FI65091C - Elektrolyscell - Google Patents

Description

I- ---Ί r_, .... KUULUTUSJULKAISU , Ä J&ICa W (11> UTLÄGCNINGSSKRIFT 650 91 ^ (Si)»tv.lk.Va.3 c 25 B 1/261 9/00

SUOH I —FI N LAN D (21) P·*·"**»»·»·"*· — Ptt««ittn*ÖJcnlrn 80200U

(22) H»k*ml*pllvl — Anteknlnpdtg 2 3 · 06.8 0 (FI) (23) Alkupitot — GlWjhettdtf 2 3 < 06.8 0 (41) Tulkit |ulkl**k»l — Bllvlt offantllf 28.12.8 0

Patentti* ja rekisterihallitus /44) Nihttvtk*ip«non ft kuuL|uik»i*un pvm. —

Patent- och registerstyrelaan Aiwekan utiagd och utUkrtfMn public· r*d 30.11.83 (32)(33)(31) Pyy*·»y «uolk*ui-Begird priority 27.06.79

Ruotsi-Sverige(SE) 7905619-8 (71) KemaNord AB, Box 11020, S-100 6l Stockholm, Ruotsi-Sverige(SE) (72) Sture Westlund, Sundsvall, Ruotsi-Sverige(SE) (7*0 Oy Jalo Ant-Wuorinen Ab (5^) Elektrolyysikenno - Elektrolyscell

Keksinnön kohteena on elektrolyysikennorakenne ja etenkin elektrolyysikennorakenne alkaliroetalli- tai maa-alkalimetalli-kloraatin valmistamiseksi alkalimetalli- tai maa-alkalimetalli-kloridista elektrolyysin avulla.

Kompaktien, tehokkaiden ja taloudellisten elektrolyysiyksik-köjen aikaansaamiseksi käytetään yhä suuremmassa määrin bipolaa-risia elektrodirakenteita, millä tarkoitetaan elektrodeja, joiden toinen sivu toimii anodina kennotilassa ja jonka toinen sivu toimii katodina viereisessä kennotilassa. Sijoittamalla joukko tällaisia yksikköjä riviin saadaan sarjaankytkettyjen kennojen muodostama kennosto, joka tarvitsee ainoastaan vierransyöttölai-tetta sen päätyelektrodeihin, mutta ei mitään erityisiä sähkö-liitoksia jokaisen kennotilan välillä. Eräs erityisen edullinen elektrodirakenne, jota voidaan käyttää tässä yhteydessä, kun toivotaan suurta elektrodipintaa, muodostuu peruslevystä ja elektrodilevyistä, jotka on kiinnitetty pääasiassa suorassa kul- -- · e: ____ 2 65091 massa peruslevyyn nähden. Suuren elektrodipinnan lisäksi tämä rakenneperiaate antaa alhaisen jännitteenputouksen kenno-laatikon juoksumetriä kohden, mikä vähentää vuotovirtojen ja ylilyöntien riskejä sekä kennossa että kennon ulkopuolella.

Peruslevy voidaan varustaa elektrodilevyillä vain toisella sivulla (unipolaarinen rakennemuoto), kun taas toinen sivu varustetaan virransyöttöelimillä. Tämän järjestelyn avulla ei saavuteta ainoastaan sitä, että peruslevyt voivat muodostaa seinämän kennoon, vaan järjestely mahdollistaa myös sen, että pe-ruslevyihin voidaan liittää hyvin yksinkertaisesti virransyöttö-laitteet. Peruslevyt voidaan varustaa myös elektrodilevyillä sen molemmilla sivuilla (bipolaarinen rakennemuoto), jolloin toisen sivun elektrodilevyt muodostavat katodin, kun taas toisen sivun elektrodilevyt muodostavat anodin. Sijoittamalla useita tällaisia elektrodiyksikköjä riviin, jolloin viereisten elektrodien elektrodilevyt tulevat toistensa väliin, syntyy sivuseinämillä, pohjalla ja kannella varustamisen jälkeen sar-jaankytketyistä kennoista muodostuva kennosto, jolloin ainoastaan päätyelektrodiyksiköiden tulee olla unipolaarisia ja ne varustetaan virransyöttölaitteilla peruslevyjen toisella sivulla elektrodilevyjen sijasta. Tämän järjestelyn avulla saa kennorivi hyvin yksinkertaisen rakenteen samalla, kun erityisen virranliitännän tarve kennojen välillä jää pois.

Sovitettaessa periaatteita bipolaarisiin elektrodeihin elektrolyyttisessä kloraatin valmistuksessa syntyy kuitenkin useita tälle prosessille ominaisia ongelmia. Kloraatin valmistus käsittää useita osavaiheita, jolloin todellinen reaktiosar-ja on se, että ensin muodostuu hydroksyyli-ioneja katodilla samalla, kun kehittyy vetykaasua, ja alkuaineklooria anodilla, minkä jälkeen hydroksyyli-ionit ja kloori reagoivat keskenään ja muodostavat hypokloriitti-ioneja, mitkä tämän jälkeen dis-proportionoidaan kloraatiksi ja kloridiksi. Jotta tämä reaktion kulku tapahtuisi optimaalisissa edellytyksissä, vaaditaan muutamien ehtojen täyttämistä. Elektrodipintojen ohi tapahtuvan elektrolyyttivirtauksen on oltava melko korkea ja hypokloriitin tuotannon elektrolyytin kulkiessa kulloinkin elektrodien ohi on oltava kohtuullinen, niin ettei esiinny sivureaktioita eikä muita negatiivisia vaikutuksia. Edelleen on elektrolyytin kiertokulun mahdollistettava muodostuneen vetykaasun te- 3 65091 hokas poisto ja muodostuneen kloorikaasun on absorboiduttava tehokkaasti ja pysyttävä elektrolyytissä koko reaktion kulun ajan. Elektrolyytille on annettava riittävä seisonta-aika elektrolyysin jälkeen täydellistä reaktiota varten etenkin hypokloriitin kloraatiksi tapahtuvaa disproportionaatiota varten. Nämä ehdot on harvoin täytetty tunnetuissa yllä mainitun laatuisissa bipolaarisissa elektrodirakenteissa, koska nämä yleensä ensi sijassa muodostetaan erittäin kompaktia rakennetta ja erittäin suurta virtatiheyttä varten, mikä usein on johtanut tilavuuden ja seisonta-ajan välisen suhteen optimointiin, mutta ei elektrolyytin perusteellisesti harkittuun kiertovirtauk-seen.

Muita ongelmia syntyy kennossa olevan korrodoivan ympäristön johdosta, mikä osittain aiheutuu elektrolyytin koostumuksesta ja osittain siitä korkeasta lämpötilasta, joka normaalisti ylläpidetään korkean reaktionopeuden aikaansaamiseksi. Korroosio-ongelma saa aikaan sen, että yleensä kennon kaikkien o-sien kestoikä on rajoitettu, ja tekee välttämättömäksi säännöllisen kennon huollon. Kennon on tästä syystä oltava helposti purettavissa ja sen osat helposti vaihdettavissa ja helposti puhdistettavissa. Koska bipolaarisilla elektrodeilla varustetuissa kennoissa itse elektrodit muodostavat sivuseinämät, syntyy myös ongelma näiden tiivistämisestä kennoastian seinämiä vastaan, mitä tulee sekä elektrolyyttivuotoon että virtavuotoon kennojen välillä, mitkä tiivistykset on muodostettava järjestelyjen avulla, jotka ovat korroosiota kestäviä eivätkä vakavasti vaikeuta purettavuutta.

Tunnetuissa laitteissa on vain rajoitetussa määrin yllä esitetyt ominaisuudet. Bipolaariset järjestelmät on siten joko muodostettu varustettuina ulkoisilla reaktiosäiliöillä ja pakotetulla läpivirtauksella tai niissä on ollut monimutkainen sisärakenne, mikä ei ole erityisen sopiva korroosion ja huollon kannalta katsottaessa.

Keksinnön päätehtävänä on saada aikaan sen tyyppinen parannettu ja yksinkertaistettu kennorakenne elektrolyyttistä kloraatin valmistusta varten, joka sisältää bipolaarisia elektrodeja ja joka on parannettu etenkin elektrolyyttivirtauksen suhteen, korroosionkestävyyden suhteen korkeammissa lämpötiloissa ja korjaus- ja huoltomahdollisuuksien suhteen.

4 65091 Tämä saavutetaan keksinnön mukaisesti siten, että kenno on muodostettu patenttivaatimuksissa esitetyllä tavalla.

Keksinnön mukainen kenno on siten sen tyyppinen, että se on muodostettu useista sarjaankytketyistä osakennoista, jolloin kaikki elektrodit päätyelektrodeja lukuunottamatta ovat bipo-laarisia ja muodostettu pystysuoralla peruslevyllä, jonka toinen sivu toimii anodina yhdessä osakennossa ja jonka toinen sivu toimii katodina viereisessä osakennossa, jolloin päätyelektrodien ulospäin olevilla sivuilla on sähköliitännät kennoriviä varten, kun taas sisäänpäin olevilla sivuilla ja jäljelle jäävillä pe~-ruslevyn molemmilla sivuilla on useita pääasiassa suorassa kulmassa peruslevyihin nähden sijoitettuja pystysuoria elektrodilevy-jä, ja jolloin peruslevyt on sijoitettu siten, että viereisistä peruslevyistä tulevat elektrodilevyt tulevat toistensa väliin ilman suoraa keskinäistä sähkökosketusta elektrodipaketin muodostamiseksi elektrodilevyistä. Tällä sinänsä tunnetulla järjestelyllä voidaan sijoittaa suuri virtatiheys kullekin kennolle samanaikaisesti, kun saadaan suuri läpivirtauspinta elektrodipin-tojen ohi tapahtuvaa pystysuoraa elektrolyyttivirtausta varten, mikä on olennaista yllä mainitun nopean kiertokulun saavuttamiseksi.

Keksinnön mukaisesti kennorivi ympäröidään kennosuojuksella, joka on mitoitettu siten, että muodostuu tila suojuksen pohjan ja elektrodilevyjen alareunojen väliin, tila suojuksen pystysuorien, elektrodilevyjen kanssa yhdensuuntaisten sivujen ja lähimpien elektrodilevyjen väliin ja tila elektrodilevyjen ylä-sivujen ja suojuksen yläosan väliin, mikä viimeksi mainittu tila on suurempi kuin tila elektrodilevyjen alapuolella ja sivulla ja muodostaa ylimääräisen virtaus- ja reaktiotilan elektrolyyttiä varten. Edelleen osakennojen väliin on järjestetty väli-seinämät peruslevyjen pidennysten muodossa alaspäin, sivuille, ylöspäin, niin että kutakin osakennoa varten olevat tilat on rajoitettu. On edullista, että pystysuorat virtausta ohjaavat seinämät järjestetään yhdensuuntaisesti elektrodilevyjen kanssa ja ne ulottuvat osakennossa olevien ulompien elektrodilevyjen yläsivulta ylös kennopaketin yläpuolella olevaan tilaan.

5 65091 Tämän järjestelyn avulla muodostuu virtauskanava kennossa kiertävää elektrolyyttiä varten, mikä virtaa elektrodilevyjen ohi, rikastetaan vetykaasulla, nousee sivuseinämien ja virtausta ohjaavien seinämien väliin, kun tällaisia esiintyy elektrodipa-ketin yläpuolella, kääntyy kanavan yläosassa, missä vetykaasu konsentroituu, virtaa alaspäin suojuksen seinämien pitkin ja lopulta kääntyy pohjassa ja virtaa ylöspäin uudestaan elektrodi-levyjen väliin. Virtauksesta tulee pääasiassa stabiili koko kiertokulun ajaksi ja olennaisesti ilman takaisinsekoitusta, mikä maksimoi kloraattimuodostuksen reaktionopeutta. Olennainen neste-korkeus saadaan aikaan elektrodilevyjen yläpuolella, mikä saa aikaan voimakkaan nousuvaikutuksen ja kiertonopeuden sekä hyvän kloorikaasuabsorption samanaikaisesti, kun saadaan riittävä sei-sonta-aika elektrolyyttiä varten kiertokulun aikana. Kiertokana-vien leveys ja elektrodilevyjen sijoitus saavat aikaan alhaisen virtausvastuksen. Sisäänsuljettu elektrolyytin määrä saa aikaan stabiilin ja helposti säädettävän käytön, jolloin esiintyy vain pieniä käyttöparametrien vaihteluita.

Erään erityisen edullisen suoritusmuodon mukaan on välisei-nämät tai peruslevyt yhdistetty keskinäisesti erityisillä suojuksesta erotetuilla liitoselimillä sekä väliseinämät on muodostettu pääasiassa saman muotoisena kuin suojuksen poikkileikkaus ja tiivistyksillä suojukseen päin olevia reunoja pitkin.

Näin voidaan suojus muodostaa ilman erityisiä kiinnityselimiä ja tasaisella sisäsivulla, joka helpottaa uudistamista ja korjauksia. Elektrodit voidaan ottaa pois yhtenä yksikkönä kotelosta tai purkaa paikalla. Harvat ja yksinkertaisesti muodostetut osat vähentävät korroosio-ongelmaa. Jos suojus muodostetaan muovista samoin kuin muut osat, jotka ovat yhdensuuntaisia elektrodilevyjen kanssa, kun taas väliseinämät muodostetaan titaanista, saadaan aikaan rakenne, joka on erittäin kestävä korroosiota vastaan ja erittäin varma sekä sisäisiä että ulkoisia oikosulkuja ja virtavuotoja vastaan.

Bipolaarisissa elektrodeissa voidaan käyttää tunnettuja kloraattikennoissa käytettyjä materiaaleja. On kuitenkin edullista, että peruslevy sisältää titaanilevyn, joka edullisesti on yhdistetty toiseen levyyn katodina toimivalla sivullaan. Tämä toinen levy voi olla raudasta ja se voidaan kiinnittää titaa-nilevyä vasten räjähdyssaumauksella tai jollakin muulla menetelmällä _____.-- -.· TT” 6 65091 läheistä yhteenliittämistä varten. Peruslevyissä, joissa on useita tämän tyyppisiä kerroksia, muodostetaan titaanilevy mieluiten siten, että väliseinämät voidaan liittää tähän ja tiivistää tätä vasten, mikä yksinkertaisimmin voi tapahtua siten, että titaanilevy ulottuu hiukan rautalevyn ulkopuolelle peruslevyn kehän ympäri. Elektrodilevyt on kiinnitetty perus-levyyn pääasiassa suorassa kulmassa levyyn nähden, parhaiten hitsaamalla tai kovajuottama11a. Elektrodilevyjen korkeus ja pituus voi olla esim. 0,1 ja 1,0 m, mutta parhaiten 0,2 - 0,5 m. Elektrodilevyjen materiaali voi olla katodisivulla rautaa ja anodisivulla jalometalli- tai jalometallioksipäällysteistä titaania. Anodisivun elektrodilevyt tai vastaavasti katodisivun elektrodilevyt sijoitetaan mieluiten keskinäisesti hiukan siir-retysti, niin että yhdistettäessä useita elektrodeja saadaan aikaan suora kennorivi, kun katodielektrodilevyt sijoitetaan anodielektrodilevyjen väliin. Normaalisti käytetään anodile-vyjä yksi enemmän kuin katodilevyjä, niin että elektrodipaket-ti sen kokoamisen jälkeen päätyy molemmilla sivuilla anodilevyi-hin suojaksi lähimpiä katodilevyjä vastaan. Polaarisuudeltaan erilaisten elektrodilevyjen ei tule koskettaa toisiaan, niin että muodostuu sähkökosketus, vaan ne pidetään erillään ja mieluiten hyvin määritellyllä ja elektrodien eri osien välillä vakiolla keskinäisellä etäisyydellä. Elektrodilevyjen paksuus voi olla 0,5 - 10 mm ja parhaiten 1,5-4 mm. Vapaa väli koottujen elektrodilevyjen välillä on myös mieluimmin näissä väli-matkarajoissa, mutta sen ei tarvitse olla yhtä pitävä elektrodi-levyjen paksuuden kanssa. Välikkeet voidaan järjestää elektrodi-levyjen väliin, mutta niiden ei tule, jotta ne eivät estäisi elektrolyytin pystysuoraa virtausta, varata enempää kuin murto-osan elektrodilevyjen välisestä tilasta. Sarjaankytkettyjen kennojen lukumäärä on edullisesti 3-15 kennoriviä kohden ja mieluummin 6 - 12, ja etenkin 8 kennoa ovat osoittautuneet muodostavan helposti käsiteltävän kennoriviyksikön- Päätyelektro-deissa on, kuten yllä on mainittu, tietenkin vain elektrodi-levyjä kennoon päin olevilla pinnoillaan, kun taas ulommalle pinnalle voidaan järjestää edullisesti virtaliitäntä. Peruslevy, jotka parhaiten eivät ole lävistettyjä, muodostavat ainakin osan sarjaankytkettyjen kennojen välisistä seinämistä. Sitten kun elektrodit on koottu yllä esitetyllä tavalla siten, että 7 65091 elektrodilevyt ovat pystysuorassa, muodostuu elektrodilevyistä koottu elektrodipaketti, jonka pystysuorat sivut muodostuvat uloimmista elektrodilevyistä ja peruslevyistä sekä jonka vaakasuorat sivut muodostuvat elektrodilevyjen ylemmistä ja alemmista reunoista, mitkä viimeksi mainitut reunat eivät siten muodosta läpäisemättömiä pintoja, vaan sallivat elektrolyytin pystysuoran läpivirtauksen. Näin muodostettu elektrodirivi ei ole itsekantava, vaan tarvitsee erityisiä koossa pitäviä elimiä muodostaakseen yhtenäisen yksikön ja elektrodilevyjen välisen mittasovituksen ylläpitämiseksi.

Elektrodipaketin sarjaankytkettyjen elektrodien ympärille on järjestetty elektrolyyttiä sisältävä kennosuojus. Tämä ei ympäröi tiiviisti elektrodipakettia, vaan jättää niin paljon tilaa elektrodipaketin ympärille, että voidaan saada aikaan ohjattu kiertovirtaus. Kiertovirtauksen taso on yhdensuuntainen elektrodien peruslevyn kanssa. Suojus on yhteinen koko sarjaankytkettyjen kennojen riviä varten. Elektrodipaketti voi tällöin olla suojuksen toisella pitkällä sivulla, niin että elektrolyytin ylös-virtaus tapahtuu tällä sivulla ja sen alasvirtaus tapahtuu vastakkaista pitkää sivua pitkin, mutta pidetään parempana, että kennopaketti sijoitetaan keskeisesti suojukseen, niin että ylös-virtaus tapahtuu keskeisesti, kun taas alasvirtaus tapahtuu molempia pitkiä sivuja pitkin. Parasta kiertovirtausta varten tulee ylösvirtauksen alan olla suunnilleen yhtä suuri kuin alasvirtauksen ala, mikä tarkoittaa sitä, että yhteenlaskettu vapaa etäisyys kennopaketista molemmille pitkille sivuille on 0,75 - 1,25-kertaa kennopaketin vaakasuora leveys kohtisuorasti pitkiin sivuihin nähden ja mieluiten tämä yhteenlaskettu etäisyys on 0,8 -1,15-kertaa kennopaketin leveys. Alaspäin menevä elektrolyytti-virta kääntyy kotelon pohjassa ja virtaa vaakasuorasti kennopa-kettiin päin ja sen alaspuolella, minkä kautta se sitten jälleen virtaa läpi pystysuorasti. Tästä syystä tulee myös kennopaketin alareunan ja astian pohjan välisen etäisyyden olla niin suuri, että se vastaa alaspäin virtaavan elektrolyytin virtausalaa. Kennopaketin keskeistä sijoitusta varten tulee tästä syystä etäisyyden pohjaan olla 0,2- - 0,8-kertaa kennopaketin leveys ja mieluiten 0,3- - 0,6-kertaa tämä leveys. Jos kennopaketti on sijoitettu kennosuojuksessa sivulle, tulee etäisyyden pohjaan olla 0,3- - 1,0- ja parhaiten 0,4- - 0,8-kertaa kennopaketin 8 65091 vaakasuora leveys. Suojuksen tulee olla muodoltaan sellainen, että kennopaketin yläpuolella on suurempi tila pystysuoraa elek-trolyyttivirtausta varten kuin kennopaketin alapuolella oleva tila. Tämän tilan tehtävänä on elektrolyytissä olevan vetykaasu-nousun hyväksikäyttämisen avulla aikaansaada kiertovirtauksen käyttövoima ja sitä ei tästä syystä saa varustaa liian pienellä korkeudella, jos on saatava aikaan voimakas kiertokulku. Tilan tehtävänä on myös yhdessä muiden kiertotilojen kanssa mahdollistaa riittävä seisonta-aika elektrolyyttiä varten hypokloriitin muuntamiseksi kloraatiksi riittävässä määrin ennen elektrolyytin saapumista jälleen elektrodien väliin. Keksinnön mukaisen kenno-rakenteen tärkeä tehtävä on se, että suurin osa ja mieluiten olennaisesti koko muuntamiseen tarvittava seisonta-aika voidaan mahdollistaa elektrolyytille suojuksen sisällä, niin että ylimääräinen ulkoinen reaktioastia on tarpeeton. Kotelon tilavuus ei tästä syystä saa olla liian pieni eikä myöskään niin suuri, että se aiheuttaisi rakenteellisia ongelmia. Sopiva elektrolyyt-titaso elektrodipaketin yläpuolella on tästä syystä 5- - 15-ker-taa elektrodipaketin korkeus, parhaiten 7- - 13-kertaa tämä korkeus. Useista syistä on edullista, että koko suojus on täytetty elektrolyytillä, niin että sinne ei muodostu mitään suurempia kaasumääriä. Tämä tarkoittaa, että elektrolyyttiä sisältävä hienojakoinen vetykaasu poistetaan suojuksesta ja johdetaan erityiseen kaasunerotusvaiheeseen, erikseen suojuksen tilavuudesta. Elektrolyytin poisto voidaan silloin edullisesti järjestää suojuksen yläosaan. Kennoastian korkeus on tästä syystä absoluuttisesti mieluiten 2 - 5 m tai parhaiten 3 - 4 m. Kotelon on oltava jaettu pohjaosaan ja kansiosaan, jotka voidaan erottaa toisistaan, mutta jotka käytön aikana ovat tiivistävästä kiinnitettyinä toisiaan vasten, esim. vaakasuorien, astian ympäri kulkevien reunusten avulla. Jakolinja kulkee parhaiten hiukan kennopaketin yläpuolella pohjaosassa, niin että tähän päästään käsiksi hyvin, kun kansi on pois.

Suojuksen materiaalin valinta on samoin kuin elektrodien materiaalin valintakin erittäin tärkeää, mitä tulee korroosionkestävyyteen ja sitten mahdollisuuksiin käyttää hyväksi korkeita elektrolyyttilämpötiloja, mikä vähentää tarpeellista reaktio-tilavuutta. Suojuksen materiaali muodostuu parhaiten rungosta, jossa on sisäinen korroosiolta suojattava päällyste. Runko voi olla metallista, mutta edullisesti se muodostetaan synteettisestä l! 9 65091 materiaalista, koska tämä vähentää korroosio-ongelmaa, yli-lyöntiriskejä ja saa aikaan kevyemmän rakenteen. Synteettisistä materiaaleista pidetään sopivina lasikuituvahvisteista polyesteriä, joka on mahdollisesti varustettu sisäänupotetuille metalli-vahvisteilla. Sisäsivu voidaan päällystää korroosiota kestävällä materiaalilla, joka voi olla metallia, esim. titaania, mutta tällöin se tarvitsee sähköeristystä jokaisen vaiheen välillä.

Tästä syystä jokin synteettinen materiaali on parempi, joka kestää elektrolyytin vaikutuksen hyvin. Sopivia tällaisia materiaaleja ovat muovit, jotka sisältävät fluoria, kuten polytetrafluo-rieteeni, polyfluorieteenipropeeni tai polyvinylideenifluorxdi, ja etenkin on tällainen muovitettu kangas osoittautunut toimivan hyvin, jolloin kangas muodostuu synteettisistä kuiduista, etenkin laskuiduista. Päällystämistä samoin kuin korjauksia helpotetaan ja lujuus lisääntyy, jos astian sisäsivu sekä sen pohja että sen kansi tehdään pääasiassa tasaiseksi.ilman väliseiniä varten olevia erityisiä kiinnikkeitä tai muita laitteita, mikä on mahdollista, jos väliseinämät järjestetään siten, kuten seuraavassa tullaan esittämään.

Ne tilat, jotka on järjestetty mahdollistamaan elektrolyytin kiertovirtauksen elektrodipaketin ympäri, tarkoittavat, että on järjestettävä erityisiä väliseinämiä elektrodien peruslevyjen kanssa tasoon ja ne ulottuvat näistä ulospäin suojukseen alas ja sivulle ja ylös elektrodipakettien yläpuolelle. Sivuseinämät ovat tarpeellisia estämään liian suuren elektrolyytin sekoittumisen kennojen väliin ja estämään virtavuodot. Ne ovat myös tarpeellisia ylläpitämään ohjattua kiertovirtausta, niin että saadaan aikaan stabiili ja pääasiassa putkimainen virtaus. Hyvän tiivistyksen tarve on suurin elektrodien läheisyydessä, missä myös pieni virtavuoto voi aiheuttaa suuria tehokkuuden häviöitä. Ongelma vähenee etäisyydellä elektrodeista elektrolyytin kasvavan vastuksen johdosta. Vaikkakin on mahdollista suurentaa elektrodien peruslevyä, niin että se muodostaa väliseinämän elektrodilevyillä varustetun osan ulkopuolelle, se ei kuitenkaan ole sopiva menetelmä taloudellisesti ja käytännöllisesti ajatellen. Keksinnön mukaisesti varustetaan tästä syystä kenno lähinnä erillisillä väliseinämillä, mitkä täyttävät pääasiassa koko suojuksen peruslevyn kanssa yhdensuuntaisen poikkileikkauksen ainakin alaspäin ja suojuksen korkeuden suurimman osan.

Γ 10 65091 Väliseinämien ei tarvitse ulottua aina suojuksen yläosaan asti, vaan voidaan sallia vapaa sekoitustila elektrolyyttiä varten ilman vuotovirtojen riskiä lähinnä kannen ylemmän pinnan alapuolella. Väliseinämä on varustettu kololla alhaalla elektrodin peruslevyn tiivistävää sovitusta varten. On edullista jakaa väli-seinämä alempaan osaan, jonka muoto pääasiassa vastaa suojuksen pohjaosan poikkileikkausta, ja ylempään osaan, jonka muoto pääasiassa vastaa suojuksen kannen poikkileikkausta. Jos väliseinä-mät jaetaan tällä tavoin, asetetaan jakolinja parhaiten peruslevyn kolon läpi, niin että elektrodi voidaan sijoittaa sisään tai ottaa pois sitten, kun väliseinämän ylempi osa on poistettu. Väliseinämän alempi osa on mitoitettava siten, että se pystyy kannattamaan tähän sovitetun, bipolaarisen elektrodien kuorman sekä väliseinämän ylemmän osan kuorman. Tällöin on edullista varustaa väliseinämän alempi reuna jalalla tai muulla vastaavalla suojuksen peitettä vasten suojaavalla päätteellä, ja mieluiten tulee myös väliseinämän sivureunat varustaa tällaisilla päätteillä. Voidakseen täyttää kantavan toiminnan on peruslevy voitava sovittaa väliseinämän koloon stabiilisti. Sopiva tapa saada helposti purettava liitäntä näiden osien välillä on varustaa kolossa olevien peruslevyn tai lähinnä väliseinämän pystysuorat sivut U-muotoisilla päätteillä, niin että voidaan bipolaarisen elektrodin peruslevy työntää sisään ylhäältä ja alas koloon. Samalla tavoin voidaan peruslevyn jäljelle jäävä vaakasuora reuna tai lähinnä ylemmän väliseinämän vastaava reuna tai reunat varustaa U-muotoisilla päätteillä, niin että väli-seinämän ylempi osa voidaan sijoittaa alemmalle ja peruslevylle, niin että ylempi seinämä täsmennetään asentoon näiden osien suhteen. Väliseinämät voidaan muodostaa jostakin elektrolyyttiä kestävästä ja johtamattomasta materiaalista, esim. muovista. Koska väliseinämät ovat yhdensuuntaisia peruslevyjen kanssa ja suorassa kulmassa potentiaalinlaskuun nähden osakennojen sarjaan-kytketyssä rivissä, ne saavat isopotentiaalisen sijoituksen ja ne voidaan tästä syystä muodostaa myös metallista, mitä pidetään parempana, ainakin alempaa väliseinämää varten. Parhaimpana pidetty metalli on titaani, jossa on sekä hyvät lujuusominaisuudet että hyvä korroosionkestävyys.

Koska elektrodilevyillä ei ole keskinäistä kosketusta viereisten bipolaaristen elektrodien välillä enemmän kuin niiden 11 65091 välissä olevien mahdollisten välikkeiden kautta, ei saada aikaan itsekantavaa elektrodiriviä, jossa on yksistään elektro-deja ja väliseinämiä, vaan eri väliseinämien ja elektrodien välinen keskinäinen etäisyys on ensin täsmennettävä muilla elimillä. Tällaiset elimet järjestetään parhaiten väliseinämien väliin elektrodien väliin tapahtuvan sijoituksen sijasta. Eräs tapa väliseinämien täsmentämiseksi keskinäisessä suhteessa hyvin määritellyllä ja stabiililla etäisyydellä ja peruslevyjen välisellä ja siten elektrodilevyjen välisellä hyvällä yhdensuuntaisuudella on järjestää kennoriviä pitkin kulkevia rimoja, jotka kiinnitetään kuhunkin väliseinämään. Tällöin on järjestettävä ja kiinnitettävä useita tällaisia rimoja kuhunkin väliseinämään. Rimat kiinnitetään,niin että väliseinämien välinen keskinäinen etäisyys täsmennetään, esim. rimoihin järjestetyillä välike-elementeillä. Rimat muodostetaan mieluiten jostakin ei-metallisesta materiaalista, kuten jostakin yllä mainituista synteettisistä materiaaleista, esim. polytetrafluorieteenistä. On olennaisinta ja usein riittävää, että väliseinämien alempi osa varustetaan tämän tyyppisillä kiinnityselimillä, koska nämä seinämäösat ylläolevan mukaisesti tukevat suurinta painoa ja tämän lisäksi määräävät elektrodietäisyydet. Tällaisten elementtien avulla elektrodit ja väliseinämät muodostavat yhtenäisen ja itsenäisen yksikön, mikä tämän lisäksi voi olla täysin itse-kantava, Tällainen yksikkö voidaan sijoittaa suojukseen ilman erityisiä kiinnityselementtejä tähän ja ne voivat toimia siinä ilman ylimääräisiä tiivistyksiä.

Keksinnön erään erityisen edullisen suoritusmuodon mukaisesti ylöspäin virtaavan elektrolyytin tila rajoitetaan alaspäin virtaavan elektrolyytin tilasta järjestämällä virtausputki elektrodipaketin yläpuolella olevaan tilaan. Virtausputki järjestetään pystysuorasti ja sen aukko on alaspäin, joka kerää kaiken sen elektrolyytin, joka nousee ylös elektrodipaketista ja johtaa sen ylös halutulle korkeudelle suojuksessa, missä sen annetaan kääntyä ja virrata alaspäin. Putki voi olla monen eri muotoinen, esim. siinä voi olla virtausta tasoittava kaula sen keskiosassa tai siinä voi olla erityiset kaasunerotuseli-met yläosassa. On kuitenkin osoittautunut olevan riittävää hyvän kiertovirtauksen aikaansaamiseksi, että ylös nouseva virta erotetaan alas kulkevasta tasaisen, virtausta ohjaavan seinämän avulla, joka järjestetään pystysuorasti ja suorassa kul- 12 65091 massa väliseinämiin nähden ja joka ulottuu näiden väliin elektrodipaketin ulkoreunojen yläpuolella, niin että virtausta ohjaavat seinämät yhdessä väliseinämien kanssa muodostavat putken ylöspäin nousevaa nestettä varten. Koska virtausta ohjaavat seinämät siten ulottuvat väliseinämien väliin, ne voivat myös toimia välikkeinä näiden välissä ja kiinnityseliminä.

Jos tästä syystä virtausta ohjaavien seinämien pystysuorat reunat varustetaan kiinnityselimillä ja väliseinämät varustetaan vastaavilla kiinnityselimillä pystysuorasti kennopaketin ulko-ääriviivojen yläpuolella ja nämä elimet yhdistetään, saadaan näistä seinämistä yhtenäinen rakenne, joka ei tarvitse erityisiä kiinnityselimiä suojuksen kannessa stabiilia kiinnitystä varten.

Elektrolyytin syöttöputki voidaan järjestää pitkittäin kulkevien putkien muodossa kennoon, mitkä putket voidaan sijoittaa väliseinämissä oleviin koloihin, Jos nämä kolot sijoitetaan väliseinämien alemman ja ylemmän osan väliseen jakolinjaan, voidaan putket sijoittaa sisään ja poistaa, kun väliseinämien ylemmät ja alemmat osat on erotettu toisistaan. Putket yhdistetään kennon ulkopuolella oleviin syöttöputkiin suojuksessa olevien läpivientiaukkojen kautta. Jos kennotilojen välissä oleva elektrolyytti voidaan sekoittaa suojuksessa, esim. suojuksen yläosan tilassa yllä olevan mukaisesti, voi riittää se, kun elektrolyytti syötetään ainoastaan kennotilojen yhteen osaan, jolloin ei tarvita pitkittäin kulkevia putkia, vaan voidaan käyttää yksinkertaisia läpivientiaukkoja. Suojuksen yläosaan tulee järjestää ainakin yksi aukko elektrolyytin johtamiseksi pois erityiseen vetykaasunerotusvaiheeseen ja kloraatinerotus-vaiheeseen.

Yllä olevan mukaisesti muodostettu laite voidaan purkaa seuraavalla tavalla. Kansi irroitetaan ja nostetaan pois. Ylempien väliseinämien ja virtausta rajoittavien seinämien yksikkö nostetaan pois ja se voidaan mahdollisesti purkaa edelleen toisessa paikassa. Mahdolliset syöttö- ja poistoputket nostetaan pois koloistaan. Elektrodien ja alempien väliseinämien muodostama yksikkö nostetaan kotelon alaosasta. Yksittäiset elektrodit voidaan poistaa väliseinämissä olevista koloista. Yksittäiset väliseinämät erotetaan poistamalla kiinnityseliraet niiden välistä. Vaihtoehtoisesti voi elektrodien ja alempien väliseinämien purkaminen tapahtua näiden osien ollessa vielä I; 13 65091 suojuksen pohjaosassa. Kennon asennus tapahtuu päinvastaisessa järjestyksessä.

Jotta saataisiin aikaan tyydyttävä kiertovirtaus yllä mainitun laatuisessa kennossa, tulee virtakonsentraation olla 10 -40, lähinnä 18 - 35 A/l kiertävää elektrolyyttiä kussakin jän-nitteenlaskussa. Tällöin voidaan saada aikaan parhaimpana pidetty virtausnopeus elektrodivälissä, joka on 0,05 - 0,7 m/s, ja elektrolyytin seisonta-aika väylien välillä elektrodivälin läpi, joka on 0,5 - 7 min. Lämpötila tulee pitää 50 - 90°C:ssa ja mieluiten 60 - 80°C:ssa hypokloriitin muuntamiseksi riittävän nopeasti kloraatiksi. Hypokloriittipitoisuuden tulee olla sen tullessa ulos elektrodivälistä 0,5-5 g/1 laskettuna natriumhypokloriittina ja mieluiten 1,5 - 3,5 g/1. Kloraattipitoisuus on 300 - 700 g/1 laskettuna natriumkloraattina ja kloridipitoi-suus on 50 - 300 g/1 laskettuna natriumkloridina. Elektrolyytin pH-arvo on karkeasti 5-8, mutta sen pH-arvo on parhaiten 5,8 -6,5, ja etenkin noin 6,1. Elektrolyytistä lasketaan pois tunnetulla tavalla osavirta kennosta vetykaasun- ja kloraatin erottamiseksi ja palauttamiseksi kennoon.

Kuvioissa on esitetty keksinnön mukaisen kennon eräs parhaimpana pidetty suoritusmuoto elektrolyyttistä natriumkloraa-tin valmistusta varten. Kuv. 1 esittää kennon leikkauskuvaa kennoriviä pitkin katsottuna. Kuv. 2 esittää kennon leikkaus-kuvaa suorassa kulmassa kennoriviin päin katsottuna. Kuv. 3 esittää leikkauskuvaa alemmasta väliseinämästä pohjaan päin katsottuna. Kuv. 4 esittää leikkauskuvaa ylemmästä väliseinämästä pohjaan päin katsottuna. Kuv. 5 esittää vaakasuoraa leikkauskuvaa bipolaarisesti elektrodista.

Kuten parhaiten nähdään kuvioista 1 ja 2, muodostuu kenno-suojus 1 pohjaosasta 2 ja kansiosasta 3, jotka voidaan tiivis-tävästi yhdistää vastaavia reunuksiaan 4 ja 5 pitkin. Suojuksessa on läpivientiaukot 6 elektrolyytin syöttöputkea varten ja virtaliitäntöjä 7 varten. Suojuksessa on myös elektrolyytin ja vetykaasun poistoputki 8. Suojus on valmistettu polyesteristä ja siinä on korroosiota kestävä päällyste sisäsivulla, jonka paksuus on n. 3 mm ja joka on valmistettu polyvinylideenifluo-ridista. Suojuksen ulkosivulla on polyesteristä valmistetut vahvistusprofiilit 9, jotka mahdollisesti sisältävät metalli-vahvisteita. Suojuksen korkeus on 3,6 m, leveys 0,9 m ja pituus Γ" 14 65091 3,4 in. Suojuksen sisäosa on jaettu kahdeksaan osakennoon 10 järjestämällä rajoitteet, jotka muodostuvat bipolaarisista elektrodeista 11, alemmista väliseinämistä 12 ja ylemmistä väliseinä-mistä 13. Bipolaaristen elektrodien 11 rakenne nähdään parhaiten kuviosta 5. Ne käsittävät peruslevyn 14, joka on muodostettu titaanista valmistetusta anodilevystä 15, joka on läheisesti yhdistetty katodilevyyn 16, joka on valmistettu raudasta. Anodi-levyyn on hitsattu kiinni jalometallioksidipäällysteisestä titaanista valmistetut anodielektrodilevyt 17, ja katodilevyyn 16 on hitsattu kiinni raudasta valmistetut katodielektrodilevyt 18, jolloin anodielektrodilevyt 17 tai vastaavasti katodielektrodilevyt 18 on hieman siirretysti toistensa suhteen. Elektrodilevyjen 2 yhteenlaskettu aktiivinen pinta on n. 10 m ja tarkoitettu kestämään 25 kA:n virtaa. Kennojännite on n. 3 V. Suojukseen on järjestetty seitsemän bipolaarista elektrodia, jolloin peruslevyt 14 ovat yhdensuuntaisia ja jolloin anodielektrodilevyt ja katodielektrodilevyt on sijoitettu toistensa väliin sarjaankytketty-jen kennojen muodostamiseksi. Kennorivit päätyvät kussakin päässä unipolaariseen elektrodiin 19, jolloin elektrodilevyjä on ainoastaan suojukseen päin olevalla sivulla, mutta toisella sivulla on liitännät ulkoista virransyöttöä varten. Bipolaariset elektrodit 11 tuetaan alemmilla väliseinämillä 12, joiden muoto nähdään parhaiten kuvioista 1 ja 3. Alempi väliseinämä 12 on muodostettu n. 3 mm:n paksuisesta titaanilevystä ja siinä on suurin piirtein U-muotoinen rakenne. Seinämän ulommat sivureunat ja alareunat on varustettu niihin hitsatuilla jaloilla 20. U-muotoisen väli-seinämän 12 pystysuorien sisäreunojen alempi osa on varustettu sen päälle hitsatuilla U-profiileilla 21, jotka on tarkoitettu ympäröimään anodilevyn 15 pystysuorat reunat, kun bipolaarinen elektrodi 11 sijoitetaan ylhäältä käsin ja alas alemman välisei-nämän 12 keskeisiin koloihin. Elektrodi 11 lepää tällöin väli-seinämän 12 vaakasuoralla reunalla 22. Väliseinämässä 12 olevat kolot ovat hieman syvemmät kuin elektrodin peruslevyn korkeus, niin että osa kolosta jää jäljelle elektrodin paikalleenpanon jälkeen. Neljä reikää 23 on varattu väliseinämään 12, joiden kautta rimat 24 johdetaan ja kiinnitetään väliseinämiin, niin että nämä pidetään yhdessä halutulla keskinäisellä etäisyydellä, mikä nähdään parhaiten kuviosta 2. Ylemmän väliseinämän 13 rakenne nähdään kuvioista 1 ja 4. Ylempi väliseinämä 13 voidaan muodostaa ohuemmasta materiaalista kuin alempi, koska sillä ei 15 65091 ole mitään kantavaa toimintaa ja siinä on tässä suoritusmuodossa n. 2 mm:n paksuus ja se on myös valmistettu titaanilevystä.

Sen ylempi reuna on pääasiassa suora ja päätyy n. 0,4 m suojuksen yläosasta. Sen alemmassa reunassa on alempaa väliseinämää vastaava muoto. s.o, se on varustettu pidennyksellä 25, joka ulottuu väliseinämässä 12 olevan kolon siihen osaan, jota perus-levy ei ole varannut. Pidennyksessä 25 on sen päälle hitsattu U-profiili 26 sen alaosassa, joka on tarkoitettu tarttumaan ano-dilevyn 15 ylempään vaakasuoraan osaan. Ylemmän väliseinämän 13 ja alemman väliseinämän 12 välisen jakolinjan jäljelle jäävät osat on täytetty synteettisestä materiaalista valmistetuilla tiivisteillä 27, joissa on H-profiili ja jotka yhdistävät väli-seinämät keskenään. Väliseinämissä 13 on kolot 28, joihin voidaan sijoittaa pitkittäin kulkeva putki 29, joka voidaan liittää ulkopuolella olevaan putkeen 30 läpivientiaukon 6 kautta. Elektrolyytti voidaan sitten syöttää jokaiseen osakennoon tuloputkien 31 kautta. Samoin kuin alemmassa väliseinämässä 12 on ylemmässä-kin väliseinämässä 13 sen pystysuoriin reunoihin kiinnihitsatut jalat 20 kotelon sisäpäällysteen suojaamiseksi. Väliseinämässä 13 on myös pystysuorasti kiinnihitsatut reunuksen 32, joihin voidaan kiinnittää virtausta ohjaavat seinämät 33. Nämä virtausta ohjaavat seinämät 33 on muodostettu polytetrafluorieteenistä ja ne ulottuvat peruslevyn 14 ulommista pystysuorista sivuista ylös korkeudelle, joka on n. 0,9 m väliseinämien 13 yläreunan alapuolella. Ulommat virtausta ohjaavat seinämät 33 on varustettu ylimääräisillä synteettisestä materiaalista olevilla kappaleilla 34 suojuksen lyhyiden sivujen suojaamiseksi. Esitetyssä rakenteessa olevaan jokaiseen kennotilaan mahtuu n. 1 m elektrolyyttiä. Käytössä täytetään koko suojus elektrolyytillä ja jännite liitetään virtaliitäntöjen 7 väliin. Vetykaasun nousu

tulee silloin kierrättämään elektrolyyttiä kuten aikaisemmin seli-K

tettiin, s.o. ylöspäin virtausta ohjaavien seinämien 33 väliin ja alaspäin kotelon pitkien sivujen ja virtausta ohjaavien seinämien 33 väliin. Virtauksen korkeimmassa kohdassa kääntyy elektrolyyttivirta ja osa poistetaan suojuksesta aukon 8 kautta. Poistettu määrä vastaa täydellistä elektrolyyttivaihtoa joka tunti. Jäljelle jäävä elektrolyytti virtaa jälleen sisään ja kennopaketissa olevien elektrodivälien väliin sen jälkeen, kun se on kääntynyt suojuksen pohjassa.

Keksintö ei rajoitu esitettyihin suoritusmuotoihin, vaan sitä voidaan muunnella seuraavien patenttivaatimusten puitteissa.

Claims (9)

1. Elektrolysoija kloraatin valmistamiseksi, mikä sisältää pääasiallisesti suunnikkaanmuotoisen kennosuojuksen (1), jossa on neljä sivuseinää, pohja ja yläsivu, ja jossa pystysuorat väliseinät on järjestetty bipolaaristen elektrodien (11) muotoon, jotka jakavat suojuksen (1) useaan sähköisesti sarjaankytkettyyn kennoon, joissa jokainen elektrodi (11) sisältää peruslevyn (14) ja useita, molemmilta sivuiltaan ja pääasiassa suorassa kulmassa tähän nähden kiinteästi kiinnitettyjä, keskinäisesti yhdensuuntaisia elektrodilevyjä (17, 18), ja jossa elektrodit (11) on sijoitettu suojukseen (1) siten, että viereisten elektrodien (11) elek-trodilevyt (17, 18) ovat limittäin ja siten, että elektrodilevy-jen (17, 18) alapuolelle muodostuu vapaa tila ja elektrodilevyjen (17, 18) yläpuolelle muodostuu vapaa tila, joka tila on suurempi kuin näiden alapuolella oleva ja muodostaa ylimääräisen virtaus-ja reaktiotilan elektrolyyttiä varten, tunnettu siitä, että elektrodilevyjen (17, 18) yläpuolella oleva tila on riittävä aikaansaamaan vetykaasunousun hyväksikäyttämisen avulla kierto-virtauksen, että elektrodit on sijoitettu suojukseen (1) siten, että elektrodilevyjen (17, 18) ja ainakin toisen elektrodilevyjen (17, 18) kanssa yhdensuuntaisen suojuksen (1) sivun väliin muodostuu vapaa sivutila, että väliseinämät (12, 13) on järjestetty siten, että ne liittyvät jokaisen peruslevyn (14) kehään tiivistäen ja peruslevyä (14) kiinnittäen ja ulottuvat suojuksen (1) pohjaan ja sivuille ja ylöspäin suojuksessa muodostaen kennojen määrää vastaavan määrän osatiloja (10) ja että välielementit (24) on järjestetty väliseinämien (12, 13) väliin näiden kiinnittämiseksi keskenään yhdensuuntaiseen asemaan ja kiintein keskinäisin välein.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen elektrolysoija, tunnet- t u siitä, että väliseinämät (12, 13) päättyvät pystysuorassa suunnassa tietyllä etäisyydellä suojuksen (1) yläsivusta muodostaen osatiloille (10) yhteisen tilan elektrolyyttiä varten heti suojuksen (2, 3) yläsivun alapuolella.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen elektrolysoija, tunnettu siitä, että on järjestetty ainakin yksi poistoputki 17 6 5 0 91 (8) elektrolyyttiä ja vetykaasua varten suojuksen (1) yläsivulle.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen elektrolysoija, tunnet-t u siitä, että poistoputki (8) johtaa kaasunerotuslaitteeseen, jossa on putki elektrolyyttiä varten, joka johtaa kloraatin ero-tusvaiheeseen.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen elektrolysoija, tunnet- t u siitä, että suojuksessa (1) on korkeus, joka mahdollistaa 5-15-kertaisesti elektrodilevyjen (17, 18) korkeutta vastaavan elektrolyytti tason elektrodilevyjen (17, 18) yläpuolella.

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen elektrolysoija, tunnet-t u siitä, että väliseinämien (12,13) materiaali on titaanilevyä.

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen elektrolysoija, tunnet-t u siitä, että suojus (1) on valmistettu johtamattomasta synteettisestä materiaalista ja varustettu sisäpäällysteellä, joka on fluoripitoista muovia.

8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen elektrolysoija, tunnet-t u siitä, että väliseinämien (12,13) suojukseen (1) päin olevat reunat on varustettu suojuksen sisäsivua suojaavilla päätteillä (20) .

9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen elektrolysoija, tunnet- t u siitä, että se käsittää virtausta ohjaavat seinämät (33), jotka on järjestetty pystysuorasti ja jotka ulottuvat pääasiassa elektrodilevyjen (17, 18) kanssa yhdensuuntaisesta tasosta ylöspäin suojuksessa (1) siten, että muodostuu keskeinen tila elektrodilevyjen (17, 18) yläpuolelle ylöspäin nousevaa elektrolyyttiä varten ja suojuksen (1) elektrodilevyjen (17, 18) kanssa yhdensuuntaisesti järjestettyjä sivuja pitkin oleva tila muodostuu alaspäin kulkevaa elektrolyyttiä varten.