DE4429354A1 - Elektrolysezelle mit Verzehranoden - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektrolysezelle mit Verzehranoden, die mit einer Zuleitung und einer Ableitung für Elektrolyt versehen ist.

Es ist bekannt, bei bestimmten elektrochemischen Verfahren, beispielsweise zur Herstellung von aromatischen Aldehyden durch reduktive Carbonylierung von Aryl- oder Benzylhalogeniden oder zur Herstellung von aromatischen Carbonsäuren durch reduktive Carboxylierung von Aryl- oder Benzylhalogeniden sowie ferner zur Herstellung von aromatischen α-Hydrnxycarbonsäuren durch reduktive Carboxylierung von Aryl-Alkylketonen sogenannte Verzehranoden (Opferanoden) zu verwenden. Weiter sind elektrochemische Verfahren zur Herstellung von Sulfinsäuren, Silanen oder tertiären Phosphinen bekannt, bei denen man ebenfalls Verzehranoden verwendet.

Das bedeutet, daß bei den genannten Verfahren, als ein Teil des elektrochemischen Gesamtprozesses, der Anodenprozeß in der gezielten Auflösung der metallischen Anode besteht. Durch diese Maßnahme erzeugt man einerseits die zur Kompensation der erzeugten anionischen Elektrolyseprodukte benötigten Kationen. Andererseits vermeidet man durch die Verwendung der Verzehranode die anodische Generierung von Protonen, die in den genannten Fällen den gewünschten kathodischen Syntheseprozeß stören würden.

Nach der Europäischen Patentschrift 0 283 796 ist eine Durchfluß- Elektrolysezelle vom Filterpressen-Typ mit kontinuierlich erneuerbaren Verzehranoden aus Metallpartikeln in einem beidseitig als Anode wirksamen Schüttbett bekannt. Bei Elektrolysezellen, die mehrere derartige Anodenelemente aufweisen, können die Elektroden sinnvoll nur monopolar geschaltet sein, andernfalls wäre jeweils die Hälfte der Elektroden falsch polarisiert und würden für den gewünschten Synthesezweck nicht zur Verfügung stehen. Nachteilig ist, daß bei monopolarer Schaltung die Stromzuführung mit separaten Stromanschlüssen bzw. -verteilungen für jede einzelne Anodenkammer zu erfolgen hat, was bei Schüttbett-Elektroden technisch aufwendig ist.

Nach der Europäischen Patentschrift 0 219 367 ist eine Durchfluß- Elektrolysezelle für die Herstellung von organischen oder metallorganischen Verbindungen mit einem Elektrodenpaar bekannt. Eine der beiden Elektroden ist eine Verzehranode, die aus einem massiven zylindrischen Metallblock mit einem kegelförmig zugespitzten Ende besteht. Dieser gleitet in dem Maß, wie das Metall verzehrt wird unter der Wirkung seines Eigengewichtes in einem als Kathode geschalteten Hohlkegels von gleichen geometrischen Abmessungen wie der Anodenkegel. Der erwähnte Hohlkegel stellt dabei gleichzeitig einen Teil der äußeren Zellwandung dar. Nachteilig bei dieser Konstruktion ist, daß die Elektrodenfläche nicht unbegrenzt vergrößert werden kann, ohne gleichzeitig das Reaktorvolumen überproportional zu erhöhen. Die Bereitstellung einer größeren Elektrodenfläche erfordert somit die Installation einer größeren Anzahl von Zellen.

Es stellte sich daher die Aufgabe eine für die Verwendung von Verzehranoden geeignete Elektrolysezelle mit einem möglichst hohen Verhältnis von Elektrodenfläche zu Volumen des Elektrolyseraums bereitzustellen.

Die Aufgabe wird durch eine Elektrolysezelle der eingangs genannten Art gelöst, bei der in einem Gehäuse Elektroden durch Abstandshalter, die einen Elektrodenspalt bilden, voneinander getrennt gestapelt sind, der Stapel mit einer Führungsvorrichtung versehen ist, in der die einzelnen Elektroden gleitend angeordnet sind, die einzelnen Elektroden Durchbrüche aufweisen, die bei gestapelten Elektroden einen Kanal zum Zuführen des Elektrolyten in die Elektrodenspalte bilden, wobei ein Ende des Kanals mit der Zuleitung für Elektrolyt verbunden und sein anderes Ende verschlossen ist.

Die Elektroden können aus Verbundelektroden bestehen, bei denen Kathode und Verzehranode jeweils elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Die Verbundelektroden sind gestapelt und durch Abstandshalter voneinander getrennt.

Die Führungsvorrichtung kann den Elektrodenstapel umfassen. Die einzelnen Elektroden können jeweils einen zentralen Durchbruch aufweisen und die Durchbrüche bei gestapelten Elektroden einen zentralen Kanal bilden. In dem Kanal kann als Führungsvorrichtung ein Rohr angeordnet sein, das mit Öffnungen versehen ist, über die der Elektrolyt den Elektrodenspalten zugeführt wird. Die Kathoden können aus Stahl, Edelstahl, Nickel, Blei, Zink, Eisen, Gold, Platin, Kupfer, Zinn, Cadmium, Graphit, glasartigem Kohlenstoff oder einem Verbundstoff aus Metall oder Graphit und Kunststoff bestehen. Die Verzehranoden können aus einem reduzierenden Metall, insbesondere aus Magnesium, Aluminium oder Zink bestehen.

Der wesentliche Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß das Verhältnis von Elektrodenfläche zu Reaktorvolumen trotz des Verzehrs der Anoden erhalten bleibt. Ferner läßt sich die Zelle problemlos den Betriebserfordernissen anpassen.

Im folgenden wir die Erfindung anhand eines Beispiels und mit Bezug auf die Figuren näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 die Elektrolysezelle mit bipolar geschalteten Elektroden und zentral angeordneter Führung, geschnitten und

Fig. 2 die Elektrolysezelle mit monopolar geschalteten Elektroden und am Elektrodenumfang angeordneter Führung, geschnitten.

Im Gehäuse 1 der Elektrolysezelle, das mit einer Zuleitung 2 und einer Ableitung 3 für Elektrolyt versehen ist, sind abwechselnd Kathoden 4 und Verzehranoden 5 angeordnet. Kathoden 4 und Anoden 5 sind durch einen Abstandshalter 6 voneinander getrennt, durch den zwischen den Elektroden 4, 5 der Elektrodenspalt 7 gebildet wird. Der Elektrodenstapel ist mit einer Führungsvorrichtung 8 versehen, in der die einzelnen Elektroden 4, 5 von kreisförmiger, quadratischer oder rechteckiger Gestalt gleitend angeordnet sind. Die einzelnen Elektroden 4, 5 weisen Durchbrüche auf, die bei gestapelten Elektroden einen Kanal 9 zum Zuführen des Elektrolyten in die Elektrodenspalte 7 bilden, wobei ein Ende des Kanals 9 mit der Zuleitung 2 für Elektrolyt verbunden und sein anderes Ende verschlossen ist. Die Führungsvorrichtung 8 kann aus parallel zur Stapelachse angeordenten elektrisch nicht leitenden Führungsprofilen, z. B. Rundstäben, L-, T-o.U.-Schienen bestehen, die fest mit dem Gehäuse verbunden sind. Diese Führungsprofile können den Stapel durchdringen oder umfassen.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 weisen die einzelnen Elektroden 4, 5 jeweils einen zentralen Durchbruch auf, der bei gestapelten Elektroden einen zentralen Kanal 9 bildet, in dem als Führungsvorrichtung 8 und gleichzeitig als Zuleitung 2 ein Rohr 10 angeordnet ist. Das Rohr 10 ist mit Öffnungen 11, z. B. mit parallel zur Achse verlaufenden Schlitzen 11 versehen, über die der Elektrolyt den Elektrodenspalten 7 zugeführt wird.

Der Abstandshalter 6 bestehend aus Kunststoff, weist zweckmäßig Netzstruktur auf, damit der Elektrolyt gleichmäßig in den Elektrodenspalten 7 verteilt wird.

Bei der Ausführung gemäß Fig. 1 kann der Elektrodenstapel 4, 5 mit einer das Rohr 10 umgebenden Dichtmanschette 12 und einem Gewicht 13 versehen sein. Die Dichtmanschette 12 soll den direkten Auslauf des Elektrolyten in das Gehäuse 1 verhindern und das Gewicht 13 die Nachführung der Elektroden 4, 5 unterstützen. Bei monopolarer Schaltung der Elektroden können die Elektroden 4, 5 mit flexiblen Anschlußleitungen 14, 15 versehen sein.

Claims (6)

1. Elektrolysezelle mit Verzehranoden, die mit einer Zuleitung und einer Ableitung für Elektrolyt versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Gehäuse (1) Elektroden (4, 5) durch Abstandshalter (6), die einen Elektrodenspalt (7) bilden, voneinander getrennt gestapelt sind, der Stapel mit einer Führungsvorrichtung (8) versehen ist, in der die einzelnen Elektroden (4, 5) gleitend angeordnet sind, die einzelnen Elektroden (4, 5) Durchbrüche aufweisen, die bei gestapelten Elektroden (4, 5) einen Kanal (9) zum Zuführen des Elektrolyten in die Elektrodenspalte (7) bilden, wobei ein Ende des Kanals (9) mit der Zuleitung (2) für Elektrolyt verbunden und sein anderes Ende verschlossen ist.

2. Elektrolysezelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gehäuse (1) die Elektroden (4, 5) als Verbundelektroden gestapelt sind, die jeweils aus elektrisch leitend miteinander verbundener Kathode (4) und Verzehranode (5) bestehen, wobei die Verbundelektroden durch Abstandshalter (6), die einen Elektrodenspalt (7) bilden, voneinander getrennt gestapelt sind, der Stapel mit einer Führungsvorrichtung (8) versehen ist, in der die einzelnen Elektroden (4, 5) gleitend angeordnet sind, die einzelnen Elektroden (4, 5) Durchbrüche aufweisen, die bei gestapelten Elektroden (4, 5) einen Kanal (9) zum Zuführen des Elektrolyten in die Elektrodenspalte (7) bilden, wobei ein Ende des Kanals (9) mit der Zuleitung (2) für Elektrolyt verbunden und sein anderes Ende verschlossen ist.

3. Elektrolysezelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsvorrichtung (8) den Elektrodenstapel umfaßt.

4. Elektrolysezelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsvorrichtung (8) den Elektrodenstapel umfaßt und die einzelnen Elektroden (4, 5) jeweils einen zentralen Durchbruch aufweisen und die Durchbrüche gestapelter Elektroden (4, 5) einen zentralen Kanal (9) bilden.

5. Elektrolysezelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einzelne Elektroden (4, 5) jeweils einen zentralen Durchbruch aufweisen und die Durchbrüche bei gestapelten Elektroden (4, 5) einen zentralen Kanal (9) bilden, in dem als Führungsvorrichtung (8) ein Rohr (10) angeordnet ist, das mit Öffnungen (11) versehen ist, über die der Elektrolyt den Elektrodenspalten (7) zugeführt wird.

6. Elektrolysezelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathoden (4) aus Stahl, Edelstahl, Nickel, Blei, Zink, Eisen, Gold, Platin, Kupfer, Zinn, Cadmium, Graphit, glasartigem Kohlenstoff oder einem Verbundstoff aus Metall oder Graphit und Kunststoff bestehen, die Verzehranoden (5) aus einem reduzierenden Metall, insbesondere aus Magnesium, Aluminium oder Zink.