DE957937C - Elektrolysezelle zur Herstellung von Chloraten wie Alkali- oder Erdalkalichloraten - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

AUSGEGEBEN AM 14. FEBRUAE1957

DEUTSCHES PATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 12i GRUPPE 8 INTERNAT. KLASSE C 01 b

K'25500 IVa/i2i

. Edgar Hausmann, Berlin-Frohnau ist als Erfinder genannt worden

Krebs & Co., Berlin-Frohnau

Elektrolysezelle zur Herstellung von Chloraten, wie Alkali- oder Erdalkalichlor at en

Patentiert im Gebiet der Bundesrepublik Deutschland vom 15. April 1955 an

Patentanmeldung bekanntgemacht am. 16. August 1956

Patenterteilung bekanntgemacht am 24. Januar 1957

Bei der Herstellung von Natriumchlor at durch elektrolytische Zersetzung einer Natriumchlorid enthaltenden Lösung muß mehr als die theoretisch erforderliche·elektrische Energie aufgewendet werden. Abgesehen von unerwünschten chemischen Nebenreaktionen wird der Mehrverbrauch hauptsächlich umgesetzt in Joulesche Wärme. Dieser unerwünschte, zusätzliche Energieverbrauch kommt zum Ausdruck in der Höhe der Zellenspannung, die von dem Widerstand, den der elektrische Strom beim Durchfluß durch den Elektrolyt findet, verursacht wird.

Bekanntlich wächst die Zellenspannung mit Abnahme der NaCl-Konzentration im Elektrolyt. Aber auch andere Faktoren beeinflussen sehr wesentlich die Spannung. Je kleiner die Entfernung ist, die der Strom im Elektrolyt von der Kathodenzur Anodenfläche zurückzulegen hat, desto kleiner wird der elektrische Widerstand und damit die Spannung.

Da sich bei dem Elektrolyseprozeß an der Kathodenfläche Wasserstoffgas entwickelt und diese Fläche deshalb mit feinsten Wasserstoffbläschen überzogen ist, die ebenfalls einen Widerstand für den Stromdurchgang bedeuten, ist eine möglichst schnelle Entfernung des Gases noch im- Anfangszustand der Gasblasenbildung wichtig, wenn eine niedrige Zellenspannung erreicht werden soll.
Es ist bekannt, daß die Joulesche Wärmeentwicklung bei Verwendung von Magnetitelektroden hoch ist. Bevorzugt werden dafür allgemein Anoden aus Graphit. Dabei muß aber berücksichtigt werden, daß der Graphitverbrauch mit steigender Bad- ■ temperatur wächst. Deshalb ist es günstig, die sich während des Elektrolyseprozesses entwickelnde Joulesche Wärme in der Zelle selbst abzuführen, wodurch dann eine höhere Stromdichte ermöglicht wird.

In der Großtechnik werden deshalb Chloratzellen verwendet, bei denen die Kühlung des Elektrolyt innerhalb des Zellenkastens durch polarisierte eiserne Kühlschlangen, die manchmal auch als Kathodenflächen benutzt werden, erfolgt.

Eine andere bekannte Ausführung sieht vor, die Graphitänodenflächen mit Wasser zu kühlen.

Bei einem anderen Chlorat-Elektrolysezellenverfahren wird die Wärme erst außerhalb der Zellen durch Kühlung des im Kreislauf geführten Elektrolyts abgeführt.

Bei Verwendung von eisernen Kathodenflächen muß auf einen Korrosionsschutz durch Polarisation großer Wert gelegt werden. Eisenstellen in der Zelle, die nicht im Stromfeld liegen, werden deshalb sehr schnell korrodiert. Normalerweise tritt an eisernen Kathodenflächen eine hohe Reduktion ein, wenn man nicht dem Elektrolyt Chromate zusetzt, die. offenbar die Ausbildung einer geeigneten Schutzschicht auf der Eisenoberfläche bewirken.

Bei Gewinnung des Natriumchlorats durch Auskristallisation war das von der Mutterlauge abgetrennte Material deshalb durch den Chromatzusatz gelb gefärbt. Es wurde daher vorgeschlagen, als Material für die Kathoden Chromnickelstahl zu verwenden, wodurch der Chromatzusatz nicht mehr notwendig ist und ein reinweißes Natriumchlorat erzeugt werden kann. Bei dem heutigen Stand der Zentrifugentechnik ist es jedoch ohne Schwierigkeiten möglich, auch aus chromathaltigen Elektrolyten reinweißes Natriumchlorat durch Konzentration. und Auskristallisation zu gewinnen, wenn das ausgeschiedene Natriumchlorat kontinuierlich abgeschleudert und kontinuierlich mit etwas Wasser ausgewaschen wird, wobei das Chromat vollständig verschwindet.

Besonders schwierig ist auch die Frage der guten Stromzuführung und' Abtrennung der Graphitanoden, die in den bisher bekannten Konstruktionen zum größten Teil Schwierigkeiten verursachen, weil diese Abdichtung durch Stopfbuchsen oder mit Kitt vorgesehen werden mußte oder weil die Stromzuführungen von Anoden- oder Kathodenflächen innerhalb der Zellen liegen,- wodurch sich ebenfalls erhebliche Komplikationen ergeben.

Gegenstand der Erfindung ist eine Zelle aus den Werkstoffen Graphit und Eisen, bei der die bisher aufgetretenen Schwierigkeiten vermieden werden.

Die erfindungsgemäße Elektrolysezelle kennzeichnet sich durch ein von Böden zusammengehaltenes Röhrenbündel aus Eisenröhren, die als Kathoden- und Wärmeaustauschflächen dienen und in denenGraphitanodenstäbe zentrisch angeordnet sind.

Die Elektrolysezelle ist in der Zeichnung im Schnitt dargestellt.

Ein Röhrenbündel, dessen Röhre 1 aus Eisen oder aus einem anderen elektrisch leitenden Material besteht, ist zwischen dem oberen Behälterboden 2 und dem unteren Behälterboden 3 von rundem, quadratischem oder rechteckigem Aufbau in einen Kühlmantel 4 eingeschlossen, der in der von den Pfeilen A dargestellten Richtung von Wasser durchströmt wird. Die Rohre 1 dienen gleichzeitig als Kathoden- und Wärmeaustauschflächen.

Der Kühlmantel 4 der Zelle wird nach oben von einem im Abstand vom Boden 2 aufgestellten Deckel 5 und nach unten von einem im Abstand vom Boden 3 aufgestellten Deckel 6 vervollständigt. Der Deckel 5 weist einen Überzug oder Teilüberzug 7 aus Gummi auf.

Als Anoden, dienen Graphitstäbe 8, die in den Eisenrohren 1 eingemittet sind und von den Abstandsbolzen 9 aus nichtleitendem Material, wie Polytetrafluoräthylen, Polyvinylchlorid usw., eingemittet gehalten werden, so daß ein Kurzschluß durch Anlegen der Anoden an die Kathodenfläche ausgeschlossen ist.

Die Graphitstäbe 8 werden von dem Deckel 5 getragen und werden vorzugsweise unter Verwendung von Kopf schrauben 10 am Deckel 5 befestigt, so daß sich die oberen Stirnenden der Graphitstäbe 8 an die Gummiinnenlage 7 anlegen und auf diese Weise gleichzeitig eine Befestigung, Abdichtung und Stromzuführung erfolgt. Ein Dichtungsring 11 aus Weichgummi oder einem anderen geeigneten Stoff wird außerdem auf das Stirnende jedes Graphitstabes 8 aufgelegt und legt sich dichtend gegen den Innenüberzug 7. Jeder Graphitstab 8 wird mit einer Mutter 12 am Deckel 5 elektrisch leitend verbunden und wird von dieser Mutter 12 dicht an den Eisendeckel 5 gezogen, so daß eine vollkommene Abdichtung gegen den inneren Gasraum erfolgt. Der Deckel 5 ist infolge seines unteren Gummiringes 7 von dem Kühlmantel 4 isoliert. Zur Verbindung des Deckels 5 mit dem Kühlmantel 4 werden Schraubenverbindungen 13 verwendet, die so ausgeführt sind oder aus solchem Stoff bestehen, daß eine gegenseitige Isolierung des Deckels 5 und des Kühlmantels 4 erfolgt.

Der untere Deckel 6 hat dem Eintrittsstutzen 14 für den Elektrolyt gegenüber einen Ablaßstutzen 15, durch den die Elektrolytlösung periodisch oder kon-. tinuierlich abfließen kann, so daß ein leichtes Entfernen des beim Elektrolyseverfahren sich bildenden Graphitschlammes möglich ist.

Die Elektrolytlösung wird über dem oberen 1*5 Rohrboden 2 von einem gummierten Wehr 16 so

hoch angestaut, daß die Flüssigkeit die Elektroden vollständig umspült und eine gute Absorption des sich bildenden Chlors gewährleistet ist. Das Wasserstoffgas wird aus der Trennkammer 17 im

Stutzen 18 abgesaugt, während die Elektrolytlösung die Zelle über den Stutzen 19 verläßt.

Bei Einschaltung des elektrischen Stromes erfolgt in jedem Rohr 1 infolge der entstehenden Wärme und der Wasserstoffentwicklung eine Saug-

to wirkung, so daß der im Eintrittsstutzen 14 des unteren Deckels 6 einströmende Elektrolyt gleich-' mäßig in jedes Rohr 1 eingesaugt wird und somit eine gleichmäßige Verteilung des Elektrolyts erfolgt. Durch die lebhafte Bewegung des im Ring-

querschnitt zwischen Anode und Kathode aufsteigenden Elektrolyts wird die Kathodenfläche sehr wirksam von den Wasserstoffgasbläschen, befreit und dadurch der Durchgang des elektrischen Stromes begünstigt.

Claims (5)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Elektrolysezelle zur Herstellung von ChIorat, z. B. Alkali- oder Erdalkalichlorat, gekennzeichnet durch ein von Böden (2, 3) zusammengehaltenes Röhrenbündel aus Eisenrohren (1), die als Kathoden- und Wärmeaustauschflächen dienen und in denen Graphitanodenstäbe (8) zentrisch angeordnet sind.
2. 2. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb des oberen Rohrbodens (2) ein Deckel (5) angeordnet ist, an dem die Graphitanodenstäbe (8) unter Zwischenlage einer Gummischicht (7) befestigt sind.
3. 3. Zelle nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Graphitanodenstäbe (8) mit Abstandsbolzen (9) aus nichtleitendem Material in den Eisenröhren (1) zentrisch gehalten werden.
4. 4. Zelle nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Rohrboden (3) zusammen mit einem unteren Deckel (6) eine Kammer bildet, die an der einen Seite den Elektrolyteinlauf (14) und auf der gegenüberliegenden Seite den Bodenablaß (15) zum kontinuierlichen oder periodischen Entfernen des Graphitschlammes aufweist. .
5. 5. Zelle nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der von dem Oberboden (2) und dem Deckel (5) eingeschlossene Raum von einem gummierten Wehr (16) begrenzt wird, das den Zugang zur Trennkammer (17) regelt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   © 609 579/492 8. (609 797 2.57)