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Vorrichtung zur elektrolytischen Behandlung von Flüssigkeiten Den
Gegenstand der Erfindung bildet eine Vorrichtung zur elektrolytischen Behandlung
von Flüssigkeiten, insbesondere zur elektrolytischen Reinigung von Wasserstoffsuperoxvdlösungen.
Die Vorrichtung gemäß der Erfindung besteht aus einer Zelle oder mehreren Zellen
mit in bekannter Weise durch Diaphragrnen getrennten Elektrodenräumen, deren äußerer
Elektrodenraum durch die Diaphragmenwand und die Behälterwand gebildet wird, und
ist dadurch gekennzeichnet, daß beide Elektrodenräume die Form verhältnismäßig schmaler
Kanäle besitzen, wobei der innere Elektrodenraum durch Einsatz eines seinen Vertikalschnitt
fast vollständig ausfüllenden Tauchkörpers verengt ist. Das Volumen der beiden Elektrodenräume
kann das gleiche sein. Für manche Zwecke empfiehlt es sich jedoch, das Volumen des
inneren Elektrodenraumes größer als das des äußeren Elektrodenraumes zu wählen oder
umgekehrt. Der Behälter kann einen quadratischen, kreisförmigen oder ovalen Querschnitt
besitzen. Dem Diaphragma wird vorzugsweise die Form eines unten geschlossenen Zylinders
gegeben.
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Die Kathode wird beispielsweise im inneren Elektrodenraum angeordnet.
Der den Elektrodenraum von innen begrenzende Tauchkörper kann hohl ausgebildet sein,
um gleichzeitig als Kühler zu dienen, indem ihm durch ein geeignetes Zuführungsrohr
Kühlflüssigkeit zugespeist und diese durch einen Ablauf abgeführt wird. Die Zelle
ist mit je einer Zuführungsvorrichtung für die im inneren Elektrodenraum und im
äußeren Elektrodenraum zu behandelnde Flüssigkeit und mit entsprechenden Abläufen
ausgestattet. Zwecks Ausübung eines hydrostatischen Druckes auf die im inneren Elektrodenraum
behandelte Flüssigkeit wird ein Diaphragma gewählt, das die Behälterwand in der
Höhenrichtung überragt, und der Ablauf für die den inneren Elektrodenraum erfüllende
Flüssigkeit höher angeordnet als der Ablauf für die den äußeren Elektrodenraum erfüllende
Flüssigkeit. Der ausgeübte Druck entspricht der Niveaudifferenz der Abläufe.
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In Fig. z der Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung
im Vertikalschnitt schematisch dargestellt. Fig. a zeigt die Schaltung mehrerer
Zellen.
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In den aus einem gegen den Elektrolyten widerstandsfähigen Material,
z. B. Ton, hergestellten oder mit einem solchen widerstandsfähigen Belag ausgekleideten
Behälter a ist das Diaphragma b und in dieses der Tauchkörper c, der z. B. aus einem
hohlen Glaskörper besteht, eingesetzt. Das Diaphragma besteht aus dünnem porösem
Material, z. B. aus unglasiertem Porzellan, Ton, Gurocel oder hunstharzgewebe. Diaphragma
und Tauchkörper
werden in ihrer Lage durch Stützplatten d festgehalten.
Die Größenverhältnisse sind so zu wählen, daß zwischen der Diaphragmenwand und der
Behälterwand einerseits und zwischen der Wand des Tauchkörpers und der Diaphragmenwand
andererseits Kanäle entstehen, nämlich der innere Elektrodenraum e und der äußere
Elektrodenraum f. Die Weite der die Elektrodenräume bildenden Kanäle kann z. B.
5 bis 20 mm betragen. Es kann jedoch auch mit weiteren oder engeren Kanälen erfolgreich
geai#beitet «erden. Im inneren Elektrodenraum ist die Elektrode g angeordnet, z.
B. die Kathode in Form von ringförmig angeordneten Graphitstäben, die durch den
Metallring lt (z. B. aus Aluminium) untereinander und mit der Stromquelle leitend
verbunden sind. Im äußeren Elektrodenraum befindet sich die Elektrode i, z. B. die
Anode, die aus Platintantalstreifen bestehen kann.
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Dem Tauchkörper c wird Kühlwasser durch ein fast bis zum Boden reichendes
Rohr h zugeführt. Durch den Ablauf l wird das Kühlwasser abgeführt. Die Zuspeisung
des Elektrolyten zum inneren Elektrodenraum e erfolgt bei o, die des äußeren Elektrolyten
bei p. in ist der Ablauf für den inneren Elektrodenraum, ia für den äußeren Elektrodenraum.
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Der Tauchkörper kann unter Umständen aus einem gegen den Elektrolyten
widerstandsfähigen Metall, z. B. in bekannter Weise aus Zinn oder V 2d Stahl hergestellt
sein und in diesem Fall gleichzeitig als Elektrode dienen.
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Beim Betriebe werden die beiden Elektr odenräume mit den betreffenden
Flüssigkeiten gefüllt. Es hat sich bei der Behandlung empfindlicher Flüssigkeiten
als vorteilhaft erwiesen, diese kontinuierlich, eventuell im Kreislauf durch den
inneren Elektrodenraum hindurchzuführen, wogegen die Flüssigkeit im äußeren Elektrodenraum
nicht bewegt wird, sondern der äußere Elektrolyt ohne Zulauf von außen, nur durch
Diffusion und elektrolytischen Transport ergänzt wird, so daß die Flüssigkeit aus
dem äußeren Elektrodenraum nur ganz langsam abtropft. Sind mehrere Zellen kaskadenförmig
geschaltet, so fließt die Flüssigkeit von innerem zu innerem Elektrodenraum durch
die Abläufe in, während die Flüssigkeit in den äußeren Elektrodenräumen vom Ablauf
n über die Leitrinnen q in den nächsten äußeren Elektrodenraum abtropft oder auch
gesondert abgeleitet wird.
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Die Wirkungsweise der Vorrichtung mag im folgenden an einem Ausführungsbeispiel,
welches die elektrolytische Behandlung von Wasserstoffsuperoxyd betrifft, dargelegt
werden: Es sei angenommen, daß eine Apparatur von sieben Zellen zur Verfügung steht,
von denen fünf Zellen zur kathodischen Reinigung des Wasserstoffsuperoxyds dienen
sollen, während in den letzten beiden Zellen eine anodische Behandlung zum Zwecke
der Stabilisierung der gereinigten Lösungen vorgenommen werden soll. Die einzelnen
Zellen mögen 550 mm hohe und 5o mm weite Diaphragmen aus unglasiertem Porzellan
aufweisen, die Weite der Elektrodenräume soll 5 mm betragen. In den fünf ersten
elektrisch hintereinandergeschalteten Zellen können beim Durchgang eines Stromes
von etwa 8 Amp. bei i io Volt Spannung pro Minute Zoo cm' einer unreinen Wasserstoffsuperoxydlösung
mit einem Gehalt von etwa o,z o/o Schwefelsäure neben geringen Mengen Natrium- und
Ammoniumionen gereinigt werden. Bei Verlassen der fünften Zelle ist die Lösung praktisch
vollkommen säurefrei. In den folgenden beiden Zellen wird die gereinigte Lösung
bei etwa q. Amp. Stromdurchgang und 5o Volt Spannung anodisch behandelt. In diesen
beiden zur anodischen Behandlung dienenden Zellen wird der Kathodenflüssigkeit eine
mit etwa 5°1o Phosphorsäure und 5°1o Natriumpyrophosphat versetzte gereinigte Wasserstoffsuperoxydlösung
zugespeist. - Neben der Zufuhr von Phosphat- und Pyrophosphationen zu der kathodisch
bereits gereinigten Lösung geht in diesen Zellen der Abtransport der Kationen vor
sich. Der Anodenabfluß der fünften Zelle weist einen Säuregehalt von etwa q. bis
5°1o Schwefelsäure auf, welche in dieser Lösung durch die kathodische Behandlung
angereichert ist, neben einer gleichen Wasserstoffsniperoxydkonzentration wie die
Ausgangslösung. Die Spannung der beiden Zellen für die anodische Behandlung wird
planmäßig so reguliert, daß das abfließende Endprodukt schwach sauer, entsprechend
o,o2°/0 Phosphorsäure, reagiert. Verluste an aktivem Sauerstoff treten weder bei
der kathodischen noch bei der anodischen Behandlung auf.