DK143290B - Mulipel elektrolytisk celle til fremstilling af kaustisk soda - Google Patents

Description

(19) DANMARK Κζ*/

|j| (i2) FREMLÆGGELSESSKRIFT (11) U3290 B

DIREKTORATET FOR PATENT- OG VAREMÆRKEVÆSENET

(21) Ansøgning nr. 6515/73 (51) Intel.3 ® 25 B 1/46 (22) Indleveringsdag 3· d.ec, 1973 (24) Løbedag 3· dec. 1973 (41) Aim. tilgængelig 5· jun. 1974 (44) Fremlagt 3· aug. 1 981 (86) International ansøgning nr.

(86) International indleveringsdag (85) Videreførelsesdag -(62) Stamansøgning nr. -

(30) Prioritet 4. dec. 1972, 120718/72, JP

(71) Ansøger KUREHå KAGAKU K0GY0 KABUSHIKI KAISHA, Tokyo, JP.

(72) Opfinder Hiroshi _Shibata, JP: Yasuo _Yamazaki, JP: Yoshikazu

Kokubu, JP: Isao Okazaki, JP.

(74) Fuldmægtig Ingeniørfirmaet Hofman-Bang & Boutard.

(54) Multipel elektrolytisk celle til fremstilling af kaustisk soda.

Opfindelsen angår en multipel elektrolytisk celle til fremstilling af kaustisk soda efter diafragmametoden, hvilken celle er af den i krav l’s indledning angivne art.

_ Til fremstilling af f.eks. kaustisk soda og tilsvarende alkali-

OD

hydroxider kendes allerede multiple elektrolytiske celler med 7) lodrette skillevægge. Fra USA-patentskrifteme nr. 2 742 419 og ^ nr. 2 742 420 kendes således celler med et katoderum, som be- J· står af et stort antal til en enhed forbundne katodeafdelinger, [— som hver er omgivet af en (jemmaske-katode. Skillevæggene eller ^ diafragmaeme er anbragt imellem de tilsvarende anodeplader, som ^ er anbragt tæt ved hinanden inden for en rummelig, tæt beholder 2 143290 og er fastgjort til denne. Fra engelsk patent nr. 1 153 502 kendes desuden en tilsvarende celle, ved hvilken et enkelt, langt katodekammer strækker sig zig-zag-formet gennem mellemrummene imellem talrige anodeplader, som ligeledes befinder sig side om side i en rummelig, tætnet, med anoder forsynet beholder.

Ved disse kendte elektrolyseceller har anodepladerne i almindelighed en forholdsvis stor overflade, som kan være omtrent 70-80 cm høj og kan have en bredde fra omtrent 100-200 cm. Desuden er anoderne og katoderne anbragt i en meget ringe afstand fra hinanden, i størrelsesordenen 1 cm. Ved den størrelse af pladerne har det vist sig meget vanskeligt at opretholde nævnte smalle mellemrum ensartet overalt i cellen. Derfor skal den midterste celle-spænding på et niveau på mere end 4,0 volt. En yderligere ulempe ved kendte celler består i, at beton- eller gummibeklædningen, som med indervæggene af beholderen, som bærer anoderne, er belagt, ikke beskytter beholderen tilstrækkeligt imod en korrosion som følge af den ved anoden opståede chlorgas, således at hyppig reparation af beholderen er nødvendig. Også jemmaske-katoden og diafragmaet skal ofte repareres eller udskiftes, hvorunder det er nødvendigt at demontere alle cellens enkeltdele og påny sammensætte dem efter udskiftning af beskadigede eller opbrugte dele.

Det er overordentlig tids- og arbejdskrævende, hvorhos der opstår en yderligere udgift ved, at pladeafstandene inden for cellen påny skal indstilles.

Opfindelsen har til formål at tilvejebringe en elektrolysecelle, ved hvilken der kan opnås ensartet afstand mellem anoderne og katoderne uden store udgifter, således at cellen kan drives med en cellespænding for den midterste celle på under 4,0 V og ved hvilken en let og hurtig reparation af beskadigede og brugte dele er mulig.

Dette formål opnås ifølge opfindelsen ved, at den indledningsvis angivne multiple elektrolytiske celle er ejendommelig ved det i den kendetegnende del af krav 1 angivne.

Opfindelsens fordel skyldes i det væsentlige,- at hver celleenhed er en i og for sig færdig enhed, ved hvilken katodenettene omfatter anode-plader som et bur, og ved hvilken alle elektrodernes 3 143290 befæstigelse foretages på en og samme del, nemlig tankens bundplade. Derved kan en god, hele tiden reproducerbar justering af elektrodeafstande udføres uden særligt justeringsarbejde, og derved opnås også en enkel og hurtig montage. Hvis katodenettene, som normalt er mest reparationsfølsomme, en gang skal udskiftes, bliver katodeburet blot løst fra bundpladen og erstattet med et nyt bur. Dette kommer derved naturnødvendigt straks i den rigtige stilling i forhold til anodeplademe, der behøver altså ikke at efterjusteres og det er ikke nødvendigt at adskille den samlede elektrolysecelle.

Opfindelsen skal i det følgende nærmere beskrives med henvisning til tegningen, hvorpå fig. 1 er et tværsnitsbillede langs linien A-A af en celleenhed, som er vist i fig. 2, og viser den måde, på hvilken enhedscellen er fastgjort til en stor katodetank, og fig. 2 er et skematisk, brudstykkeagtigt perspektivisk billede af en multipel elektrolytisk celle af typen med lodret skillevæg ifølge en udførelsesform for opfindelsen med katodetanken vist delvis i snit.

i fig. 1 er vist en celleenhed 1, som består af et sæt af to lodrette tltanium-anodeplader 2, som er 2 til 3 mm tykke, elektroplettet med et metal 3, f.eks. platin; en jeramaskekatoderamme 4 beklædt med en asbestskillevæg 3, som er således anbragt, at den omgiver hvert sæt af anodeplader 2 med et fast mellemrum på omkring 6 mm; en hætte 6 fremstillet af et materiale som er modstandsdygtigt overfor korrosion af chlorgas og en opløsning af almindeligt salt og fastgjort til den øverste del af nævnte katoderamme 4; og en hulning 7» som er fremstillet af tilsvarende korrosionsbestandigt materiale og indsat i den nederste del af katoderammen 4. Det korrosionsbestandige materiale kan f.eks. bestå af gummi, polyvinylchlorid eller polyvinylidenfluorld. Den rundtgående del 8 af bundhulningen 7 dækker helt en jernramme 11. Nederste dele af skillevæggen 5 og jernmaskekatoderammen 4 er presset mod den perifere del 8 ved hjælp af flanger 12, som på deres side er fastgjort til en jernbundplade 9 ved skruesæt 13, og det vil bevirke, at jemmaskekatoderammen 4 bliver elektrisk forbundet til en stor katodetank 10, som er rigtigt forbundet til en katodesamleskinne, som ikke er vist på figuren.

4 143290

De to lodrette anodeplader 2 er ved svejsning fastgjort til mindst to lignende lodrette titanium-belagte kobberstænger 14, som er omkring 30 mm i diameter. Den nederste ende af kobberstangen 14 går igennem en jerabundplade 9, og rager ned derfra og er stramt fastgjort til en tilsvarende anodesamleskinne 16 med en respektiv bolt.

Et gummipakningsrør 19 er indsat i et mellemrum mellem et gennem-føringshul 18 for hulningen 7 og jerribundpladen 9 og den udvendige periferi af kobberstangen 14, for derved at opnå isolation imellem anoden og katodedelene og desuden forhindrer lækage af anodevæske.

For at holde afstanden mellem anodepladen og sidevæggen af katoderammen konstant bliver de udvendige sidevægge af sættet af anodeplader 2 understøttet af et antal skruer 20, som elektrisk er isoleret og holdt gastæt af en pakning 21 for derved at forhindre bevægelse af den øverste del af sættet af anodeplader 2.

Hvor det ønskes at simplificere samlingen af anodepladerne 2 og kobberstangen 14, kan begge dele fremstilles sammenhængende af grafit. Fordi grafitmateriale imidlertid bliver underkastet sammen-krølning, mens det bliver støbt ind i nævnte system eller under operation, er en grafitanodedel ikke særligt accepteret ved industriel produktion af kaustisk soda i stor målestok.

Et stort antal enhedsceller 1, som er konstrueret som beskrevet ovenover, er anbragt som vist i fig. 2 i katodetanken 10 ved det foreskrevne interval på 10 mm i elektrisk parallelforbindelse. Topoverfladen af hætten 6 af enhedscellen 1 er gastæt forbundet med et korrosionsbestandigt fluidumrør 22, gennem hvilket saltvand eller chlo-ridgas passerer. Dette fluidumrør 22 passerer gastæt gennem det øverste låg 23 af katodetanken 10, så det rager op derfra så det er forbundet med et korrosionsbestandigt hovedrør 24, som vandret forløber over katodetanken 10. Hovedrøret 24 er i den ene ende forbundet til et saltvandstilførselsrør 25. Til den øverste side af hovedrøret 24 er tilsluttet et lodret overrør 26, hvis øverste ende er forbundet med et udløbsrør 27 for chlorgas. Overrøret 26 er forsynet med en væskeniveauindikator (ikke vist). Det øverste låg 23 af katodetanken 10 er forbundet med et hydrogengasudløbsrør 28, og én sidevæg 29 af katodetanken 10 er forsynet med et udløbsrør 30 for en kaustisk sodaopløsning ved et punkt som er næsten lige så højt som hætten 6 for enhedscellen 1.

5 143290

Saltvand som er mættet med almindeligt salt bliver tilført til hovedrøret 24 gennem indløbsrøret 25 og vedvarende indført i hver celleenhed 1 gennem fluidumrøret 22. Strømningshastigheden for saltvandet styres ved aflæsninger på væsken!veauindikatoren. Saltvandet bliver elektrolyseret ved påføring af en rigtig størrelse af spænding tværs over anoden og katoden. Chlorgas, som udvikles omkring anodepladerne 2, bobler op gennem saltvandet, som er indeholdt i cellen 1, fluidum-røret 22, hovedrøret 24 og overrøret 26, og bliver ledt ud gennem udløbsrøret 27 ind i en chlorgasbeholder (ikke vist). På den anden side bliver en elektrolytisk fremstillet kaustisk sodaopløsning og hydrogengas, som er samlet i katodetanken, fjernet gennem udløbsrørene 30 og 28 ind i en kaustisk sodaopløsningstank og brintgas-samlekasse (ikke vist) respektivt.

Den ovenforoævnte elektrolytiske celle kan ændres til en sådan type, hvori begge endesider af Jernmaskekatoderammen 4 erstattes af en Jernplade belagt med et korrosionsbestandigt materiale, for at forhindres i at benyttes som katode.

ifølge yderligere en anden ændring kan et enkelt hovedrør til samtidig at lede saltvand og chlorgas erstattes af to hovedrør til separat at lede disse materialer.

Den elektrolytiske celle kan yderligere ændres ved at vende det lodrette arrangement af enhedscellerne og anodesamleskinnen i den i fig.

1 viste udførelsesform nemlig ved at anbringe anodesamleskinnen vandret over katodetanken og ophænge hvert sæt af anodeplader derfra gennem det øverste låg 23. Den sidstnævnte ændring er ikke vist på tegningen.

Ved den tidligere kendte multiple elektrolytiske celle af typen med lodret skillevæg bliver den multiple anode og den multiple katode respektivt bygget sammen til et legeme, som beskrevet i indledningen til denne beskrivelse. Hvis en del af anode og katodesystemet beskadiges, skal det beskadigede legeme fjernes fra anodetanken for at erstattes med et separat tilvejebragt strømningsfattigt legeme. Denne erstatning tager lang tid og arbejde. Yderligere ledsages reparationen af det ødelagte legeme af betragtelige vanskeligheder som følge af legemets komplicerede form. Hvor et ekstra legeme er anbragt i anodetanken, er det meget vanskeligt at opretholde et ensartet mellemrum mellem Jernmaskekatoderammen og anodepladerne overalt i cellen.

143290 6 I modsætning hertil har den multiple elektrolytiske celle ifølge opfindelsen et stort antal enhedsceller af simpel konstruktion som separat er anbragt i katodetanken. Hvor derfor en hvilken som helst af enhedscellerne bliver beskadiget, er det kim nødvendigt at åbne katodetanken og fjerne den beskadigede celle alene for erstatning med en reservecelle, og således hurtigt afslutte genmonteringen.

Som vist i fig. 1, kan anodepladen og j ernmaskekatoderammen let holdes med et fast mellemrum, hvilket formindsker tiden og arbejdet som kræves ved reparation af cellen. Pålidelig vedligeholdelse af et foreskrevet smalt mellemrum mellem anoden og katodedelene muliggør, at en vandig opløsning af kaustisk soda bliver elektrolytisk fremstillet mere effektivt ved den lavere cellespænding til en fore-skreven koncentration end i den tidligere kendte multiple celle.

Por at illustrere fordelene ifølge opfindelsen kan det nævnes at erstatning af anode eller katodelegemet ved den tidligere kendte multiple elektrolytiske celle tager i det mindste 5 timer, hvorimod erstatning af en enhedscelle indeholdt i en katodetank med den multiple ifølge opfindelsen kun tager omkring en halv time.

For yderligere belysning af fordelene ifølge opfindelsen kan det nævnes, at en tidligere kendt multipel celle, hvori anode og katodedelene havde en afstand med et middelmellemrum på omkring 10 mm, krævede en middelcellespænding, som var mere end 4,0 volt, for fremstilling af en vandig opløsning af kaustisk soda med 11 % koncentration, hvorimod det med en multipel celle ifølge opfindelsen, hvori anode og katodedelene var anbragt f.eks. ved et interval på nøjagtig 6 mm kun krævede en middelcellespænding som var mindre end 3,8 volt for nævnte fremstilling. I disse sammenlignede tilfælde p var strømtætheden på omkring 25 A/dm , og elektrolytbadets temperatur var omkring 90° C.

For den begyndende operation af den multiple celle ifølge opfindelsen er det ønsket, at der tilføres kraft, når katodetanken er helt fyldt med saltvand, og væskeniveauet nedsættes gradvis med voksende rumfang af brintgas, som udvikles ved elektrolyse, for at forhindre eksplosion af blandingen af brint og ilt i katodetanken. Udløbsrøret 30 for den kaustiske sodaopløsning bør være fastgjort til sidevæggen 29 i katodetanken 10 på et sådant sted, at væskeniveauet deri opretholdes i det væsentlige lige så højt som toppen af enhedscellen ved normal operation. Det er også nødvendigt, at enhedscellen altid bli-