größer als der scheinbare Abstand X. Unter der Annahme, daß

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der tatsächliche Abstand d oder d¹ 4 mm beträgt, ist gemäß der Elektrodenanordnung nach Figur 3 der scheinbare Abstand X 4 mm, wie Figur 4 zeigt. Unter der gleichen Annahme ist der entsprechende scheinbare Abstand d¹ im Falle der Elektrodenanordnung nach Figur 4 2,5 mm wie auch aus Figur 5 deutlich wird.

Bei Verwendung von Drahtnetzen oder anderen herkömmlichen Elektroden und unter der Annahme, daß die Restwelligkeit der Elektrodenebene _+ 2 mm beträgt, wie oben erwähnt und bei einem Abstand sich gegenüberliegender Elektroden von 4 mm erhält man stellenweise einen minimalen tatsächlichen gegenseitigen Elektrodenabstand von 0 mm, woraus folgt, daß sich gegenüberstehende Elektroden teilweise berühren. Im Falle der erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung kann jedoch die Restwelligkeit der Elektrodenebene ohne weiteres innerhalb von 0,5 mm gehalten werden, so daß der tatsächliche Abstand sich gegenüberliegender Elektroden 3 mm beträgt, was für die praktische Anwendung in der Elektrolyse -ausreichend ist, wobei gelegentlich dieser Wert noch ohne weiteres verkleinert werden kann.

Bei der versetzten Elektrodenanordnung nach Figur 4 und unter der Annahme, daß der scheinbare Abstand sich gegenüberliegender Elektroden 2,5 mm beträgt, kann der tatsächliche Elektrodenabstand d¹ auf 4 mm gehalten werden, wie Figur 5 deutlich zeigt. Selbst wenn der scheinbare Elektrodenabstand einen negativen Wert, wie z.B. - 1,5 mm annimmt, kann der tatsächliche Elektrodenabstand auf einen Wert von 1,2 mm gehalten werden. In diesem Fall und unter Einhaltung einer Planizität der Elektrodenanordnung von J^ 0,5 mm, wie oben erwähnt, besteht keine Gefahr einer Berührung der anodenseitigen und kathodenseitigen Stabelektroden 1 und 1' (Figur 4), so daß der Elektrodenabstand auf einen erstaunlich kleinen Wert gebracht werden kann, im Ver-

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gleich zu den herkömmlichen Drahtgeweben oder ähnlichen
Elektroden. Der kleinere tatsächliche Elektrodenabstand
steht nun in direkter Beziehung zu einer dadurch erzielbaren Verringerung der Elektrolysespannung , während der
verringerte scheinbare Elektrodenabstand eine entsprechende wirtschaftlichere Ausnutzung des für die Elektrolyse erforderlichen RAumes ermöglicht.

Die in Figur 3 gezeigte Elektrodenanordnung weist den Vorteil einer höchst_möglichen Planizität der imaginären Elektrodenebene auf, sowie einen erheblich verringerten Interelektrodenabstand und zwar sowohl im scheinbaren auch als im tatsächlichen Sinn. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die während der Elektrolyse entstehenden Gase aus dem Bad
ohne Schwierigkeiten nach oben steigen in die entsprechende Gasaufnahmekammer oberhalb des Flüssigkeitsspiegeis und innerhalb der Elektrolysevorrichtung. Es wurde jedoch bei der in Figur 3 dargestellten Anordnung festgestellt, daß der elektrolytische Widerstand relativ gering ist, wenn der Abstand sich gegenüberliegender Elektroden in der Größenordnung von 1 mm liegt, während die Stromdichte und auch die Gasentwicklung groß sind, wobei der elektrolytische Widerstand
plötzlich groß wird, wenn der Abstand sich gegenüberliegender Elektroden auf 2 mm oder weniger festgelegt wird.

Wird jedoch die in Figur 4 gezeigte versetzte Elektrodenanordnung gewählt,so nimmt der elektrolytische Widerstand weiter ab urüzwar sogar dann, wenn der scheinbare Abstand sich gegenüberliegender Elektroden einen negativen Wert annimmt. Der
Grund dafür wird in der folgenden Erklärung im Zusammenhang mit Figur 6 gegeben.

In Figur 6 I ist ein Schnitt durch eine feinporige Trennmembran dargestellt, mit einer schematischen Anode 1 und einer

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Kathode 1¹ , die nur teilweise dargestellt sind und z.B. der Anordnung nach Figur 4 entsprechen können. Anode und Kathode sind demzufolge parallel zur Membran und einander gegenüberliegend mit gleichen Abständen ven der Membran angeordnet.

Die am dichtesten beieinander liegenden Arbeitspunkte dieser Rundelektroden 1 und 1' sind mit F und F¹ bezeichnet und liegen auf der Geraden, die die Mitten E und E¹ dieser Elektroden verbindet. Während der Elektrolyse ist der Stromdurchgang an diesen Stellen F und F¹ am konzentriertesten, ebenso wie die sich entwickelten Gase hauptsächlich an diesen sich gegenüberliegenden Elektrodenteile entstehen. Mit G und G¹ sind diejenigen Stellen an den sich gegenüberliegende-Elektroden bezeichnet, die am nächsten zur Trennmembran liegegen. Beim hier gezeigten Ausführungsbeispiel fallen nun diese Stellen oder Grate F und F¹ mit den Stellen oder Graten G und G¹ zusammen. Nimmt nun der Abstand zwischen den Elektroden allmählich ab, so rücken die Grate F und F' entsprechend näher zur Membran 4, bis sie bei weiterer Abnahme des Elektrodenabstandes die Membran 4 berühren. Bevor dieser Kontakt jedoch eintritt, wird eine große GAsmenge in unmittelbarer Nähe der Membran erzeugt, wodurch diese gegen die gegenüberliegende Elektrodenreihe aufgrund des Gasdrucks gepreßt wird, während sie gleichzeitig den Elektrolyten zwischen der Membran und der das Gas erzeugenden Elektrodenreihe verdrängt, so daß die Elektrodenspannung absinkt. Dieses auftretende Phänomen ist äußerst nachteilig für die Elektrolyse.

Mit der versetzten Elektrodenanordnung gemäß Figur 4 und Figur 6 II liegen die oben erwähnten Grate F und F¹ auf der gemeinsamen Mittenlinie E und E¹ und etwas seitlich von den Graten G und G' auf den gegenüberliegenden Seiten der Membran 4, so daß die Grate F und F¹ nicht in Kontakt mit der Membran gelangen können, selbst wenn die Grate G und G¹ die Membran be-

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rühren. Andererseits ist leicht einzusehen, daß der elektrische Widerstand der Membran 4, die meistens eine Ionen tauschende Membran sein wird, ungefähr 10-mal so groß ist wie derjenige des elekticLytischen Bades, woraus folgt, daß der elektrische Strom während der Elektrolyse im wesentlichen senkrecht durch die Membranwand fließen wird, da der Strom auf dem Weg von einer Elektrode zur versetzt angeordneten gegenüberliegenden Elektrode 1 und 1¹ den Weg geringsten Widerstandes nehmen wird, wie er durch die gestrichelt dargestellte Linie E-H-H'-E¹ in Figur 6 II bezeichnet ist. Die Schnittpunkte J und J' dieses Stroraverlaufs mit den Außenflächen der entsprechenden Elektroden 1 und 1' befinden sich im Abstand von den Stellen oder Graten F und F', verglichen mit den anderen Graten G und G¹, und damit im Abstand von den entsprechenden Membranflächen. Des weiteren sei festgestellt, daß die Abstände F-J und G-J mit abnehmendem Abstand zwischen der Membran und der Elektrodenanordnung zunehmen. Das bedeutet, daß selbst wenn beide Elektrodengruppen die entsprechenden Membranflächen berühren, diejenigen Punkte, an denen die stärkste Gasentwicklung auftritt, keine Berührung mit der Membran aufweisen, so daß die neu entstehenden Gase ohne weiteres aufsteigen können von ihren Entstehungsstellen, die einen bestimmten Abstand schräg und seitlich von den Berührungsstellen der Elektroden mit der Membran besitzen. Auf diese Weise kann die sonst auftretende Zunahme des elektrolytischen Widerstandes wirksam vermieden werden, so daß ein größerer Arbeitswirkungsgrad aufgrund der Elektrodenabstände erzielt wird.

Figur 7 I zeigt schematisch und teilweise eine herkömmliche Elektrodenanordnung mit den Reihen 5 und 6 sowie eine feinporige Trennmembran, die ebenfalls mit dem Bezugszeichen 4 versehen ist. Mit dieser Anordnung wurde experimentell festgestellt, daß die Membran 4 während der Elektrolyse aufgrund häufig auftretender Vibrationen und Schwingungen erschlafft.

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Allgemein ausgedrückt wird die Membran mit einem Druck beaufschlagt, der auf einer Seite stärker ist als auf der anderen, so daß sie in ständigem Druckkontakt mit einer Elektrodenreihe steht.

Im Gegensatz dazu ist bei der erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung, wie sie beispielsweise in Figur 4 und teilweise und schematisch in Figur 7 II dargestellt ist, der scheinbare Elektrodenabstand zwischen zwei versetzt zueinander und gegenüber angeordneten Elektroden , die als Anode und Kathode wirken, auf einen Wert reduziert, der kleiner als die Membrandicke ist. Dadurch kann die Membran von beiden Seiten mit Druck beaufschlagt werden und durch die versetzt angeordneten Elektroden auf beiden Seiten in Druckkontakt mit diesen gehalten werden. Dadurch werden die sonst möglichen Vibrationen und Schwingungen der Membran während der Elektrolyse wirksam verhindert.

Im folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer ausführlicher Beispiele noch näher erläutert.

Beispiel 1

Es wurden zwei Elektrodenanordnungen als Anode und als Kathode verwendet, die im wesentlichen denjenigen von Figuren 1 und 4 entsprechen . Die Gesamtbreite jeder- Elektrodenanordnung betrug 100 mm bei einer Höhe von 1000 mm. Die Elektrodenanordnungen wurden auf dem Boden eines Elektrolytgefässes gesetzt, das aus Acrylharz bestand und nicht dargestellt ist, wobei eine feinporige Trennmembran zwischen die beiden Elektrodenanordnungen eingesetzt wurde. Sowohl hinter der Anodenanordnung als auch hinter der Kathodenanordnung wurde ein Flüssigkeitsraum von 50 mm vorgesehen, die als Anodenkammer bzw. Kathodenkammer dienten. Am Boden sowohl der Anoden- als auch der Kathodenkammern wurden je ein Zulauf für Salzwasser und für Frischwasser vorgesehen. Oberhalb einer jeden Kammer wurde eine

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Flüssigkeits-Gas-Trennkammer vorgesehen, mit einer Breite von 100 mm, einer Höhe von 100mm und einer Tiefe von 30 mm. Die Trennkammern waren mit Abfuhrleitungen für Chlorgas, verdünnte Salzlösung, gasförmigem Wasserstoff und Ätznatron versehen.

Die anodenseiten Stabelektroden bestanden aus Titan, das mit einer aktiven Schicht aus PdO oder einem seiner Derivate beschichtet waren. Als kathodenseitige Stabelektroden wurden solche aus Flußstahl eingesetzt. Einzelheiten über die Abmessungen und die Elektrodenanordnungen sind in Tabelle 1 zusammengestellt.

Als Membranmaterial wurde "NAFION 324" verwendet, wie es von der Firma E.I. DuPont hergestellt wird. Zur Vorbehandlung wurde die Membran in eine wässrige 50-vol.% Lösung bei 6O⁰C drei Stunden lang eingetaucht, bevor sie in das Elektrolysebad eingesetzt wurde. Der Wasserstoff-Gasdruck am Auslaß wurde mit 200 mm Aq. höher gehalten als der Chlorgas-Druck am Auslaß um dergestalt die Membran gegen die anodenseitigen Stabelektroden zu pressen, so daß sie durch sie festgehalten wird und keine Vibrationen und Schwingungen der Elektroden auftreten können.

Hinter der Kathodenkammer wurde eine mit Dampf betriebene Heizleitung vorgesehen um das elektrolytische Bad auf 80*C _+ 2°C zu halten. Der Anodenkammer wurde Salzwasser mit einer Rate von 50 cm /min zugeführt, während der Kathodenkammer Frischwasser mit einer Rate von 16 cm /min zugeführt wurde. Die elektrolytischen Bedingungen im Elektrolysegefäß stabilisierten sich und wurden 24 Stunden nach Einsetzen der Elektrolyse konstant. Einzelheiten der Elektrolyse und der dabei herrschenden Bedingungen sind in Tabelle 2 zusammengestellt.

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Die elektrolytische Spannung in einem Vergleichstest betrug 3,9 Volt, während mit dem oben beschriebenen Beispiel diese auf 3,3 Volt mit besserer Ausbeute reduziert werden konnte.

Beispiel 2

Es wurde die gleiche Elektrodenanordnung wie im vorhergehenden Beispiel 1 verwendet, mit der Ausnahme, daß der scheinbare
Elektrodenabstand Null betrug. Die "NAFION"-Membran wurde
zwischen den anodenseitigen und kathodenseitigen Elektrodengruppen eingeklemmt, so daß die Membran durch die versetzte Anordnung der einzelnen stabförmigen Elektroden festgehalten wurde. Dadurch konnte eine kontinuierliche Elektrolyse
durchgeführt werden, ohne nachteilige Schwingungen und
Vibrationen der Membran. Aufgrund des weiter reduzierten
Elektrodenabstandes konnte die elektrolytische Spannung auf 3,2 Volt verringert werden.

Vergleichstest

Es wurden zwei herkömmliche Elektrodenanordnungen als Anode und Kathode verwendet, wie es in Tabelle 3 aufgeführt ist.
Die Gesamtabmessungen des elektrolytischen Gefäßes und die
Größen der Trennkammern waren die gleichen wie oben beschrieben. Die Betriebsbedingungen entsprachen denjenigen
des Beispiels 1. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 zusammengestellt.

Tabelle 1

Elektrodenabmessungen und -Zusammenstellungen
(Beispiele 1 und 2)

Beispiel Scheinbarer Anodenform Kathodenform Anordnung Elektrodenabstand

4,0 mm

Durchmesser	wie	versetzte
50 mm, Rund	links	Anordnung
stäbe, senk		der ano
rechte ,		denseitigen
parallele An		und
ordnung , 10		kathoden
mm Zwischen		seitigen
raum		Stabelek
		troden
wie Beispiel
1	dito	dito

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Tabelle 2

Konzentration des zugeführten Salzwassers

pH Wert des obigen Konzentration der abgeführten verdünnten Salzlösung Konzentration des gebildeten Ätznatrons

Stromwirkungsgrad aufgrund des gebildeten Ätznatrons Temperatur des Elektrolyten Ampere

Stromdichte

elektrolytische Spannung

Beispiel 1 Beispiel 2

g, NaCL/1 310 g,NaCl/l 1.5

g, NaCl/1 180 g, NaCl/1

20.0 Gew.%

- 82 %

_+ 2°C

A/dm²

3,3 Volt

20.0 Gew.%

80 - 82 %

80 +_ 2°C

300

20 A/dm²

3,2 Volt

Tabelle 3

Gestalt und Anordnung der Stabelektroden (Vergleichstest)

Vergleichstest Scheinbarer

Elektrodenabstand in mm

Gestalt und Material der Anode

Gestalt Relative und Ma- Anordnung terial der von Anode Kathode und Kathode

No. 1

4.0

ausgedehnte Metallelektrode mit einer Dicke von 1,6mm

Drahtnetz, genau bestehend gegenüber aus 2,3 mm dicken Drähten und einer Maschenweite

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Tabelle 4

Ergebnisse der Elektrolyse (Vergleichstest)

Konzentration des zugeführten Salzwassers pH des zugeführten Salzwassers
Konzentration der gebildeten verdünnten Salzlösung

Konzentration des gebildeten Ätznatrons Stromausbeute gemäß dem gebildeten Ätznatron

Elektrolyttemperatur Ampere
Stromdichte
elektrolytische Spannung

310 g, NaCl/1 1.5

180 g, NaCl/1 20.0 Gew.%

80 - 82 % 80 +_ 2°C 300 A 30 A/dm² 3,9 Volt

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Claims

Uwe M. Haft Patentanwalt MifXiniilinnstrasse 15 Ü-SOüO München 22 T&! : (089)294818 Telex: 523514 Telegr.: NOVAPAT H 321 Kureha Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha, Ko. δ, 1-chome, Horidome-cho, Nihonbashi, Chuo-ku, Tokyo, Japan Patentansprüche

1. Vorrichtung zur Durchführung von Elektrolysen, gekennzeichnet durch zwei als Anode und Kathode wirkende Eletrodengruppen, die beiderseits einer feinporigen Trennmembran angeordnet sind und wobei jede Elektrodengruppe eine Anzahl in gleichem Abstand voneinander und parallel zueinander angeordneter Stabelektroden und insbesondere Rundstabelektroden aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beidenGruppen aus Stabelektroden sich gegenüberstehen.

3. Vorrichtung nach Anspruch ), dadurch gekennzeichnet, daß die anodenseitigen und kathodenseitigen Stabelektroden insgesamt versetzt zueinander angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Stabelektroden senkrecht angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Stabelektroden waagrecht angeordnet sind.

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6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der scheinbare Elektrodenabstand zwischen der Anode und der Kathode kleiner ist als die Wanddicke der Trennmembran.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran eine Ionen austauschende Membran ist.

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