FI61525C - Elektrolyscell - Google Patents

Description

GST7! [B] (11)KUULUTUSjULKAISU £^525 l J 1 } utlAggni NOSSKRIFT v ^ ^ ^ (51) Kv.lk.3/lne.CI.3 C 25 B 9/00 SUOMI —FINLAND (21) P*Mnttlh*k*mu» — NtMCaiwBknlni 772923 (22) Hakamiiplivt — An*6knlngsdftf 0U.10.77 (23) AlkupMvl—0U.10.77 (41) Tulkit JulklMfcal —Bllvlt offMtllg qj jg htMIttl-l» r.kl«„lh.llto. (44 NlhtivllulpiiwH |. kwiljgltelMn pvm.—

Patent- och ragicterstyrelaan Aiweiun uti»gd oeh uti.ikrift«a pubikend 30. oU. 82 (32)(33)(31) Pyydetty MuoikMi —Begird priorlut 06.10.76

Saksan Liittotasavalta-Förbundsrepubliken lyskland(DE) P 261*5121.8 (71) Dipl.-Ing. Harms Fröhler KG, Ahornallee 9» D-8023 Pullach, Saksan Liitto-tasavalta-Förbundsrepubliken skland(DE) (72) HannsFröhler, Miinchen, Erwin Rossberger, Berg, Saksan Liittotasavalta-Förbundsrepubliken lyskland(DE) (7*0 Berggren Oy Ab (5*0 Elektrolyysikenno - Elektrolyscell

Keksintö koskee elektrolyysikennoa, joka käsittää kotelon, joka on varustettu tuloaukolla ja poistoaukolla läpivirtaavaa elektrolyyttiä varten ja johon on sijoitettu yksinapaelektrodeja, joista jokainen on kokoonpantu yhteiseen kannattimeen kiinnitetyistä yhdensuuntaisista levyistä, elektrodien ollessa siirrettynä toistensa suhteen siten, että tietyn napaisuuden omaavat levyt ulottuvat toisen napaisuuden omaavien levyjen muodostamiin välitiloihin.

Sähkökemiallisten prosessien suorittamiseen käytetään sekä yksina-paista että myös kaksinapaista rakennetta olevia elektrolyysikenno-ja. Kaksinapakennolla, joka on rakennettu kytkemällä peräkkäin kaksinapaisia elektrodeja esimerkiksi tunnetun suodatinpuristimen tapaan, on se etu, että virransyöttöjohtimet ulkoelektrodeihin saman tehonkäytön omaavaan yksinapakennoon verrattuna voidaan mitoittaa pienempiläpimittaisiksi, että useita kaksinapakennoja peräkkäin kytkemällä rakennettu elektrolyysilaitos tarvitsee pienemmän tilan kuin yksinapakennolaitos, ja että tällaisen laitoksen rakenne johtuen usein monimutkaisten ja kalliitten kennoniiitäntävälineitten poisjäämisestä on yksinkertaisempi. Kaksinapakennolla on kuitenkin yksinapakennoon verrattuna useita haittoja.

2 61 F 25

Tunnetaan poikkipinnaltaan suorakulmaisia, neliömäisiä ja ympyränmuotoisia elektrolyysikennoja, joissa elektrolyytin läpivirtaus voi tapahtua millä tahansa tavalla vastaavien putkiliitäntälaippojen kautta, nimittäin vaakasuoraan, edestakaisin kaartaen, vinoon tai pystysuoraan. Yleensä on elektrolyytin pystysuoraa virtaussuuntaa virtausteknisistä syistä pidettävä edullisimpana, varsinkin kun lyhyet viipymisajat. kennossa ovat tarpeen tai kun elektrolyysissä kehittyneiden kaasujen nostovaikutusta mammuttipumpun periaatteen mukaisesti halutaan käyttää hyväksi.

Saksalaisesta kuulutusjulkaisusta 2 109 949 on tullut tunnetuksi elektrolyysilaitos, joka käsittää peräkkäin kytkettyjä kennoja, joissa elektrolyytti virtaa pystysuoraan ja joihin on sijoitettu lamelloituja kaksinapaelektrodeja. Kaksinapaelektrodit ovat tässä tapauksessa monikerroksisia laattoja, joiden kummallekin puolelle on kiinnitetty useita pystysuoraan ulottuvia viirin- eli kielekkeen-muotoisia elektrodilevyjä, nimittäin yhdelle puolelle tietyn napaisuuden omaavia ja toiselle puolelle vain vastakkaisen napaisuuden omaavia elektrodilevyjä. Tietyn napaisuuden omaavien elektrodien kielekkeenmuotoiset osat ulottuvat toisen napaisuuden omaavan elektrodin kielekkeenmuotoisten osien muodostamiin välitiloihin.

Lisäksi on kanadalaisesta patentista 914 610 tullut tunnetuksi alussa mainittua tyyppiä oleva elektrolyysikenno, jonka läpi elektrolyytti virtaa edestakaisin kaartaen vaakasuoraan alhaalta ylöspäin. Useita tällaisia kennoja voidaan ruuviliitoksella yhdistää elektro-lyysilaitokseksi, jonka yksityisten kennotilojen läpi elektrolyytti virtaa joko peräkkäin sähkövirran suuntaisesti tai rinnakkain kohtisuoraan sähkövirran suuntaa vastaan.

Tunnetuissa kennoissa on sähkövirran johtamiseksi kennonkotelon ulkosivulla tai elektrodintukilaattojen ulkosivulla, mikäli nämä samalla muodostavat kennonkotelon seinämän, kutakin napaisuutta varten liitäntätasot tai sidekiskot, jotka yhdistetään ruuviliitoksella tai muulla tavalla kuparia tai alumiinia oleviin virransyöttö-johtimiin.

Molemmista mainituista julkaisuista tunnetuksi tulleissa elektrolyy-sikennoissa muodostaa yksittäisten katodilevyjen tukilaatta osan altaanmuotoisesta kennonkotelosta tai se on kiinnitetty kennonkote- 3 61525 loon hitsaamalla tai ruuvien avulla. Yleensä kennonkotelo, joka on rautaa tai titaania, liitetään sähköä johtavasti katodiin, siis kytketään katodisesti, kun taas anodi eristetään sähköisesti kennon-kotelosta ja kiinnitetään siihen nestetiiviisti.

Tunnetuissa yksinapaista rakennetta olevissa elektrolyysikennoissa johdetaan kokonaisvirta suoraan tukilaattaan, joka mahdollisesti samalla muodostaa kennonseinämän, ja jaetaan siitä tasaisesti tukilaattaan kohtisuoraan kiinnitettyihin yksittäisiin elektrodilevyi-hin. Esimerkiksi 6 kA:n virrankäyttöä varten rakennettuun kennoon, joka sisältää tukilaatan siihen kiinnitettyine 11 katodilevyineen, jotka ovat sähköisesti samassa potentiaalissa kotelon kanssa, sekä titaanitukilaatan siihen kiinnitettyine 12 anodilevyineen, jotka ulottuvat mainittujen 11 yksittäiskatodin muodostamien 12 katodi-välitilan sisään muodostaen siten kussakin tapauksessa 4 mm leveän elektrolyyttitilan, kokonaisvirta johdetaan kuparikiskoja pitkin katodientukilaattaan. Jokaisen yksittäiselektrodin kautta kulkee tällöin 0,5 kA virta; anodientukilaatasta kulkee 6 kA virta kupari-kiskoja pitkin edelleen seuraavaan kennoon. Koska yksittäisanodi-levyjen pystysuora ulottuvuus ei saa olla suurempi kuin 600-700 mm, sillä muuten tulee esiintymään huomattavia tuotos- ja energiahäviöitä, ei kennon virrankäyttöä eikä tehoa voida lisätä yksinkertaisesti pidentämällä kennoa pystysuoraan suuntaan, mikäli kennon halutaan toimivan taloudellisesti. Toisaalta, johtuen anodien aineena eniten käytetyn titaanin suhteellisen huonosta johtokyvystä, riippuu yksit-täisanodilevyjen vaakasuora leveys niiden paksuudesta; niinpä yksi t täi sanodia, jonka korkeus on 500 mm ja leveys 200 mm, varten on levynpaksuus 1-2 mm tarpeen.

Jos siis tunnetuissa kennoissa haluttaisiin kaksinkertaistaa virran-voimakkuus kaksinkertaistamalla levyjen vaakasuora mitta, olisi levynpaksuus nelinkertaistettava, ts. yksittäisanodilevyjen paksuus on suurennettava verrannollisena virranvoimakkuuden neliöön. Käytännöllisistä ja taloudellisista syistä ovat vastakkain sijaitsevilla elektrodeja kannattavilla sivuseinämillä varustetut tunnetut kennot sen vuoksi sopivia vain rajoitetulle eli noin 10 kA:n vir-rankäytölle.

Keksinnön tarkoituksena on välttää tämä haitta ja aikaansaada alussa mainittua tyyppiä oleva elektrolyysikenno, joka mahdollistaa yhtä suuruusluokkaa suuremman virrankäytön, mutta on kuitenkin mahdolli- 4 61525 sinunan yksinkertaiseksi ja tiiviiksi rakennettu ja taloudellisesti toimiva. Tarkoituksena on lisäksi aikaansaada elektrolyysikenno, johon elektrodit voidaan täsmällisesti asentaa ja helposti vaihtaa ja jossa elektrolyytin lyhyet viipymisajat ovat mahdollisia.

Nämä tavoitteet saavutetaan keksinnön mukaan elektrolyysiken-nolla, jonka tunnusmerkit on esitetty patenttivaatimuksessa 1.

Tällä tavoin saavutetaan se, että ensi kerran voidaan valmistaa kennoja virrankäytölle 100 kA tai enemmän, ilman että yksittäisano-dilevyjen mittojen kaikkiin kolmeen eri suuntaan pitäisi sen vuoksi olla suurempia kuin mitä tarvitaan noin 0,5 kA:n virrankäyttöä varten, ilman että siis esiintyy tuotos- ja energiahäviöitä verrattuna tunnetuilla kennoilla, joiden virrankäyttö oli rajoitettu enintään arvoon 10 kA, aikaisemmin saavutettavissa olleeseen tuotos- ja energiataseeseen. Tarvitsematta siis muuttaa yksittäisanodilevyn parhaaksi tunnettua kokoa on keksinnön mukaisesti mahdollista aikaansaada erittäin tiivisrakenteisia ja sen vuoksi helposti asennettavissa ja vaihdettavissa olevia elektrodipaketteja, joiden virrankäyttö voi olla 25 kA ja suurempi ja jotka rakennuslaatikkoperiaat-teen mukaisesti voidaan liittää rinnakkain kennoiksi, joiden virrankäyttö on 100 kA ja enemmän. Nämä vasta tämän keksinnön puitteissa mahdollisiksi tulleet elektrodipaketit sallivat kokonaisvirran johtamisen ei vain - kuten aikaisemmin tunnetuissa kennoissa - yksittäisiä elektrodilevyjä jossakin muodossa kannattavaan kennon ulko-seinämään, vaan suoraan kennon sisäosiin sekä virran jakamisen sieltä molempiin toisiaan vastapäätä sijaitseviin vastaelektrodeihin.

Keksinnön mukainen elektrolyysikenno soveltuu erikoisesti käytettäväksi elektrolyysilaitoksissa, joissa valmistetaan alkalikloraatte-ja alkalikloridiliuoksista, alkalipersulfaatteja happamista alkali-sulfaattiliuoksista ja alkaliperfosfaatteja alkalifosfaattiliuok-sista.

Keksinnön muita yksityiskohtia sekä muita sen mukana saavutettavia etuja selitetään seuraavassa piirustuksen ja alivaatimusten yhteydessä.

61525 5

Piirustuksessa on kuvio 1 keksinnön mukaisen elektrolyysikennon eräs sovellutusmuo-to, esitettynä osaksi sivukuvana, osaksi leikkauksena pitkin kuvion 3 viivaa I-I, kuvio 2 kuvion 1 mukainen elektrolyysikenno päältäpäin katsottuna, kuvio 3 leikkaus pitkin kuvion 1 viivaa II-II, kuvio 4 elektrodilevy päältäpäin katsottuna, kuvio 5 leikkaus kennonseinämään kiinnitetystä elektrodipaketista, kuvio 6 leikkaus yksittäiselektrodilevyn kiinnittämiseen kuvion 5 mukaan käytetystä kierrerenkaasta, kuvio 7 leikkaus kennonseinämään kiinnitetyn elektrodipaketin toisesta sovellutusmuodosta, kuvio 8 keksinnön mukaisen elektrolyysikennon toinen sovellutusesimerkki leikattuna pitkin kuvion 9 viivaa III-III, ja kuvio 9 leikkaus pitkin kuvion 8 viivaa IV-IV.

Elektrolyysikenno (kuvio 1) käsittää titaania olevan kennonkotelon 1, jossa on katkaistun pyramidin muotoisesti kavennettu pohjaosa 2 ja katkaistun pyramidin muotoisesti kavennettu kansiosa 3. Pohjaosa 2 päättyy alhaalla elektrolyytin sisääntuloistukkaan 4, ja kansi-osa 3 päättyy ylhäällä sen poistoistukkaan 5, elektrolyytin virratessa kennossa pystysuoraan alhaalta ylöspäin. Tuloistukassa 4 ja poistoistukassa 5 on kummassakin laippa 6 elektrolyytin syöttöjohdon ja elektrolyysituotteiden poistojohdon liittämistä varten. Kennonkotelon 1 sisäpuolelle on sijoitettu kolme elektrodia 7, 8, 9, joista kahdella on sama napaisuus. Molemmat ulommat elektrodit 7, 8 (kuviot 2 ja 3) on kuparisten virranjohtimien 10, 11 avulla liitetty jännitelähteen negatiiviseen napaan ja siten kytketty katodeiksi, kun taas katodien 7, 8 välissä sijaitseva keskielektrodi 9 on (kuvioista puuttuvien) kuparijohtimien kautta liitetty jännitelähteen positiiviseen napaan ja siten kytketty anodiksi.

Keskielektrodin 9 muodostaa tiivis anodipaketti, joka on kokoonpantu useista yksittäisistä anodilevyistä 12. Myös katodit 7, 8 on rakennettu useista yksittäisistä katodilevyistä 13. Katodilevyt 13 on kiinnitetty kohtisuoraan kummankin tukilaatan 14 toiselle puolelle tasavälein ja keskenään yhdensuuntaisina. Tukilaatat 14 muodostavat samalla kennonkotelon 1 sivuseinämät. Ne on liitetty kennonkoteloon 1 nestetiiviisti, mutta sähköisesti eristettynä, esim. polytetra-fluorietyleeni-vaipalla varustettujen ruuvien avulla. Tukilaatto- 6 61 525 jen 14 ulkopintoihin on kiinnitetty virranohtimet 10, 11. Kennon-kotelon 1 muut osat ovat sähköisesti yhteydessä anodin 9 kanssa.

Yksittäiset anodilevyt 12 ovat suorakulmaisia ja niissä on kaksi keskiakselilla symmetrisesti sijaitsevaa reikää 15 (kuvio 4). Anodilevyt 12 on kiinnitetty kahteen reikien 15 läpi menevään hoikkiin 16 tasavälein, keskenään yhdensuuntaisina ja kohtisuoraan hoikkien 16 pituusakseleja vastaan. Katodilevyt 13 ovat suorakulmaisia, ja niiden vapaassa pitkittäisreunassa on kaksi puoliympyränmuotois-ta lovea, jotka on sovitettu siten, että molempiin vastakkaisiin tu-kilaattoihin 14 kiinnitetyt katodilevyt 13 sulkevat holkit 16 väliinsä kapean rengasmaisen raon jäädessä hoikkien ympärille.

Kaikki katodiosat ovat terästä ja kaikki anodiosat titaania. Anodilevyt 12 on päällystetty toiselta tai kummaltakin puoleltaan tavanmukaisella aktivointikerroksella.

Holkeissa 16 (kuvio 5) on ulkokierre 17 sekä sisäkierre 18, johon pohjakappale 19 on ruuvattu ja hitsattu kiinni. Hoikin 16 avoin pää on varustettu rengaslaipalla 20, jonka avulla holkki 16 tiivisteen 21 väliinasettamisen jälkeen puristetaan tiukasti kotelon 1 seinämän 23 sisäpuolta 22 vasten. Hoikin 16 kiinnitys kotelon-seinämään 23 tapahtuu pulteilla, jotka tarttuvat rengaslaipassa 20 oleviin kierteitettyihin porauksiin 26. Hoikin 16 sisäkierteisiin 18 on kierretty kuparinen kierresauva 27, jonka vapaaseen päähän jännitelähteen positiiviseen napaan yhdistävä virtajohdin 28 on kiinnitetty kahden kuparimutterin 29 välityksellä. Kierreholkit 16 toimivat siis paitsi anodipaketin kannattimina myös anodipaketin virranjohtimina.

Holkki 16 voi myös keksinnön muiden, piirustuksessa esittämättömien sovellutusmuotojen mukaan olla avoimesta päästään varustettu rengaslaipalla, jossa ei ole kierteitettyjä porauksia kiinnityspultteja varten; tässä tapauksessa voidaan kiinnitys kennonkotelon ulkoseinänkään suorittaa suoraan hoikin sisäkierteeseen kierretyn kuparisen kierresauvan ja kennon ulkopuolelle ruuvatun vastamutterin avulla. Holkki 16 voi myös olla valmistettu umpikuparista ja päällystetty titaanilla liekkiruiskutusta käyttäen, jolloin kennonkotelon ulkoseinänkään kiinnittämiseen tarkoitettu kierresauva ruuvataan hoikin kupariytimeen tehtyyn kierteitettyyn poraukseen, jonka tarvitsee ulottua vain pieneen osaan hoikin pituutta.

7 61525

Anodipaketin 9 kokoamiseksi holkit 16 kiinnitetään ensin asennuslaat-taan (jota ei ole piirustuksessa esitetty) siten,että rengaslaippa 20 lepää asennuslaatan päällä. Sen jälkeen työnnetään yksipuolisesti päällystetty anodilevy 12 reikien 15 kautta ylhäältäpäin pystysuorassa seisoviin holkkeihin siten, että levyn päällystämätön puoli tulee kosketukseen rengaslaipan 20 vapaan pinnan kanssa. Vain irtonaisesti asetettu anodilevy 12 kiinnitetään sen jälkeen kumpaankin hoikkiin 16 kierrerenkaan 30 avulla. Sen jälkeen työnnetään molemmilta puolilta päällystetty anodilevy 12 holkkeihin 16 ja kiinnitetään kiertämällä kumpaankin hoikkiin toinen kierrerengas 30. Näin menetellään toistuvasti, kunnes haluttu määrä anodilevyjä on liitetty tiukasti kiinni holkkeihin 16. Viimeiseksi asetetaan jälleen yksipuolisesti päällystetty anodilevy 12, tosin tällä kertaa päällysteen jäädessä alapuolelle, ja kiinnitetään kierrerenkaal-la 30.

Koska yksittäiset anodilevyt 12 on erikoisesti sovitettu virranvoi-makkuudelle 0,4-0,5 kA levyn päällystettyä puolta kohti, tarvitaan esimerkiksi 20 kA-kennoa varten kaksi ulointa yksipuolisesti päällystettyä levyä ja 19 niiden välissä sijaitsevaa molemmilta puolilta päällystettyä anodilevyä. Titaanikierreholkit voivat yhdenmukaisesti ottaa vastaan jopa noin 30 anodilevyä.

Keksinnön erään edullisen sovellutusmuodon mukaan kierrerenkaat 30 on varustettu raolla 31, sitä vastaan kohtisuoralla kierteitetyllä porauksella 32 ja kiristysruuvilla 33 (kuvio 6), joiden avulla kierrerenkaat voidaan puristaa kiinni hoikkien 16 ulkokierteisiin 17.

Tällä tavoin aikaansaadaan se, että kosketusvastukset virran kulkiessa virtaajohtavista holkeista yksittäisiin elektrodilevyihin pysyvät niin pieninä kuin mahdollista. Sitä paitsi voidaan valitsemalla kierrerenkaitten leveys sopivasti asettaa yksittäisten elektrodi-levyjen etäisyys toisistaan tarkasti mihin tahansa haluttuun arvoon.

Edelleen keksinnön erään edullisen sovellutusmuodon mukaan kaikki kosketuspuristukseen ja virranjohtamiseen osallistuvat pinnat hol-keissa 16, anodilevyissä 12 ja kierrerenkaissa 30 on varustettu hyvin sähköäjohtavalla platinapäällysteellä. Tätä tarkoitusta varten pitää kaikkien mainittujen pintojen olla tasaisia.

8 61525

Edellä selostettua anodilevyjen 12 kiinnitystä holkkeihin 16 käytetään ennen kaikkea kennoissa, joiden virrankäyttö on keskimäärin noin 20 kA, kun taas suuremman virrankäytön omaavissa kennoissa käytetään keksinnön erään sovellutusesimerkin mukaan sopivimmin toisenlaista kiinnitystapaa (kuvio 7). Titaania oleva holkki 35 käsittää, samoin kuin holkki 16, sisäkierteen 36, sisäänkierretyn ja kiinni-hitsatun pohjakappaleen 37 ja rengaslaipan 38. Hoikin 35 ulkovaipas-sa ei sen sijaan ole kierrettä, vaan tasavälein sijaitsevia rengasmaisia kohoumia 39, joiden paksuus on sama kuin anodilevyjen 12 paksuus ja läpimitta vain noin 1-2 mm pienempi kuin anodilevyissä 12 olevien reikien 15 läpimitta. Anodipakettia koottaessa kaksi tällaista hoikkia 35 kiinnitetään rengaslaippa 38 alaspäin asennus-laattaan samoin kuin edellä. Sen jälkeen holkkeihin 35 työnnetään yksipuolisesti päällystetty anodilevy 12 aktivoidun kerroksen jäädessä yläpuolelle, ja levy kiinnitetään rengaslaippaan 38 uppokanta-ruuvien 40 avulla. Seuraavat, molemmilta puolilta päällystetyt anodilevyt 12 saatetaan välitukia käyttäen asennusasemaan ja kiinnitetään sopivan hitsausmenetelmän (esim. argon-valokaari-impulssi-hitsauksen) avulla muutamista kohdista rengasmaisiin kohoumiin 39.

Hitsausmenetelmän pitää käsittää riittävän voimakas energiankes-kitys, jotta hitsaus voidaan suorittaa mahdollisimman nopeasti. Hitsausvyöhyke ei saa olla leveämpi kuin 1 mm, etteivät elektrodi-levyt pääse vääntymään.

Kennoissa aina virrankäyttöön noin 20 kA saakka tarvitaan, riippumatta anodilevyjen kiinnitystavasta virtaajohtaviin holkkeihin, vain yksi anodipaketti, joka sopivimmin on kiinnitetty kahteen virtaa johtavaan hoikkiin. Suuremman virrankäytön, esimerkiksi 100 kA tai enemmän, omaavissa kennoissa tarvitaan useita tällaisia anodi-paketteja, joissa kussakin on enemmän kuin kaksi virtaajohtavaa hoikkia. Esimerkiksi eräs keksinnön mukaisen elektrolyysikennon sovel-lutusmuoto, joka on sovitettu noin 100 kA:n virrankäyttöä varten, käsittää 4 anodipakettia, joissa kussakin virrankäyttö on noin 25 kA (kuviot 8 ja 9). Tämä kenno käsittää altaanmuotoisessa kennon-kotelossa 41, jossa on katkaistun kartion muotoisesti alaspäin kavennettu pohjaosa 42 ja samoin ylöspäin kavennettu kansiosa 43 sekä tuloistukka 44 ja poistoistukka 45 liitäntälaippoineen 46 kennon läpi alhaalta ylöspäin virtaavan elektrolyytin johtamiseksi 4 anodipakettia 47, 48, 49 ja 50, jotka on sijoitettu keskielektrodeiksi aina kahden katodin väliin kaikkiaan kolmesta katodista 51, 52 ja 53.

9 61525

Katodit 51, 52 ja 53 on tuettu kannatusritilään 54, tosin sähköisesti eristettynä siitä ja samalla kennonkotelosta 41 eristimien 55 avulla.

Jokaisen anodipaketin 47-50 kokoamiseen on käytetty 3 hoikkia 35, joihin edellä selostetun menetelmän mukaisesti on hitsattu kiinni 27 yksittäistä anodilevyä, joista 25 on molemmilta puolilta ja 2 yksipuolisesti päällystettyä. Kummankin ulomman katodin 51, 53 muodostaa teräksinen tukilaatta 56, joista kumpaankin on yhdelle puolelle hitsattu kohtisuoraan asentoon rautalevyt 57. Keskikato-din 52 muodostaa teräksinen tukilaatta 58, johon on molemmille puolille hitsattu kohtisuoraan asentoon rautalevyt 57.

Tätä kennoa kokoonpantaessa kiinnitetään ensin keskikatodi 52 kannatusritilään 54 asettamalla väliin eristin 55. Sen jälkeen kiinnitetään mainitut 4 anodipakettia 47-50 kennonkotelon 41 sivuseinä-miin 59 asettamalla väliin O-rengastiivisteet (ei esitetty piirustuksessa) ja kuparikiekot 60, sopivimmin siten, että anodipaketit voidaan tarvittaessa korjausta ja huoltoa varten nostaa kokonaisina ulos kennonkotelosta kannen 43 poistamisen jälkeen. Lopuksi työnnetään molemmat ulommat katodit 51, 53 vaakasuorassa suunnassa paikalleen ja kiinnitetään kannatusritilään 54 asettamalla väliin eris-timet 55. Ulompien katodien 51, 53 taustojen suojaksi sijoitetaan tukilaattojen 56 ja kennonkotelon 41 sivuseinämien 61 väliin pystysuorat anodit 62, jotka liitetään sähköäjohtavasti koteloon 41. Viimeksi sijoitetaan kennonkotelon 41 kansi 43 paikalleen ja liitetään nestetiiviisti ruuveilla laippaan 65. Väliinasetetun tiivisteen 66 ei tarvitse eristää sähköisesti, koska kotelon 41 kansi 43 ja pohjaosa 42 ovat kytketyt anodisesti.

Edellä selostetussa 100 kA:n elektrolyysikennon edullisen sovellutus-muodon esimerkissä tulevat keksinnöllä saavutettavat edut erikoisen selvästi esille. Soveltamalla keksinnön perusteena olevaa periaatetta, jonka mukaan elektrolyysikennossa tietyn napaisuuden omaava elektrodi tai omaavat elektrodit on sijoitettu aina kahden vastakkaisen napaisuuden omaavan elektrodin väliin, on ensi kerran tullut mahdolliseksi ylipäänsä rakentaa elektrolyysikennoja, joilla on niin suuri virrankäyttö kuin noin 100 kA tai enemmän, ja jotka tästä suuresta virrankäytöstä huolimatta toimivat samoilla ehdoilla kuin aikaisemmin tunnetut yksinapakennot, joiden virrankäyttö on noin 61 525 10 10 kA. Mainituilla "ehdoilla" tarkoitetaan tässä ensi sijassa virtahäviöitä, virran tuotosta, virtatiheyden tasaista jakaantumista kennon koko poikkipinnalle, elektrolyytin viipymisaikaa kennossa, virtausolosuhteita yms.

Riippumatta koostaan ja siitä virrankäytöstä, jolle se on tarkoitettu, keksinnön mukaisella elektrolyysikennolla on lisäksi ne edut, että se on rakennettu paljon tiiviimmäksi kuin tunnetut samantehoi-set yksinapakennot, että se on korroosionkestävämpi, että reaktio-tuotteet voidaan nopeasti johtaa pois elektrolyysitilasta ja että elektrodit voidaan asentaa täsmällisesti sekä erittäin helposti vaihtaa ja huoltaa. Näistä eduista johtuu edelleen, että keksinnön mukainen kenno on varsin yksinkertaisesti ja suhteellisen halvalla valmistettavissa, ja ne varmistavat sen, että keksinnön mukaisen kennon käyttö on erikoisen taloudellista.

Muina etuina voidaan mainita, että virran yhdistäminen useitten keksinnön mukaisten kennojen peräkkäiskytkennässä on yksinkertaisesti toteutettavissa, joten kennojen väliset etäisyydet voidaan pitää pieninä, ja että keksinnön mukaiset elektrolyysikennot voidaan helposti sovittaa mihin tahansa elektrolyytinjakelujärjestelmään, esimerkiksi siten, että elektrolyytti virtaa yhteisestä kokoomasäi-liöstä yksittäisiin kennoihin, kulkee rinnakkain niiden lävitse ja päätyy jälleen yhteiseen kokoomasäiliöön, joka samalla voi toimia kaasunerottimena.

Erittäin edullista keskielektrodien pakettirakennetta, joka edellä olevassa selostuksessa selitettiin vain anodisesti kytkettyjä elektrodeja koskevaksi, voidaan täysin yhdenmukaisesti käyttää myös silloin, kun napaisuudet vaihdetaan. Voidaan siis myös rakentaa anodipakettien kanssa yhdenmukaisia katodipaketteja esitetyistä hol-keista ja yksittäisistä elektrodilevyistä.

Keksinnön erään edullisen sovellutusmuodon mukaan kennonkotelo on sähköisessä yhteydessä anodipaketin tai anodiin johtavan virransyöttö johtimen kanssa. Tällä tavalla tulee kennonkotelo anodisesti suojatuksi kaikenlaista korroosiota vastaan. Tämä on huomattava etu verrattuna tunnettuihin yksinapakennoihin, joissa kotelolla on useimmiten sama potentiaali kuin katodeilla. Jälkimmäisessä tapauksessa on nimittäin, mikäli kotelo on terästä tai rautalejeerinkiä, 11 61525 kotelon ne pinnat, jotka eivät ole suoraan sähkövirran vaikutuksen alaisia, esim. tulo- ja poistoaukkojen kohdalla, suojattava kato-disesti apuanodien avulla; jos kotelo sen sijaan on titaania, katodilla tapahtuva vedynkehitys aiheuttaa titaanihydroksidikerroksen muodostumisen. Tästä on seurauksena, että johtuen vedynimeytymisen aiheuttamasta titaanihilan laajenemisesta, yläpintaan muodostuu hauraita kerroksia, jotka käyttöolosuhteissa, varsinkin vaihtelevissa lämpötiloissa, irtaantuvat metallialustalta. Titaanikotelo haurastuu, ja epäedullisessa tapauksessa kulmiin ja reunoihin voi muodostua halkeamia; jopa oikosulkuja voi esiintyä kapeissa elektrodien väleissä irtaantuneitten titaanihydridiosasten vuoksi.

Keksinnön mukaisen elektrolyysikennon eräitten sovellutusmuotojen ominaisuuksia on kuvattu seuraavissa esimerkeissä:

Esimerkki 1 20 kA:n virrankäytön omaava kenno kloraattielektrolyysiä varten rakennetaan edellä olevaa asennusselostusta vastaavasti käyttämällä yhtä anodipakettia, joka on kokoonpantu kolmesta kierreholkista, joihin yksittäiset anodilevyt on kiinnitetty mainittujen kiristettävien kierrerenkaitten avulla. Yksittäisten elektrodilevyjen välinen etäisyys on 3,0 mm. Anodipaketin virransyöttöjohtimien sähkö-vastukselle saadaan kokeellisesti arvo 20-60 yuQ, joten energiahäviö näissä johtimissa on 60-180 wattia, vastaten 0,1-0,3 % kennon tehosta, mikä on katsottava varsin pieneksi arvoksi. Jännite elek- trolyysiolosuhteissa lämpötilassa 80°C on 3,1 volttia, anodinpinnan 2 virtatiheyden ollessa 3 kA/m . Virransaanto on välillä 93-95 %. Esimerkki 2 25 kA:n virrankäytön omaava kloraattielektrolyysikenno rakennetaan yhdestä anodipaketista, joka käsittää 25 molemmilta puolilta päällystettyjä ja 2 yksipuolisesti päällystettyä anodilevyä sekä 3 2 kierreholkkia. Virtatiheyden ollessa 3 kA/m on kennon jännite 3,1 volttia.

Esimerkki 3

Elektrolyysikennoon, joka soveltuu persulfaattien ja perfosfaattien valmistukseen, asennetaan anodipaketti käyttämällä 11 yksittäisano-dilevyä, joista 2 on yksipuolisesti päällystettyä, sekä kolmea kierreholkkia. Yksittäisanodilevyt ovat 5 mm paksua titaanilevyä, 61525 12 ja niiden koko on 500 x 400 mm; ne ovat molemmilta puolilta (sisä-levyt) tai yksipuolisesti (uloimmat levyt) päällystetty 50 ^um paksulla platinakalvolla räjähdysmenetelmää käyttäen. (Voidaan myös käyttää anodilevyjä, joissa on sopivat galvaaniset platina-päällysteet. Päällysteet, jollaisia käytetään kloraattielektrolyy-sissä, eivät ole sopivia, koska ne eivät kykene muodostamaan mitään aktiivihappiyhdisteitä). Anodipaketti kiinnitetään titaania olevaan koteloon siten, että kotelo sijaitsee sähköisesti kytkettynä positiiviseen napaisuuteen, minkä johdosta se on täysin suojattu elektrolyyttistä korroosiota vastaan. Katodit ovat sopivan koostumuksen omaavaa jaloterästä (voidaan myös käyttää puhdasta titaania olevia katodeja). Kennon virrankäyttö on 20 kA, anodien virta- 2 tiheyden ollessa 6 kA/m . Yksittäisten anodilevyjen etäisyys toisistaan on 5 mm. Valmistettaessa kaliumpersulfaatti (1,3 moolia/1 K2S04' ^ nioolia/1 I^SO^ on jännite 5,1 volttia.

Kenno soveltuu yhtä hyvin ammoniumpersulfaatin ja natriumpersulfaa-tin sekä perfosfaattien valmistukseen. Yhdistettä K4P2°8 saa<*aan esimerkiksi elektrolysoimalla emäksistä kaliumfosfaattiliuosta Λ (noin 3 moolia/1) virtatiheyden ollessa 3 kA/m ja jännitteen 4,9 volttia. Sen sijaan omasivat persulfaattien tai perfosfaattien valmistukseen aikaisemmin käytetyt diafragmattomat kennot virrankäy-tön, joka oli vain 0,5-1,5 kA.

Keksinnön mukaisen elektrolyysikennon elektrodipaketit voidaan myös sopivasti varustaa diafragmoilla ja käyttää niitä kloori-alkali-elektrolyysiin.

Claims (8)

13 61 525

1. Elektrolyysikenno, käsittäen kotelon, joka on varustettu tuloaukolla ja poistoaukolla läpivirtaavaa elektrolyyttiä varten ja johon on sijoitettu yksinapaelektrodeja, joista jokainen on kokoonpantu yhteiseen kannattimeen kiinnitetyistä yhdensuuntaisista levyistä, elektrodien ollessa siirrettynä toistensa suhteen siten, että tietyn napaisuuden omaavat levyt ulottuvat toisen napaisuuden omaavien levyjen muodostamiin välitiloihin, tunnet-t u siitä, että tietyn napaisuuden omaava keskielektrodipaketti (9; 47, 48, 49, 50) on kulloinkin keskeltä tapahtuvalla virransyötöllä sovitettu toisen napaisuuden omaavien kahden elektrodi-paketin (7, 8; 51, 52, 53) väliin.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen elektrolyysikenno, tunnettu siitä, että keskielektrodipaketti on kokoonpantu useista keskeltä kiinnitetyistä, symmetrisesti sijaitsevilla pyöreillä rei'illä (15) varustetuista elektrodilevyistä (12), jotka on vähintään kahden, reikien (15) läpi menevän hoikin (16; 35) avulla liitetty kiinteästi yhteen tiiviiksi yksiköksi.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen elektrolyysikenno, tunnettu siitä, että holkeissa (16) on ulkokierre (17), ja että yksittäiset elektrodilevyt (12) on kiinnitetty holkkeihin (16) niiden ulkokierteisiin kierrettyjen kierrerenkaitten (30) avulla.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen elektrolyysikenno, tunnettu siitä, että kierrerenkaat (30) ovat aukileikatut, ja että niiden sisäkierre (34) on puristettavissa hoikkien (16) ul-kokierrettä (17) vasten kiristysruuvin (33) avulla.

5. Patenttivaatimuksen 2 mukainen elektrolyysikenno, tunnettu siitä, että hoikkien (35) vaippapinnassa on kohtisuoraan ulkonevia rengasmaisia kohoumia (39) , joihin yksittäiset elektrodilevyt (12) on hitsattu kiinni.

6. Jonkin patenttivaatimuksista 2-5 mukainen elektrolyysikenno, tunnettu siitä, että holkit (16; 35) on liitetty yhteen virransyöttöjohtimina toimivien kuparisauvojen kanssa.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen elektrolyysikenno, t u n - 14 61525 n e t t u siitä, että virransyöttöjohtimina käytetyt kuparisau-vat on kiinnitetty holkkeihin (16; 35) ruuviliitoksen avulla.

8. Jonkin patenttivaatimuksista 1-7 mukainen elektrolyysiken-no, tunnettu siitä, että keskielektrodipaketti (9; 47-50) on kytketty anodisesti. 15 61 525