FI56557C - Diafragmacell med ett flertal avdelningar foer framstaellning av klor och alkalimetallhydroxid - Google Patents

Description

- [B] (11)KUULUTUSjULKAISU rfirr? LJ VUTLÄGGN I NGSSKRIFT 9099 / i C (45) Patentti myönnetty 11 02 1930 , Patent oeddelat T (51) Kv.lk.•/Int.CI.* C 25 B 9/00 S U O M I —FI NLAND (21) p*Mflttlh»k»mu* — P»tent«n»eknlnf 1395/71 (22) H»k«nl*ptlvt — Ansaknlngsdag 21.05-71 (23) AlkupUvl—Giltl|h«ttdag 21.05.71 (41) Tulkit julkiseksi — Bllvtt offwttllg 27.11.71

Patentti· ja rekisterihallitus .... ......... ,,. .....

_ · (44) Nlhtivllulptnon |· kuuLJulkalsun pvm. —

Patent- och reglsterstyrelsen AmUkut uttagd och utUkiiftm publicerad 31.10.79 (32)(33)(31) Stuolkeu*—Bsglri prlorlttt 26.05-70

Englanti-England(GB) 25201/70 (71) Imperial Chemical Industries Limited, Imperial Chemical House, Millbank, London S.W.1, Englanti-England(GB) (72) Alan Brian Emsley, Runcorn, Cheshire, Colin Jackson, Runcorn, Cheshire, Englanti-England(GB) (7M Oy Kolster Ah (5*0 Moniosastoinen diafragmakenno kloorin ja aikaiimetallihydroksidin valmistamiseksi - Diafragmacell med ett flertal avdelningar, för framställning av klor och alkalimetallhydroxid Tämän keksinnön kohteena on moniosastoinen diarragmasenno jciourui ja. β±λοι± metallihydroksidin valmistamiseksi alkalimetallikloridin vesiliuoksen elektrolyysin avulla, joka kenno käsittää vähintään yhden kaksinapaisen elektrodin, joka on sovitettu pääteanodin ja päätekatodin välille vähintään kahden yksikköelektro-lyysikennon muodostamiseksi, jotka on yhdistetty toisiinsa sarjaksi, jolloin kukin kaksinapainen elektrodi on yksikkö, joka käsittää (a) anodin, joka muodostuu anodimetallia, edullisesti titaania, olevasta levystä (1), jonka toisella pinnalla on toimivaa elektrodiainetta, edullisesti platinametallia ja/tai platinametaJLlin oksidia, oleva pinnoite, ja joka on sähköä johtavasti liitetty vastakkaisen pintansa huomattavalta alueelta rautaa tai terästä olevaan levyyn, ja (b) katodin, joka muodostuu rei'ällisestä rauta- tai teräslevystä, joka on edullisesti kudottua 2 56557 verkkoa ja joka sijaitsee yhdensuuntaisena mainitun rauta- tai teräslevyn kanssa ja välimatkan päässä siitä, mutta sähköisesti kytkettynä siihen, jolloin levyn ja rei'ällisen levyn välille muodostuu katodiliuososasto, jolloin päätekatodina on rei’ällinen rauta- tai teräslevy, joka muodostaa päätekatodilaatikon yhden seinän rautalevyn ollessa päätyseinänä ja joka on vastapäätä kaksinapaista yksikköä, jolloin kaksinapaisten yksikköjen katodiliuososastoissa ja päätekatodilaatikossa on kaasujen poistoaukko ja nesteiden poistoaukko, jolloin pääteanodina on anodi-metallia, edullisesti titaania, oleva levy, jonka toisella pinnalla on toimivan, elektrodiainetta, edullisesti platinametallia ja/tai platinametallin oksidia, oleva pinnoite, jolloin päätekatodi, kaksinapaiset yksiköt ja pääteanodi on sovitettu sarjaan, niin että kukin rei'ällinen katodilevy on viereisen kaksinapaisen elektrodin pinnoitetun anodipinnan suuntainen, mutta sähköisesti eristetty ja pienen välimatkan päässä siitä, jolloin huokoinen kalvo on sovitettu jokaisen katodin ja viereisen pinnoitetun anodipinnan väliin, jolloin kalvon ja pinnoitetun anodipinnan välille muodostuu anodiliuososasto, ja jolloin jokaisessa anodiliuososastossa on elektrolyytin tuloaukko ja nesteiden ja/tai kaasujen poistoaukko.

Sanonnalla "rei'itetty levy" ymmärretään tässä yhteydessä rei'itettyä tai verkkomaista levyä kuten esim. useilla rei’illä varustettua tai lävistettyä levyä, harsoa, kudottua verkkoa tai paisutetun metallin levyä, joka mikäli niin halutaan voi olla litistettyä. Edullisimmin on tämä reikäinen levy kudotun verkon muodossa.

Anodimetallilla tarkoitetaan sellaista metallia, joka on titaania, sirko-niumia, niobiumia, tantaalia, volframia tai metalliseosta, joka muodostuu pääasiallisesti näistä metalleista ja jonka anodiset polarisointiominaisuudet ovat samanlaisia kuin näiden metallien itsensä. Nämä ovat myös tunnettu nimityksellä kalvoa muodostavat metallit. Edullisempana pidetty metalli on titaani.

Toimiva elektrodiaines saattaa olla mitä tahansa ainesta, joka aktiivisesti siirtää elektroneja elektrolyytistä alla olevaan anodimetalliin ja joka pystyy vastustamaan sähkökemiallisia ilmiöitä niitten olosuhteitten vallitessa, jotka vaikuttavat siinä kennossa, jossa tätä anodia tulee käyttää. Käyttöä varten erittäin syövyttävissä olosuhteissa esim. kloorin elektrolyyttitapauksissa, voi tämä toimiva elektrodiaines sopivimmin muodostua yhdestä tai useammasta platinaryhmän metallista, se tahtoo sanoa platinasta, rodiumista, iridiumista, ruteniumista, os-miumista ja palladiumista ja/tai näiden oksideista tai muusta metallista tai metal-liyhdisteestä, joka toimii anodina ja joka pystyy varustamaan tämän kennon sähkö- 3 kemiallista liuottamisvaikutusta kuten esim. reeniumista, reeniumtr^^Llil^s^a, magnetiitista, titaaninitriidistä ja platinaryhmän metallien borideista, fosfideista ja piihapposuoloista. Se pinnoite, joka muodostuu toimivasta elektrodiaineksesta saattaa myös sisältää sähköisesti johtamattomia oksideja, erityisesti anodimetallien oksideja kuten esim. titaanin ja/tai muiden metallien, kuten esim. tinan, kuten alalla on tunnettua, jotta tämä toimiva elektrodiaines ankkuroidaan tukevammin kannattavaan anodimetallin rakenteeseen ja jotta lisätään sen vastustuskykyä tämän työskentelykennon liuotusvaikutusta vastaan.

On erityisesti pidettävä edullisimpana käyttää platinaa olevaa pinnoitetta, joka on voitu muodostaa esim. galvanoimalla alustan päälle, kuten esim. on kuvattuna ranskalaisessa patenttijulkaisussa n:o 159^758.

Muihin pinnoitteisiin, joita myös voidaan käyttää sisältyvät esim. ne, joita on kuvattu belgialaisessa patentissa 7^+0 2k2, belgialaisessa patentissa n:o Jh2 89^, tai Iso-Britannian patenttijulkaisuissa 1 29h 373, 1 352 872 sekä 1 35^ 897· Kun käytetään oksidipinnoitetta on pidettävä edullisimpana, että tämä pinnoite muodostuu ruteenioksidista.

Katodi on valmistettu edullisimmin meltoteräksestä. Vastaavasti saattaa mainittu rautalevy edullisimmin olla muodostettu meltoteräksestä.

Tämän keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaan muodostavat rautalevy ja reikäinen levy vastakkaiset päätypinnat katodilaatikosta, joka on sovellettu pitämään sisällään katodiliuosta. Tämä laatikko on soveliaimmin varustettu ulostulolla kaasuja varten ja ulostulolla nesteitä varten. Mikäli niin halutaan voidaan käyttää samaa ulostulokohtaa sekä kaasuja että nesteitä varten.

Edullisimmin tätä reikäistä levyä kannattavat poikittaiset tuet, jotka on liitetty kiinni mainittuun rautalevyyn. Nämä tuet saattavat olla sähköisesti johtavia ja ne on yleensä pistehitsattu kiinni tähän reikäiseen levyyn.

Keksinnön mukaiselle kennolle on tunnusomaista se, että kunkin kaksinapaisen yksikön anodimetallilevyssä on kanavat pitkin koko levyn kehää saman yksikön kato-dilevyn vastakkaisella puolella, jolloin kanavat ovat yhteydessä siihen anodiliuos-osastoon, joka on lähellä viereisen yksikön rei'ällistä katodilevyä.

Edullisesti mainitut kanavat on muodostettu taivuttamalla anodimetalli-levyn reunat. Anodimetallilevyt ovat edullisesti suorakulmaiset, jolloin toisella reunalla olevassa kanavassa on vähintään yksi nesteiden ja/tai kaasujen poistoaukko ja jolloin vastakkaisella reunalla olevassa kanavassa on vähintään yksi elektrolyytin tuloaukko.

“ 56557 USA-patenttijulkaisussa 3 *+51 91^ on esitetty kaksinapainen kenno ilman kalvoa jokaisessa kennoyksikössä, joka kenno on sopiva kloraatin, perkloraatin tai hypokloriitin valmistukseen. Kukin kaksinapainen elektrodi voi koostua anodilevystä, joka on valmistettu platinisoidusta titaanista, ja rakenteeltaan ympäröivästä ja ylhäältä ja alhaalta avonaisesta katodista, jolloin katodin teräslevyä lähinnä oleva anodi on yhdistetty titaanianodilevyyn "päällystämällä" ja katodin anodista kauempana oleva terässeinä on varustettu liittymillä, jotta osa elektrolyysivir-rasta voisi virrata sisään yhdistävään katodiin katodisuojan aikaansaamiseksi si-semmissä teräspinnoissa. Tämänkaltainen kaksinapainen elektrodi on upotettava säiliöön, joka sisältää elektrolyytin.

Keksinnön mukainen kenno mahdollistaa säiliön poisjättämisen elektrodeja yhdistettäessä multielektrolyyttiseksi kennoksi, anodilevyn koko kehällä olevien kanavien avulla.

USA-patenttijulkaisussa 2 786 θ11 on esitetty perifeeristen kanavien käyttöä elektrolyytin kierrättämiseksi sisään ja ulos kennoista ja syntyneiden kaasujen poistamiseksi, suodatuspuristintyyppisissä kennoissa käytetyissä elektrolyyseissä. Kaksinapaisen elektrodin muodostaa litteä metallilevy, jossa on nikkelipinnoitus anodipuolella ja perifeeriset, suorakaiteen muotoisista teräskanavista muodostetut perifeeriset kanavat, jotka on hitsattu sekä levyn anodi- että katodipuolelle. Aukolla varustettua erillistä katodia ei ole ja kalvo on siksi itsekantava paitsi reunoista, jotka on eristetty mainituista suorakaiteen muotoisista teräskanavista, joiden väliin reunat on puristettu eristetyin elimin.

USA-patenttijulkaisussa 3 312 6lU taas on esitetty kennoja, joissa sekä anodi että katodi on alaosassaan (elektrolyytin syöttämiseksi) ja yläosassaan (nesteen ja kaasujen poistamiseksi) varustettu vaakatasoisin kanavin. Verrattuna tähän on esillä olevan keksinnön kohteena multielektrolyyttistä kennoa, jossa on kaksinapaiset yksiköt, joissa vain kunkin kaksinapaisen yksikön anodi on varustettu kanavin, lisäksi on kanavia sovitettu anodin koko kehälle, so. sekä vaaka-että pystytasoon. Keksinnön mukaiset kanavat on muodostettu paljon yksinkertaisemmin, edullisesti taivuttamalla. Edelleen, kuten myös on mainittu USA-patentin 3 1+51 91*+ yhteydessä, mahdollistaa kanavien sovittaminen anodin koko kehälle säiliön poisjättämisen elektrodeja koottaessa multielektrolyyttiseksi kennoksi, kun sitävastoin USA-patentti 3 312 6lU rajoittuu yhteen kennoon, jossa on kaksi kennon seinät muodostavaa metallielektrodia.

5 565S7

On edullista, että ainakin se kanava, joka sisältää ulostulon ja yleisesti ottaen myöskin se kanava, joka sisältää sisääntulon, on poikkileikkaukseltaan laajennettu, niin että nesteet ja/tai kaasut voivat kulkea niiden kautta ilman liian suurta supistumismäärää.

Tämä poikkileikkaukseltaan laajennettu kanava saattaa muodostua putkesta, jonka akseli sijaitsee oleellisesti ottaen yhden suuntaisena sen reunaosan kanssa, jonka vieressä se sijaitsee. Ulostulot ja sisääntulot saattavat edullisesti olla sama-akselisia näiden putkien kanssa.

Edullisimmin on tietty uurteitettu levy, joka on esim. titaania asetettu sisään näihin kouruihin kannattamaan tämän kanavan muotokappaleita.

Anodimetallia oleva levy on voitu liittää kiinni ensinmainittuun levyyn sopivia keinoja käyttäen, jotka aikaansaavat sähköä johtavan liitoksen. Edullisimmin sovitetaan toimivan elektrodiaineksen pinnoite tämän anodimetallin levyyn tämän liittämistoimenpiteen jälkeen.

Tämä liittäminen voidaan suorittaa esim. juottamalla tai kovajuottamalla nämä levyt yhteen ja erityisen sovelias menetelmä juottamista varten on kuvattuna Belgialaisessa patentissa n:o 737 207· Tässä menetelmässä on anodimetallin levy pinnoitettu "tinaavalla” metallilla tai metalliseoksella kuumentamalla tätä levyä sillä aikaa, kun pinnoitettavana oleva pinta on peitettynä jollain tinausmetallilla tai metalliseoksella, joka on sulassa tilassa, minkä lisäksi ultraäänillä syötettyä koestinta liikutellaan oleellisesti ottaen koko pinnoitettavana olevaa pintaa pitkin, tämän koestimen ollessa kosketuksissa tämän pinnan kanssa sekä myös sulan metallin tai metalliseoksen kanssa. Täten saatu pinnoitettu levy juotetaan kiinni ensimmäiseen levyyn, joka on jo etukäteen tinattu.

Tämä "tinauksen" metalli tai metalliseos on sellaista metallia tai metalli-seosta, joka muodostaa pinnoitteen anodimetallin tai tämän metalliseoksen levylle ja jonka johdosta on mahdollista, että näin saatua levyä käytetään tavanomaisessa juottamismenetelmässä. Soveliaisiin tinausmetalleihin sisältyy tina, sinkki ja kadmium. Soveliaisiin tinausmetallien seoksiin sisältyvät sellaiset kahden metallin metalliseokset, joissa on tinaa, sekä toisena metallina sinkkiä, lyijyä, antimonia tai vismuttia taikka kolmea metallia sisältävät, tinaa sisältävät metalliseokset kuten esim. tinan, sinkin ja lyijyn metalliseos. On pidettävä edullisimpana käyttää sinkin ja tinan metalliseosta.

Ensimmäisenä mainitun levyn etukäteen tinaaminen voidaan mukavimmin suorittaa tavanomaiseen tapaan kuumentamalla liitettävänä oleva pinta, kun liittämisessä käytetään esim. lyijyn ja tinan metalliseosta käyttäen esim. metalliseosta, joka sisältää 30 % lyijyä ja 70 % tinaa taikka käyttäen lyijyn ja vismutin metalliseosta. Mikäli niin halutaan tämä tinausmetalli tai metalliseos saattaa olla samaa metallia, kuin mitä käytetään sekä anodilevyn että ensimmäisenä mainitun levyn tinaamiseen.

Laajaa aluetta metalliseoksia voidaan käyttää näitten levyjen juottamiseen yhteen. Soveliaisiin juottamismetalliseoksiin sisältyy esim. lyijyn ja tinan metalliseokset tai lyijyn ja vismutin metalliseokset.

6 56557

Eräs toinen keino ensimmäisenä mainitun levyn ja anodilevyn liittämiseksi yhteen on käyttää sähköä johtavaa liimaa. Mitä tahansa soveliasta liimaa voidaan käyttää ja näihin sisältyy epoksihartsit, joissa käytetään täyteaineena johtavan metallin, esim. hopean tai sinkin jauhetta. Yleisesti ottaen tämä epoksihartsi muodostuu Bisfengoli A tiivistystuotteista epikloorihydridin kanssa, ja se voidaan kovettaa soveliailla ristiinkytkemisaineilla kuten esim. amiinilla. Nämä liimat sisältävät edullisimmin väliltä 50-90 % painostaan metallia. Kun käytetään tällaisia liimoja on toivottavaa, että ne levitetään näille liitettävinä oleville levyille, joita sitten pidetään yhdessä tietyn paineen alaisena, joka on suuruudeltaan esim. väliltä 1,4-3,5 kp/cm , sillä aikaa, kun tämä liima kovettuu, joka tapahtuu esim. lämpötilassa väliltä 100°C-180°C.

Mainittu kalvo voi olla mitä tahansa soveliasta kalvoainetta, mutta on pidettävä edullisimpana, että tämä kalvo valmistetaan polytetrafluoroetyleenistä (PTFE) käyttäen esim. sitä menetelmää, joka on kuvattuna Iso-Britannian patenttijulkaisussa 1 081 01+6. Muihin soveliaisiin kalvoaineksiin sisältyy asbesti, joka voidaan esim. sijoittaa tämän reikäisen levyn päälle upottamalla tämä levy asbesti-lietteeseen ja käyttämällä tyhjiötä, jolla asbesti imetään tämän levyn päälle.

On myös pidettävä edullisena, että ulostulot anodiliuoksen osastosta on yhdistetty vaahtoa poistavaan tilaan, joka sijaitsee etäällä tämän anodiliuoksen osastoista esim. siten, mitä on kuvattuna Iso-Britannian patenttijulkaisussa 1 123 321. Tällaisissa järjestelyissä on vaahtoa poistava tila yhdistetty anodiliuoksen osaston sisääntuloihin käyttäen esim. sopivaa kanavaa tähän tarkoitukseen.

Tämä keksintö on havainnollistettu oheisissa piirustuksissa, joissa kuvio 1 on sivukuvanto kaksinapaisesta yksiköstä katsoen pitkin viivaa BB' kuviossa 2.

Kuvio 2 on leikkaus otettuna pitkin viivaa AA' kuviossa 1.

Kuvio 3 on yläkuvanto tästä yksiköstä.

Kuvio 4 on yläkuvanto sivulta päin vaihtoehtoisesta rakenteesta tätä kaksinapaista yksikköä, joka on esitettynä kuviossa 1 katsoen tässä tapauksessa pitkin viivaa DD' kuviossa 5·

Kuvio 5 on leikkaus otettuna pitkin viivaa CC' kuviossa 1*.

Kuvio 6 on osittain sivukuvanto kaksinapaisesta yksiköstä katsoen pitkin viivaa EE' kuviossa 5 ja tässä näkyy erilaiset kiinnikkeet, joita ei ole esitettynä kuviossa 4.

Kuvio 7 on leikkauskuvanto kennosta, johon sisältyy kaksi kuvioissa 1, 2 ja 3 esitettyä kaksinapaista yksikköä.

Kuvio 8 on kaavamainen esitys kennosta, jollainen on esitettynä kuviossa 7» kun tätä käytetään suolaliuoksen elektrolyysiin.

Viitattaessa nyt näihin piirustuksiin muodostuu se kaksinapainen yksikkö, joka on esitettynä kuviossa 1-7 titaania olevasta levystä 1 sähköisesti kytkettynä yhteen meltoteräksen levyn 2 kanssa.

Nämä levyt on liitetty yhteen käyttäen ultraäänihitsauksen äänipäähän menetelmää seuraavaan tapaan. Titaania oleva levy esitinattiin käyttäen 75 % 56557 tinaa ja 25 $ sinkkiä juotteena 400 C lämpötilassa käyttäen tähän apuna ultra-äänipäätä. Tämä levy pidettiin tässä lämpötilassa 50 minuutin aikana tinaami-sen jälkeen, jotta juotteilla olisi mahdollisuus diffundoitua sisäpintaan. Meltoteräs esitinattiin käyttäen "putkimiehen juotetta" (sisältää 70 $ lyijyä ja 50 $ tinaa) 500°C lämpötilassa käyttäen ammooniumkloridijuoksutinta. Tinattu titaani päällystettiin tämän jälkeen ohuella kerroksella putkimiehen juotetta 500°C lämpötilassa. Tietty kerros tätä putkimiehen juotetta saatettiin virtaamaan meltoteraksen päälle 300°C lämpötilassa ja titaanilevy saatettiin tarttumaan siihen kiinni. Tätä rakennelmaa pidettiin tämän jälkeen koossa ja sen annettiin jäähtyä kunnes levyt olivat liittyneet toinen toisiinsa. Tämän jälkeen galvanoitiin pinnoite platinaa tämän titaanin kerrostamattomAlle puolelle. Kuvioissa 1 - 5 ja 7 esitetyissä yksiköissä on tämän titaanilevyn vaakasuorat levyt taivutettu kohdasta 3 muodostamaan kouru, joka on titaanista valmistettujen uurteiden 4 kannattama. Tämä kouru on varustettu sisääntuloilla 5 ja ulostuloilla 6. Kuvioissa 4,5 ja 6 esitetyissä kaksinapaisissa yksiköissä on vaakasuorissa reunoissa kanavat, joiden muoto on kohdasta 40ja 41 laajennettu. Näissä on sisääntulot 42 ja ulostulot 43 Kuviossa 6 on ulostulot 43 kytketty astioihin 44» jotka toimivat vaahtoa poistavana tilana, jossa kaasun ja nesteen muodostava vaahto saattaa eroittua osiinsa, niin että kaasu saattaa poistua ulostuloista 45 ja neste saattaa kulkea sisäntulon 42 kautta sieltä pois. Edelleen voidaan lisätä lisää nestettä näihin astioihin 44 sisääntulojen 46 kautta ja kaasua saattaa poistua näistä astioissa 44 ulostulojen 45 kautta Tämän titaanilevyn pystysuorat reunat ovat kaikissa kuvioissa myös taivutettu kaksinkerroin muodostamaan kanavat, mutta selvyyden saavuttamiseksi ei tätä ole esitetty leikkauksen muodostavissa kuvioissa.

Meltoterästä oleva levy 2 on varustettu meltoterästä olevilla seinillä?» jotka on hitsattu kiinni tähän levyyn. Tällä teräslevyllä on pystysuorat seinä-märeunat (joita ei selvyyden saavuttamiseksi ole esitetty), jotka yhdessä seinien 7 kanssa muodostavat avoimen laatikon sivut, jossa pohjana on levy 2.

Nämä seinät on varustettu reunaosilla 8, joihin on kiinnitetty meltoterästä olevat lankaverkko-osat 9» jotka muodostavat katodin. Nämä levyt 2 ja 9 muodostavat rastakkaiset päätypinnat katodilaatikosta. Ylempi ja alempi sivuseinä kussakin laatikossa joka on esitettynä kuvioissa 2,3 ja 7 on varustettu ulostuloilla 10 ja 11. Kuvioissa 5 ja 6 esitetyissä yksiköissä on tässä laatikossa ulostulot 47» jotka on yhdistetty astioihin 48, joissa kussakin on ulostulo kaasuja varten 49 ja ulostulo nesteitä varten 50·

Kuviot 7 ja 8 esittävät kahta kuvioiden 1 -3 kaksinapaisista yksiköistä sisällytettynä elektrolyyttiseen kennoon. Pääteanodi 12 ja päätekatodi 13 ovat rakenteeltaan samanlaisia kuin vastaavasti anodi ja katodiosat kaksinapaisessa yksikössä. Täten on pääteanodissa 20 platinapinta, joka on samanlainen kuin pinta 1 ja sisääntulo 21, joka vastaa sisääntuloja 5 ja tämän lisäksi ulostulo 8 56557 joka vastaa ulostuloja o. Faatekatodi muodostuu rakenteeltaan meltoterästä olevasta lankaverkon levystä 25* joka on samanlainen kuin levyt 9* ulostulon 23 vastatessa ulostuloja 10 ja sisääntulon 24 vastatessa sisääntuloja 11.

Kukin reikäisistä katodeista sijaitsee tietyn välin päässä erossa sen viereisestä aktiivisesta anodipinnasta. Tietty välieroitin 14 eroittaa sähköisesti vierekkäiset anodit ja katodit toisistaan. Tämä eroitin on voitu valmistaa mistä tahansa soveliaasta aineesta, kuten esim formaldehyydihartsiseokses-ta esim aineesta "Tufnol tai polytetrafluoioebyleenistä, joka yleisesti ottaen pystyy vastustamaan elektrolyyttiä ja elektrolyyttisiä tuotteita. Sopivia tiivisteaineita kuten esim polytetrafluoroetyleeniä taikka raakakumia, joka voidaan vulkanoida paikalleen sijoittamisensa jälkeen on yleensä käytetty mukana takaamaan, ettei mitään nestettä pysty poistumaan vierekkäisten anodien ja katodien väliltä.

Tietty huokoinen polytetrafluoroetyleenikalvo 15* joka sisältää titaani-dioksiidia täyteaineena on sijoitettuna tämän reikäisen katodin viereen.

Tämä kalvo ja anodi muodostavat vastakkaiset päätypinnat anodilaatikos-ta, joka eri eroittimineen ja tiivisteineen soveltuu sisältämään anodinestettä.

Nyt on toivottavaa, että elektroodien välinen rako on niin pieni kuin on mahdollista, jotta voitaisiin alentaa ohmisia häviöitä, joita elektrolyysin aikana esiintyy. On pidettävä edullisimpana, että tämä aukko on väliltä 5-10 mm. Kuviossa 7 esitetyssä kennossa etäisyys anodipinnan ja viereisen katodin välillä on 7 mm.

Pääteanodi ja päätekatodi on varustettu virransyöttökiskoilla 16 ja 17· Tämä kenno kootaan järjestelmällä eri osat oikeaan järjestykseen soveliaaseen kehikkoon (jota ei ole kuvioissa esitetty) ja aikaansaamalla tämän jälkeen riittävää painetta sen päätypintoihin niin että koko kenno pysyy koossa ja taataan, ettei tapahdu mitään vuotoja liitoskohdista vierekkäisten yksikköjen välillä ja pääte-elektroodien ja vierekkäisten yksikköjen väliltä.

Vaikkakin esitetyssä kennossa on vain kaksi yksikköä saattaa sellainen sisältää minkä tahansa lukumäärän, joka sopii yhteen niiden jännitteiden kanssa, joiden mukaisesti halutaan toimia. Täten tälläinen kenno yleensä sisältää vähintäin 10 yksikköä ja esim aina jopa 100 yksikköäkin.

Kuvio 8 on kaavamainen esitys kuviossa 7 esitetystä kennosta käytettäväksi suolaliuoksen elektrolyysissä. Suolaliuos tulee sisään kennoon pitkin kanavaa 35, jolloin klooria vapautuu anodeilla 1 ja 20 ja vetyä vapautuu katodeilla 9 ja 25. Samalla muodostuu natriumhydroksiidia tämän kennon katodiosastoissa.

Tämä kloori valmistuu sellaisessa määrässä ja tuottonopeudella, että muodostuu vaahtoa, joka muodostuu kloorista suolaliuoksessa tämän muodostuessa anodiosastoihin tässä kennossa. Näiden kloorikuplien voima aikaansaa sen, että vaahto kulkeutuu ulos kennosta pitkin kanavaa 30 vaahtoa poistavaan tilaan 32, jossa kloori eroitetaan suolaliuoksesta. Kloori poistuu tästä vaahdon poisti-mecta 32 ulostulon 34 kautta.' 9 i 56557

Kulutuista korvaavaa suolaliuosta lisätään kanavan 55 kautta. SuolaiiuoTcsen pinnankorkeus 37 vaahdon poistimessa 32 on riittävän korkea taatakseen, että suolaliuos kiertää, takaisin kennon pohjalle pitkin kanavaa 35·

Katodiosastoissa muodostunut vety poistuu kanavan 51 kautta ja muodostunut natriumhydroksiidi poistuu suolaliuokseen sekoittuneena pitkin kanavaa }6 Kuvioissa 7 ja 8 esitetyt kennot voidaan muuntaa korvaamalla yksi tai useampia näistä kaksinapaisista yksiköistä kuvioissa 1-5 yhdellä tai useammalla kuvioiden 4-6 mukaisista yksiköistä. Tälläisessä järjestelyssä pääteanodi ja päätekatodit ovat yleisesti rakenteeltaan samanlaisia kuin anodin ja katodin osat vastaavasti kaksinapaisissa yksiköissä 4-6, Vaahtoa poistava tila 57 kuviossa. 8 muodostuu astioista 44 Nämä astiat 44 voivat olla yhteisiä kaikille näille kennoille. Edullisimmin on kukin yksikkö varustettu omalla yksittäisellä astiallaan 44 vaikkakin mikäli niin halutaan voidaan käyttää yhteistä astiaa kahta tai useampaa yksikköä varten taikka jopa koko kennoa varten Vaihtoehtoisesti voidaan välilaipioita sijoittaa yhteiseen astiaan siten, että se saattaa tehollisesti toimia samoin kuin joukko pienempiä astioita, mikä täten pienentää virtavuodon vaaraa yksiköiden välillä. Elektrolysoitaessa suolaliuosta tulee kloorin vaahtoa suolaliuoksessa astioihin 44 pikin ulostuloja 45» ja. sitten kloori täällä eroittuu tästä suolaliuoksesta. Kloori poistuu astioista pitkin ulostuloja 45 ja suolaliuos kierrätetään takaisin tämän anodilaatikkojen pohjalle sisään tulojen 42 kautta. Kulutusta korvaavaa suolaliuosta lisätään sisääntulojen 46 kautta. Vetyä, natriumhydroksiidia ja suolaliuosta poistuu kato-dilaatikoista pitkin ulostuloja 47 niiden tullessa astioihin 48, jossa vety poistuu ulostulojen 49 kautta ja natriumhydroksiidi ja suolaliuos poistuvat ulostulojen 50 kautta.

Vaikkakin näitä kennoja nyt on kuvattu natriumkloridin vesiliuoksen elektrolyysiä varten voidaan näissä kennoissa myös elektrolysoida muita alkali-metallien halideja, kuten esim kaliumkloridia.

Tätä keksintöä voidaan edelleen havainnollistaa seuraavan esimerkkita- J pauksen avulla:

Esimerkki

Sopiva kenno on valmistettu kuvioissa 4-6 esitetyistä kahdesta kak- j j sinapaisesta yksiköstä ja sitä käytetään suolaliuoksen elektrolyysiä varten ! o o sen käyttölämpötilan ollessa väliltä 80 C - 85 C viiden päivän jakson ajan. Tällöin saavutettiin seuraavat tulokset: 10 2 5 6 5 S 7

Yhden modulin yli vaikuttava jännite

(sts. anodilta viereisen yksikön katodille) 3*24 V

Anodivirran tiheys 2 kA/m

Natriumkloridin syöttöaineksen pitoisuus 307 g/l NaCl

Katodiliuoksen pitoisuus 122,8 g/l NaOH

0,55 g/l NaC105 180,2 g/. NaCl

Anodikaasun kokoomusanalyysi Clg 98 i tilavuuden mu kaan oo2 1 56 o2 1 % h2 0 io n2 0 $>

Kennon virran hyötysuhde 96,5 i

Muunnon hyötysuhde 49*9 i>

Nyt voidaan nähdä, että kenno täten antaa hyvän kloorin hyötysuhteen ja hyvän muunnon hyötysuhteen sekä poikkeuksellisen hyvän jännitteen ja virran välisen suhteen arvon. Tämä kenno on rakenteeltaan erittäin pienikokoinen ja voidaan sillä poistaa kennokotelon tarve kokonaan.

Claims (3)

56557

1. Moniosastoinen diafragmakenno kloorin ja alkalimetallihydroksidin valmistamiseksi alkalimetallikloridin vesiliuoksen elektrolyysin avulla, joka kenno käsittää vähintään yhden kaksinapaisen elektrodin, joka on sovitettu pääteanodin (12) ja päätekatodin (13) välille vähintään kahden yksikköelektrolyysikennon muodostamiseksi, jotka on yhdistetty toisiinsa sarjaksi, jolloin kukin kaksinapainen elektrodi on yksikkö, joka käsittää (a) anodin, joka muodostuu anodimetallia, edullisesti titaania, olevasta levystä (1), jonka toisella pinnalla on toimivaa elektrodiainetta, edullisesti platinametallia ja/tai platinametallin oksidia, oleva pinnoite (20), ja joka on sähköä johtavasti liitetty vastakkaisen pintansa huomattavalta alueelta rautaa tai terästä olevaan levyyn (2), ja (b) katodin, joka muodostuu rei'eilisestä rauta- tai teräslevystä (9), joka on edullisesti kudottua verkkoa ja joka sijaitsee yhdensuuntaisena mainitun rauta- tai teräslevyn (2) kanssa ja välimatkan päässä siitä, mutta sähköisesti kytkettynä siihen, jolloin levyn (2) ja rei'ällisen levyn välille muodostuu katodiliuososasto, jolloin pääte-katodina on rei’ällinen rauta- tai teräslevy (25), joka muodostaa päätekatodi-laatikon yhden seinän rautalevyn (13) ollessa päätyseinänä ja joka on vastapäätä kaksinapaista yksikköä, jolloin kaksinapaisten yksikköjen katodiliuososastoissa ja päätekatodilaatikossa on kaasujen poistoaukko (10, 23) ja nesteiden poisto-aukko (11, 2U), jolloin pääteanodina (12) on anodimetallia, edullisesti titaania, oleva levy, jonka toisella pinnalla on toimivaa elektrodiainetta, edullisesti platinametallia ja/tai platinametallin oksidia, oleva pinnoite, jolloin pääte-katodi, kaksinapaiset yksiköt ja pääteanodi on sovitettu sarjaan, niin että kukin rei'ällinen katodilevy on viereisen kaksinapaisen elektrodin pinnoitetun anodi-pinnan suuntainen, mutta sähköisesti eristetty ja pienen välimatkan päässä siitä, jolloin huokoinen kalvo (15) on sovitettu jokaisen katodin ja viereisen pinnoitetun anodipinnan väliin, jolloin kalvon (15) ja pinnoitetun anodipinnan välille muodostuu anodiliuososasto, ja jolloin jokaisessa anodiliuososastossa on elektrolyytin tuloaukko (5, 21) ja nesteiden ja/tai kaasujen poistoaukko (6, 22), tunnettu siitä, että kunkin kaksinapaisen yksikön anodimetallilevyssä on kanavat (3) pitkin koko levyn kehää saman yksikön katodilevyn vastakkaisella puolella, jolloin kanavat ovat yhteydessä siihen anodiliuososastoon, joka on lähellä viereisen yksikön rei'ällistä katodilevyä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen diafragmakenno, tunnettu siitä, että mainitut kanavat (3) on muodostettu taivuttamalla anodimetallilevyn reunat.

3· Patenttivaatimuksen 1 mukainen diafragmakenno, tunnettu siitä, että anodimetallilevyt ovat suorakulmaiset, että toisella reunalla olevassa kanavassa (3) on vähintään yksi nesteiden ja/tai kaasujen poistoaukko (6, 22) ja että vastakkaisella reunalla olevassa kanavassa on vähintään yksi elektrolyytin tulo-aukko (5, 21). 12 56557