FI68266B - Apparat foer tillverkning av natriumhypoklorit - Google Patents

Description

1 68266

Laitteisto natriumhypokloriitin valmistamiseksi

Esillä oleva keksintö koskee kiinteätä elektrolyyttistä kloorauslaitetta ja tarkemmin sanoen parannettua laitetta natriumhypokloriitin nopeaksi, tehokkaaksi ja taloudelliseksi valmistamiseksi luonnosta saadusta ja synteettisestä suolavedestä, jolla laitteella on parannetut toiminta- ja ylläpito-ominaisuudet. Tarkemmin sanoen keksintö koskee uutta, tyypiltään avonaista elektrolyytti kennoa, jossa ei ole diafragmoja tai kalvoja natriumkloridiliuosten elektrolyysin suorittamiseksi.

Kiinteiden elektrolyysilaitteiden edut natriumhypokloriitin valmistamiseksi joko synteettisestä tai luonnossa esiintyvästä suolavedestä ovat ilmeiset. On esimerkiksi hyvin tunnettua, että nykyiset jäteaineiden ja veden käsittelylaitteet tarvitsevat suuria kloorimääriä biosidiseksi aineeksi. Kloori aiheuttaa kaasun tai vedettömän nesteen muodossa suuria vaaroja sitä käsiteltäessä ja varastoitaessa. Myös natriumhypokloriitin muodossa, joka on suhteellisen turvallinen käyttää, suuret laimeiden liuosten kuljetukset käyttöpaikalle aiheuttavat kuljetus- ja siirtoproblee-meja.

Aikaisemmin tunnetut elektrolysoimislaitteet, joilla on suuri sähköinen ja suolanhajotustehokkuus, ovat yleensä monimutkaisia ja kalliita valmistaa ja huoltaa. Kaikissa nykyisissä elektrolysoimislaitteissa käytetään sellaisia anodeja, jotka kuluvat, so. menettävät katalyyttisen päällysteensä ja ne on usein täydellisesti purettava ja korvattava uusilla osil]a.

68266

Lisäksi suuri lukumäärä yhdysjohtoja, jotka esiintyvät monimutkaisimmissa rakenteissa, ovat varsinaisia syövyttävän elektrolyytin vuotamiskohtia, joka elektrolyytti voi olla haitallista, samoin kuin vedyn vuotokohtia, jota voi kerääntyä vaarallisissa määrissä.

Voimankulutukseen vaikuttaa haitallisesti vetykaasun kerääntyminen elektrolyysilaitteisiin,joka vaatii erilaisia lisälaitteita vedyn erottamiseksi elektrolyytistä, mikä taas puolestaan lisää järjestelmän monimutkaisuutta.

Eräät käytössä olevat elektrolysoimislaitteet ovat erittäin herkkiä elektrodien päällystymisen johdosta, mikä aiheutuu suolavedessä, kuten merivedessä, olevista epäpuhtauksista. Hapolla tapahtuva puhdistus voi olla välttämätön suorittaa erittäin useasti mikä puolestaan lisää ylläpitokustannuksia.

Luotettavien tutkimusten ja saatujen kokemusten perusteella on todettu, että suolaveden alhainen lämpötila, tavallisesti 1-10°C, edistää anodipäällysteen kestoajan lyhenemistä. Suuret virtatiheydet pienentävät myös käytettyjen jalometallipäällysteiden kestoikää. Tavanomaiset elektrolysoimislaitteet ovat alttiita sellaiselle anodin kestoajan lyhenemiselle, joka aiheutuu olosuhteiden vaihteluista, jotka esiintyvät kun laitetta käytetään maantieteelliseltä sijainniltaan huomattavasti toisistaan poikkeavilla seuduilla.

Esillä olevan keksinnön avulla vältetään oleellisesti edellä mainittu probleema samalla kun aikaansaadaan useita etuja. Eleketrolysoimislaite käsittää useita elektrolyyttikennoja runko-osassa sylinterimäisen kotelon sisäpuolella, jolloin aikaansaadaan moduuli- 3 68266 sovitelma, joka voi hydraulisesti olla yhdistetty sarjaan muiden moduulisarjojen kanssa, jolloin kunkin elektrolysoimislaitteen koko kennorakenne voidaan helposti ja nopeasti poistaa korjausta varten tai korvata huolletulla tai uudella osalla, joka on koottu kotelon ulkopuolella, jolloin sovitelmassa esiintyvät Virhemahdollisuudet tulevat hyvin pieniksi.

Keksinnön mukaiselle elektrolysoimislaitteella on tunnusomaista parannetut elektrolyytin virtausradat ja elektroldilevyjen muoto niin, että ne vastustavat suolavedessä olevien epäpuhtauksien aiheuttamaa kars-tanmuodostusta. Elektrolysoimislaite on varustettu parannetuilla laitteilla kaasumaisten tuotteiden poistamiseksi, jotka muodostuvat suolaliuosten elektro-lysoimiskäsittelyn aikana, siinä on ainutlaatuiset ja parannetut laimennusveden jakolaitteet anodien kestoajan pidentämiseksi synteettistä suolavettä elektro-lysoitaessa ja siinä on sähköinen johtamislaitteisto, joka on yksinkertainen ja aikaansaa siitä huolimatta oleellisesti tasapainoitetun sähkön virtauksen huolimatta niistä sähköisen vastuksen muutoksista, jotka ovat seurauksina elektrolyytin lämpötilan ja suolapitoisuuden muutoksista, mikä myöskin pidentää anodien kestoaikaa.

Oheenliitetyissä piirustuksissa kuvio 1 esittää osittain leikattuna perspektiivikuvana ylhäältäpäin katsottuna tyypillistä elektrolyyttikenno-sovitelmaa keksinnön mukaisessa elektrolysoimislait-teessa, kuvio 2 on kaaviollinen kuva kuvion 1 mukaisesta laitteesta ylhäältäpäin katsottuna, jolloin elektrodit on jedetty pois selvyyden vuoksi, 6 8 2 6 6 kuvio 3 on kuvion 1 mukainen sovitelma ylhäältä katsottuna ja siinä on myös esitetty laitteen kotelo ja laipat, kuvio 4 on leikkaus kuvion 3 mukaisesti elektrolysoi-mislaitteesta pitkin sen viivaa 4-4, jolloin määrätyt osat on jätetty pois selvyyden vuoksi, kuvio 5 on kaaviollinen kuva vedyn ja elektrolyytin virtausradoista elektrolyyttilaitteiston lävitse, joka on sovitettu hydraulisesti sarjaan käyttäen päällekkäin sovitettua laitteistosarjaa sopivine sähkön-johtolaitteineen, kuvio 6 esittää kaaviollisesti yhtä elektrolysoimis-laitetta, jossa käytetään tavanomaista laimennusveden jakamista erillisiin osastoihin tai kennoihin, kuvio 7 esittää sivulta katsottuna keksinnön mukaisesti rakennettua elektrodilevyä, kuvio 8 esittää samalla tavoin kuin kuvio 4 osittain leikattuna syöttösuutinievyä, joka on tarkoitettu käytettäväksi merivettä elektrolysoitaessa, kuvio 9 esittää tasokuviona kuvion 8 mukaista suutin-levyä.

Keksinnön mukainen elektrolyyttikennosovitelma käsittää runko-osan ja elektrodisovitelman, joka voidaan helposti sovittaa koteloon ja poistaa siitä helposti. Tämä kotelo on varustettu elektrolyytin syöttö- ja poistolaitteilla ja vedynpoistolaitteilla samoin kuin laitteilla tasavirran johtamiseksi elektrodin lävitse syöttölaitteiden kautta johdetun, luonnosta saadun tai synteettisen suolaveden elektrolysoimiseksi. Umpilai-pat, jotka on kiinnitetty kotelon päihin, täydentävät elektrolyysiyksikön tai moduulin, ja näitä voidaan sovittaa useampia helposti hydrauliseen sarjaan. Kevennysjohdot mahdollistavat suolaliuoksen elektrolyysin aikana erillisissä elektrolyysilaitteissa muodostuneiden kaasujen johtamisen poistokohtaan, ympä- 5 68266 röivään ilmakehään tai kokoojajohtoon, josta ne kulkevat myötävirtaan erotus- ja poistolaitteisiin.

Uusi vedenjakojärjestelmä, jota käytetään väkevöidyn suolaliuoksen laimentamiseksi synteettisessä suola-vesijärjestelmässä, suojaa anodien passivoitumista.

Uusi elektrolysoimislaitesarjän sähköisten johdinten sovitelma aikaansaa sähkövirran tasapainoitetun virtauksen yhdensuuntaisia ratoja pitkin edistäen täten anodien kestoaikaa.

A. Runko-osa

Kuten kuvioissa 1, 2, 3 ja 4 on tarkemmin esitetty, käsittää elektrolyyttikennosovitelma runko-osan, jossa on kaksi sidetankoa 12, joita pidetään parittain yhdensuuntaisina ja määrätyn etäisyyden päässä toisistaan kannatinliuskojen 14 ja 16 avulla, jotka on kiinnitetty lähelle sidetankojen päitä, jotka puolestaan ovat kierteitetyt niin, että niihin voidaan sovittaa mutterit 18 ja 20. Kannatinliuskat 14 ja mutterit 18 eivät johda sähköä ja ovat sopivasti kloorattua polyvinyylikloridia, jota nimitetään seuraavas-sa nimellä CPVC, kun taas kannatinliuska 16 ja mutterit 20 ovat tavallisesti valmistetut titaanista. Vaikkakin useita erillisiä komponentteja nimitetään jäljempänä titaani- tai CPVC-komponenteiksi, on ymmärrettävää, että keksintö ei rajoitu ainoastaan näihin materiaaleihin.

CPVC-välilevyt 22, jotka ovat tasaisen välimatkan päässä toisistaan pitkin sidetankoja 12, pitävät myös tangot 12 määrätyn etäisyyden päässä toisistaan ja auttavat muodostamaan kenno-osastoja tai kennoja, joita on merkitty numeroilla 1, 2, 3 ja 4 (kuvio 2).

Sylinterimäinen kotelo ja päissä sijaitsevat kannet 6 68266 tai laipat täydentävät kennojen kiinnityslaitteita, jotka kuvataan jäljempänä. Kukin kenno on muodostettu tai siihen on kiinnitetty kaksi sarjaa myöhemmin kuvattuja, välimatkan päässä toisistaan olevia anodi- ja katodilevyjä (kuvio 8) niin, että muodostuu yksi toimiva kenno tai kennoyksikkö. CPVC:tä olevat putkimaiset välikappaleet 24 on kiinnitettu sidetankojen 12 välityksellä ja ne ovat kosketuksissa jakolevyjen 22 ja kannatusliuskojen 14 ja 16 kanssa.

Titaania olevat elektrodien kannatuselimet 26 on kiinnitetty CPVC:tä olevien erotuslevyjen 22 kummallekin puolelle titaaniruuveilla 28. Elektrodin kannatuskap-paleet 30 ja 32 on sovitettu vastaavasti runkosovitel-man 10 sähköisesti positiiviseen ja negatiiviseen päähän ja kiinnitetty vastaaviin kannatusliuskoihinsa 14 ja 16 titaaniruuvien 28 avulla.

Pääteasemassa olevat kannatuselimet 30 ja 32 ovat kumpikin varustetut sähkölaitteeseen kiinnitetyllä, sähköä hyvin johtavalla johtotapilla 34 ja 36, jotka ovat sopivasti kuparia, ja jotka molemmat on sovitettu umpilaippojen lävitse ja ovat kosketuksissa myöhemmin kuvattujen kokoojakiskojen kanssa.

Elektrodin kannatuselimet 26 ovat sähköisesti kytketyt kunkin jakolevyn 22 lävitse tiiviiden kuparia tai pronssia olevien johtojen 40 avulla. Elektrolyytti on suljettu johtolaitteen 40 ulkopuolelle litteän joustavan tiivisteen 42 avulla, joka on sovitettu kunkin jako-levyn 22 kummallekin puolelle. Jakolevyt 22 on varus-tetty usealla vaakasuoraan sovitetulla aukolla 50 niin, että elektrolyytti voi kulkea niiden lävitse, ja pienemmillä aukkojen 50 yläpuolella olevilla aukoilla 52 7 68266 elektrolyytin ja suolaliuoksen elektrolyysin aikana muodostuneiden kaasujen seosten johtamiseksi.

Mutterit 18 eivät johda sähköä, jottei sähköä johdu niiden kohdalla virtaavaan elektrolyyttiin, kuten jäljempänä kuvataan, ja ne on sovitettu elektrolysoimis-laitteen positiiviseen eli korkeajännitepäähän. Mutterit 20 johtavat sähköä niin, että ne edistävät kytkentää titaanisen jousikannattimen tai kannatinliuskan 16 kanssa, joka vuorostaan on sähköisesti kytketty päätyelektrodin kannatinkappaleen 32 negatiiviseen päähän. Mikäli vuotovirrat saavuttaisivat sidetangot 12, so. liitoskohdassa, jossa välikappaleet 24 rajoittuvat jakolevyihin 22, virta maadottuu välittömästi elektrolysoimislaitteen negatiivisella tai matalajän-nitepuolella, jolloin estetään sidetankojen hajoaminen elektrolyytin vaikutuksesta.

Kaksi titaanista sidetankoa 54 on interferoidusti sovitettu poikittaisesti elektrodin kannatinkappaleen 26 lävitse ja päätyelektrodin kannatuskappaleiden 30 ja 32 lävitse myöhemmin kuvattavien elektrodilevyjen kannattamiseksi.

B. Elektrodi- ja elektrolysoimislaitteet

Kuten kuviosta 7 ilmenee, käsittää elektrodisovitelma edellä kuvatun runkolaitteiston, anodit 60 ja Icatodit 62, jotka on sovitettu välimatkan päähän toisistaan, siderenkaat 64, sidemutterit 66, muovia olevat välikappaleet 70 ja erilaiset kiinnityslaitteet, sovitel-mat jne.

Elektrodisovitelma on sovitettavissa yksikkönä CPVCrtä olevaan sylinterimäiseen koteloon 72, jonka kummassakin päässä on umpilaippa 74 niin, että muodostuu 6 82 6 6 8 elektrolysoimislaite tai elektrolyysilaitteen moduuli 10a, 0-renkaat 76 ja tiivisteet 78, jotka ovat kosketuksissa umpilaippojen 74 kanssa, muodostavat vesitii-viit tiivisteet elektrolysoimislaitteen 10a kanssa kun laipat on kiinnitetty paikoilleen muttereilla ja pulteilla (ei esitetty).

Kukin elektrolysoimislaitteen 10a kenno on varustettu kahdella anodi- ja katodilevysarjalla, joita on merkitty sarjaksi n:o 1 ja sarjaksi n:o 2 kuviossa 8, joiden sarjojen avulla muodostetaan yksi useista käsittelyken-noista, joita on merkitty kennoina 1, 2, 3 ja 4 kuvioissa 2 ja 6 ja 1-16 kuviossa 5.

Elektrolyytin virtauksen lisäksi kennojen välissä aukkojen 50 ja väliseinien 22 kautta ja sovltelman yksinkertaistamiseksi on rengasmainen tila tai käytävä 80 sovitettu väliseinien 22 ja kotelon 72 väliin sen johdosta, että ensinmainitun halkaisija on hieman pienempi kuin viimemainitun sisähalkaisija, tavallisesti noin 0,4 mm pienempi.

Elektrodisovitelmassa käytetään anodilevyjä 60, jotka ovat laadultaan sellaisia, joita tavallisesti nimitetään dimensioiltaan stabiileiksi ja joissa on titaani-runko ja esimerkiksi sellainen pintapäällyste, joka on muodostettu levyn kummallekin puolelle käyttäen ainakin yhtä platinaryhmän metallioksidin kiinteätä liuosta. Johtava substraatti on edullisesti venttiilimetal-lia, kuten titaania. Kuitenkin voidaan käyttää myös tantalia, niobiumia tai sirkoniumia. Substraatin muoto voi olla tasainen, rei1ittämätön tai rei'itetty, jolloin tasainen levy on paras. Päällys voi olla platinan, palladiumin, ruteniumin, iridiumin, rodiumin tai osmiumin oksidia tai näiden yhdistelmää. Anodile- 68266 9 vyjen tarkka koostumus ei ole kriittinen keksinnön kannalta eikä kuulu keksinnön piiriin, jolloin on kuitenkin ymmärrettävää, että erilaisen koostumuksen omaavat, dimensioiltaan pysyvät anodit ovat hyvin tunnettuja ja niitä on käytetty menestyksellisesti vuosien kuluessa.

Katodit 62 voivat olla valmistetut tavanomaiseen tapaan levymateriaalista ja ovat tavallisesti titaania, nikkeliä tai erilaisia rauta- ja nikkelilejeerinkejä. Samoin kuin anodilevyjen suhteen on sileät katodilevyt todettu ylivoimaisiksi rei'itettyihin tai huokoisiin levyihin verrattuna käytettäessä niitä keksintöä toteutettaessa.

Kaikki anodilevyt 60 ja katodilevyt 62 on sovitettu pystysuuntaan ja pidetään paikoillaan sovitettuina vuoron perään kiinnitysrenkailla 64, jotka on sovitettu peräkkäisten anodilevyjen väliin, ja samanlaisilla renkailla 64, jotka on sovitettu peräkkäisten katodi-levyjen väliin. Elektrodilevyt ja kiinnitysrenkaat on sovitettu käyttäen kiinnitystankoja 54 (kuvio 1). Levyjen välinen etäisyys pidetään alueella noin 0,75-1,5 mm. Kun tämä välimatka on pienempi kuin noin 0,75 mm, aiheuttaa virtausvastus ja/tai kaasukuplien silloittumi-nen elektrolyytin ja kaasun moitteettoman virtauksen estymisen, samoin kuin järjestelmän tukkeutumisen, pienten osasten ja/tai karstanmuodostuksen johdosta.

Jos levyjen välinen etäisyys on liian suuri eli suurempi kuin noin 2,5 mm, on sähkövirran kulkurata niiden välillä suurempi ja tämän johdosta sähköhäviöt kasvavat.

Anodilevyt 60 on kiinnitetty kunkin osaston tai ken-noyksikön positiiviseen tai korkeajännitepäähän ja katodilevyt negatiivisiin päihin (kuvio 3). Anodi- ja 10 68266 katodilevyt vuorottelevat ja aikaansaavat määrätyn tilan pintojen väliin. Geometrisesta vastakkaiset anodi- ja katodipinta-alat muodostavat tehokkaan työskentelytilan tai reaktiovyöhykkeen. Pinnat, joilla ei ole vastapintoja ja ulompien elektrodien ulkopinnat ovat oleellisesti tehottomia reaktion kannalta, koska erittäin suuri prosenttimäärä sähkövirrasta kulkee lyhimpiä teitä pitkin, so. vastakkaisten anodi- ja katodipintojen välissä. Ulkolevyt voivat olla joko anodeja tai katodeja, edullisemmin viimemainittuja, koska anodilevyn pinnan tehoton käyttö aikaansaa kalliin päällysteen hukkaantumisen.

Kuten edellä mainittiin, niin kuhunkin osastoon tai kennoon sisältyy kaksi välimatkan päässä toisistaan olevaa vuorottaista elektrodisarjaa, jotka on kiinnitetty vastakkaisiin elektrodien kannatuskappaleisiin 26 sidetangoilla 54, siderenkailla 64 ja sidemutte-reilla 66, joista kaikki lisäksi toimivat sähkönjohto-laitteina elektrodeihin.

Elektrodien välistä etäisyyttä säädetään tarkkaan työstettyjen kiinnitysrenkaiden 64 paksuuden avulla, jotka renkaat ovat tavallisesti titaania, ja muovia olevilla sähköä johtamattomilla erotuslaitteilla ^0, jotka ovat tavallisesti polytetrafluorietyleeniä.

Runko- tai kennorakenne aikaansaa sovitelman, jota yleisesti nimitetään bipolaariseksi ja jolle ovat ominaisia kennot, jotka ovat yhdistetyt sarjaan sähköisesti ja hydraulisesti kotelon sisäpuolelle yksinkertaisuuden, tehokkuuden ja aiheutuvien kustannusten parantamiseksi.

Kotelorakenteet 72 ovat tavallisesti päällystettyä 11 68266 tai valssattua CPVCrtä ja niiden halkaisija on yleensä 15-20 cm. Suolaliuos tulee koteloon 72 sen toisesta päästä ja poistetaan vastakkaisesta päästä. Se voi virrata tavanomaisten yhdysjohtojen kautta johonkin toiseen elektrolysoimislaitteeseen tai elektrolysoi-mislaitteisiin (kuvio 5), jotka tavallisesti on sovitettu pystysuoriin sarjoihin tavalla, joka takaa sarjamaisen virtauksen jokaisen hydraulisesti yhdistetyn elektrolysoimislaitteen kunkin kennon kautta. Tavallisesti syöttöjohto on kotelon pohjalla ja poistoaukko sen yläosassa kun useita elektrolysoimislaitteita on sovitettu päällekkäin hydraulisiin sarjoihin.

Tämä uusi elektrolysoimislaite aikaansaa yksikön, josta voidaan muodostaa hyvin erilaisen tehokkuuden oraaa-via järjestelmiä. Tavallisesti 1-4 elektrolysoimislai-tetta voidaan yksinkertaisesti kytkeä hydraulisesti pystysuoriin pinoihin ja yksi tai useampi tällainen pino voidaan hydraulisesti kytkeä sarjaan. Tällöin käytetään erilaisia, myöhemmin kuvattavia sähköliitäntö-jen sarja-rinnakkais-sovitelmia. Tavallisia metalli-kehyksiä ja kannattimia käytetään elektrolysoimislait-teiden kannattamiseksi ja kokoamiseksi.

Kotelon ylä- ja alaosassa olevat liitännät mahdollistavat sen, ettei umpilaipoissa 74 tarvitse käyttää johto-liitäntöjä mikä edistää elektrodisovitelmien nopeata sovittamista ja poistoa. Yksinkertaiset sähköliitännät on ainoastaan poistettava jotta päästään käsiksi kansi-ja runkosovitelmaan. Lisäksi pystysuorat sovitelmat ovat tehokkaita pinta-alan käytön kannalta. On ymmärrettävää, että kennojen lukumäärä elektrolysoimislaittees-sa ja elektrolysoimislaitteiden lukumäärä kussakin pinossa, joita edellä on kuvattu, voi vaihdella laajoissa rajoissa.

68266

Aukot 50 ja 52/ jotka on sovitettu jakolevyihin 22, samoin kuin itse nämä levyt, auttavat säätämään elektrolyytin ja kaasun virtausta ja elektrolyytin tasoa ja nopeutta. Jakolevyillä 22 on kaksi muuta tärkeätä lisävaikutusta. Ne nimittäin pienentävät kennon sisäistä kytkentää, joka on loisilmiö, erittäin pienelle tasolle ja estävät elektrolyytin takaisin sekoittumisen kennojen välillä, joka on sellainen ilmiö, joka vaikeuttaa prosessin tehokkuutta, kuten alan asiantuntijalle on ilmeistä.

C. Synteettistä ja luonnon suolavettä käsittävien järjestelmien toiminta

Kysymyksen ollessa luonnonsuolajärjestelmistä tulee elektrolyytti tavallisesti elektrolysoimislaitteen pohjalle tai alimman moduulin pohjalle, ja virtaa tämän jälkeen kennoihin ja ulos poistoaukosta laitteiston yläosassa syöttöpaineen vaikutuksesta. Synteettisissä järjestelmissä johdetaan väkevä suolavesi ja laimen-nusvesi elektrolysoimislaitteeseen erillisten jäljempänä kuvattujen yhdysjohtojen kautta. Seos virtaa samalla tavoin laitteiston yläosassa olevaan poistokoh-taan syöttöpaineen vaikutuksesta.

Sekä synteettisessä että luonnon suolavesijdrjestel-mässä edullisin tapa aikaansaada suuri sähköinen tehokkuus on kertakäsittelymenetelmä eikä elektrolyytin uudelleen kierrättäminen. Uudelleenkierrätyksellä on taipumus liata alhaisen väkevyyden omaava, ylöspäin virtaava tuote suuren voimakkuuden omaavalla syöttö-liuoksella, joka edistää haitallisia reaktioita elektrolyysilaitteessa, joka on alan asiantuntijoille tunnettu ilmiö. Useat jakolevyt 22 toimivat välipohjina ja estävät tehokkaasti elektrolyytin takaisinse-koittumisen kennojen välillä mikä edistää haitallisten sivureaktioiden minimoimista.

13 68266

Kertakäyttökäsittely ja toivottavuus muuttaa huomattava prosenttimäärä suhteellisen kallista synteettistä suolaliuosta tuotteeksi, määräävät suhteellisen hitaan elektrlyyttivirtauksen synteettisissä järjestelmissä. Tämän johdosta kennon sisäinen virtaus on hidas ja sillä on suhteellisen alhainen potentiaali verrattuna suureen suihkutusenergiaan, joka purkautuu jakolevyjen 22 aukoista sopivan pyörteilyn ja elektrodien pesemeis-vaikutuksen aikaansaamiseksi myötävirrassa olevissa elektrodisarjoissa ja epäpuhtauksien muodostumisen pienentämiseksi täten. Tämä ei ole huomattava haitta, koska synteettisiä suolavesiä voidaan helposti valmistaa suoloista ja riittävän hyvälaatuisesta vedestä niin, että voidaan pienentää huomattavasti elektrodien likaantumista ja karstaantumista sekä pyörteily- ja puhdistustarpeen määrää.

Luonnollisissa suolavesijärjestelmissä suolaveden kustannukset ovat alhaiset tai käytännöllisesti kat-sien olemattomat, ja elektrolyyttiprosessien alan asiantuntijoille on tunnettua, että tällaisen käsittelyn taloudellisuus vaatii huomattavasti voimakkaamman suolaveden virtauksen kuin synteettisissä järjestelmissä, suuruusluokkaa 5-10-kertaisen tai vielä suuremman. Edelleen merivesi ja muut luonnosta saadut suolavedet sisältävät suuria määriä ylimääräisiä kemikaaleja, jotka saostuvat ja kiinnittyvät kennojen elektro-deihin haitaten täten tehokasta toimintaa. Voimakkaat virtaukset yhdessä uudenlaatuisten elektrodisarjojen kanssa, jotka kuvataan myöhemmin, aikaansaavat tehokkaan pitkäaikaisen toiminnan, jota haitalliset laskeumat ja sakat eivät haittaa.

Tasavirta johdetaan johtopäätteisiin 34 ja 36 niin, 14 68266 että saadaan positiivinen jännite# joka on tavallisesti 3,5-6,0 volttia, kunkin kennon anodipäähän (katodi-päähän verrattuna). Kukin elektrolyysilaitteen 4 kennoa käsittävä moduuli tarvitsee tavallisesti kaikkiaan 14-24 voltin tasavirtajännitteen.

Elektrolyytti virtaa sarjassa osastojen tai kennojen lävitse pääasiallisesti kotelon sisäpuolisia yhdysteitä pitkin väliseinissä 22 olevien reikien 50 kautta ja paljon pienemmässä määrässä rengasmaisten välitilojen tai tiehyeiden 80 ja reikien 52 kautta. Kuten kuviosta 4 ilmenee, niin tällöin esiintyy elektrolyysin aikana voimakas konvektiovirtaus pystysuoraan ylöspäin elektrodilevyjen välissä kussakin kennossa johtuen jossain määrin kuumenemisesta (loislämpö) elektrodilevyjen välissä, mutta paljon enemmän johtuen kaasun, pääasiallisesti vedyn, muodostumisesta. Lämmön ja kaasun muodostumisen yhteisvaikutus aikaansaa voimakkaan nousun (samankaltainen kuin voimakas kiehuminen) elektrolyytissä, jota auttaa elektrolyytin nopea johtaminen, joka parantaa sähkötehokkuutta, koska kaasu, joka ei johda sähköä, poistuu nopeasti reaktiovyö-hykkeestä. Keksinnön eräs tärkeä piirre on se, että kaasu poistetaan nopeasti reaktiovyöhykkeestä sellaiseen vyöhykkeeseen, joka sijaitsee välittömästi elektro-disarjojen yläpuolella. Kaasu erotetaan elektrolyytistä ja johdetaan progressiivisesti kenno-osastoista myöhemmin kuvattavalla tavalla. Se prosessi, joka tapahtuu elektrolysoimislaitteessa, on erittäin monimutkainen ja tavanomainen, ja on esitetty kirjallisuudessa, Pääasiallisesti muodostuu natriumhypokloriittia ja reagoimatonta suolavettä seoksena yhdessä kaasujen, pääasiallisesti vedyn, kanssa.

15 68266

Kuviossa 6 on esitetty tämän uuden elektrolysoimislait-teen eräs määrätty toteuttamismuoto, joka on tarkoitettu synteettisen suolaveden käsittelyyn'käyttäen yhtä ainoaa elektrolysoivaa moduulia, joka toimii ilmakehän paineessa. Kuten edellä mainittiin, niin virtaus elektrolysoimislaitteen 10a lävitse on erittäin hidas synteettisissä järjestelmissä. Virtausaukot 50 ja 52 ovat riittävän suuria niin, että lämpöhäviöt jakolevyjen 22 kohdalla ovat merkityksettömät. Kaasun-poistojohdon 96 ja tuotteen poistojohdon 90 toimiessa, kumpikin ilmakehän paineessa, säätää ylijuoksuventtii-li 94 nestekorkeutta koko elektrolysoimislaitteessa suunnilleen samalle tasolle kuin poistojohdossa 90.

Elektrolysoimislaitteen ja laitesarjojen muissa toteuttamismuodoissa vallitsee koteloissa tavallisesti ilmakehän paineen ylittävä paine johtuen nestekitkasta elektrolysoimislaitteissa ja staattisista ja dynaamisista vastapaineista poistokohdissa. Vaihtoehtoisia laitteita elektrolysoimislaitteen vastapaineen säätämiseksi ja kaasun poisjohtamiseksi kaasuvyöhykkeestä kuvataan jäljempänä.

D. Kaasun poisto

Sillä kaasulla, joka on muodostunut elektrodien välissä, on erittäin suuri vaikutus sähköiseen vastukseen käsittelyvyöhykkeiden elektrodien välitiloissa, ja voimakas vaikutus virran tehokkuuteen ja näin ollen käsittelykustannuksiin. Yleisesti voidaan sanoa, että mitä pienemmät ovat anodien vertikaaliset dimensiot, sitä lyhyempi on kaasun virtausrata käsittelyvyöhykkees-tä ja sitä suurempi on kaasunpoistotehokkuus. Erittäin kapeat elektrodit aikaansaavat kuitenkin pienen elektrodipinta-alan ja korkeat elektrolysoimiskustan- 16 68266 nukset. Tällöin on tehtävä kompromissi kustannusten ja kaasunpoistotehokkuuden välillä/ koska ne riippuvat anodin vertikaalisista dimensioista. Samalla tavoin liian pitkät elektrodit aikaansaavat suuria virtati-heyksiä elektrodien tulopäissä mistä on seurauksena liian suuri sähkövastushäviö ja/tai liian massiiviset elektrodit.

Yleisesti on todettu, että anodit, joiden suuruus on noin 0,8 x 10 x 20 cm, on todettu sopiviksi edellä esitetyt seikat huomioonottaen.

Virtaustien pituuden lisäksi edistävät nopeita konvek-tiovirtoja esitetyt kolme palautusvirtausta p (kuvio 4), mikä edelleen aikaansaa kaasun nopean poistumisen reaktiovyöhykkeestä. Tehokkaan konvektion edistämiseksi on anodeihin kohdistettava sopiva "savupiippu-vaikutus". Kaasukuplien erottumisen edistämiseksi ja niiden uudelleen kiertämisen estämiseksi takaisin pohjaosaan ja ylöspäin elektrodisarjojen kautta on ylläpidettävä huomattavaa kaasuvyöhykkeen ja elektrolyytin välistä pintaa elektrolyyttipinnan muodossa. Lukuunottamatta kuvion 6 mukaista synteettistä sovitelmaa ylläpidetään tämä pinta elektrolysoimislaitteissa kahden mekanismin avulla: (a) se huomattava kaasumäärä, joka erottuu kunkin kenno-osaston yläosassa, sulkeutuu kotelon, seinien 72, laippojen 74 ja erotuslevyjen 22 vaikutuksesta ja aiheuttaa elektrolyytin tason painumisen alaspäin, ja (b) kun elektrolyyttitaso saavuttaa kaasuaukkojen 52 tason, elektrolyytti vapauttaa aukot riittävässä määrin niin, että kaasu voi virrata seuraavan myötävirrassa olevan osaston lävitse ja tämä estää elektro-lyytin tason enemmän alenemisen.

17 68266 Tämä tason säätö tapahtuu kaikissa osastoissa lukuunottamatta niitä osastoja, joiden yläosaan on sovitettu poistoaukot. Kaasuaukot 52 ovat suhteellisen pieniä, tavallisesti 1,5-6,3 mm, joka koko on riittävä niin, että kaikki se kaasu, joka on kehittynyt määrätyssä osastossa plus vastavirtaan sijaitsevista kennoista sisääntuleva lisäkaasu plus pienempi määrä elektrolyyttiä, esim. 0-5 %, voi virrata niiden lävitse.

Kaasu puristuu nestepaineen vaikutuksesta osastosta toiseen siksi, kunnes se tulee elektrolysoimislaitteen poisto-osastoon, jossa pintaa ei säädetä eikä puristeta alaspäin. Tämä kaasu joutuu elektrolyyttiin ja siihen kaasuun, joka poistetaan poisto-osastosta ja virtaa poistoaukosta ulkopuolisiin erotuslaitteisiin, tai myötävirrassa olevan moduulin esiintyessä se virtaa seuraavan moduulin ensimmäiseen osastoon, jossa erottuminen tapahtuu. Eräässä useita moduuleja käsittävässä sovitelmassa (kuvio 5) kaasu kulkee pitkittäissuunnassa osastosta toiseen siksi, kunnes se saavuttaa yläosaan sovitetun kaasun poistokohdan H, joka tavallisesti sijaitsee viimeistä edellisessä osastossa, Rajoitusaukko 82, jonka suuruus on tavallisesti 1,5-3 mm, on kooltaan riittävä niin, että kaasu ja pienempi määrä elektrolyyttiä, tavallisesti 0-2 %, voi virrata elektrolyysisarjasta vapauttaen täten myötävirrassa olevat kennot ja moduulit uudelleenkiertoon joutuneen kaasun erottamisesta ja käsittelystä.

Päällekkäisissä sovitelmissa, joissa on useita poisto-kohtia, on kaasun poistojohdot tavallisesti yhdistetty yhteiseen kokoomajohtoon, joka sijaitsee lähellä viimeisen tai ylimmän elektrolysoimislaitteen moduulin poistokohtaa. Kokoomaputki on yhteydessä tuotteen poistojohtoon ja johtaa kaasut takaisin seokseen yhdes- 18 68266 sä tuotteen kanssa, joka on natriumhypokloriitin, reagoimattoman suolaliuoksen ja jäännöskaasujen yhdistelmä. Tämä seos johdetaan sitten ulkopuolisiin erotuslaitteisiin, joissa todellisuudessa 100 %:n erotus normaalisti tapahtuu.

Kuvio 5 esittää neljän moduulin elektrolvsoimislaite-sarjaa, joka yhdessä kuvion 4 kanssa esittää edellä mainittuja periaatteita. Johdot 104 liitoskohdasta H kokoojaputkeen 106 tarkoittavat johtoja, esimerkiksi muoviputkea, joka johtaa kaasun ja elektrolyytin seoksen elektrolysoimislaitesarjaan, kokoomajohtoon 106 ja poistokohtaan 108. Aukot 82 rajoittavat virtausta ja estävät liian suuren reagoimattoman elektrolyytin määrän poistumisen. Yhden moduulin käsittävän analy-soimislaitteen kysymyksessä ollessa, joka on esitetty kuviossa 6 ja toimii ilmakehän paineessa, erottuu vety elektrolyysistä neljän kenno-osaston pinnoilla ja virtaa poistokohtaan 96 elektrolysoimislaitteen kummastakin päästä, josta se päästetään ulkoilmaan. Kaasu ja elektrolyyttivyöhykkeet on esitetty vastaavasti kohdissa 98 ja 100. Suljettua tyyppiä olevassa elektro-lysoimislaitteessa (joka ei toimi ilmakehän paineessa) kaasut erottuvat tavallisesti vastavirtaosastoissa, virtaavat yläosassa olevien aukkojen 52 kautta siksi, kunnes ne joutuvat poisto-osastoon, jossa ne sekoittuvat tästä osastosta tulevien nesteiden kanssa, ja virtaavat pois elektrolyytin virtausaukosta. Kaasujen tullessa poisto-osaston yläosaan poistoaukon läheisyyteen joutuu erittäin vähän kaasua takaisin elektrolyyttiin ja pääsee vaikuttamaan käsittelyprosessiin poistokennossa.

Muodostuneen kaasun määrä voidaan ennakolta laskea sähkökemiallisesti. Elektrolyytin johtaminen tapahtuu 19 68266 tavallisesti vakionopeudella. Painehäviöt elektrolyytin virtausaukoissa ja virtaustiehyeissä ja kaasun poistoaukoissa ja tiehyeissä ovat oleellisesti yhtä suuret yhdensuuntaisia ratoja käytettäessä. Täten aukot ja virtaustiet voidaan helposti muodostaa sen suuruisiksi, että aikaansaadaan edellä kuvattu jakautuminen, asiantuntijan toimesta.

E. Elektrodilevyn rakenne

Kuten edellä mainittiin, niin veden epäpuhtaudet aiheuttavat sakkojen muodostumista kennon sisäpinnoille, ja mikäli näitä ei poisteta, vaikuttavat ne elektrolyysiin. Nämä sakat tai laskeumat, jotka ovat pääasiallisesti kalsium- ja magnesiumhydroksideja ja -karbonaatteja, voivat muodostua suuressa määrin erikoisesti katodipinnoille ja katodien reunoille. Tavanomaisia suorakaiteen muotoisia elektrodilevyjä käytettäessä on vastakkaisten elektrodipintojen todettu pysyvän melkein vapäina näistä laskeutumista, eli muodostuu ainoastaan 0,10-0,25 mm:n paksuisia kalvoja 6 kuukauden tai pidemmän ajan kuluessa keskilaatuista merivettä käytettäessä, so. käytettäessä merivettä, joka on saatu vuorovesikanavasta, joka sijaitsee kohtuullisesti rakennetulla alueella, jossa on sekä teollisuutta että normaalia asutusta. Meriveden kokonaismäärä oli 85 % ja laimeneminen aiheutui paikallisista päästöistä. Elektrolyysivyöhykkeissä olevat laskeumat eivät oleellisesti vaikuttaneet käsittelyyn. Katodi-pintojen ulkopuolella, so. niissä pinnoissa, jotka olivat anodipintoja vastapäätä, esiintyi paksumpia ja sit-keämpiä päällysteitä, joiden paksuus oli noin 0,75- 1,5 mm, saman ajanjakson kuluessa, mutta ne saavuttivat pienenevällä nopeudella stabiilin tilan. Päällysteiden sijainti ei vaikuttanut elektrolyytin tai sähkön virtaukseen tai käsittelyn tehokkuuteen mitatta- 20 68266 vissa olevassa määrässä. Pehmeiden sakkojen poikittaisia laskeumia esiintyi kuitenkin pystyyn sovitetun elektrodin sekä ylemmillä että alemmilla reunoilla niin, että ne yhdistivät yhden elektrodin reunan viereisiin reunoihin. Lisäksi sellaisilla alueilla anodi-levyjen välissä, joissa katodilevyt eivät olleet välittömästi niitä vastapäätä, so. anodisarjojen positiivisissa kosketuspäissä, kiinteä sillanmuodostus saattoi esiintyä muutamien tuntien kuluessa, ja sitä esiintyi silloinkin, kun elektrolyytin määrä oli 3 m/sek tai suurempi virtauspaikoissa 50. Tällainen sakkojen sillanmuodostus tai pakkaantumisilmiö anodi-levyjen välissä tapahtuu samalla tavoin katodilevyjen välissä, kun niitä vastapäätä ei ole anodilevyjä, mutta pienemmässä määrin. Myös käytettäessä anodilevy-jen suurinta etäisyyttä noin 1,5 mm todettiin, että niiden päissä tapahtui sillanmuodostusta.

Voidaan todeta, että periaatteessa kukin elektrodi-sarjan neljästä sivusta.,’,, joka oli varustettu tavanomaisilla suorakaiteen muotoisilla levyillä, oli peittynyt huomattavassa määrin kiinteiden epäpuhtauksien aiheuttamilla laskeumilla, jotka olivat saostuneet liuoksesta. Tämä pakkaantuminen ja sillanmuodostus vaikeutti elektrolyytin kierrättämistä levyjen välitse ja vaikutti täten tehokkaaseen elektrolyysiin. Tämän haitallisen ilmiön oleelliseksi eliminoimiseksi on jokainen anodilevy 60 varustettu pääasiallisesti suorakaiteen muotoisella lovella 112 ja kukin katodi-levy 62 samalla tavoin lovella 114 (kuvio 7). Kukin lovi on sovitettu elektrodilevyn keskelle kiinnityskohtien väliin ja käsittää pystysuunnassa suunnilleen 50 % levyn vertikaalisesta korkeudesta. Kunkin levyn jäljellä oleva osa johtaa virtaa ja kannattaa syrjällään olevaa levyä. Anodin loven 112 syvyys on sellai- 21 68266 nen, että sen pystysuora reuna on yhdensuuntainen katodilevyn 6a vapaan pään kanssa, ja toiselta puolen katodin loven 114 syvyys on sellainen, että sen pystysuora reuna on yhdensuuntainen anodilevyn 60 kiinnittä-mättömän pään kanssa. Lovet on tavallisesti 25 x 50 mm elektrodien ollessa 0,80 x 100 x 200 mm. Näiden lovien johdosta huuhdellaan elektrodien pinnat upotettujen suihkujen alueella, jotka tulevat väliseinien aukoista 50, tehokkaasti, ja täten on aikaansaatu elektrodien reunojen huuhtelusarja. On todettu, että aukot 50 voidaan tehdä sen kokoisiksi ja sovittaa tasaisesti välimatkan päähän toisistaan niin, että vertikaalisesti välimatkan päässä toisistaan olevien elektrodin reunojen kohdalla muodostuu suuria nopeuksia, jolloin voidaan huuhdella pois haitalliset laskeumat ja saostumat ja aikaansaada riittävä virtaus ja pyörteily elektrodien välisistä aukoista niin, että estetään saostumien muodostuminen elektrodisarjojen muilla kolmella reunalla.

Säätämällä elektrolyytin johtamista elektolysoimis-laitteisi.in käyttäen tavanomaisia ulkopuolisia virtauksen säätölaitteita ja valitsemalla sopivasti aukkojen 50 koko, voidaan helposti aikaansaada riittävät nopeudet. On todettu, että nopeudet 1,5-6 m/sek, tavallisesti 3 m/sek, ovat tehokkaita. Aukkojen 50 halkaisija on tavallisesti 6,3-19 mm ja suolaveden virtausnopeus tavallisesti 110-450 1/min sellaisessa neljän kennon elektrolysoimislaitesarjassa, jonka halkaisija on 15-20 cm.

Pystysuora konvektiovirtaus, joka johtuu elektrolyysin aiheuttamasta lämpötilan noususta ja kaasun virtauksesta ylöspäin, aiheuttaa pyörteilyä ja resultant- 22 68266 tivirtauksen. Kokonaisresultanttivirtaus on sekä horisontaalisen, aukkojen 50 kautta tapahtuvan virtauksen, että vertikaalisen konvektiovirtauksen summa. Tämä virtausten summa pitää tehokkaasti elektrodien reuna-aukot noin 90 %:sesti laskeutumista vapaina verrattuna noin 25 %:iin tai pienempään määrään tavanomaisia elektrodeja pitempiä aikoja käytettäessä. Kaasu poistuu reaktiovyöhykkeestä nopeasti.

Muutamilla laskeumilla on taipumus asettua elektroly-soimislaitteen kotelon pohjalle. Puolikuun muotoinen lovi 124 välilevyjen 22 alimmassa osassa (kuviot 1 ja 4) toimii puhdistavana suihkuna ja johtaa nämä saostumat poistokohtaan.

Koska erotuslevyjä 22 ei ole ennen ensimmäistä vastavirrassa olevaa osastoa tai kennöa n:o 1, eikä aukkoja 50 niin, että muodostuisi suurella nopeudella vir-taavia suihkuja, jotka on suunnattu elektrodien reunoihin, aikaansaa suutinlevy 120, jota kannattaa alin sidetanko 12 ja joka on liukukosketuksissa kotelon 72 seinän alaosan kanssa, suurella nopeudella, tavallisesti nopeudella 1,5-6 m/sek, virtaavia suihkuja, jotka on suunnattu elektrodilevyjen alareunoihin kun elektrolyytti saatetaan virtaamaan suutinlevyn 120 kautta.

Syöttösuutinlevy 120 on esitetty kuvioissa 8 ja 9 sekä kuvion 2 mukaisessa elektrolysoimislaitteessa. Syöttösuutinlevyä 120 käytetään ainoastaan meriveden elektrolyysissä ja se on sovitettu kennoon n:o 1 eli siihen kennoon tai osastoon, jossa on suolaveden syöttölaitteet, ainoastaan yhtä elektrolysoimislaitet-ta käytettäessä, tai kunkin elektrolysoimismoduulin kuhunkin syöttökammioon käytettäessä moniosaista 68266 elektrolysoimisjärjestelmää. Synteettistä suolaliuosta elektrolysoitaessa ei tällaisia syöttösuutinlevy}ä käytetä.

Levy 120 on varustettu sylinterinmuotoisella syöttö-ontelolla 130 ja symmetrisellä runko-osalla, jossa on useita välimatkan päässä toisistaan olevia aukkoja 132, 134 ja 136, jotka on suunnattu niiden yläpuolella olevien elektrodisarjojen alareunoja vastaan, ja niissä on sellaiset akselit, jotka muodostavat jatkuvasti suurenevia kulmia pystyakseliin nähden lähestyttäessä suutinlevyn kehää. Elektrolyytti tulee syöttöonteloon 130 ja pakotetaan aukkojen 132, 134 ja 136 lävitse niin, että se törmää levysarjojen n:o 1 ja 2 alareunoja vasten aikaansaaden kennossa tarvittavat suuret nopeudet ja pyörteilyn, jolloin haitallisten saostumien muodostuminen estyy.

F. Laimennusveden jakolaitteet synteettisissä suolaveden käsittelyjärjestelmissä Koska anodien jalometallipäällysteet ovat selvästi kalleimmat hypokloriitin valmistuslaitteiston elementit, ovat kaikki järkevät toimenpiteet, jotka edistävät tällaisen päällysteen pidempää kestoaikaa, oikeutettuja. Jäljempänä kuvattu uuden suolaveden syöttöjärjes-telmä takaa kohtuulliset lämpötilat synteettisissä suolavesijärjestelmissä kylmää vettä käytettäessä tarvitsematta käyttää ulkopuolisia kuumennuslaitteita, lämmön vaihtajia yms. ja täten pidemmän anodien kestoajan.

Kuten kuviosta 6 ilmenee, on järjestelmässä väkevöidyn suolaveden (NaCl) yhdysputki 205, joka päättyy elektrolysoimislaitesarjän ensimmäiseen osastoon. Laimennusveden kokonaisvirtaus on tavallisesti noin 10 24 68266 kertaa niin suuri kuin väkevöidyn suolaveden virtaus, jolloin lopullinen suolapitoisuus pienenee arvoon noin 2,8 %.

Laimennusveden virtaus on jaettu kahteen tai useampaan virtaan, tavallisesti neljään yhtä suureen osaan, ja johdetaan elektrolysoimislaitteen kennosarjaan suunnilleen tasaisten välimatkojen päässä kennosarjan koko pituutta. Tämän seurauksena erilaisia suolapitoisuus-arvoja esiintyy pitkin kennosarjaa, tavallisesti 8,5, 5,0, 3,6 ja 2,8 %, samoin kuin suhteellisen alhaisia keskimääräisiä akselin suuntaisia elektrolyytin virtausnopeuksia vastavirrassa olevissa kennoissa nopeuksien kasvaessa laimennusvettä lisättäessä. Näin ollen viipymisaika on aluksi pitempi, mutta pienenee lisättäessä laimennusveden jokainen osa. Pitempi viipymisaika aikaansaa suuremman kuumenemisen (sähköhäviöis-tä johtuen) ja tuotteen suuremman muodostumisen vas-tavirtaosastoissa yksinkertaisiin järjestelmiin verrattuna, joissa laimennusveden jakamista ei käytetä.

Tyypilliset arvot neliosaisessa järjestelmässä ja tavanomaisessa järjestelmässä (jossa väkevä suolavesi ja laimennusvesi yhdistetään ennen niiden tuloa elektro-lysoimislaitteeseen) ovat seuraavat: 25 6 8 2 6 6

Ensixtmäi- Toinen Kolmas Neljäs nen nel- neljän- neljän- neljän-jännes- nes- nes- nes- vaihe vaihe vaihe vaihe Käytettäessä jakamista LänpötioJn 10 1/2 1 2 1/2

nousu, C

Klooripitoi- 8 7 9 1 8 9 9,0 suus, g/1

Tavananainen (Käyttämättä jakamista) Lämpötilan 3 31/2 3 1/2 4

nousu, C

Klooripitoi- 8 7 0 , suus, g/1

Edellä esitetyt arvot ovat likiarvoja loppuvaiheessa (neljän kennosarjan lopussa). Lämpötilan nousu on kokonaisnousu alkuvaiheesta loppuvaiheen lämpötilaan. Klooripitoisuus on pitoisuus vaiheen lopussa.

Jännite on lisäksi aivan erilainen näissä kahdessa järjestelmässä suolapitoisuudesta ja lämpötilasta johtuen. Jännitevaatimukset pienenevät suolapitoisuuden ja/tai lämpötilan kasvaessa. Se jännite, joka tarvitaan neljän kennon muodostamassa neliosaisessa toteuttamismuodossa, on suunnilleen 1 voltti pienempi kuin ilman tällaista sarjaa, so. 14,1 volttia 15,1 voltin sijasta.

Näiden kahden järjestelmän nettovaikutukset voidaan koota seuraavasti: a. Jaetun järjestelmän suurempi keskimääräinen suolapitoisuus pienentää jännitetarvetta ja edistää elektrolyyttistä reaktiota seurauksena suuremmasta keskimää- 26 68266 räisestä kloori-ionien tiheydestä.

b. Jaetun järjestelmän korkeampi keskimääräinen lämpötila voi auttaa tai estää sähkökemiallista prosessia riippuen syötetyn suolaveden lämpötilasta, laimennus-veden lämpötilasta ja lämpötilan kokonaisnoususta. Käytännössä on sähkökemiallisella reaktiolla, käytettäessä jaettua järjestelmää, taipumus olla tehokkaampi johtuen elektrolyytin keskimäärin korkeammasta lämpötilasta mikä aiheuttaa pienemmän jännitevaatimukseh.

c. Korkeampi keskimääräinen hypokloriittiväkevyys pienentää huomattavasti tehokkuutta johtuen kilpailevan reaktion esiintymisestä. Jaettu järjestelmä on epäedullinen tässä suhteessa.

Yleisesti on voitu todeta, että tehokkuudet sekä sähkön suhteen että suolanmuodostuksen suhteen ovat näissä kahdessa käsittelytavassa suunnilleen samat. Määrätyissä olosuhteissa aikaansaa jaettu järjestelmä hieman paremmat tulokset kun taas vaihtoehtoinen järjestelmä on todettu tehokkaammaksi joissain muissa olosuhteissa. Jaetussa järjestelmässä esiintyy kuitenkin suurempi alustava lämpötilan nousu kuin ensimmäisessä kennossa (kennoissa), jolloin vastavirtaan olevissa kennoissa anodeihin kohdistuu korkeampi ja edullisempi lämpötila kuin tavallisessa järjestelmässä. Esimerkiksi neliosaisessa neljän kennon sarjassa, kun syöttöveden lämpötila on 1°C, on seoksen lämpötila ensimmäisessä kennossa 12°C eikä 4°C kuten tavanomaisessa järjestelmässä. Kalliit anodipäällysteet ovat täten paremmin suojatut passivoinnilta suuren hapen muodostumisen johdosta, koska ne eivät joudu kosketuksiin kylmän elektrolyytin kanssa, kuten alan asiantuntijoille on tunnettua.

27 682 6 6

Laimennusvirtausten ei tarvitse olla jaetussa järjestelmässä tarkkoja, ne ovat tavallisesti alueella + 10 % toisiinsa verrattuna ja niitä säädetään yksinkertaisesti virtauksen säätölaitteilla 206, jotka on sovitettu laimennusveden syöttöjohtoon 207, jotka aikaansaavat laimennusvirtausten yhdensuuntaiset kulkutiet.

On ymmärrettävää, että esitetyt laimennusveden jako-laitteet eivät ole tarkoitetut rajoittumaan neljään osaan, yhtä suuriin jaettuihin laimennusveden määriin, laimennusveden syöttökohtien tasaiseen jakaantumiseen tai 4-kennoiseen elektrolysoimislaitteeseen. Edullisia tuloksia lämpötilan suhteen on aikaansaatu käytettäessä edellä mainittujen muuttuvien suureiden erilaisia yhdistelmiä, jolloin tästä seuraavia olosuhteita on muutettu ainoastaan asteettaisesti.

G. Sähkönsyöttösovitelma

Pitkät kennosarjat, jotka on yhdistetty hydraulisiin sarjoihin, ovat edullisia aikaansaamaan käsittelyn maksimitehokkuuden, koska periaatteessa takaisin sekoittuminen (esteetön virtaus) tätä seuraavine tehokkuuden häviöineen voidaan tehokkaasti pienentää mikä on alan asiantuntijalle ilmeistä. Mitä suurempi on kennojen ja kennon osien lukumäärä, sitä rajoitetumpi virtaustyyppi voidaan aikaansaada. 16 tai useampia kennoja hydraulisissa sarjoissa on todettu edulliseksi kerran tapahtuvan rajoitetun virtauksen periaatteen täydelliseksi hyväksikäyttämiseksi.

Sähkökytkentöjen yksinkertaiset sarjat kennosarjojen kennoja ja moduuleja varten ovat epäedullisia tästä seurauksena olevista korkeista jännitteistä johtuen.

Noin 50 voltin suuruinen tasavirtajännite on todettu 28 6 82 6 6 turvalliseksi käyttöhenkilökunnan suhteen eristämättö-missä syöttöjohdoissa teollisuudessa käytetyissä elektro-lyyttityyppisissä laitteistoissa. Suuria virtamääriä käytettäessä/esim. keksinnön mukaisessa laitteistossa, jotka ovat tavallisesti 500 - 10 000 ampeeria, ovat edulliset eristämättömät kokoojakiskot, jotka kykenevät haihduttamaan tehokkaasti lämpöä. Täten kahdeksan ken-nöa sähköisessä sarjassa on käytännön maksimi, koska voi olla edullista käyttää aina 6 volttia kennoa kohden. Kun 16 kennoa on hydraulisesti kytketty sarjaan (kuvio 5), on rinnakkainen sähkösarjasovitelma edullinen. Tavallisesti kennosarjan myötävirrassa oleva 50 % voidaan yhdistää sarjaan ja kennosarjan vastavirrassa oleva 50 % myöskin sarjaan. Nämä kennosarjat voidaan sitten kytkeä rinnan ulkopuoliseen voimanlähteeseen. Kuvion 5 mukainen järjestelmä, jossa 8 vastavirran kennoa on sähköisessä sarjassa ja 8 myötävirran kennoa sähköisessä sarjassa, ja nämä molemmat muodostuneet sähkösarjät on sovitettu rinnan, on tavanomainen ratkaisu, mutta aikaansaa tasapainoittamattoman sähkön virtauksen järjestelmässä, jolla on taipumus huonontaa anodeja liian suuresta sähkövirtamäärästä johtuen. Tavanomaisessa järjestelmässä, jossa ei käytetä jaettua laimennusveden syöttöä, on virralla taipumus olla liian suuri myötävirtakennoissa johtuen elektrolyytin korkeammista lämpötiloista ja tästä johtuvasta alhaisemmasta sähkövastuksesta. Edellä kuvatussa jaetussa laimennusvesijärjestelmässä aiheuttaa vastavir-takennoissa esiintyvä suurempi suolapitoisuus alhaisemman sähkövastuksen ja sen, että ylimääräistä virtaa on johdettava niiden lävitse. Suurempi virtamäärä kennosarjan toisessa "haarassa” vähentää sitä virtaa, joka kulkee toisessa haarassa aikaansaaden epätasapainon niiden välillä ja haitallisen anodin kulumisen ja tästä johtuvat taloudelliset häviöt.

29 68266

Tyydyttävämpi kestoaika hyvin erilaisissa käsittely-olosuhteissa aikaansaadaan silloin/ kun käytetään kuviossa 5 kaaviollisesti esitettyä sovitelmaa, joka sovitelma tasapainoittaa erot siinä sähköisessä vastuksessa, joka aiheutuu lämpötilan ja/tai elektrolyytin suolapitoisuuden vaihteluista elektrolyytin virratessa osastojen lävitse.

Tämän mukaisesti symmetrinen sarja kennoja tai moduuleja, joka on jaollinen neljällä, on ryhmitetty sähkön virtauksen suhteen niin, että 25 % kaikkein eniten ylävirrassa olevista kennoista on kytketty sähköisesti sarjaan 25 %:n kanssa eniten alavirrassa olevia kennoja. Jäljellä olevat 50 % (keskivirrassa olevat) kennoja on samalla tavoin yhdistetty sarjaan niin, että nämä kaksi sarjassa olevaa ryhmää (ylävirta-alavirta ja keskivirta) ovat suunnilleen samassa asemassa mitä tulee vastukseen, josta on seurauksena oleellisesti tasapainoitettu sähkövirfcaus kun se johdetaan samasta virtalähteestä. On oletettu, että edellä esitettyä sovitelmaa voidaan käyttää myös sellaisissa kennosarjoissa, joissa on muu määrä kuin 16 kennoa, ja todellisuudessa kennoissa, joilla on erilainen geometria ja joita on muu kuin symmetrinen lukumäärä rinnakkain.

H. Yhteenveto Tässä yhteydessä on kuvattu sellainen laitteisto, joka kykenee elektrolysoimaan luonnosta saatuja ja synteettisiä suolavesiä natriumhypokloriitin valmistamiseksi. Tässä laitteistossa käytetään elektrolyytin virtausta vain kerran usean kennon lävitse eikä uudel-leenkierrätystä. Laitteisto voidaan helposti purkaa ja jälleen koota huoltoa varten, esim. tarkastusta tai osien puhdistusta ja uudelleensovittamista varten.

30 68266

Runkoon sovitettu elektrodiyhdistelmä, jonka halkaisija on aina 20 cm ja pituus 90 cm, voidaan helposti nostaa ja käsitellä yhden henkilön toimesta ja sovittaa koteloon niin, että aikaansaadaan elektrolysoimis-laite tai elektrolysoimismoduuli. Runkosovitelmalle on tunnusomaista yksinkertaisuus, kaksipolaarisuus ja joustavuus. Elektrolysoimislaitteen rakenne on sellainen, että vedyn poistuminen on nopeata mikä auttaa laitteiston suurta sähköistä tehokkuutta. Elektrodien rakenne ja elejctrolyytin säädetty virtaus auttavat laskeutuminen ja sakkojen muodostumisen oleellista eliminoimista. Edellä esitetyn työn ja energian säästämisen lisäksi erikoislaatuinen ja parannettu laimen-nusveden jakamistapa ja sähkönsyöttösovitelma aikaansaavat vähentyneen kalliiden anodien kulumisen.

Claims (21)

1. 68266 31
2. 1. Elektrolysoimislaitteisto (10) synteettisten ja luonnon suolavesien elektrolysoimiseksi hypokloriitin valmistamiseksi niistä, käsittäen pitkänomaisen, sähköä johtamattoman kotelon (72), jolla on vaakasuora pitkittäisakseli, jolloin tässä kotelossa on vapaat aukot sen kummassakin päässä, poistettavat sulkulaitteet (74) , jotka on kiinnitetty kotelon kumpaankin vapaasen päähän ja jolloin kummassakin sulkulaitteessa on sen lävitse kulkeva aukko, joka on yhteydessä kotelon sisäpuolelta sen ulkopuolelle, tii-vistyslaitteet (78), jotka on sovitettu sulkulaitteiden ja kotelon avointen päiden väliin, ensimmäisen nesteen virta-ustien kotelon seinämän lävitse sen toisen pään läheisyydessä ja toisen nesteen virtaustien kotelon seinämän lävitse sen toisen pään läheisyydessä, tunnettu siitä, että kotelossa (72) on ainakin kaksi kennoa käsittävä itse-kantava bipolaarinen elektrodisovitelma, jonka pitkittäisakseli oleellisesti vastaa kotelon pitkittäisakselia, jolloin kennoon sisältyy sarjoja välimatkan päässä toisistaan olevia elektrodilevyjä, jotka käsittävät anodilevyjä (60) ja katodilevyjä (62), jota sovitelmaa kannattaa runkorakenne, jonka muodostaa 1. ainakin yksi sähköä johtamaton jakolevy (22), joka on sovitettu kohtisuoraan kotelon pitkittäisakseliin nähden ja sijaitsee elektrodisovitelman päiden välissä, jolloin nämä jakolevyt jakavat osiin kennot ja aikaansaavat kenno-osastoja , ii. johtotappi, joka on sovitettu mainitun runkorakenteen kumpaankin päähän ja on kosketuksissa sen aukon kanssa, joka sijaitsee kummassakin sulkulaitteessa (74), jolloin muodostuu ulkoneva positiivinen liitoskohta (34) ja ulkoneva negatiivinen liitoskohta (36), ja iii. tiivistyslaitteet (76), jotka sijaitsevat mainittujen johtotappien ja sulkulaitteiden (74) välissä.
3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että jakolevyt (22) on varustettu sähköä > 68266 32 johtavilla elektrodin kannatuskappaleilla (26), jotka sijaitsevat niiden kummallakin puolella, ja laitteilla (40) mainittujen elektrodin kanr.atuskappaleiden sähköiseksi kytkemiseksi kunkin jakolevyn lävitse, ja että runkorakenne lisäksi käsittää elektrodin pään kannatuskap-paleet (30, 32), jotka on kiinnitetty kuhunkin johtotap-piin, kaksi kannatuselintä (14, 16), joista ainakin toinen (14) on sähköä johtamaton, jolloin molemmat nämä kannatuselimet on kiinnitetty kumpaankin elektrodin päiden kannatuskappa-leeseen (30, 32), ainakin kaksi pitkittäissuuntaan sovitettua välimatkan \ päässä toisistaan olevaa sidetankoa (12), jotka on kiinnitetty kannatuselimiin (14, 16) ja kulkevat jakolevyjen (22) kautta, sähköä johtamattomat välikappaleet (24), jotka ovat jakolevyjen (22) ja kunkin kannatuselimen (14, 16) välissä kosketuksissa sidetankojen (12) kanssa, jolloin mainitut side-tangot ja välikappaleet aikaansaavat oleellisesti yhtä suuret etäisyydet kunkin jakolevyn ja kannatuselimen välillä, kiinnityslaitteiden (64, 66) ja sähkckytkentälaitteiden (40) yhdistelmän, liitettynä kuhunkin elektrodin kannatus kappaleeseen (26) ja elektrodin päiden kannatuskappaleeseen (30, 32. anodilevyjen (60) ja katodilevyjen (62) kiinnittämiseksi ja kytkemiseksi vuorottaisin sarjoin toisiinsa ja kan-natuskappaleisiin.
4. 3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että kukin kenno on oleellisesti sähköisesti ja hydraulisesti eristetty sähköä johtamattomien jakolevyjen (22) avulla, jotka sijaitsevat suunnilleen 0,4 mm:n etäisyydellä kotelon (72) seinämästä ja joissa on nestevirtaustiet elektrolyytin virtauksen säätämiseksi niiden lävitse.
5. 4. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen 33 68266 laitteisto, tunnettu siitä, että kotelo (72) on muodoltaan sylinterimäinen ja että sen muodostaa oleellisesti muoviputki ja muoviputkilaipat.
6. 5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että elektrodin pään kan-natuskappale (30), joka on yhdistetty ulkonevaan positiiviseen liitoskohtaan (34) , ja elektrodin kannatuskappaieet (26) jakolevyjen (22) sivuilla, jotka on sovitettu negatiivista liitoskohtaa (36) kohden, kannattavat ja kytkevät toisiinsa sähköisesti anodilevyt (60) ja elektrodin pään kannatuskappale (32), joka on yhdistetty ulkonevaan negatiiviseen liitoskohtaan, ja elektrodin kannatuskappaieet (26) jakolevyjen (22) sivuilla, jotka on sovitettu positiivista liitoskohtaa (34) kohti, kannattavat ja kytkevät sähköisesti toisiinsa katodilevyt (62), jolloin anodi- ja katodilevyt ovat määrätyn välimatkan päässä toisistaan niin, että ne muodostavat ainakin yhden elektrodisarjän kussakin kennossa.
7. 6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että anodilevyt (60) ja katodilevyt (62) ovat suorakaiteen muotoisia, jolloin anodilevyjen ja kato-dilevyjen pidemmät akselit ovat oleellisesti pitempiä kuin niiden lyhyemmät akselit, näiden pitempien akselien ollessa samansuuntaiset elektrolysoimislaitteen kotelon (72) pit-kittäisakselien kanssa, ja anodilevyjen ja katodilevyjen elektrodipintojen sijaitessa pystysuorassa suunnassa.
8. 7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että pystysuoraan sovitetuilla anodi-levyillä ja katodilevyillä on kullakin kaksi pystysuoraa reunaa ja kaksi horisontaalista reunaa, jolloin mainitut kannatuskappaieet ja kiinnitys- ja sähkö-kytkentälaitteiden yhdistelmä kiinittävät ja kytkevät sähköisesti anodilevyt ja katodilevyt vastaavien kannatettujen 68266 34 reunojensa välityksellä, jolloin tällainen kannatettu reuna on yksi pystysuorista reunoista niin, että aikaansaadaan kannattamattomia pystysuoria elektrodireunoja, jolloin kannattamattomat pystysuorat elektrodin reunat ja kannatetut pystysuorat elektrodilevyjen reunat on sivuttaissuunnassa sovitettu välimatkan päähän toisistaan niin, että aikaansaadaan määrätty etäisyys kannattamattomien reunojen ja kannatuslaitteiden välillä, mainittuihin pystysuoraan kannatettuihin reunoihin sovitetut lovet (112) ainakin anodilevyissä, jolloin näiden lovien syvyys vastaa viereisten levyjen kannattamatonta pystysuoraa reunaa, ainakin yksi syöttöaukko (50) sellaisessa osassa, joka sijaitsee vastavirrassa kenno-osaston suhteen, tulevan elektro-lyyttivirtauksen suuntaamiseksi mainittuihin loviin ja anodi-ja katodilevyjen yhdensuuntaisia reunoja vastaan.
9. 8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen laitteisto, tunnet-t u siitä, että katodilevyt on lovettu (114) samalla tavoin kuin anodilevyt.
10. 9. Patenttivaatimuksen 7 tai 8 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että poistolaitteet (104) on sovitettu kenno-osaston yläosan läheisyyteen elektrolyytin ja kaasun poistamiseksi niiden lävitse.
11. 10. Patenttivaatimuksen 7 tai 8 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että mainitut lovet ovat suorakaiteen muotoisia ja että niiden vertikaalinen dimensio käsittää suunnilleen 50 % mainitun vertikaalisen reunan dimensiosta, jota reunaa pitkin tämä lovi on muodostettu. 1 Patenttivaatimuksen 7 tai 8 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että jäljelle jäävät anodi- ja katodilevyt on sovitettu siten, että niiden pohjareunat ovat yhdensuuntaisia, syöttösuutinlevy (120) on sovitettu mainittuun runko-osaan 35 68266 aikaansaamaan syöttövirtauksen jostain kotelo,n virtaus-tiestä, ja että syöttösuutinlevy suuntaa tulevan elektro-lyyttivirtauksen mainittuja alareunoja kohden.
12. 12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen laitteisto, tunnet-t u siitä, että jakolevyt (22) on varustettu kaasun ja elektrolyytin virtausaukoilla (52), jotka kulkevat niiden lävitse ja ovat sovitetut välittömästi kennossa olevien elektrodisarjojen yläpuolelle välittömästi vastavirtaan jakolevyihin nähden, jolloin kaasun ja elektrolyytin vir-tausaukot (52) ovat kooltaan riittävät niin, että niiden lävitse kulkee kaikki se kaasu, joka on kehittynyt kennossa välittömästi vastavirtaan mainitusta rei'itetystä jako-levystä, plus kaasu, joka tulee mainittuun kennoon muista vastavirrassa olevista kenno-osastoista, plus elektrolyytti, joka tulee jonkin mainitun kotelon (72) nestevirtaustiehyeen kautta.
13. 13. Patenttivaatimuksen 12 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että jakolevyt on lisäksi varustettu ainakin yhdellä elektrolyytin virtausaukolla (50), joka sijaitsee mainitun kennon elektrodisarjojen yläpään alapuolella niin, että se vastaanottaa pääosan sitä elektrolyyt-tivirtausta, joka tulee jonkin mainitun kotelon (72) neste-virtaustiehyen kautta.
14. 14. Patenttivaatimuksen 13 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että ainakin yksi elektrolyytin virtaus-aukko (124), joka vastaanottaa elektrolyytin mainitun pää-virtauksen, on sovitettu jakolevyn (22) pohjaosaan.
15. 15. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että kaasunpoistotiehyeitä (104) on sovitettu kotelon (72) yläosaan niin, että käsittelystä tuleva kaasu pääsee sen ulkopuolelle.
16. 16. Patenttivaatimuksen 15 mukainen laitteisto, t u n - 68266 36 n e t t u siitä, että kukin mainituista kaasunpoistotie-hyeistä (104) on varustettu rajoittavalla aukolla (82), jolloin tämä rajoittava aukko on kooltaan riittävä niin, että se läpäisee kaiken siihen tulevan kaasuvirtauksen plus pienemmän elektrolyyttivirtausmäärän.
17. 17. Elektrolysoimisjärjestelmä, tunnettu siitä, että se käsittää ainakin kaksi jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukaista, hydraulisesti sarjciankytkettyä elektrolysoimislaitteistoa. >
18. 18. Patenttivaatimuksen 17 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että elektrolysoimislaitteistot on sovitettu pystysuoriin sarjoihin.
19. 19. Patenttivaatimuksen 17 tai 18 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että se käsittää ainakin neljä hydraulisesti sarjaankytkettyä elektrolysoimislaitteistoa, joista kukin sisältää yhtä monta, olennaisesti samanmuotoista kennoa, jolloin ne vastavirta- ja myötävirtaelektro-lysoimislaitteistot, jotka sisältävät yhteensä 50 % niistä kennoista, jotka on samalla tavoin suhteellisesti jaettu myötävirtakennojen ja vastavirtakennojen kesken, on kytketty sähköisesti sarjaan ja välillä olevat elektrolysoimislaitteistot, jotka sisältävät jäljellä olevat 50 % kennoista, on kytketty sähköisesti erilliseen sarjaan, jolloin nämä kaksi erillistä elektrolysoimislaitteiston sarjaa on kytketty sähköisesti rinnan yhteiseen jännitelähteeseen.
20. 20. Patenttivaatimuksen 19 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että se muodostuu neljästä elektrolysoi-mislaitteistosta, joista kukin sisältää useampia kuin kaksi kennoa.
21. 21. Patenttivaatimuksen 20 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että se muodostuu neljästä elektrolysoi-mislaitteistosta, joista kukin sisältää neljä kennoa. 37 68266