EP1743051A2 - Verfahren zum erzeugen einer gleichmässigen durchströmung eines elektrolytraumes einer elektrolysezelle - Google Patents

Verfahren zum erzeugen einer gleichmässigen durchströmung eines elektrolytraumes einer elektrolysezelle

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EP1743051A2
EP1743051A2 EP05734841A EP05734841A EP1743051A2 EP 1743051 A2 EP1743051 A2 EP 1743051A2 EP 05734841 A EP05734841 A EP 05734841A EP 05734841 A EP05734841 A EP 05734841A EP 1743051 A2 EP1743051 A2 EP 1743051A2
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EP
European Patent Office
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pressure loss
space
electrolyte
flow
area
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP05734841A
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English (en)
French (fr)
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Harald BÖHNKE
Hermann Pütter
Torsten Mattke
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BASF SE
Original Assignee
BASF SE
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C02F2201/4618—Supplying or removing reactants or electrolyte

Definitions

  • the invention relates to a method for generating a uniform flow through an electrolyte space of an electrolysis cell and an electrolysis cell.
  • Electrolysis is of great importance in the chemical industry. Areas of application for electrolysis are, for example, the synthesis of chlorine by chlor-alkali electrolysis or hydrogen chloride electrolysis, electrolytic chromic acid regeneration, electrochemical production of sodium dithionite as well as electrochemical wastewater treatment and metal separation to obtain pure metals.
  • the active electrode surface consists of a soot-based gas diffusion layer, which is activated with special methods, saturated with ionomers and hydrophobized in order to offer the reaction gases a reaction surface many times larger than would correspond to the dimensions of the gas diffusion layer.
  • the oxidation of sugars to sugar acids is carried out in a special stirring reactor equipped with anode grids.
  • cathodes For the reduction of phthalic acid to dihydrophthalic acid, cathodes are used, which are imprinted with a groove structure to increase sales.
  • the so-called Swiss Roll Cell was developed for reactions catalyzed by nickel oxide.
  • the anode and cathode are wound in a spiral.
  • Electrodes whose active surface is larger than their purely geometric dimensions are often referred to as three-dimensional electrodes.
  • lamellar constructions are also known which have been composed, for example, of strips with metallic glasses.
  • inorganic electrolysis such three-dimensional electrodes are used, for example, to separate metal traces from waste water.
  • felt-like electrodes or electrodes made of particle beds are used, for example.
  • electrodes in the form of a mesh-like construction can be used for the production of sodium dithionite.
  • the design of the overall electrode and the electrolyte space based on the flow field is relatively uncritical in some cases, such as for example in chlor-alkali electrolysis using the membrane process, in which two gas-developing grid electrodes separated by a membrane face each other.
  • the mammoth pump effect created by the developing gas bubbles ensures that the two electrolyte compartments are sufficiently evenly distributed. Neither a strong nor a defined circulation of the electrolytes is necessary.
  • electrolysis in which high selectivity with high turnover is a critical variable, problems occur with electrolysis cells without defined hydrodynamics.
  • the reaction liquid In order to avoid dead spaces in which uncontrolled formation of secondary components can occur and to achieve optimum utilization of the electrode surface, the reaction liquid must be distributed as evenly as possible in the electrolyte space and in this way the most homogeneous current density distribution possible. For this purpose, it is necessary to influence the liquid flows outside the immediate vicinity of the electrode surface. Dead spaces are, for example, gas cushions (ie stuck gas bubbles) or areas in which there is no liquid flow. Such areas arise, for example, from eddies, backflow or accumulation at obstacles in the flow path.
  • the object of the present invention is to provide a method which ensures a uniform flow through an electrolyte space of an electrolysis cell and thus a narrow residence time distribution.
  • the solution to the problem consists in a method for producing a uniform flow through an electrolyte space of an electrolysis cell, in which a maximum deviation from the average flow rate of less than 1% to 25% is generated by suitable design measures.
  • At least two electrolyte spaces preferably form an electrolysis cell.
  • At least one electrolyte space is an anolyte space and at least one electrolyte space is a catholyte space.
  • An anolyte space and a catholyte space are adjacent and separated from one another by at least one membrane.
  • the maximum deviation from the mean flow velocity is preferably obtained by building up an additional pressure drop. This is preferably 1 to 10 times the pressure difference in the entry area of the electrolyte space (i.e. the pressure loss in the entry area between the inlet to the entry area and the electrode in the electrolyte space if no additional pressure loss is applied).
  • the calculation is carried out using equation (1):
  • the inflow into the inlet area of the electrolyte space takes place in such a way that the volume flow entering is approximately uniformly divided into two partial flows with opposite main flow direction in the inlet area. This is particularly the case when the inflow is centered on the electrolyte space in relation to the width of the electrolyte space.
  • the width of the electrolyte space is the dimension that is perpendicular to the main flow direction in the electrolyte space and perpendicular to the main direction of the electric field (gap width).
  • ⁇ pov additional pressure loss
  • ⁇ pv friction pressure loss in the inlet area
  • p d y n dynamic pressure in the inlet area
  • ⁇ pE total pressure loss in the electrolyte space
  • A maximum deviation from the mean flow velocity, where 0 means no deviation and 1 means a deviation of 100%.
  • the center of the electrolyte space refers to the center of the cross section perpendicular to the direction of flow on the upstream side of the electrode.
  • the additional pressure loss is generated by pressure loss elements (i.e. constructive measures by means of which an additional pressure loss is generated) in the entry and / or exit area of the electrolyte space.
  • the entry area is the area between the inlet to the electrolyte space and the electrode.
  • the exit area is accordingly the area between the electrode and the outlet from the electrolyte space.
  • the entry area can be designed, for example, as a distributor and the exit area as a collector.
  • the pressure loss elements preferably produce a reduction in the flow cross section.
  • the pressure loss elements are internals in the inlet area and / or outlet area of the electrolyte space.
  • the pressure loss elements in the inlet area and / or in the outlet area Due to the pressure loss elements in the inlet area and / or in the outlet area, differences in the flow velocity, e.g. caused by pressure gradients in the entry area or in the exit area.
  • the pressure gradients result e.g. B. from the fact that the inlet to the inlet area is arranged perpendicular to the flow direction in the electrode.
  • the liquid is deflected in the entry area.
  • the entrance area is closed on the side opposite the inlet.
  • the liquid initially flows in the direction specified by the inlet.
  • the liquid builds up on the side opposite the inlet, which increases the pressure. Due to the increased pressure, the liquid is then deflected into the electrode.
  • the use of the at least one pressure loss element ensures that the pressure is evenly distributed after flowing through the pressure loss element. This leads to an even flow rate.
  • pressure loss elements are therefore arranged in the outlet area for uniform distribution in the electrolyte spaces.
  • a uniform flow rate can also be achieved if the inlet into the inlet area is opposite the inlet of the electrolyte space and the inlet area widens in the form of a diffuser. Due to the small opening angle of diffusers, however, a lot of space is required for this, which is often not available for installing the electrolysis cell. The slow transition from one cross-section to the other in the diffuser leads to long dwell times and a correspondingly large hold-up.
  • the use of pressure loss elements in the inlet area and / or in the outlet area enables a space requirement that is significantly reduced compared to the use of diffusers by arranging the inlet at any point in the inlet area and the outlet at any point in the outlet area. At the same time, the smaller volume of the entrance area and the exit area reduces the hold-up.
  • the pressure loss element is arranged between the inlet and the electrolyte space or between the electrolyte space and the outlet.
  • electrolysis cells each comprising an anolyte space and a catholyte space
  • the liquid is fed into the individual electrolysis cells via a distribution system, which preferably comprises a channel, from each of which an inlet to the entry area branches off to each electrolyte space.
  • a distribution system which preferably comprises a channel, from each of which an inlet to the entry area branches off to each electrolyte space.
  • the outlet area is connected to an outlet which opens into an outlet channel.
  • Internals are known to the person skilled in the art which, on account of their structural conditions, can serve as pressure loss elements.
  • Perforated sheets are an example of a pressure loss element.
  • the openings in the perforated plates can have any cross section. Preferred openings in the perforated plates are bores.
  • plates with at least one channel accommodated therein are also suitable as pressure loss elements. If there are several channels, these are preferably arranged parallel to one another. In a preferred embodiment, the channels have a circular cross section, since this is easiest to manufacture with conventional tools.
  • the channels can also be elliptical or in the form of a polygon with at least three corners. Any other cross-sectional geometry known to the person skilled in the art is also conceivable for the channels accommodated in the plates.
  • a gap in the pressure loss element is also preferred.
  • the pressure loss elements are designed as a fabric or as a foam structure or as a plate with capillaries accommodated therein.
  • the flow can emerge from the pressure loss element in the form of a jet.
  • This beam should not pass directly into the working electrode which is connected downstream of the pressure loss element, since otherwise a high pressure loss is generated in the working electrode by the beam. For this reason, a calming section for distributing the emerging jet is provided between the pressure loss element and the working electrode.
  • the exit area is essentially designed like the entry area, the design can be carried out essentially as for the entry area. In the exit area, however, the friction effects often dominate. It has also been shown that the uniform outflow from the electrolyte spaces often requires greater pressure losses in order to make the flow more even.
  • the pressure loss resulting from the flow through the electrode must also be taken into account when dimensioning the pressure loss elements.
  • the electrolyte space with the porous electrode can be the analysis space or the catholyte space, depending on the use of the electrolysis cell.
  • the pressure level required in the electrolyte spaces for pressing the membrane against the porous electrode is preferably achieved by setting a counterpressure in the outlet area.
  • the back pressure in the outlet area should be selected so that the pressure in the electrode space with the porous electrode is lower at every point than the pressure in the other electrolyte space.
  • FIG. 1 shows a section through an electrolysis cell
  • FIG. 2 shows a section through a catholyte space of an electrolysis cell
  • FIG. 3 shows a section through a cell stack
  • FIG. 4 shows a section of a catholyte space with distributor and pressure loss elements accommodated therein
  • FIG. 5 shows a section of a catholyte compartment with distributor and a pressure loss element with capillaries
  • FIG. 1 shows a section through an electrolysis cell.
  • An electrolytic cell 1 comprises an anolyte space 2 and a catholyte space 3.
  • an anode 4 in the form of a plate is accommodated in the anolyte space 2.
  • the wall 14 of the anolyte space 2 can also be designed as a bipolar plate and thus take over the function of the anode 4.
  • a cathode 5 is accommodated in the catholyte space 3, which has a porous structure and fills the entire catholyte space 3.
  • the catholyte space 3 is separated from the anolyte space 2 by a membrane.
  • the membrane 6 is fixed against the cathode 5.
  • the pressure in the anolyte compartment 2 is preferably higher at every point than in the catholyte compartment 3.
  • the membrane 6 is pressed against the cathode 5. In this way, bypasses between the cathode 5 and the membrane 6 are avoided and the entire catholyte flows through the cathode 5 designed as a porous structure.
  • the anolyte is supplied to the anolyte space 2 from an inlet area designed as an anolyte distributor 10 via a pressure loss element 9.1.
  • the anolyte flows via a further pressure loss element 9.3 into an outlet area designed as a collector 12.
  • the direction of flow of the anolyte is identified by an arrow with reference number 7.
  • the catholyte flows from an inlet area designed as a catholyte distributor 11 via a pressure loss element 9.2 into the catholyte space 3, flows through the electrode 5 there and finally flows through a pressure loss element 9.4 into an outlet area designed as a camolyte collector 13.
  • FIG. 2 shows a section through a catholyte space of an electrolysis cell.
  • the catholyte space is rotated by 90 ° in comparison to FIG. 1.
  • the catholyte either passes through a central inlet 15 or a side inlet
  • Figure 3 shows a section through a cell stack.
  • a cell stack 19 comprises at least two electrolysis cells 1. However, depending on the required throughput, any number of electrolysis cells 1 can be connected to form a cell stack 19.
  • anolyte spaces 2 and catholyte spaces 3 alternate.
  • anolyte space 2 and catholyte space 3 are separated by membrane 6.
  • Two electrolysis cells are separated by the wall 14, which can be designed, for example, as a bipolar plate.
  • the electrolyte flows through the pressure loss element 9.1, 9.2 and thus reaches the anolyte space 2 or catholyte space 3.
  • the electrolyte flows through the pressure loss elements 9.3, 9.4 and thus reaches the collector 12, 13 assigned to each anolyte space 2 or catholyte space 3.
  • the direction of flow of the electrolyte is indicated here by arrows 7, 8.
  • the electrolyte can also flow through the electrolytic cell 1 in the opposite direction from top to bottom.
  • the electrolysis cell 1 can also be arranged such that the distributors 10, 11 and the collectors 12, 13 are at one level.
  • the electrolysis cell 1 can also be inclined at any angle.
  • Figure 4 shows a section of a catholyte compartment with distributor and pressure loss element.
  • a calming section 21 is formed behind the pressure loss element 9.2.
  • the liquid jet passing through the opening 23 widens in accordance with the flow direction indicated by the arrow 22.
  • the calming section 21 a uniform liquid distribution with an almost constant pressure and thus with the same entry speed into the cathode 5 is achieved.
  • a calming section 21 is preferably interposed between the porous cathode 5 and the pressure loss element 9.4. This ensures that a build-up of the liquid at the impermeable areas of the pressure loss element 9.4 does not lead to a build-up in the porous cathode 5, but rather that a uniform flow rate is obtained in the cathode 5 as far as the calming section 21.
  • a calming section 21 between the porous anode 4 and the pressure loss element 9.3 must also be provided here analogously to the porous cathode 5.
  • the openings 23 in the pressure loss element 9.1, 9.2, 9.3, 9.4 can be holes in a perforated plate, for example.
  • the openings 23 can also have any other cross section.
  • the opening 23 can, for example, also be a gap over the entire length of the electrolyte space.
  • length is to be understood as the greater extent of the electrode perpendicular to the flow direction of the electrolyte.
  • capillary 24 can also be accommodated in the pressure loss element 9.1, 9.2, 9.3, 9.4.
  • the pressure loss in the pressure loss element 9.1, 9.2, 9.3, 9.4 is primarily generated by frictional forces.
  • tissue or foam structures as well as fillers or structured packings are also suitable as pressure loss elements 9.1, 9.2, 9.3, 9.4.
  • a plate electrolysis cell has a cross-section of 5 mm x 500 mm.
  • a distributor of 20 x 20 x 500 nm is provided for the distribution of the electrolyte.
  • the volume flow of the electrolyte is 720 17h with an electrolyte density of 1000 kg / m 3 .
  • the flow should be evened out by a pressure loss element with holes.
  • the maximum deviation from the mean flow velocity should be 5%.
  • the mis-distribution is said to be determined by inertia.
  • a maximum flow velocity v of results from the volume flow and cross-section of the distribution channel
  • Equation (1) then results in a required pressure loss across the pressure loss elements of 12.2 mbar for the desired deviation of 5%.
  • a pressure loss only takes into account the given pressure loss coefficient at a flow velocity in the opening V ⁇ of

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen einer gleichmäßigen Durchströmung eines Elektrolytraumes einer Elektrolysezelle, bei dem durch geeignete konstruktive Maßnahmen eine maximale Abweichung von der mittleren Strömungsgeschwindigkeit im Bereich von kleiner 1% bis 25% erzeugt wird. Di Erfindung betrifft weiterhin eine Elektrolysezelle (1) mit mindestens zwei Elektrolyträumen (2, 3), in denen jeweils mindestens eine Elektrode (4, 5) angeordnet ist und die jeweils einen Eintritts- und einen Austrittsbereich aufweisen, wobei im Eintritts- und/oder Austrittsbereich der Strömungsquerschnitt so verkleinert wird, dass ein zusätzlicher Druckverlust erzeugt wird.

Description

Verfahren zum Erzeugen einer gleichmäßigen Durchströmung eines Elektrolytraumes einer Elektrolysezelle
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen einer gleichmäßigen Durchströmung eines Elektrolytraumes einer Elektrolysezelle sowie eine Elektrolysezelle.
Elektrolysen sind in der chemischen Industrie von großer Bedeutung. Einsatzgebiete für Elektrolyse sind zum Beispiel die Synthese vom Chlor durch Chlor- Alkali-Elektrolyse oder Chlorwasserstoff-Elektrolyse, elektrolytische Chromsäureregenerierung, elektrochemische Herstellung von Natrium-Dithionit sowie elektrochemische Abwasserreinigung und Metall- abscheidung zur Gewinnung reiner Metalle.
Für eine Vielzahl elektrochemischer Zellen ist es erwünscht, eine Elektrodenoberfläche verfügbar zu haben, deren aktive Oberfläche größer ist, als deren rein geometrische Dimensionen.
Prominenteste Beispiele hierzu sind in der Brennstoffzellentechnologie zu finden. So be- steht zum Beispiel bei einer Polymerelektrolytbrennstoffzelle die aktive Elektrodenfläche aus einer auf Ruß basierenden Gasdiffusionsschicht, die mit speziellen Methoden aktiviert, mit Ionomeren gesättigt und hydrophobisiert wird, um den Reaktionsgasen eine vielfach höhere Reaktionsfläche zu bieten, als es den Abmessungen der Gasdiffusionsschicht entspräche.
In der organischen Elektrochemie werden zur Vergrößerung der aktiven Oberfläche der E- lektroden insbesondere für mediatisierte Prozesse, d.h. für Prozesse, in denen geringe Mengen eines elektrokatalytisch wirkenden Redoxsystems in der Reaktionslösung vorliegen, zum Beispiel Elektroden aus Filz verwendet. Ähnliche Anordnungen werden auch in der Elektroenzymatik verwendet. Für die elektrochemische Reduktion von Küpenfarbstoffen wird zum Beispiel eine Multikathodenzelle eingesetzt, die Kathoden enthält, die aus mehreren zusammengefügten Netzlagen bestehen.
Die Oxidation von Zuckern zu Zuckersäuren wird in einem speziellen, mit Anodengittern ausgerüsteten Rührreaktor durchgeführt.
Für die Reduktion von Phfhalsäure zu Dihydrophthalsäure werden Kathoden verwendet, denen zur Erhöhung der Umsätze einer Rillenstruktur aufgeprägt wird. Für Nickeloxid-katalysierte Reaktionen wurde die sogenannte Swiss-Roll-Cell entwickelt. Hierbei sind Anode und Kathode spiralförmig aufgewickelt.
Elektroden, deren aktive Oberfläche größer ist, als deren rein geometrische Dimensionen, werden häufig als auch dreidimensionale Elektroden bezeichnet.
Weiterhin sind auch Anordnungen bekannt, bei denen auf einen Elektrodengrundkörper Schichten mit Materialien großer Oberfläche angeschwemmt wurden.
Für organische und anorganische Elektrolysen sind weiterhin lamellenartige Konstruktionen bekannt, die zum Beispiel aus Bändern mit metallischen Gläsern zusammengesetzt wurden.
In der anorganischen Elektrolyse finden solche dreidimensionalen Elektroden zum Beispiel bei der Abscheidung von Metallspuren aus Abwässern Verwendung. Hierzu werden zum Beispiel filzartige Elektroden oder Elektroden aus Partikelschüttungen eingesetzt.
Für die Herstellung von Natriumdithionit können zum Beispiel Elektroden in Form netzartiger Konstruktion verwendet werden.
Für die derzeit eingesetzten Elektrolysezellen ist die Tatsache von Nachteil, dass die Hydrodynamik auf der Elektrodenfläche, d. h. die 2-PhasenstrÖmung des Flüssigkeit/Gas- Gemisches, durch die konstruktive Festlegung der Gesamtelektrode und des Elektrolytraumes oft nur unzureichend definiert wird. So ist zum Beispiel bei Brennstoffzellen die Gasführung durch sogenannte Flow-Fields genau festgelegt, jedoch ist die Bildung einer flüssi- gen Phase ein gefürchtetes Phänomen, da dadurch die Gasversorgung, sowie die Potential- und Stromdichteverteilung empfindlich gestört wird. Diese Störung kann zur Zerstörung der Zelle führen.
Die konstruktive Festlegung der Gesamtelektrode und des Elektrolytraumes anhand des Flow-Fields ist in einigen Fällen relativ unkritisch, wie zum Beispiel bei der Chloralkalielektrolyse nach dem Membranverfahren, bei der sich zwei durch eine Membran getrennte, gasentwickelnde Gitterelektroden gegenüberstehen. Durch den Mammutpumpeneffekt, der durch die sich entwickelnden Gasblasen entsteht, ist für eine ausreichende Gleichverteilung in den beiden Elektrolyträumen gesorgt. Es ist weder eine starke, noch eine definierte Um- wälzung der Elektrolyte erforderlich. Bei Elektrolysen, bei denen eine hohe Selektivität bei hohem Umsatz eine kritische Größe ist, treten bei Elektrolysezellen ohne definierte Hydrodynamik Probleme auf. Um Toträume zu vermeiden, in denen es zur unkontrollierten Bildung von Nebenkomponenten kommen kann, und eine optimale Ausnutzung der Elektrodenoberfläche zu erreichen, muss eine mög- liehst gleichmäßige Verteilung der Reaktionsflüssigkeit im Elektrolytraum und auf diese Weise eine möglichst homogene Stromdichteverteilung gewährleistet sein. Hierzu ist es erforderlich, die Flüssigkeitsströme auch außerhalb der unmittelbaren Nähe zur Elektrodenoberfläche zu beeinflussen. Toträume sind zum Beispiel Gaspolster (d.h. festsitzende Gasblasen) oder Bereiche in denen keine Flüssigkeitsdurchströmung erfolgt. Solche Bereiche entstehen beispielsweise durch Wirbelbildungen, Rückströmungen oder Aufstauen an Hindernissen im Strömungsweg.
Beim Einsatz von durchströmten porösen Elektroden in Membranelektrolysezellen kann eine ungleichmäßige Druckverteilung im Anolytraum und Katholytraum dazu führen, dass sich zwischen der Membran und der porösen Elektrode ein Bypass ausbildet, durch welchen der Elektrolyt strömt. Dies führt zu einer Verringerung des Umsatzes. Unter Bypass wird dabei bei durchströmten Elektroden eine Strömung verstanden, die an der Elektrode vorbei und nicht durch diese hindurch strömt.
Aus US 4,204,920 ist es bekannt, in einer Membranelektrolysezelle im Anolytraum einen höheren Druck einzustellen als im Katholytraum, so dass die Membran von der Anode weg hin zur Kathode gedrückt wird.
Eine enge Verweilzeitverteilung und damit eine gleichmäßige Durchströmung des Quer- Schnitts, die zur gleichmäßigen Umsetzung in den Elektrolyträumen erforderlich ist, wird durch das Einstellen unterschiedlicher Gegendrücke dem Anolytraum und Katholytraum jedoch nicht erreicht.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren bereit zu stellen, welches eine gleichmäßige Durchströmung eines Elektrolytraumes einer Elektrolysezelle und damit eine enge Verweilzeitverteilung gewährleistet.
Die Lösung der Aufgabe besteht in einem Verfahren zum Erzeugen einer gleichmäßigen Durchströmung eines Elektrolytraumes einer Elektrolysezelle, bei dem durch geeignete konstruktive Maßnahmen eine maximale Abweichung von der mittleren Strömungsgeschwindigkeit von kleiner 1% bis 25% erzeugt wird. Bevorzugt bilden mindestens zwei Elektrolyträume eine Elektrolysezelle. Dabei ist mindestens ein Elektrolytraum ein Anolytraum und mindestens ein Elektrolytraum ein Katholytraum. Jeweils ein Anolytraum und ein Katholytraum sind benachbart und durch mindestens eine Membran voneinander getrennt.
Die maximale Abweichung von der mittleren Strömungsgeschwindigkeit wird vorzugsweise durch den Aufbau eines zusätzlichen Druckverlustes erhalten. Dieser beträgt vorzugsweise das 1 bis 10 fache des Druckunterschiedes im Eintrittsbereich des Elektrolytraumes (d.h. dem Druckverlust im Eintrittsbereich zwischen dem Zulauf zum Eintrittsbereich und der Elektrode im Elektrolytraum, wenn kein zusätzlicher Druckverlust aufgebracht wird). Die Berechnung erfolgt durch Gleichung (1):
wenn der Zulauf in den Eintrittsbereich des Elektrolytraums derart erfolgt, dass sich der eintretende Volumenstrom annähernd gleichmäßig auf zwei Teilströme mit entgegengesetzter Hauptströmungsrichtung im Eintrittsbereich aufteilt. Dies ist insbesondere dann gegeben, wenn der Zulauf mittig zum Elektrolytraum bezogen auf die Breite des Elektrolytraums erfolgt. Dabei gilt als Breite des Elektrolytraums die Dimension, die senkrecht zur Haupt- Strömungsrichtung im Elektrolytraum und senkrecht zur Hauptrichtung des elektrischen Feldes (Spaltweite) steht.
Wenn der Zulauf auf eine andere als die oben beschriebene Art erfolgt, wird die Berechnung nach Gleichung (2) durchgeführt:
Dies ist insbesondere dann gegeben, wenn der Zulauf seitlich zum Elektrolytraum bezogen auf die Breite des Elektrolytraums erfolgt.
Hierin bedeuten:
Δpov = zusätzlicher Druckverlust, Δpv = Reibungsdruckverlust im Eintrittsbereich, pdyn = dynamischer Druck im Eintrittsbereich, ΔpE = Gesamtdruckverlust im Elektrolytraum und A = maximale Abweichung von der mittleren Strömungsgeschwindigkeit, wobei 0 keine Abweichung und 1 eine Abweichung von 100 % bedeutet.
Mittig zum Elektrolytraum bezieht sich dabei auf die Mitte des Querschnitts senkrecht zur Strömungsrichtung auf der Anströmseite der Elektrode.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird der zusätzliche Druckverlust durch Druckver- lustelemente (d.h. konstruktive Maßnahmen, durch die ein zusätzlicher Druckverlust erzeugt wird) im Eintritts- und/oder Austrittsbereich des Elektrolytraumes erzeugt. Eintrittsbereich ist dabei der Bereich zwischen dem Zulauf zum Elektrolytraum und der Elektrode. Generell erweitert sich dort der Strömungsquerschnitt auf den Querschnitt des Elektrolytraumes und wird die Strömung zur Durchströmung des Elektrolytraumes umgelenkt, sofern der Zulauf nicht in Strömungsrichtung fluchtend mit dem Elektrolytraum ausgerichtet ist. Der Austrittsbereich ist entsprechend der Bereich zwischen der Elektrode und dem Ablauf aus dem Elektrolytraum. Der Eintrittsbereich kann zum Beispiel als Verteiler und der Austrittsbereich als Sammler ausgebildet sein. Durch die Druckverlustelemente wird vorzugsweise eine Verkleinerung des Strömungsquerschnitts erzeugt. In einer bevorzugten Ausführungs- form sind die Druckverlustelemente Einbauten im Eintrittsbereich und/oder Austrittsbereich des Elektrolytraumes.
Durch die Druckverlustelemente im Eintrittsbereich und/oder im Austrittsbereich werden Unterschiede in der Strömungsgeschwindigkeit, die z.B. durch Druckgradienten im Ein- trittsbereich oder im Austrittsbereich entstehen, ausgeglichen. Die Druckgradienten resultieren z. B. daraus, dass der Zulauf zum Eintrittsbereich senkrecht zur Strömungsrichtung in der Elektrode angeordnet ist. Hierdurch wird die Flüssigkeit im Eintrittsbereich umgelenkt. Auf der dem Zulauf gegenüberliegenden Seite ist der Eintrittsbereich verschlossen. Die Flüssigkeit strömt zunächst in die Richtung, die durch den Zulauf vorgegeben ist. An der dem Zulauf gegenüberliegenden Seite staut sich die Flüssigkeit auf, wodurch sich der Druck erhöht. Aufgrund des erhöhten Druckes wird die Flüssigkeit dann in die Elektrode umgelenkt. Durch den Einsatz des mindestens einen Druckverlustelementes wird erreicht, dass der Druck nach dem Durchströmen des Druckverlustelementes gleichmäßig verteilt ist. Dies führt zu einer gleichmäßigen Strömungsgeschwindigkeit.
Weitere Komponenten, die zu einer Ungleichverteilung des Druckes im Eintrittsbereich beitragen, sind Trägheitseffekte der Flüssigkeit sowie Reibungsverluste im Eintrittsbereich. Druckgradienten im Austrittsbereich resultieren zum Beispiel daraus, dass sich am Austritt aus den Elektrolyträumen die Flüssigkeit bzw. das bei der Elektrolyse entstandene Gas im Austrittsbereich sammelt. Der Austrittsbereich verläuft vorzugsweise parallel zur Ausströmseite des Elektrolytraumes. Bei gleich bleibender Querschnittsfläche des Austrittsbereichs nimmt die Geschwindigkeit in Strömungsrichtung aufgrund der zunehmenden Flüssigkeit bzw. Gasmenge zu. Der Austrittsbereich ist ebenso wie der Eintrittsbereich vorzugsweise auf einer Seite verschlossen. Aufgrund der in Strömungsrichtung zunehmenden Flüssig- keits- bzw. Gasmenge im Austrittsbereich, ändert sich auch hier der Druck. Weitere Einflußfaktoren auf die Druckverteilung im Austrittsbereich sind ebenso wie im Eintrittsbe- reich Trägheitseffekte und Reibung. In einer bevorzugten Ausführungsform sind deshalb zur Gleichverteilung in den Elektrolyträumen Druckverlustelemente im Austrittsbereich angeordnet.
Eine gleichmäßige Strömungsgeschwindigkeit lässt sich auch erreichen, wenn der Zulauf in den Eintrittsbereich dem Zulauf des Elektrolytraumes gegenüberliegt und sich der Eintritts- bereich in Form eines Diffusors erweitert. Aufgrund der geringen Öffnungswinkel von Dif- fusoren ist hierfür jedoch viel Platz erforderlich, der häufig zum Einbau der Elektrolysezelle nicht zur Verfügung steht. Auch führt der langsame Übergang von einem Querschnitt zum anderen im Diffusor zu hohen Verweilzeiten und einem entsprechend großen Hold-up. Der Einsatz von Druckverlustelementen im Eintrittsbereich und/oder im Austrittsbereich ermöglicht durch die Anordnung des Zulaufs an beliebiger Stelle des Eintrittsbereichs und des Ablaufs an beliebiger Stelle des Austrittsbereichs einen im Vergleich zum Einsatz von Dif- fusoren deutlich reduzierten Platzbedarf. Gleichzeitig wird durch das kleinere Volumen des Emtrittsbereichs und des Austrittsbereichs der Hold-up reduziert.
Im Eintrittsbereich bzw. im Bereich des Austrittsbereichs im Sinne der Erfindung bedeutet, dass das Druckverlustelement zwischen dem Zulauf und dem Elektrolytraum bzw. zwischen dem Elektrolytraum und dem Ablauf angeordnet ist.
Für viele Anwendungen werden zur Erzielung höherer Umsätze mehrere, jeweils einen A- nolytraum und einen Katholytraum umfassende Elektrolysezellen zu Stapelzellen verbunden. Die Flüssigkeitszufuhr in die einzelnen Elektrolysezellen erfolgt über ein Verteilsys- tem, welches vorzugsweise einen Kanal, von dem jeweils ein Zulauf zum Eintrittsbereich zu jedem Elektrolytraum abzweigt, umfasst. Auf der Ablaufseite der Elektrolyträume ist je- weils der Austrittsbereich mit einem Ablauf verbunden, der in einen Ablaufkanal mündet. Dem Fachmann sind Einbauten bekannt, die aufgrund ihrer konstruktiven Gegebenheiten als Druckverlustelemente dienen können. Ein Beispiel für ein Druckverlustelement sind Lochbleche. Die Öffnungen in den Lochblechen können jeden beliebigen Querschnitt annehmen. Bevorzugte Öffnungen in den Lochblechen sind Bohrungen.
Weiterhin eignen sich als Druckverlustelemente auch Platten mit mindestens einem darin aufgenommenen Kanal. Bei mehreren Kanälen sind diese vorzugsweise parallel zueinander angeordnet. In einer bevorzugten Ausführungsform haben die Kanäle einen kreisförmigen Querschnitt, da dieser mit herkömmlichen Werkzeugen am einfachsten herzustellen ist. Die Kanäle können aber auch elliptisch oder in Form eines Polygons mit mindestens drei Ecken ausgebildet sein. Auch ist jede weitere dem Fachmann bekannte Querschnittsgeometrie für die in den Platten aufgenommen Kanäle denkbar. Bevorzugt ist auch ein Spalt im Druckverlustelement.
In einer weiteren Ausführungsform sind die Druckverlustelemente als Gewebe oder als Schaumstruktur oder als Platte mit darin aufgenommenen Kapillaren ausgebildet.
Insbesondere bei Verwendung von Lochblechen oder von Platten mit darin aufgenommenen Kanälen als Druckverlustelemente, kann die Strömung aus dem Druckverlustelement in Form eines Strahles austreten. Dieser Strahl sollte nicht direkt in die Arbeitselektrode übergehen, welche dem Druckverlustelement nachgeschaltet ist, da sonst durch den Strahl ein hoher Druckverlust in der Arbeitselektrode erzeugt wird. Aus diesem Grund wird in einer bevorzugten Ausführungsform zwischen dem Druckverlustelement und der Arbeitselektrode eine Beruhigungsstrecke zur Verteilung des austretenden Strahls vorgesehen.
Da der Austrittsbereich im Wesentlichen wie der Eintrittsbereich gestaltet ist, kann die Auslegung im wesentlichen wie für den Eintrittsbereich erfolgen. Im Austrittsbereich dominieren jedoch häufig die Reibungseffekte. Auch hat sich gezeigt, dass das gleichmäßige Ausströmen aus den Elektrolyträumen häufig größere Druckverluste für eine Vergleichmäßi- gung der Strömung erfordert.
Bei Verwendung von porösen Elektroden muß der aufgrund der Durchströmung der Elektrode entstehende Druckverlust ebenfalls bei der Dimensionierung der Druckverlustelemente berücksichtigt werden. Bei Verwendung einer porösen Elektrode ist zur gleichmäßigen elektrolytischen Umsetzung erforderlich, dass der Elektrolyt gleichmäßig die Elektrode durchströmt. Dies wird dadurch erreicht, dass die Membran zwischen dem Anolytraum und Katholytraum gegen die poröse Elektrode fixiert wird. In einer bevorzugten Verfahrensvariante erfolgt dies dadurch, dass der Druck in dem Elektrolytraum mit der porösen Elektrode auf einem niedrigeren Niveau gehalten wird, als der Druck im anderen Elektrolytraum. Der Elektrolytraum mit der porösen Elektrode kann dabei abhängig von der Verwendung der Elektrolysezelle der Ano- lytraum oder der Katholytraum sein. Das in den Elektrolyträumen zum Anpressen der Membran an die poröse Elektrode erforderliche Druckniveau wird bevorzugt durch das Einstellen eines Gegendrucks im Austrittsbereich erzielt.
Der Gegendruck im Austrittsbereich ist dabei so zu wählen, dass der Druck im Elektroden- räum mit der porösen Elektrode an jeder Stelle niedriger ist, als der Druck im anderen Elektrolytraum.
Insbesondere bei der Verwendung von Geweben oder Schaumstrukturen als Druckverlustelemente sind diese in einer weiteren Ausführungsform zusätzliche Elektroden.
Bei Verwendung von Geweben oder Schaumstrukturen bzw. Füllkörpern oder strukturierten Packungen als Druckverlustelemente, kann auf eine Beruhigungsstrecke hinter den Druckverlustelementen verzichtet werden, da sich bereits im Druckverlustelement aufgrund von Querströmungen ein gleichmäßiges Geschwindigkeitsprofil einstellt.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher beschrieben.
Hierin zeigen:
Figur 1 einen Schnitt durch eine Elektrolysezelle,
Figur 2 einen Schnitt durch einen Katholytraum einer Elektrolysezelle,
Figur 3 einen Schnitt durch einen Zellenstapel,
Figur 4 einen Ausschnitt eines Katholytraumes mit Verteiler und darin aufgenommenen Druckverlustelementen,
Figur 5 einen Ausschnitt aus einem Katholytraum mit Verteiler und einem Druckver- lustelement mit Kapillaren,
Figur 1 zeigt einen Schnitt durch eine Elektrolysezelle. Eine Elektrolysezelle 1 umfasst einen Anolytraum 2 und einen Katholytraum 3. In der hier dargestellten Ausführungsform ist im Anolytraum 2 eine Anode 4 in Form einer Platte aufgenommen. Neben der plattenförmig ausgebildeten Anode 4 im Anolytraum 2 kann auch die Wand 14 des Anolytraumes 2 als bipolare Platte ausgebildet sein und so die Funktion der Anode 4 übernehmen.
Im Katholytraum 3 ist eine Kathode 5 aufgenommen, die eine poröse Struktur aufweist und den gesamten Katholytraum 3 ausfüllt.
Der Katholytraum 3 ist vom Anolytraum 2 durch eine Membran getrennt. Um eine gleichmäßige Durchströmung der Kathode 5 im Katholytraum 3 zu erreichen, ist die Membran 6 gegen die Kathode 5 fixiert. Hierzu ist vorzugsweise der Druck im Anolytraum 2 an jeder Stelle höher als im Katholytraum 3. Dadurch wird die Membran 6 an die Kathode 5 ge- presst. Auf diese Weise werden Bypässe zwischen der Kathode 5 und der Membran 6 ver- mieden und der gesamte Katholyt strömt durch die als poröse Struktur ausgebildete Kathode 5.
Bei der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform wird der Anolyt von einem als Anolytver- teiler 10 ausgebildeten Eintrittsbereich über ein Druckverlustelement 9.1 dem Anolytraum 2 zugeführt. Über ein weiteres Druckverlustelement 9.3 strömt der Anolyt in einen als Sammler 12 ausgebildeten Austrittsbereich. Die Strömungsrichtung des Anolyten ist durch einen Pfeil mit Bezugszeichen 7 gekennzeichnet.
Der Katholyt strömt von einem als Katholytverteiler 11 ausgebildeten Eintrittsbereich über ein Druckverlustelement 9.2 in den Katholytraum 3, durchströmt dort die Elektrode 5 und strömt schließlich durch ein Druckverlustelement 9.4 in einen als Kamolytsammler 13 ausgebildeten Austrittsbereich.
Figur 2 zeigt einen Schnitt durch einen Katholytraum einer Elektrolysezelle. Der Katholytraum ist dabei im Vergleich zu Figur 1 um 90° gedreht.
Der Katholyt gelangt entweder über einen mittigen Zulauf 15 oder einen seitlichen Zulauf
17 in den Katholytverteiler 11. Von dort strömt der Katholyt über das Druckverlustelement 9.2 in den Katholytraum 3, welcher vollständig von der porösen Kathode 5 ausgefüllt ist. Der Katholyt durchströmt die poröse Kathode 5 und gelangt über das Druckverlustelement 9.4 in den Katholytsammler 12. Über einen mittigen Ablauf 16 oder einen seitlichen Ablauf
18 wird der Katholyt aus dem Katholytsarnmler 12 abgezogen. Figur 3 zeigt einen Schnitt durch einen Zellenstapel.
Ein Zellenstapel 19 umfasst mindestens zwei Elektrolysezellen 1. Es lassen sich jedoch abhängig vom geforderten Durchsatz beliebig viele Elektrolysezellen 1 zu einem Zellenstapel 19 verbinden.
Bei einem Zellenstapel 19 wechseln sich jeweils Anolyträume 2 und Katholyträume 3 ab. In einer Elektrolysezelle 1 sind Anolytraum 2 und Katholytraum 3 durch die Membran 6 getrennt. Zwei Elektrolysezellen sind durch die Wand 14 getrennt, welche zum Beispiel als bipolare Platte ausgebildet sein kann.
Aus Figur 3 ist zu entnehmen, dass jeder Anolytraum 2 und jeder Katholytraum 3 des Zellenstapels 19 über einen Verteiler 10, 11 mit dem entsprechenden Elektrolyt, d.h. Katholyt oder Anolyt, versorgt wird. Der Elekrolyt durchströmt hierzu das Druckverlustelement 9.1, 9.2 und gelangt so in den Anolytraum 2 bzw. Katholytraum 3. Auf der Auslassseite durchströmt der Elektrolyt die Druckverlustelemente 9.3, 9.4 und gelangt so in den jeden Anolytraum 2 bzw. Katholytraum 3 zugeordneten Sammler 12, 13. Die Strömungsrichtung des Elektrolyten ist hier durch die Pfeile 7, 8 gekennzeichnet.
Neben der in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Strömungsrichtung, bei der der Elektrolyt von unten nach oben durch die Elektrolysezelle 1 strömt, kann der Elektrolyt auch in entgegengesetzter Richtung von oben nach unten durch die Elektrolysezelle 1 strömen. Weiterhin kann die Elektrolysezelle 1 auch so angeordnet sein, dass sich die Verteiler 10, 11 und die Sammler 12, 13 auf einer Höhe befinden. Auch kann die Elektrolysezelle 1 in jedem belie- bigen Winkel geneigt sein.
Figur 4 zeigt einen Ausschnitt aus einem Katholytraum mit Verteiler und Druckverlustelement.
Aus Figur 4 ist zu entnehmen, dass der Katholyt im Katholytverteiler 11 quer zur Strömungsrichtung im Katholytraum 3 strömt. Ein Teil des Katholyten strömt über Öffnungen 23 im Druckverlustelement 9.2. Dies führt zu einer Abnahme der Flüssigkeitsmenge und somit zu einer Abnahme der Strömungsgeschwindigkeit im Verteiler 11. Wenn der Verteiler nur einen Zulauf 15, 17 und keinen Ablauf aufweist, staut sich die Flüssigkeit im Verteiler 11 auf und führt so zu einem mit zunehmenden Abstand vom Zulauf 15, 17 zunehmenden Druck. Ein höherer Druck führt dazu, dass an dieser Stelle mehr Flüssigkeit in den Katholytraum 3 strömt. Durch das Druckverlustelement 9.2, welches einen nach Gleichung (1) oder Gleichung (2) berechneten Druckverlust aufweist, kann eine gleichmäßige Strömungsgeschwindigkeit über die gesamte Breite der Kathode 5 erreicht werden. Damit der durch die Öffnungen 23 im Druckverlustelement 9.2 strömende Flüssigkeitsstrahl nicht direkt auf die Kathode 5 auftrifft, ist hinter dem Druckverlustelement 9.2 eine Beruhigungsstrecke 21 ausgebildet. In der Beruhigungsstrecke weitet sich der durch die Öffnung 23 tretende Flüssigkeitsstrahl entsprechend der mit dem Pfeil 22 gekennzeichneten Strömungsrichtung. In der Beruhigungsstrecke 21 wird so eine gleichmäßige Flüssigkeitsverteilung mit nahezu konstantem Druck und somit mit gleicher Eintrittsgeschwindigkeit in die Kathode 5 erreicht.
Bei Einsatz eines Druckverlustelementes 9.1 im Verteiler 10 zum Anolytraum 2 entspricht der Aufbau dem in Figur 4 für den Katholytraum 3 dargestellten.
Auch auf der Austrittsseite ist vorzugsweise zwischen die poröse Kathode 5 und das Drack- verlustelement 9.4 eine Beruhigungsstrecke 21 zwischengeschaltet. Hierdurch wird gewährleistet, dass ein Aufstauen der Flüssigkeit an den undurchlässigen Bereichen des Druckverlustelementes 9.4 nicht zu einem Aufstauen in der porösen Kathode 5 führt, sondern dass in der Kathode 5 eine gleichmäßige Strömungsgeschwindigkeit bis in die Beruhigungsstrecke 21 erhalten wird.
Bei Einsatz einer porösen Anode 4 ist auch hier analog zur porösen Kathode 5 eine Beruhigungsstrecke 21 zwischen der porösen Anode 4 und dem Druckverlustelement 9.3 vorzusehen.
Die Öffnungen 23 im Druckverlustelement 9.1, 9.2, 9.3, 9.4 können zum Beispiel Bohrungen in einem Lochblech sein. Neben dem üblichen kreisrunden Querschmtt von Bohrungen können die Öffnungen 23 auch jeden beliebigen anderen Querschnitt annehmen.
Die Öffnung 23 kann zum Beispiel auch ein Spalt über die gesamte Länge des Elektrolyt- raumes sein. Unter Länge ist hierbei die größere Ausdehnung der Elektrode senkrecht zur Strömungsrichtung des Elektrolyten zu verstehen.
Weiterhin können - wie in Figur 5 dargestellt - auch Kapillare 24 im Druckverlustelement 9.1, 9.2, 9.3, 9.4 aufgenommen sein. Hier wird der Druckverlust im Druckverlustelement 9.1, 9.2, 9.3, 9.4 primär durch Reibungskräfte erzeugt. Neben den Öffnungen 23 oder den Kapillaren 24 im Druckverlustelement 9.1, 9.2, 9.3, 9.4 eignen sich als Druckverlustelemente 9.1, 9.2, 9.3, 9.4 auch Gewebe oder Schaumstrukturen sowie Füllkörper oder strukturierte Packungen.
Beispiel
Eine Plattenelektrolysezelle hat einen durchströmten Querschnitt von 5 mm x 500 mm. Für die Verteilung des Elektrolyten ist ein Verteiler von 20 x 20 x 500 rnm vorgesehen. Der Volumenstrom des Elektrolyten beträgt 720 17h bei einer Elektrolytdichte von 1000 kg/m3. Die Vergleichmäßigung der Strömung soll durch ein Druckverlustelement mit Bohrungen erreicht werden. Dabei soll die maximale Abweichung von der mittleren Strömungsgeschwindigkeit 5 % betragen. Die Fehlverteilung soll durch Trägheit bestimmt sein.
Aus Volumenstrom und Querschnitt des Verteilkanals ergibt sich eine maximale Strö- mungsgeschwindigkeit v von
.=y . ™lL_ =V , A 20 - 20mm2
Daraus ergibt sich ein dynamischer Druck von p yn = 0,5 ' p • v2 = 1,25 mbar
bei einer Elektrolytdichte p von 1000 kg/m3.'
Für die angestrebte Abweichung von 5 % resultiert dann aus Gleichung (1) ein erforderlicher Druckverlust über die Druckverlustelemente von 12,2 mbar. Ein derartiger Druckverlust ergibt sich unter Berücksichtigung des gegebenen Druckverlustbeiwertes nur bei einer Strömungsgeschwindigkeit in der Öffnung VÖ von
vö = 24P, DV m : 1,626 P
bei einem Druckverlustbeiwert ζ = 1,5 der Öffnungen.
Unter Berücksichtigung des Volumenstroms von 720 1/h ergibt sich ein notwendiger maximaler Gesamtdurchflussquerschnitt AQ von AQ = — = 123mm2. vo
Bei Bohrlöchern mit jeweils 3 mm Durchmesser entspricht das 17,4 Bohrlöchern. Gewählt werden sollte demzufolge ein Druckverlustelement mit 17 Bohrlöchern.
Bezugszeichenliste
1 Elektrolysezelle
2 Anolytraum
3 Katholytraum
4 Anode
5 Kathode
6 Membran
7 Strömungsrichtung des Anolyten
8 Strömungsrichtung des Katholyten
9.1, 9.2, 9.3, 9.4 Druckverlustelement
10 Anolytverteiler
11 Katholytverteiler
12 Anolytsammler
13 Katholytsammler
14 Wand
15 mittiger Zulauf
16 mittiger Ablauf
17 seitlicher Zulauf
18 seitlicher Ablauf
19 Zellenstapel
20 Strömungsrichtung im Verteiler 11
21 Beruhigungsstrecke
22 Strömungsrichtung der Beruhigungsstrecke 21
23 Öffnung
24 Kapillare

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Erzeugen einer gleichmäßigen Durchströmung eines Elektrolytraumes einer Elektrolysezelle, bei dem durch geeignete konstruktive Maßnahmen eine maxi- male Abweichung von der mittleren Strömungsgeschwindigkeit von kleiner 1% bis 25% erzeugt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Abweichung von der mittleren Strömungsgeschwindigkeit durch den Aufbau eines zusätzlichen Druckverlusts erhalten wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zusätzliche Druckverlust das 1 bis 10-fache des Druckunterschiedes im Eintrittsbereich des Elektrolytraumes beträgt, berechnet nach einer der folgenden Gleichungen:
wenn der Zulauf in den Eintrittsbereich des Elektrolytraumes derart erfolgt, dass sich der eintretende Volumenstrom annähernd gleichmäßig auf zwei Teilströme mit entge- gengesetzter Hauptströmungsrichtung im Eintrittsbereich aufteilt, oder
wenn sich der Zulauf nicht gleichmäßig auf zwei Teilströme mit entgegengesetzter Hauptströmungsrichtung im Eintrittsbereich aufteilt, worin
Pdyn = dynamischer Druck im Eintrittsbereich, Δpv = Reibungsdruckverlust im Eintrittsbereich, A = maximale Abweichung von der mittleren Strömungsgeschwindigkeit, wobei 0 keine Abweichung und 1 eine Abweichung von 100 %, Δpov = zusätzlicher Druckverlust und ΔpE = Gesamtdruckverlust im Elektrolytraum bedeuten.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zusätzliche Druckverlust durch Druckverlustelemente im Eintritts- und/oder Austrittsbereich des Elektrolytraumes erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zusätzliche Druckverlust durch eine Verkleinerung des Strömungsquerschnitts erzeugt wird.
6. Elektrolysezelle mit mindestens zwei Elektrolyträumen, in denen jeweils mindestens eine Elektrode angeordnet ist und die jeweils einen Eintritts- und einen Austrittsbereich aufweisen und wobei mindestens ein Elektrolytraum ein Anolytraum und ein E- lektrolytraum ein Katholytraum ist und jeweils ein Anolytraum und ein Katholytraum benachbart und durch mindestens eine Membran voneinander getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, dass im Eintritts- und/oder Austrittsbereich der Strömungsquerschnitt so verkleinert wird, dass ein zusätzlicher Druckverlust erzeugt wird.
7. Elektrolysezelle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zusätzliche Druckverlust durch den Einbau mindestens eines Druckverlustelementes erzeugt wird.
8. Elektrolysezelle nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Druckverlustelement eine poröse Struktur aufweist oder ein Lochblech ist oder eine Platte mit darin aufgenommenen Kanälen ist.
9. Elektrolysezelle nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Druckverlustelement als Gewebe, Schaumstruktur oder Platte mit darin aufgenommenen Kapillaren ausgebildet ist.
10. Elektrolysezelle nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Druckverlustelement Füllkörper oder strukturierte Packungen verwendet werden.
11. Elektrolysezelle nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Druckverlustelement eine Elektrode ist.
12. Elektrolysezelle nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode eine poröse Struktur aufweist.
13. Elektrolysezelle nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Eintrittsbereich parallel zur Anströmrichtung des Elektrolytraumes ausgerichtet ist.
14. Elektrolysezelle nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Austrittsbereich parallel zur Ausströmseite des Elektrolytraumes ausgerichtet ist.
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