FI57275B - Elektrolytisk cell - Google Patents

Description

ΓΒΐ ««»CUULUTUSJULKAISU r nnnr fgTj lJ 11 UTLÄGGNINGSSKIUFT 57275 • ^3® C (45) Patin t ti sySnn-Uy 13 37 1333

Patent meddelat ^ T ^ (51) Kv,lk.*/lnt.CI.* C 25 B 9/02

SUOMI —FINLAND (21) P«.nttlh*k.rou«-P*t«Uan«6knln( 30M/7U

(22) Htkamitpiiv·—AittOknlnpdig 17*10.7^

(23) Alkuptlvi—Giltl(hM*dtf 17.10.7U

(41) Tullut JulkMcsI —BIMtofTantllg 20.0U.73

Patentti- ja rekisterihallitus .... ...... ... , . .....

_ ' (44) NIhtivIluIptnon ja kuuUulkalaun pvm. —

Patent- och registerstyrelsen ' Anaökan utlagd och utUkrtftan publkarad 31.03.80 (32)(33)(31) P)7«l*«y atuolk*ui —Boglrd prloritat 19.10.73

Belgia-Belgien(BE) 136867 (71) Solvay & Cie Societe Anonyme, 33 rue du Prince Albert, B-1050 Bryssel,

Belgia-Belgien (BE) (72) Emile Cabaraux, Bryssel, Robert Schöberle, Bryssel, Belgia—Belgien(BE) (7U) Oy Kolster Ab (5U) Elektrolyysikenno - Elektrolytisk cell Tämä keksintö kohdistuu parannuksiin elektrolyysikennoissa, joissa on pystysuorat elektrodit, erityisesti kennoihin, jotka on varustettu metallianodeil-la ja on tarkoitettu alkalimetallin kloraatin tai hypokloriitin valmistukseen tai kloorin tuottoon.

On tunnettua käyttää metallianodeja kennoissa, joissa elektrolysoidaan alkalimetallin halidin vesiliuoksia. Nämä anodit muodostuvat esim. platinalevyistä tai kalvon muodostavaa metallia olevista levyistä, kuten esim. titaania peitettynä aktiivisella pinnoitteella, joka muodostuu platinaryhmän metallista tai metalliyhdis-teestä. Nämä metallianodit sisältävät myös joskus sydänosan metallista, joka on hinnaltaan halvempi ja jolla on parempi sähköinen johtavuus kuten esim. kuparista tai alumiinista.

Tähän mennessä kennojen, käyttäen metallisia anodeja, kehitystyö on ollut suhteellisen hidasta koska on kohdattu vaikeuksia näiden anodien kiinnittämisessä kennon sisäpuolelle ja niiden kytkemisessä virtajohtimeen. Erilaisia ratkaisuja on ehdotettu näiden vaikeuksien voittamiseksi, mutta mitkään näistä eivät ole näyttäneet aikaansaavan täyttä tyydytystä tähän mennessä.

Brittiläisessä patenttijulkaisussa n:o 1 125 ^93, hakijana Imperial Metall Industries (Kynoch) Limited on ehdotettu esimerkiksi anodien kiinnittämistä pultti- 57275 2 kiinnityksellä, niittaamalla tai hitsaamalla ne titaania olevaan levyyn, joka muodostaa kennon pohjan ja on ankkuroitu betoniseen perustukseen. Virta johdetaan ano-deihin kuparia tai alumiinia olevia kiskoja pitkin, jotka on upotettu betoniperus-tukseen ja hitsattu titaania olevan levyn alempaan pintaan pystysuorassa suunnassa anodien alla.

Tämän tyyppisen anodirakennelman aikaansaaminen on kallista ja vaikeata.

Se tekee välttämättömäksi lujan ankkuroinnin titaanilevylle betoniseen perustukseen, jotta estettäisiin tätä levyä muuttumasta muodoltaan ja aiheuttamasta sivuttaissuun-taisia anodien sivuun siirtymistä tämän kennon käytön aikana.

Tämä tunnettu anodirakennelma anaa edelleen sen haittapuolen, että se merkitsee oleellisia energiatappioita.Joulen ilmiön vaikutuksesta, mikä johtuu virran kulkanisesta virtajohtimista anodeihin titaanilevyn kautta, jolla on alhainen sähkönjohtavuus.

Belgialaisessa patentissa n:o 739 *+20 on ehdotettu metallisten anodien asentamista pystysuorille anodikannattimille ja viimemainittujen kannattamista jäykästä metallisesta perustasta, joka on peitetty suojaavalla eristävällä kerroksella ja muodostaa tämän kennon pohjan. Tämä jäykkä metallinen perusta saattaa esim. olla valmistettu kuparista tai alumiinista ja se saattaa toimia myös virta-johtimena anodia varten tai vaihtoehtoisesti voidaan virtajohtimet ripustaa tämän perustan alle jatkeista anodikannattimille.

Tällä tunnetulla anodirakennelmalla on se kaksinkertainen haittapuoli että se on raskas ja kallis, koska on tarpeen suuri paksuus metallisessa perustassa, jotta taattaisiin että sillä on riittävä jäykkyys.

Edelleen muodostaa tämän kennon käytön aikana suurikokoinen metallinen perusta väistämättä sisäisten jännitysten gradientin lähtökohdan näiden ollessa luonteeltaan termisiä, mikä saattaa johtaa sen muodon muuttumiseen ja kennossa olevien anodien sivuttaissuuntaiseen siirtymiseen.

US-patenttijulkaisusta 3 591 1+83 tunnetaan elektrolyysikenno, jossa anodi-kannatin työntyy kennon pohjalevyn läpi. Tässä kennossa on epäkohtana kuitenkin se, että virtakiskojen asemaa ei voida säätää.

US-patenttijulkaisussa 3 658 686 on esitetty elektrolyysikenno, joka on varustettu elimillä yksittäisten kennojen välisen lämpölaajenemisen kompensoimiseksi. Kompensointieliminä on käytetty elektrodia, joka käsittää jäykän levyn ja tästä jonkin matkan päässä olevan taipuisan kalvon.

Nyt kyseessä olevalla keksinnöllä voitetaan yllämainitut haittapuolet tunnetuista kennoista.

Nyt kyseessä olevan keksinnön mukaan on tämän johdosta aikaansaatu elektrolyysikenno, erityisesti alkalihalogenidielektrolyysiä varten, johon sisältyy kehys, pohjalevy, useita oleellisen pystysuoria ja keskenään yhdensuuntaisia anodilevyjä, joista klikin on asennettu vähintään yhdelle anodin kannattimelle, joka kulkee vuo- 3 57275 totiiviisti kiinnitettynä kennoa rajoittavan, reunoiltaan tiiviisti kiinnitetyn, taipuisan levyn läpi ja on kiinnitetty vähintään yhteen virtakiskoon, joka on sijoitettu mainitun levyn toisella puolelle välimatkan päähän siitä, useita oleellisesti pystysuoria katodeja, jotka vuorottelevat anodien kanssa, kotelo pohjalevyn yläpuolella ympäröimässä anodeja ja katodeja, kansi tämän kotelon yläpuolella ja kanavia elektrolysoitavaksi tarkoitetun liuoksen sisään päästämiseksi ja elektrolyysin tuotteiden poistamiseksi. Keksinnölle on tunnusomaista, että mainittu anodin-kannattimien lävistämä levy on pohjalevy ja että välimatkan päässä sen alla olevat jäykät virtakiskot on asetettu vaakasuoraan ja lepäävät kennon kehykseen kiinnitettyjen tukien päällä.

Tämän keksinnön mukaisella kennolla on se etu, että siinä sallitaan ohuen pohjalevyn käyttö, jolla on kohtuullinen mekaaninen lujuus, joka on ainoastaan riittävä kestämään tässä kennossa vaikuttavaa hydrostaattista painetta vyöhykkeiden välillä, jossa se on kiinnitetty anodin kannattimiin.

Eräässä erityisessä suoritusmuodossa tästä kennosta tämän keksinnön mukaan ainakin osa pohjalevystä on valmistettu joustavasta levystä. Tällä keksinnön suoritusmuodolla on se etu, että sallitaan pohjalevyn paikallinen muodon muuttuminen, mikä on seurauksena esim. termisten laajentumisien vaikutuksesta ilman, että häirittäisiin anodien sijoittumista näihin kennoihin. Tällä on se ylimääräinen etu, että sallitaan anodien tarkka sijoittaminen tähän kennoon katodien väliin. Tätä tarkoitusta varten on tämän keksinnön erään sen edullisen piirteen mukaan edellä mainittu tuki virtajohdinta varten korkeudeltaan säädettävissä.

Tämän keksinnön mukaisessa kennossa on pelkästään valinnanvarainen seikka onko pohjalevy valmistettu sähköä johtavasta aineksesta vai eristävästä aineksesta» Edullisimnin se on valmistettu kalvoa muodostavasta metallista, kuten titaanista, tantaalista, niobiumista ja niiden metalliseoksista.

Muita tämän keksinnön ominaisuuksia ja piirteitä tulee käymään ilmi seuraavassa olevasta selityksestä, joka esitetään esimerkkitapaukseksi useissa tämän keksinnön mukaisen kennon suoritusmuodoista viitaten oheisiin piirustuksiin, joissa vastaavat osat on varustettu samoilla viitenumeroilla.

Näissä piirustuksissa esittää kuvio 1 poikittaista pystysuoraa leikkausta edullisena pidetystä suoritusmuodon osasta tämän keksinnön mukaisessa kennossa; kuvio 2 on pitkittäissuuntainen pystyleikkaus pitkin tasoa II-II kuviossa 1; kuvio 3 esittää suurempaan mittakaavaan yksityiskohtaa kuviosta 1.

Kaikki kuviot viittaavat kalvokennoon alkalimetallin halidien vesiliuosten elektrolyysiä varten, mitä ainetta esim. on natriumkloridin väkevä suolaliuos.

Kenno sisältää kehyksen 1, joka on valmistettu metallipalkkien , kuten esim 2,3,** ja 5 rakennelmasta, näiden ollessa hitsattu yhteen.

Kehikko 1 lepää eristimillä kuten on esitettynä kohdassa 6 kuviossa 1.

„ 57275

Se kannattaa reunoilta titaania olevaa kennon pohjalevyä 7, joka on kytketty pystysuuntaisiin metallianodeihin 6 tavalla, joka tullaan kuvaamaan alempana. Anodit 6 on esim. muodostettu tunnettuun tapaan yhdestä tai useammasta levystä titaania peitettynä ainakin osaksi pinnoiltaan aktiivisella pinnoitteella, joka muodostuu esim. platinaryhmän metallista tai metalliyhdisteestä.

Anodit 8 vuorottelevat katodi ta skuj en 9 kanssa, joissa on huokoiset seinämät ja ne on peitetty kalvolla (ei-esitetty). Katoditaskut 9 on kiinnitetty teräs-koteloon 10, joka lepää kehikon 1 reunaosuudella välissä olevine tiivistysliitoksi-neen 11. Katodin kotelo 10 on peitetty kannella 12, jossa välissä on tiivistyslii-tos 13.

Kuviossa 1 ja 2 esitetty kenno on yhteydessä putkien lU ja 15 kanssa, jotka ovat käytössä vedyn ja vastaavasti katodilla tuotetun alkaalisen nesteen poistamiseksi.

Tämän keksinnön mukaan on klikin anodilevy 8 asennettu anodin kannattimille, jotka muodostuvat sarjasta sylinterimäisiä titaanitankoja l6, jotka sijaitsevat tasavälisesti toinen toisiinsa nähden, esimerkiksi kuvion 2 tapauksessa kolme tankoa. Nämä tangot 16 kulkevat läpi pyöreistä aukoista, jotka on muodostettu pohja-levyyn 7. Niitä kannatetaan levyn 7 alla tangolla 17, joka toimii virtajohtimena tälle anodille. Sylinterimäiset tangot 16 on kiinnitetty virtajohtimeen eli -kiskoon 17 pulttien 18 avulla, jotka kulkevat läpi kyseisestä kiskosta 17 ja ovat kukin kierretty kiinni akselinsuuntaiseen kierteitettyyn aukkoon 19 tangossa 16.

Virran sisääntulokisko 17 on edullisimmin valmistettu kuparista tai alimii-nista. Se ulottuu kennon koko pituuden yli yhdensuuntaisena anodin 8 kanssa ja se työntyy kennon ulkopuolelle toisesta päästä 20 kytkettäväksi positiiviseen napaan tasavirtasyöttölähteestä tai katodin koteloon naapurina olevassa elektrolyytti-kennossa. Kisko 17 lepää sarjalla kennon kehykseen 1 kiinnitettyjä tukia 21.

Nämä tuet, joita yleisellä merkinnällä on osoitettu viitenumerolla 21 on valmistettu (kuvio 3) kierteitetyistä pystysuorista tangoista 23, jotka kukin on kiinnitetty muttereiden 2k parilla kehikon 1 haaraan 1*. Kierteitetyt tangot 23 päättyvät ylemmässä päässään pallomaiseen kuperaan pintaan 25, joka on yhteistoiminnassa vastaavan koveran pinnan kanssa pienestä levystä 26, joka on sovitettu virran sisääntulokiskon 17 alempaa pohjaa vasten.

Kuviossa 1 esitetyssä suoritusmuodossa tämän keksinnön mukainen kenno muodostuu joukosta virran sisääntulokiskoja 17 sijoitettuna sivuttaissuun- 5 57275 nassa vierekkäin kunkin kannattaessa viittä anodien riviä. Sivuttaissuuntaan paikallaan pitävät osat 27, jotka ovat yhtä kappaletta kehikon 1 kanssa takaavat oikean eivuttaissuuntaisen asennon kiskoille 17 ja tämän johdosta kennossa oleville anodeille Θ.

Titaania oleva levy 7 muodostaa kennon pohjan. Sitä kannatetaan tangoilla 16, jotka kulkevat sen läpi. Tämän kannatuksen toteuttamiseksi titaani-levy on kiinnitettynä ylemmän laipan 2Θ kustakin tangosta 16 ja mutterin 29 väliin, mikä mutteri on kierretty vastaavaan kierteitettyyn osaan kyseisestä tangosta. Tiivistys tämän tangon 16 ja pohjalevyn 7 välissä aikaansaadaan rengasmaisen joustavan liitoksen 50 avulla, joka on sijoitettu vastaavaan rengasmaiseen uraan laipassa 26 vastapäätä levyä 7* Tämän kennon, mikä on esitettynä kuvioissa toiminnan aikana kulkee sähkövirta vuorollaan virran sisääntulokiskojen 17, tankojen 16 ja anodien 16 kautta, jolloin pohjalevy 7 ei osallistu tämän virran sisäänjohtamiseen.

Näissä kuvioissa esitetyssä kennossa tuet 21 kiskoja 17 varten ovat korkeudeltaan säädettävissä muttereiden 24 parien avulla. Joukon tämän tyyppisiä muttereita läsnäolo kunkin kiskon 17 alla aikaansaa sen tärkeän edun, että sallitaan helppo ja tarkka kiskon 17 suuntauksen säätö vaakasuoraan tasoon verrattuna niin että taataan paras mahdollinen anodien 6 asento katodien 9 välillä.

On tämän keksinnön edullinen vaihtelumuoto tehdä pohjalevystä 7 joustava. Joustavan pohjalevyn 7 käyttö aikaansaa sen edun, että autetaan kyseistä kiskojen 17 suuntauksen säätöä tukien 21 avulla. Sdelleen se sälliä levyn 7 paikallisen muodonmuutoksen esim. termisten jännitysten vaikutuksen alaisena ilman että häirittäisiin tiivisteitä taikka myöskään tämän kennon geometriaa.

Brään muunnetun suoritusmuodon mukaisesti (ei-esitetty) tämän keksinnön mukaisesta kennosta on pohjalevy 7 valmistettu sähköä johtamattomasta aineksesta, joka sietää elektrolyytin ja elektrolyysin tuotteiden syövytystä. Se on esim. valmistettu klooratun polyvinyylikloridin levystä tai pölytetrafluo-rietyleenistä.

Brään toisen suoritusmuodon mukaisesti (ei-esitetty) tämän keksinnön mukaisesta kennosta on tangot 16 valmistettu suuren sähköisen johtavuuden aineksesta, esim. kuparista tai alumiinista ja niiden ylempi osa 26, mikä on tarkoitettu joutumaan kosketuksiin elektrolyytin kanssa on peitetty vuototii-viillä suojäävällä pinnoitteella, joka sietää elektrolyytin ja elektrolyysin tuotteiden syövytystä. Tämä suojaava pinnoite saattaa esim. olla valmistettu klooratusta polyvinyylikloridista, pölytetrafluorietyleenistä tai kalvoa muodostavasta metallista kuten esim. titaanista.

Vaikkakin nämä keksinnön suoritusmuodot, joita on kuvattu oheisiin piirustuksiin viitaten koskevat kalvokennoja, on tämä keksintö yhtä hyvin so-vellottavissa kennoihin, joissa on pystysuorat elektrodit mutta ei lainkaan kalvoja, kuten esim. kennoihin alkalimetallin kloraatin tuottamiseksi.

Claims (7)

1. 57275
2. 1. Elektrolyysikenno, erityisesti alkalihalogenidielektrolyysiä varten, johon sisältyy kehys (l), pohjalevy (7), useita oleellisen pystysuoria ja keske-iään yhdensuuntaisia anodilevyjä (8), joista kukin on asennettu vähintään yhdelle anodin kannattimelle (l6), joka kulkee vuototiiviisti kiinnitettynä kennoa rajoittavan, reunoiltaan tiiviisti kiinnitetyn taipuisan levyn läpi ja on kiinnitetty vähintään yhteen virtakiskoon (17), joka on sijoitettu mainitun levyn toiselle puolelle välimatkan päähän siitä, useita oleellisesti pystysuoria katodeja (9), jotka vuorottelevat anodien kanssa, kotelo (10) pohjalevyn yläpuolella ympäröimässä anodeja ja katodeja, kansi (12) tämän kotelon yläpuolella ja kanavia (l^, 15) elektrolysoitavaksi tarkoitetun liuoksen sisään päästämiseksi ja elektrolyysin tuotteiden poistamiseksi, tunnettu siitä, että mainittu anodinkannattimien (l6) lävistämä levy on pohjalevy (7), ja että välimatkan päässä sen alla olevat jäykät virtakiskot (17) on asetettu vaakasuoraan ja lepäävät kennon kehykseen (l) kiinnitettyjen tukien (21) päällä.
3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen elektrolyysikenno, tunnettu siitä, että pohjalevyn (7) reunoja kannattaa kotelon (10) seinämien alapuolella jäykkä kehys (l).
4. 3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen elektrolyysikenno, tunnettu siitä, että mainittu pohjalevy (7) muodostuu taipuisasta levystä sellaista ainetta, joka sietää elektrolyytin ja elektrolyysin tuotteiden syövytystä. 1*. Minkä tahansa edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen elektrolyysikenno, tunnettu siitä, että anodin kannattimen muodostaa sylinterinäinen tanko (16), joka kulkee pohjalevyssä olevan pyöreän aukon läpi ja on kiinnitetty virtakiskoon tämän läpi kulkevan pultin (18) avulla, joka on kierretty kiinni vastaavasti kierteitettyyn aksiaaliseen aukkoon (19) tässä tangossa (l6), pohjalevyn (7) ollessa kiristetty tällä tangolla olevan ylemmän laipan (28) ja mutterin (29) väliin, joka on kierretty vastaavaan kierteitettyyn tangon osaan.
5. 5. Patenttivaatimuksen k mukainen elektrolyysikenno, tunnettu siitä, että tangossa oleva laippa (28) on varustettu rengasmaisella uralla, joka suuntautuu pohjalevyä kohden ja johon on asetettuna sisään joustava tiivistysrengas (30).
6. 6. Minkä tahansa edellä olevista patenttivaatimuksista mukainen elektrolyyttinen kenno, tunnettu siitä, että kiskontukien (21) tukipinnan korkeus on säädettävissä.
7. 7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen elektrolyyttinen kenno, tunnettu siitä, että virtakisko (17) lepää vähintään kolmella tuella (21), jotka ovat säädettävissä korkeudeltaan toisistaan riippumattomasti.