FI68428C - Foerbaettrad elektrolytisk apparatur foer framstaellning av alalimetallhalat - Google Patents

Description

68428

Parannettu elektrolyyttinen laitteisto alkalimetalli-halaatin valmistamiseksi Tämä keksintö koskee alkalimetallihalaattien, erityisesti natriumkloraatin valmistusta. Tarkemmin sanoen se koskee natriumkloraatin valmistusta uudessa ja parannetussa laitteistossa ja uudella ja parannetulla menetelmällä, jossa elektrolyysin hyötysuhdetta parannetaan, emäksen ja kloorin kemiallista konversiota hypokloriitiksi ja sen myöhempää konversiota kloraatiksi edistetään ja vähemmän tehokasta kloraatin ja hapen elektrolyyttistä tuotantoa inhibitoidaan.

Elektrolyysikennot kloorin ja natriumhydroksidin valmistamiseksi ruokasuolasta ovat hyvin tunnettuja. Tällaisissa kennoissa klooria tuotetaan anodilla ja natriumhydrok-sidia valmistetaan katodilla. Koska kloori ja natrium-hydroksidi reagoivat kemiallisesti tuottaen natriumhypokloriittia, kloorikennoihin asetetaan membraaneja tai diafragmoja tai muita sopivia erotusvälineitä elektrodien väliin näiden reaktioiden estämiseksi. Toisaalta kloraattikennoissa anodilla muodostunut kloori absorboituu elektrolyyttiin ja hydrolysoituu sen jälkeen tuottaen alikloorihapoketta. Sen jälkeen alikloorihapoke tasapainottuu H0C1 £=* H+ + CIO , joka natriumkloraattireak-tiossa tuottaa natriumhypokloriittia, kun sen annetaan reagoida katodin tuotteiden, esim. hydroksyyli-ionien läsnäollessa. Alikloorihapoke reagoi sen jälkeen natriumhypokloriitin kanssa tuottaen natriumkloraatti- ja vety-tuotteita (katodilla). Alikloorihapokkeen ja hypklorii-tin konversio kloraatiksi ei normaalisti ole riittävän nopea tehdäkseen mahdolliseksi kloraatin täydellisen tuotannon ilman uudelleenkierrätystä ja tämän vuoksi suoritetaan elektrolyytin uudelleenkierrätys. Kloraatin sähkökemiallinen muodostus (vastakohtana kemialliselle) 2 68428 tunnetaan myös, mutta se on vain pieni osa kloraatista, joka muodostetaan kemiallisesti, ja se muodostaa epätaloudellisesti happea sähkökemiallisen reaktion sivutuotteena. Myöskin tällaisen elektrolyytin, joka sisältää reagoimatonta hypokloriittia, pidättäminen ei-elektro-lyyttiselle alueelle, jossa elektrolyytin liikenopeus pienenee, on usein toivottavaa, jotta annettaisiin aikaa hypokloriitin ja alikloorihapokkeen konversiolle kloraa-tiksi. Joissakin tapauksissa hypohaliittia sisältävä elektrolyytti poistetaan kennolaitteesta ja pidetään halaatin muodostukseen sopivissa reaktio-olosuhteissa tukisäiliössä tai kennon ulkopuolisessa reaktorissa, josta se sen jälkeen syötetään takaisin kennoon jatko-reaktiota varten sen hypohaliitti- (tai halaatti) väkevyyden nostamiseksi. Kuitenkin usein pidetään suositeltavana, että kloraattikennot ovat itsenäisiä kokonaisuuksia, joissa ei tarvita täydentäviä ulkopuolisia prosessi-säiliöitä ja on havaittu toivottavaksi, että suoritetaan ruokasuolan elektrolyysi ja kloorin, alikloorihapokkeen ja hypokloriitin kemialliset reaktiot elektrolyysilait-teiston rungon sisällä.

Tämän keksinnön mukaisesti parannettu elektrolyyttinen laitteisto alkalimetallihalaatin valmistamiseksi siitä elektrolyytistä, joka on alkalimetallihalidin vesiliuos, käsittää rungon , jonka alaosa sisältää useita sivulta sisään tulevia, ylöspäin ja yhdensuuntaisesti suunnattuja anodeja ja katodeja vuoronperään tässä rungossa siten, että elektrolyysituotteet anodeilla ja katodeilla ovat kosketuksessa toisiinsa elektrolyytissä ja elektrodien välissä, jossa ne voivat reagoida muodostaen hypohaliittia; ylöspäin suuntautuvan virtausta ohjaavan suppilomaisen poistokanavarakenteen, joka on sijoitettu oleellisesti sylinterimäisen muotoisen kotelon yläosaan, joka pois-tokanavarakenne on sijoitettu kyseisten elektrodien yläpuolelle ja joka kapenee putkijohdoksi, jonka läpi hypohaliittia sisältävä elektrolyytti kyseisten vuorottelevien anodien ja katodien välistä kohoaa johtuen sen vedyn 68428 nostovoimasta, joka syntyy kyseisten elektrodien parien välissä alkalimetallihalidiliuoksen elektrolyysin aikana. Hypohaliittia sisältävän elektrolyytin ollessa putkijohdossa se sekoittuu. Parannettu laitteisto käsittää välineen sen vedyn poistamiseksi sen yläosassa olevan kotelon sisältä ainakin osittain, joka on muodostettu ja johdettu putkijohdon läpi; palautusvälineen kotelon sisällä sen elektrolyytin virtauksen hidastamiseksi, josta vety on ainakin osittain poistettu niin, että hypohaliitti konvertoituu halaatiksi, ja sanotun halaattia sisältävän elektrolyytin palauttamiseksi yksikkökennojen pohjalle seuraavaa ylöspäin suuntautuvaa liikettä varten niiden läpi. Keksinnön piiriin kuuluu myös väline elektrolyytin lämpötilan säätämiseksi, keksinnön parannetut tiivistys-ja välysnäkökohdat ja useiden sivulta sisään tulevien elektrodien sarjojen kokoonpano, mieluummin moduulimuodos-sa sekä suppilomaiset poistokanavarakenteet yksityisessä kennokotelossa. Menetelmä halaattien valmistamiseksi käyttäen keksinnön laitteistoa on sen toinen näkökohta.

Edellä olevat ominaispiirteet saavat aikaan optimaalisesti toimivan, pienen virrantiheyden elektrolyysikennon alkalimetallihalaattien valmistamiseksi, jota suorituskykyä osoittaa pienentynyt energiankulutus optimaalisen pienten anodi-katodirakovälysten läpi, jotka aikaansaavat pienet kennojännitteet sekä pystysuoraan sijoitettujen anodien että katodien sisääntulo kennojen etu- ja taka-seinämien läpi yhdessä elektrodien suositeltavan moduuli-rakenteen kanssa tekevät mahdolliseksi helpon luoksepääsyn nopeaa huoltotoimintaa varten kalliin seisonta-ajan minimoimiseksi aina, kun elektrodit vaativat uudelleen-päällystystä; kennon edistyksellinen rakenne yksinkertaistaa suuresti rakentamista niin, että tarkat toleranssit voidaan saavuttaa ilman tavallisia aikaa vieviä jälkira-kennus- tai työstömenetelmiä; tilastollinen kennovuotota-pausten vaaran pienentäminen samanaikaisella anodipään ja laipan peitelevyn tiivisteiden vähentämisellä ja poistamisella ja elektrolyytin nopeuden optimointi "IR"-lämmön 4 68428 ja kennojännitteen minimoimiseksi käyttämällä elektrodeilla kehittyneen vetykaasun pumppausvaikutuksen nousu-periaatetta.

USA;n patentti- ja rekisteriviraston suorittamassa uutuustutkimuksessa on paljastunut mm. seuraavat patentit: 2 204 506X; 3 385 779; 3 451 906; 3 463 722*; 3 518 180; 3 539 486x; 3 679 568; 3 732 153X; 3 766 044; 3 785 951; 3 819 503; 3 884 791; 3 902 985; 3 919 059; 4 046 653x ja 4 134 805, joista tähdellä merkityt ovat tärkeimmät ja selostetaan seuraavassa.

US-patentissa 2 204 506 palsta 1, rivit 33-46 todetaan, että ruokasuolan elektrolyysissä tuotettu vety toimii edistäen elektrolyytin kiertoa ylöspäin, minkä katsotaan olevan toivottavaa. US-patentissa 3 463 722 selostetaan elektrolyyttien virtausnopeuksia kaksinapaisten elektrodien ohi. US-patentissa 3 539 486 kuvataan kennoa, jossa on vetykuplia, jotka ylläpitävät elektrolyytin kiertoa halutuilla nopeuksilla, mutta patentissa ehdotetaan ulkopuolisen reaktorin käyttöä kloraatin valmistukseen hypokloriitista. US-patentissa 3 732 153 ehdotetaah elektrolyytin nostamista elektrodien ohi ruokasuolan elektrolyysissä tuotetun kaasumaisen vedyn avulla ja palstalla 5, rivit 34-41 mainitaan, että etuna erillisten pystysuoraan suunnattujen kanavien olemisesta elektrodiparien yläpuolella on, että ne kierrättävät elektrolyyttiä nopeimmin niillä alueilla, joilla kaasua eniten kehittyy (joilla reaktio kulkee suurimmalla nopeudella). Lopuksi US-patentissa 4 046 653 selostetaan elektrolyytin erittäin nopean kierrätyksen merkitystä sen kaksinapaisten elektrodien ohi. Tässä patentissa mainitaan, että alan aikaisemmissa laitteistoissa omaksuttiin venturi-liitännät hitaan liikkeen vastavirtausvaikutusten välttämiseksi, mutta patentissa mainitaan myös, että tällaiset liitännät johtavat suurempiin hydraulisen energian häviöihin kierrossa ja pienentävät elektrolyytin nopeutta elektrolyysiraossa.

68428

Kaiken kaikkiaan mainituissa oleellisimmissa patenteissa todetaan, että elektrolyytin hidas kulku elektro-lyysiraon läpi johtaa elektrolyyttiseen kloraatin muodostukseen, hapen kehittymiseen ja hyötysuhteen menetykseen. Missään näistä patenteista ei kuvata keksinnön kyseisiä toteutusmuotoja, joissa käytetään kapenevaa tai suppenevaa poistokanavatyyppistä rakennetta halutun elektrolyytti virtauksen edistämiseksi kennossa niin, että tehty elektrolyytti sekoittuu pian elektrolyysin jälkeen ilman, että kehittyy kovaa vastapainetta, ja joissa kloraattia tuotetaan kemiallisesti hypokloriitista ja alikloori-hapokkeesta kennon niissä osissa, joissa elektrolyytin liikettä tahallisesti hidastetaan.

Keksintö on helppo ymmärtää viitaten tämän patenttimääri-tyksen kuvaukseen, erityisesti seuraavaan ajateltuna piirroksen yhteydessä, jossa:

Kuva 1 on perspektiivikuvanto tämän keksinnön laitteiston sisäosasta, joka esittää elektrolyytin kierrätysmallia, jossa elektrodit ja suppeneva poistokanavaosa on esitetty, osien laitteiston kotelosta ollessa kuvattu ääriviivoina niiden sijainnin esittämiseksi elektrodien ja suppenevan poistokanavan suhteen ja joidenkin elektrodien ollessa poistettu kuvauksen selventämiseksi; kuva 2 on suurennos kennon alaosasta, joka kuvaa kuvan 1 laitteiston elektrodijärjestelyä; kuva 3 on perspektiivikuvanto komponenttiosista, jotka muodostavat kuvan 1 laitteiston anodimoduulin; kuvat 4 ja 5 kuvaavat kuvan 1 laitteiston vaihtoehtoisia toteutusmuotoja mukaanluettuna lämpötilaa säätävät lämmön-vaihtimet; ja kuva 6 on perspektiivikuvanto kuvan 1 laitteistosta, joka sisältää soikean tai sylinterinmuotoisen kennokotelon, mutta esittää useita modifioidun tyyppisiä suppenevia poistokanavia.

6 68428

Kuvassa 1 esitetään elektrolyysikennolaitteisto 11. Tämä laitteisto sisältää kotelon 13, joka koostuu ylä- ja alaosista 15 ja 17. Yläosa 15 on muodoltaan putkimainen ja oleellisesti sylinterimäinen. Sitä vastoin kotelon 13 alaosa 17 on muodoltaan oleellisesti suorakulmainen lukuunottamatta soikeita sivuseinämiä, jotka on esitetty vain ääriviivoina elektrodien sisärakenteen selvittämiseksi. Alakotelon etu- ja takaosat ovat oleellisesti tasomaiset anodi- ja katodikokoonpanojen 4 ja 7 mah-duttamiseksi sisään (kuva 2). Kotelon ylä- ja alaosat on liitetty yhteen kohdassa 23 esitetyllä tavalla (auki-leikattu kuvanto). Kotelon 15 yläosan laippa 24 on liitetty alaosan laippaan 21, joka on aukkolevyn 25 ulkokehä, sanotun levyn ollessa hitsattu alakotelo-osan sivuseinä-mien yläpäihin, mikä on parhaiten esitetty kuvassa 2. Nestetiiviin sauman saamiseksi tiiviste 26 on asetettu ala- ja ylälaippojen väliin ja kiinnitetty pulteilla, muttereilla ja aluslevyillä 40, 36, 48 ja 50. SähkÖeris-timiä 42 ja 46 käytetään esitetyllä tavalla. Pohjalevy 16 on hitsattu alakotelo-osan sivuseinämien alapäihin. Laitteiston 11 perustuki voi koostua esimerkiksi useista palkeista 5 ja 9 ja useista jaloista 6, jotka on varustettu sähköeristimillä 8.

Laitteiston sisällä on esitetty useita anodeja 27 ja katodeja 29 järjestettynä pareiksi, joiden välillä on vapaa tila. On huomattava, että anodit 27 ovat yleensä ohuita, tasomaisia, muodoltaan suorakulmaisia ja ovat poikittain laitteiston pituussuuntaisen pystyakselin suhteen samoin kuin katodit 29, joilla on samanlainen muoto. Sekä anodit 27 että katodit 29 ovat sähköisessä kosketuksessa pystysuoriin seinämäosiin ja ovat sivulta sisääntyön-nettäviä helpon huoltamisen vuoksi pienellä seisonta-ajalla. Kuten kennossa 3 on parhaiten esitetty avokisko-kokoonpano 58 (anodi) ja välikelaatta 34 saavat aikaan helpon luoksepääsyn elektrodeihin. Elektrodiparit on » 7 68428 asetettu toisistaan erilleen etäisyyksille alimpien käyttöjännitteiden ja elektrolyysituotteiden tehokkaan poiston saamiseksi ylöspäin niiden välistä johtuen kehittyneen vedyn ja pienemmässä määrin kloorin nopeasta ylöspäin suuntautuvasta virtauksesta.

Useiden ylöspäin ja yhdensuuntaisesti suuntautuneiden anodien ja katodien parien yläpuolella, jotka ovat vuo-rottain kotelossa, on suppeneva poistokanavarakenne 31, joka käsittää alemman suppenevan osan 33, joka ulottuu kaikkien elektrodien yli ja joka kapenee etuosassa 35 ja takana 37 pienentyneeksi kanavaksi 39, ja se kohoaa lähelle laitteiston yläosaa. Etu- ja takaosat 35 ja 37 kapenevat kulmissa 22, mikä kapenema on riittävä maksimoimaan vetykaasun nostovirtauksen. Nousuputken kulmat 22, jotka parhaiten edistävät optimi kaasukohoamaa, ovat suuremmat kuin 45° ja kaikkein mieluimmin välillä 45-95°. Vaikka laitteisto toimii tyydyttävästi muissakin kulmissa kuin yllä määritellyissä, määritelty alue edistää kaasukohoaman maksimaalista hyväksikäyttöä, ts. minimoi jarrutuksen. Suppeneva poistokanava 31 sopii laatassa 25 olevan aukon päälle, joka aukko, kuten kuvassa 2 on paremmin esitetty ja kuten ylöspäin suuntautuvista vir-tausnuolista ilmenee, tekee mahdolliseksi elektrolyytin virtauksen ylöspäin elektrodien välissä, suppenevan poisto-kanavan läpi ja ulos sen päästä suuntaan, jota on kuvattu tässä kohdassa olevilla virtausnuolilla 41. Suppeneva poistokanava 31 on jäykästi tuettu elektrodien päälle useilla poistokanavan ylä- ja alatuilla 18 ja 20. Tuet 18 ja 20 voi olla joko pysyvästi kiinnitetty poistokana-varakenteeseen hitsaamalla tai irrotettavasti asennettu pulttausvälineillä. Tuet 18 ja 20 on asennettu kotelon 15 sisäseinämiin tukilaatoilla 14. Parhaan virtauksen saamiseksi on toivottavaa, että välysalue suppenevan poistokanavan 31 avoimessa yläpäässä 43 ja kotelon yläosassa 44 on vähintään yhtä suuri kuin tämän avoimen ylä- 68428 osan avoin poikkipinta-ala tässä kohdassa niin, että vältetään epämieluisan vastapaineen muodostuminen, joka saattaisi rajoittaa elektrolyytin ja vedyn virtausta elektrodien ohi. Myös suppenevan poistokanavan putkijohto-osan poikkipinta-ala on mieluummin 10-40 %, esim. 20 % suppenevan osan suurimmasta poikkipinta-alasta.

Havaitaan, että johtuen suppenevan poistokanavan rakenteesta elektrolyyttivetyseos, joka sisältää esim. hypokloriittia ja kloraattia, valuu yli poistokanavan yläpäästä ja kulkee alas poistokanavan putkijohdon edestä, takaa ja päistä (laskuputki) ja kohti laitteiston päitä suuntiin, joilla on merkittävät pitkittäiskomponentit niin, että se voi virrata aukon 45 ja 47 läpi levyn 25 kahdella sivulla, etu- ja takaosassa. Elektrolyyttituoteseos kulkee seuraavaksi sisäänpäin kohti laitteiston keskustaa vapaan välin 49 läpi, elektrodien alla olevaan tilaan ja ylöspäin niiden välissä, suppenevan poistokanavan läpi jne. Suppeneva poistokanava on hyvin mielellään sijoitettu laatan 25 viereen sillä tavoin, että kaiken elektrodien välissä kohoavan elektrolyyttikaasuseoksen on kuljettava ylöspäin suppenevan poistokanavan läpi ja niin, että yhtään alaspäin liikkuvaa elektrolyyttituoteseosta ei voi kulkea tähän suuntaan elektrodien välissä. Toisin sanoen tuloksena ei ole uudelleen kiertävän halaatti-tuotetta sisältävän elektrolyytin ja ylöspäin liikkuvan elektrolyyttikaasuseoksen yhteentörmääviä virtauksia ja elektrolyyttituote- ja elektrolyyttikaasutuoteseokset seuraavat ennustettavissa olevia ja suunniteltuja reittejä. Kuvassa 1 on esitetty pystysuora laippa 53 suppenevan poistokanavan pohjalla, mutta tämä, vaikka onkin toivottava, ei ole välttämätön.

Nyt kuvataan erilaisia aukkoja laitteiston seinämissä, materiaalien syöttämiseksi laitteistoon, materiaalien poistamiseksi siitä ja erilaisiin lisätarkoituksiin.

9 68428

Tuloaukot 59 ja 61 kotelon kannessa 44 ovat ruokasuolan kennoon lisäämistä varten ja poistoaukko 63 kotelon 15 alaosassa on tuotteen poistoa varten, mukaanluettuna natriumkloraatti, jonkin verran natriumkloridia ja pienehkö määrä natriumhypokloriittia. Kaasu poistetaan kennosta poistoaukon 65 kautta (tämä kaasu sisältää vedyn ja voi myös sisältää pieniä määriä klooria, hiilidioksidia, happea ja typpeä). Aukko 67 on inerttiä kaasu-huuhtelua kuten typpeä varten ja aukko 69 on lisä- tai hätäaukko samaa tarkoitusta varten. Aukkoihin 71 ja 72 on aikaansaatu sisäänpääsy sisäisten lämpö- ja pintail-maisimien liittämiselle, joita ei ole esitetty. Aukko 3 on kennon tyhjennystä varten. Aukot 68 ja 73 ovat vara-suuttimia, joita voidaan käyttää kaasumaisten tuotteiden poistoon tai elektrolyytin, modifiointikemikaalien lisäykseen, vedyn kierrätykseen kennon poistokaasujen laimentamisen helpottamiseksi jne. Muita vara-aukkoja tuotteen poistoa, kaasun poistoa, instrumenttien sisään-panoa ja muita tarkoituksia varten voidaan myös haluttaessa liittää laitteistoon.

Kuvassa 2 elektrodien ja koko anodi- ja katodikokoonpano-jen välinen suhde kennon alakotelossa on paremmin kuvattu kuin kuvassa 1 piirroksen osan suurennoksen avulla. Kuitenkaan koska kuva 3 tarjoaa sanottujen, kuvissa 1 ja 2 esitettyjen elektrodien ja kokoonpanojen pala palalta puretun esityksen, mitään kuvan 2 yksityiskohtaista kuvausta ei anneta, mutta sen sijaan siinä oleviin komponentteihin viitataan kuvan 3 kuvauksen yhteydessä.

Vaikka elektrodit on voitu edullisesti kiinnittää laitteiston pohjalaatan 16 läpi on suositeltavinta kiinnittää sekä anodit 27 että katodit 29 kotelon 17 etu- ja taka-seinämiin, kuten tämän patenttihakemuksen kuvissa 1 ja 2 on esitetty. Jälkimmäisen menetelmän mukaisesti ylös- 10 68428 päin suuntautuvat anodit ja katodit on asennettu laitteiston sisäseinämien läpi ja kiinnitetty niihin kohtisuoraan kennon pitkittäisakselia vastaan siten, että ne ovat erillään toisistaan ja sijoitettu vuorotellen ja yhdensuuntaisesti.

Kuva 3 esittää katodin takalevyä 38 alakotelon takaseinä-mällä 28 muutamat katodit 29 poistettuna. Takalevyssä 38, joka on esitetty kiinnitettynä alakoteloon, voi eräänä toteutusmuotona olla useita valinnaisia pituussuuntaisia uria 54 levyn sisäpuolella, jotka urat on sovitettu vastaanottamaan katodi- ja anodilevyt 29 ja 27. Urat 54 ovat yhdensuuntaiset toistensa kanssa ja työstetty tarkasti säädetyille etäisyyksille siten, että kun elektrodit ovat paikallaan, rako tai etäisyys vuorottele-vien anodien ja katodien välillä aikaansaa pienimmät kennon käyttöjännitteet suurimilla virtahyötysuhteilla. Vastaavia uria anoditakalevyn 34 sisäpuolella ei ole esitetty. Yksittäiset elektrodilevyt voi olla "pysyvästi" kiinnitetty uriin 54 esim. hitsaamalla. Vaihtoehtoisesti urat 54 voi olla jätetty pois ja käytetty irrotettavia välineitä, kuten kiristysosia, jotka on hitsattu takalevyn sisäpuolelle "kerrosrakennemaisilla" välikkeillä elektrodien kiinnittämiseksi irrotettavasti pulteilla tai niiteillä. Riippumatta menetelmästä, jota käytetään elektrodien kiinnittämiseen niiden takalevyihin sekä anodi- että katodilevyt kohoavat pohjalaatan 16 yläpuolelle, joten elektrodien alareunat eivät ole kosketuksessa laitteiston pohjan kanssa muodostaen täten vapaan välin 49. Vapaa väli 49 tekee mahdolliseksi suppenevasta poistokanavasta laskeutuvan elektrolyytin kierrättämisen ylöspäin elektrodien läpi virtauskuvion mukaisesti, joka on esitetty kuvissa 1 ja 2 nuolilla 41.

Suositeltavampana toteutusmuotona kuva 3 esittää anodi-moduulia 51, jossa anodit 27 on kiinnitetty anoditaka- 11 68428 levyyn 34 jollakin edellä mainituista menetelmistä. Elektrodimoduuli voidaan asentaa tai poistaa alakotelon etuseinämästä (anodipuoli) yhtenä yksikkönä. Elektromo-duulien käsite koskee myös katodia, vaikka sitä ei ole niin hyvin kuvattu kuvassa 3. Takalevy 34 on varustettu korvakkeilla 32 kokoomakiskokokoonpanon 58 vastaanottamiseksi ja kiinnittämiseksi, joka kokoonpano koostuu kokoomakiskon takalevystä 56 ja kiskosta 75, joka on kiinnitetty kohtisuoraan takalevyä 56 vastaan, joka takalevy on varustettu yhteensopivilla rei'illa 52 korvak-keiden 32 vastaanottamiseksi, jotka on kiinnitetty korva-kemuttereilla (ei esitetty). Kokoomakiskokokoonpano 58 on sähkökosketuksessa moduulikokoonpanoon 51.

Kokoonpanon anodilevyt 27 työnnetään sisään alakotelon seinämässä olevan aukon läpi katodilevyjen väliin ennalta määrätyille etäisyyksille, jotka aikaansaavat halutun anodi-katodiraon. Laitteisto suljetaan elektrolyytti-vuodolta painamalla moduuli tiivistettä 66 vasten pidä-tysputkien 74 (kuva 2) avulla yhteensopivien reikien 60 ja 62 läpi. Tämä yksi tiiviste vähentää kennovuodon tapahtumista. Suositeltavat elektrodimoduulit vähentävät myös kallista seisonta-aikaa, sillä elektrodien helppo luoksepäästävyys tekee mahdolliseksi varaosahuoltomoduu-lin asentamisen, joka on kehitetty varakäyttöä varten. Näin ollen tuotantotappio huollon aikana on minimoitu.

Kuvat 4 ja 5 esittävät kuvan 1 laitteiston pystyleikkaus-kuvantoja paitsi, että mukaan on liitetty väline kenno-nesteen pitämiseksi alennetuissa lämpötiloissa erityisesti, kun valmistetaan natriumkloraatin liuoksia, kuten R-2:a. Elektrolyytin lämpötilan alentamiseksi ja veden häviön pienentämiseksi kennon toiminnan aikana eräs toteutusmuoto (kuva 4) voi koostua useista lämmönvaihti-mista 80 ja 84, jotka sijaitsevat ylemmässä sylinterimäi-sessä kotelossa 15, yksi suppenevan poistokanavanousuput- 6 8428 ken 31 molemmilla puolilla. Jäähdytysnestettä, kuten vettä kierrätetään tuloaukkojen 83 ja 90 kautta ja se poistuu jäähdytyskierukoiden 82 ja 86 poistoaukkojen 78 ja 88 kautta. Kierukoiden toimintaa säädellään tavanomaista rakennetta olevilla säätöventtiileillä (ei esitetty) .

Kuva 5 esittää tämän keksinnön laitteiston toista vaihtoehtoista toteutusmuotoa, jossa yhdestä jäähdytyskierukas-ta 94 koostuva lämmönvaihdin 92 on sijoitettu yläkotelon 15 sisäsivuseinämän ja poistonousuputken 31 väliin. Jäähdytysneste syötetään tähän ainoaan kierukkaan syöttöaukon 98 kautta ja se tulee ulos kohdasta 96.

Kuvassa 6 esitetään erilaista elektrolyysikennolaitteis-toa 101, jossa on läsnä useita suppenevia poistokanava-rakenteita 103 ja 105, samantapaisia, mutta erilaisia kuin kuvassa 1. Kuitenkin koska molempien laitteistojen monet yksityiskohdat osoittautuvat samantapaisiksi, mitään tulo-, poisto- ja sisäänpanoaukkojen yms. kuvauksia ei anneta tässä, vaan sovelletaan niiden kuvauksia kuvan 1 suhteen. Kuitenkin laitteistojen sisäosat ovat merkittävästi erilaiset huolimatta siitä, että molemmat sisältävät tasomaisten anodien ja katodien vuorottaiset järjestelyt ja suppenevat poistokanavat niiden yläpuolella, jotka on suunniteltu aikaansaamaan halutut elektrolyytin kierrot ja riittävä viipymisaika hypokloriitille, joka on määrä konvertoida kloraatiksi.

Laitteistossa 101 on kuvattu useita katodeja 111, jotka on fysikaalisesti ja sähköisesti liitetty katodikokoon-panoon 113. Anodit 115 on sijoitettu katodien 111 väliin niin, että elektrolyytille jää vapaat väliraot eri anodi-ja katodipintojen väliin. Anodit 115 on fysikaalisesti ja sähköisesti liitetty anodikokoonpanoon 107. Suppenevat poistokanavat 103 ja 105 ovat kummatkin asemassa, 13 68428 jossa ne peittävät anodit ja katodit alueilleen laitteistossa jättäen vapaan välin 117 poistokanavien väliin.

Koska suppeneva poistokanava 103 on oleellisesti sama kuin numerolla 105 merkitty/ seuraava poistokanavan 105 kuvaus pätee myös poistokanavaan 103. Suppeneva poisto-kanava 105 sisältää kupu-, kavennus- ja putkijohto-osat 119, 121 ja 123 tässä järjestyksessä. Kupuosa 119 sisältää alemmat päätyseinämien 127 osat. Kuvun 119 etu- ja takaseinämät pysyvät kuitenkin avoimina anodien ja katodien asennusta varten. Kavennusosa 121 sisältää kartio-pinnat 129 ja päätyjen 127 yläosat. (Nämä osat ovat luonnollisesti kaksoiskappaleina, mutta esitetään ja kuvataan vain niiden yksien osien suhteen.) Putkijohto-osa 123 sisältää sivut 131 ja päädyt 133 sekä aukon 135 niiden yläosassa elektrolyyttituotekaasuseoksen poistamiseksi putkijohdosta 123. Putkijohdon ja laitteiston yläosan sisäpuolen välissä on riittävä vapaa väli, joka sallii elektrolyytin virrata ulos putkijohdosta ilman merkittävää vastapaineen kehittymistä. Näin ollen pinta-alan virtaavan aineen virtaukselle ulos putkijohdosta tulee olla vähintään yhtä suuri kuin putkijohdon sisäpoik-kileikkaus sen yläpäässä. Suppenevan poistokanavan 105 kupuosa 119 ulottuu anodien 115 pohjalle ja säätelee täten elektrolyyttituoteseoksen virtausta elektrodien ohi. Niinpä kun elektrolyysi edistyy, elektrolyytti, hypokloriitti ja vetykaasu (ja muut läsnä olevat kaasut ja kemikaalit) kohoavat elektrodien välissä johtuen pääasiassa kaasujen pienestä tiheydestä ja sekoittuvat kulkiessaan poistokanavan suppenevan osan läpi ja ylös putkijohdon läpi lineaarisen nopeuden putkijohdossa ollessa pienempi kuin elektrolyytillä, joka kulkee elektrodien ohi, ollen usein 0,2-0,8 kertaa tämä nopeus. Niinpä elektrolyytti, joka sisältää klooria, emästä, hypokloriittia, alikloorihapoketta ja vetyä, liikkuu hyvin nopeasti elektrolyyttisen tilan läpi ja hidastuu sitten suppe- 14 68428 nevassa poistokanavassa, missä vetykuplat yhtyvät siinä määrin, että poistokanavassa saavutetaan parantunut sekoitus, erityisesti sen yläkanavaosassa. Sen jälkeen, kun ne3te on valunut yli putkijohdon yläpäästä ja kun ainakin jonkin verran kaasua on poistettu laitteistosta, elektrolyytti (tuote mukaanluettuna) kulkee alaspäin laitteiston laskuputkiosan läpi pienentyneellä nopeudella johtuen laitteiston sen osan paljon suuremmasta poikkipinta-alasta, jonka läpi se kulkee. Tämä antaa läsnä olevalle hypokloriitille enemmän aikaa konvertoitua klo-raatiksi, jolla tarkoitetaan oleellisesti aika- ja läm-pötilaohjattua atominsiirtoreaktiota, jossa alikloori-hapoke ja hypokloriitti reagoivat muodostaen kloraattia ja joka suoritetaan mieluummin 80-ll0°C:ssa. Sen jälkeen elektrolyytti-tuotenesteseos virtaa ylöspäin elektrodien ohi lisäelektrolyysiä ja lisähypokloriitin tuotantoa varten.

Keksinnön kuvassa 6 esitetyssä toteutusmuodossa on läsnä pari poistokanavia, jotka kummatkin peittävät oman elektrodin sarjansa, mutta haluttaessa voidaan käyttää vain yhtä tällaista rakennetta tai suurempaa määrää niitä, esim. kolmea. Käytettäessä useampia yksikkökenno-jen sarjoja kuvatulla tavalla saadut edut ovat tuotteiden sekoittumisessa molemmista sarjoista yhtenäisemmän klo-raattiliuoksen tuottamiseksi laitteistossa ja kyvyssä käyttää pienempiä poistokanavarakenteita (suuret voivat vaatia raskaampia konstruktioita jne.). Elektrolyytin kierrätys tapahtuu kuvassa 6 esitetyllä tavalla noudattaen nuolien 137 reittejä.

Tämän keksinnön eri komponenttien rakennemateriaalit ovat alaan perehtyneille tuttuja ja niitä on saatavissa. Laitteiston kotelo tai vaippa voi olla mitä tahansa sopivaa rakennemateriaalia, kuten titaania, polypropeenia, jälki-klooratulla polyvinyylikloridilla päällystettyä terästä, 15 68428 PTFE-päällysteistä terästä ja titaanilla verhottua terästä. Kuvan 1 laitteiston sisälevy ja pohjalevyt voivat olla samantapaisia materiaaleja hiiliteräksen ollessa tavallisesti suositeltava. Suppeneva poistokanava ja kupu- tai vaipparakenteet on mieluummin valmistettu ti-taanimetallista, vaikka lasikuitu, polypropeeni ja vastaavat materiaalit ovat myös tyydyttäviä. Toisinaan saattaa olla suositeltavaa käyttää lasikuitulujitepolymeere-ja laitteiston osiin. Normaalisti anodit ja katodit voivat olla samoja tyyppejä kuin kloraattikennoissa tavallisesti käytetään. Esimerkiksi platina-iridiumpäällys-teiset titaanianodit ja hiiliteräskatodit ovat hyödyllisiä, vaikka erilaisia muita hyvin tunnettuja anodi- ja katodimateriaaleja voidaan käyttää niiden sijasta. Eräs suositeltava päällyste titaanianodilla on 70:30 platina-iridiumseos, mutta tätä suhdetta voidaan vaihdella ja platina-ruteenia, ruteenidioksidia ja ruteenin sekaoksi-deja voidaan myös käyttää. Nämä ja muut suositeltavat anodit ovat niitä, jotka tunnetaan markkinoilla dimensio-stabiileina anodeina. Käytetyt anodit ja katodit voivat olla umpi- ja verkkomuodossa, viimemainitun ollessa usein suositeltava ja suositeltavan rakennemateriaalin ollessa teräs. Tietyt liitännät, kuten kokoomakiskokoon-panot voivat olla titaanilla päällystettyä kuparia (erittäin suositeltava). Käytetyt tiivisteet ovat mieluummin EPDM-materiaalia (eteenipropeenidiamiinimonomeerin polymeeri) , PTFE:ä, polykloropreeniä tai silikonikumia, mutta keksinnön suojapiiriin kuuluu käyttää muitakin synteettisiä orgaanisia polymeerejä edellyttäen, että niillä on riittävä tiivistysvoima (elastomeerisia polymeerejä on suositeltavaa käyttää)- Tällaisia muita sopivia muoveja ovat polyuretaanit, polyeteeni, polypropeeni ja polyvinyy-likloridi. Kun EPDM:ä käytetään (suositeltava), se on mieluummin peroksidivulkanoitu.

i 68428 16

Kuvatut laitteistot toimivat tavallisesti lämpötiloissa välillä 10-110°C, mieluummin välillä 70-l05°C ja vielä mieluummin välillä 80-105°C 2,3-4,5 tai 5 voltin ja mieluummin 2,3-3 voltin jännite-erolla ja virrantiheydellä välillä 0,1-0,7 A/cm^, mieluummin välillä 2 0,1-0,5 ja vielä mieluummin välillä 0,1-0,3 A/cm anodi- 2 pintaa, kaikkein mieluimmin välillä 0,2-0,3 A/cm . Kennot ovat mieluummin pienen virrantiheyden kennoja, joilla on parannetut käyttöhyötysuhteet. Kennoon menevän ruo-kasuolaliuospanoksen väkevyys on normaalisti 180-350 g/1 natriumkloridia, mieluummin 180-320 g/1 ja poistettava natriurakloraatin väkevyys on välillä 250-750 g/1, mieluummin 300-750 g/1 ja kaikkein mieluimmin n. 300-700 g/1. Tämä kloraattiliuos sisältää tavallisesti myös n. 80-160 tai 200 g/1 natriumkloridia ja mieluummin 100-160 g/1 ja 0,5-10 g/1 natriumhypokloriittia, mieluummin 1-6 g/1 ja vielä mieluummin 2-6 g/1. Kennon toiminnan parantamiseksi on toivottavaa, että läsnä on dikromaatti-ionia ja näin ollen elektrolyytti voi sisältää 0,5-10 g/1 ^2^20.7, mieluummin 1,5-5 g/1 ja usein noin 2,5 g/1. Toivottava nopeus putkijohdossa suppenevan poisto-kanavarakenteen yläosassa parhaan virtauksen ja sekoittumisen saavuttamiseksi ko. putkijohdossa ja kapenevas-sa suppilo-osassa on usein välillä 20-100 cm/s ja voi mieluummin olla 35-70 cm/s.

Kuvatuissa olosuhteissa kokeellinen kloraattihyötysuhde välillä 90-99 % on saavutettavissa tämän hyötysuhteen ollessa tavallisesti välillä 93-98 %. Nämä hyötysuhteet voidaan saavuttaa käyttäen platina-iridium- tai vastaavia päällysteitä titaanin pinnalla platinan ja iridiumin suhteiden ollessa 7:3 ja korkeintaan n. 98°C:n käyttö-lämpötiloissa, jonka yläpuolella hyötysuhteet saattavat jonkin verran laskea.

17 68428

Tyypillisessä kuvan 1 esittämää tyyppiä olevassa (ja myös kuvan 6) kennossa haluttu poistokanavan nopeuden ja laitteiston ympäröivän tilan nopeuden välinen suhde on tavallisesti n. 2/5:1-50:1 ja mieluummin välillä 2,5:1-10:1. Tällaiset nopeussuhteet johtavat hyvään elektrolyytin, tuotteen ja kaasujen sekoittumiseen poistokanavassa, mikä edelleen edistää niden reagoimattomien komponenttien reaktiota samalla, kun se kuitenkin mahdollistaa riittävän viipymisajan ympäröivässä tilassa hypokloriitin konversion sallimiseksi kloraatiksi merkittävällä nopeudella. Käyttöolosuhteissa ja kuvatuilla laitteistoilla havaitaan, että tuotettu vety sisältää alle 3 % happea tilavuudesta, mieluummin alle 1,5 % sitä, mikä osoittaa, että tapahtuu vain vähän epämieluisaa klo-raatin tai halaatin ja hapen elektrolyyttistä muodostumista ja muiden kaasujen, kuten kloorin, hiilidioksidin ja typen määrät ovat vielä pienemmät.

Kuvassa 1 esitetyn kaltaisessa laitteistossa, jonka mitat ovat korkeus 5 metriä ja halkaisija 1,4 m, jossa suppeneva poistokanava on n. 2,8 m korkea ja sen putkijohto on n. 0,2 m leveä ja 1 m pitkä, joka on varustettu 81 anodilla ja 80 katodilla, jotka vievät 100 000 A:n virran n. 2,8 voltin jännitteellä ja toimivat 330 päivää vuodessa 24 tuntia vuorokaudessa, tuotetaan n. 500 tonnia natriumkloraattia vuodessa. Virtausnopeus poisto-kanavan läpi tämän toiminnan aikana on tavallisesti n. 4000-6500 1 /min lämpötilassa välillä 80-ll0°C ja tämä nopeus on saavutettavissa ilman pumppauslaitteen tarvetta. Havaitaan, että tämä nopeus vastaa n. 1-2 tilavuusvaih-toa minuutissa, mutta 0,3-5 vaihtoa on myös toimiva riippuen olosuhteista.

Kyseisen tyyppiset pienen virrantiheyden kloraattikennot ovat edullisia monista syistä, joista useita on jo mainittu. Mikä tärkeintä käyttäen yksinkertaisia rakenteita, 18 68428 jotka on suhteellisen helppo valmistaa, asentaa ja huoltaa ne tekevät mahdolliseksi tuottaa halaatteja tehokkaasti ja taloudellisesti. Sivumennen "halaatin" on tarkoitettu kattavan natriumin ja kaliumin kloraatit ja muiden toimivien kationien kloraatit ja bromaatit ja jodaatit toimivassa määrin. Useiden, tavallisesti 10-100 elektrodin keskittäminen yhden kerääjärakenteen alle säästää erillisten poistokanavien monimutkaista valmistusta, jotka peittävät vain 2-8 elektrodia ja tekee poistokanavan vähemmän alttiiksi tukkeutumaan saostumasta, korroo-siotuotteista ja vieraasta aineesta, jota on saattanut päästä laitteistoon. Suppeneva rakenne ja pienemmän poikkipinta-alan poistokanava, joka on yhteydessä siihen, johtavat kloorin ja emäksen toivottuun sekoittumiseen, joista tulee klooria, alikloorihapoketta ja hypokloriittia, mikä edistää niiden reaktiota; kuitenkin suurempi osa laitteistoa, joka hidastaa nesteen virtausta, helpottaa kloraatin tuotantoa hypokloriitista ja alikloori-hapokkeesta. Vetykaasu, joka poistetaan laitteiston yläosasta, edistää virtausta ja reagenssien keskinäistä sekoittumista elektrodien välisessä tilassa ja suppenevassa poistokanavassa, mutta koska se poistetaan laitteiston yläpäässä, se ei häiritse kloraatin tuotantoa hypokloriitista. Piirroksessa esitetyt virtausreitit mitä tulee keksinnön kuvissa 1, 4, 5 ja 6 esitettyihin toteutusmuotoihin takaavat, että ei esiinny mitään epämieluisaa elektrolyyttien keskinäistä sekoittumista, koska mitään alaspäin suuntautuvaa virtausta ei ole elektrodien välissä, ja takaavat myös, että elektrolyyttiä kierrätetään jatkuvasti ylöspäin näiden elektrodien ohi halutulla nopeudella ja ilman "kuolleita" kohtia laitteistossa, jotka saattaisivat johtaa hapen kehittymiseen, kloraatin elektrolyyttiseen muodostumiseen ja hyötysuhteen menetyksiin. Johtuen kuvattujen laitteistojen rakenteesta on selvää, että vuoto useiden tiivisteiden läpi eri elektro-deihin menevien johtimien ympärillä minimoituu. Sitä paitsi kuvatut rakenteet helpottavat laitteistojen purka- 19 68428 mistä ja huoltoa. Esimerkiksi mitä tulee kuvan 1 laitteistoon, huoltaminen voidaan suorittaa helposti pelkästään irrottamalla pultit elektrodimoduuleista, mikä mahdollistaa elektrodien poiston vaihtoa tai korjausta varten. Tuotevuodon estäminen on tärkeää, koska monilla kloraattilaitteistoilla liikaa aikaa kuluu tiivisteiden vaihtamiseen erityisesti siellä, missä anodijohti-met menevät laitteiston sisään. Tämä menetelmä eliminoi moninkertaiset tiivisteet vähentäen täten mahdollisten vuotokohtien lukumäärää. Energiakustannukset pienenevät tässä keksinnössä anodimateriaalin tarkalla sijoittamisella halutulle lähietäisyydelle katodimateriaalis-ta, käyttäen pientä virrantiheyttä ja alentaen siten jännitettä. Elektrodikustannukset pienenevät, koska anodi-materiaalissa ei tarvita taivutuksia, mikä tekee elektrodien uudelleenpäällystyksen helpommaksi ja eliminoi eräitä tällaisten laitteistojen kalliimpia komponentteja, esimerkiksi moninkertaisia titaanilla verhottuja johdin-tankoja ja titaanivahviste!ta. Myös kennon sisäinen rakenne tekee helpommaksi katodien vaihtamisen, kun ne ovat kuluneet loppuun, tavallisesti johtuen korroosiosta tai vetyhaurastumisesta. Kennorakenne yksinkertaistuu ja voidaan saavuttaa tarkemmat toleranssit käyttämättä aikaa vieviä menetelmiä, joita normaalisti vaaditaan elektrolyysikennojen uusimisissa. Toinen etu on kuvissa 1 ja 6 esitettyjen eri tyyppisten laitteistojen vaih-tokelpoisuus.

Erilaisia keksinnön muunnoksia voidaan käyttää, joista joitakin on mainittu aikaisemmin. Niinpä kuten kuvassa 6, jossa laitteistossa on useita poistokanavia, samoin voidaan useita kuvan 1 poistokanavia halattaessa käyttää. Poistokanavarakennetta voidaan sen suppenevasta osasta edelleen modifioida sen lyhentämiseksi pituussuunnassa ja ylöspäin samoin kuin poikkisuunnassa ja ylöspäin tai lyhentää vain pituussuunnassa ja ylöspäin. Kuitenkaan 20 68428 tällaiset rakenteet eivät ole suositeltavia eivätkä osoita johtavan kaikkein toivottavimpaan nestevirtaukseen. Etäisyyksiä poistokanavien ja useiden kuvan 6 suppenevien poistokanavien putkijohtojen välillä voidaan muutella, mutta normaalisti nämä etäisyydet ovat vain muutamia prosentteja, esim. 2-20 % ja mieluummin 2-7 % putki-johtojen kokonaispituuksista, joiden välillä vapaat välit sijaitsevat. Joissakin tapauksissa mitään vapaita välejä ei ehkä ole läsnä kuvan 6 eri suppenevien poistokanavien välillä. Suppenevien poistokanavien suppenevat osat voivat olla sopivasti käyriä mieluummin kuin suoraseinämäi-siä ja samoin laitteiston muiden eri osien muotoja voidaan muuttaa. Materiaalien lisäyksiin ja poistoihin tarkoitettujen laitteiston aukkojen sijaintia voidaan muuttaa. Sisäisten putkijohtojen muotoja levyssä kuvan 1 laitteiston ylä- ja alakotelo-osien välillä voidaan muuttaa samoin kuin niiden avointa aluetta, mutta normaalisti tämä alue on 50-95 % siitä, joka on käytettävissä suppenevan poistokanavan päätyseinämien ja laitteiston seinämän välillä. Elektrodien muotoja voidaan muuttaa niin, että putkijohdon muotoa elektrodien alla elektrolyytin virtausta varten kohtiin, joissa se voi liikkua ylöspäin elektrodien välissä, voidaan myös muuttaa, mutta normaalisti suorakulmainen muoto, kuten se, joka on esitetty, on erittäin suositeltava. Jos nopeudet ovat liian pienet pelkistä kaasun vaikutuksista, voidaan käyttää lisäpump-pua, mutta tämä ei ole tavallisesti välttämätöntä eikä edes toivottavaa. Erilaisia muita laitteiston muunnoksia voidaan myös tehdä poikkeamatta tässä esitetyistä ohjeista.

Tämän keksinnön prosessikohtaa kuvataan nyt seuraavissa esimerkeissä. On kuitenkin ymmärrettävä, että esimerkit on annettu vain kuvaavina eikä keksintö rajoitu niihin. Kaikki lämpötilat tässä patenttimäärityksessä ovat °C-yksiköissä ja kaikki osat paino-osina ellei toisin mainita.

21 68428

Esimerkki I

Käytetään kuvassa 4 tai 5 esitetyn tyyppistä laitteistoa, jossa on yksi tai kaksi jäähdytyskierukkaa, kotelon mittojen ollessa 5,2 metriä (korkeus) kertaa 1,4 metriä (halkaisija). Jäähdytyskierukoita voidaan parhaiten käyttää R-2-liuoksen valmistukseen, joka sisältää n.

330-340 g/1 natriumkloraattia ja n. 190-200 g/1 natrium-kloridia, sillä kiteinen tuote ei ole suositeltava tällä toimintamenetelmällä, siis jäähdytyskierukalla. Sopivan ruokasuolaliuoksen syöttönopeuden ja suolaväkevyyden valinta tuottaa R-2-liuoksen suoraan tästä keksinnön toteutusmuodosta. Sen muut eri rakenneosat ovat suunnilleen yhdenmukaiset, mutta käytetään 81 anodia ja 80 katodia. Anodit ovat dimensiostabiileja anodeja, joissa on platina-iridiumpäällyste titaanialustan päällä, platinan ja iridiumin prosenttien ollessa 70 ja 30 päällysteessä. Katodit ovat vähähiilistä terästä. Anodit ja katodit ovat moduuliyksikköjä, jotka helpottavat huoltoa.

Kennoon syötetty elektrolyytti on ruokasuolaliuosta, jossa on n. 300 (290-320) g/1 natriumkloridia vedessä ja joka sisältää myös n. 2 g/1 natriumdikromaattia. Ennen elektrolyytin syöttöä kenno huuhdotaan typellä ja tämä huuhtelu voidaan suorittaa myös samalla, kun elektrolyyttiä lisätään ja jälkeenpäin. Laitteistoa käytetään vir- 2 rantiheydellä välillä 0,12-0,68 A/cm virrantiheyden 2

ollessa suurimman osan toiminnasta n. 0,2 A/cm niin, että jännite on välillä 2,5-4,5 V. Virtausnopeus elektrodien ohi ja ylös suppenevan poistokanavan putkijohtoa on välillä 40-70 cm/s ja käyttölämpötila on välillä 70-98°C. Veden virtaus kaksoisjäähdytyskierukoiden (kuva 4) läpi on ^ 13 g/min, ΔΡ-arvon ollessa 410 kPa, tulolämpötilan 25°C ja poistolämpötilan 48°C kummankin kierukan läpi kennon toimiessa n. 95°C:ssa. Veden virtaus yhden jääh-dytyskierukan (kuva 5) läpi on 21 g/min ΔΡ-arvon ollessa 410 kPa, tulolämpötilan 25°C ja poistolämpötilan 40°C

68428 kennon toimiessa 95°C:ssa. Elektrolyytin virtaukset vaihtelevat välillä 4000-6000 1/min ja kenno toimii säännöllisesti. Toiminnan aikana tehdään virtaus-nopeusmittauksia ja havaitaan, että 70°C:ssa saavutetaan 49 cm/s:n nopeus, mikä vastaa 4900 1/min. 90°C:ssa tämä nopeus on 55 cm/s vastaten 5500 1/min. 98°C:ssa nopeus on 59 cm/s ja virtausnopeus on 5900 1/min. Näissä olosuhteissa kokeellinen kloraattihyötysuhde on välillä 95-98 %. 95°C:ssa nopeus on 57 cm/s, mikä vastaa 5700 1/min. Kloraatin tuotantonopeus on n. 70 000 tonnia laskettuna 24 tunnin käytön perusteella 330 päivänä vuodessa laitoksessa, jossa toimii 140 tällaista laitteistoa. Saadulla tuotteella voi olla natriumkloraatti-väkevyys välillä n. 330-(R-2-väkevyys) - 700 g/1 riippuen halutusta väkevyydestä, natriumkloridipitoisuuden ollessa 80-200 g/1 (jälkimmäisen ollessa R-2-väkevyys) ja natriumhypokloriittipitoisuuden ollessa 2-6 g/1. Esimerkiksi toimittaessa 90°C:ssa natriumkloraattiväkevyys on n. 550 g/1, natriumkloridiväkevyys on n. 125 g/1, nat-riumhypokloriittiväkevyys on n. 4 g/1 ja poistettu vedyn happipitoisuus on alle 2,5 tilavuus-%.

Esimerkki II

Käytetään kuvissa 1, 2, 3 ja 6 esitetyn tyyppistä laitteistoa, jonka kotelon mitat ovat n. 5,2 metriä (korkeus) kertaa 1,4 metriä (halkaisija). Sen eri rakennekohdat ovat suunnilleen yhdenmukaiset. Käytetään 81 anodia ja 80 katodia. Anodit ovat dimensiostabiileja anodeja, joissa on platina-iridiumpäällyste niukkarautaisen titaani-alustan päällä, Pt*Ir—suhteen ollessa 7:3 jalometallipääl-lysteessä. Katodit ovat vähähiilistä terästä ja sekä anodit että katodit ovat moduulirakennetta vaihtokelpoisuu-den ja huollon helpottamiseksi.

Kennoon syötetty elektrolyytti on ruokasuolaliuosta, jossa on n. (180-200) 190 g/1 natriumkloridia vedessä ja joka 23 68428 sisältää myös n. 5 g/1 natriumdikromaattia. Ennen elektrolyytin syöttämistä kenno huuhdellaan typellä ja tämä huuhtelu voidaan suorittaa samalla, kun elektrolyyttiä lisätään tai jälkeenpäin. Laitteistoa käytetään siten, että virtavuo on n. 100 000 A ja virrantiheys on välillä 0,12-0,23 A/cm2, virrantiheyden ollessa suurimmalla osalla käyttöä n. 0,2 A/cm2 niin, että jännite on välillä 2,4-3 V. Virtauksen nopeus elektrodien ohi ja ylös suppenevan poistokanavan putkijohtoa on välillä 60-70 cm/s ja käyttölämpötila 102-108°C. Systeemi on adiabaattinen (toimii ilman muuta virtaavaa jäähdytys-ainetta kuin ilmaa). Elektrolyyttivirtaus vaihtelee välillä 6000-6500 1/min ja kenno toimii säännöllisesti. Toimittaessa l02°C:ssa nopeus on 62cm/s, mikä vastaa 6100 1/min ja 105°C:ssa nopeus on 64 cm/s, mikä vastaa 6300 1/min ja 108°C:ssa nopeus on 68 cm/s, mikä vastaa 6500 1/min. Ruokasuolaliuoksen virtausnopeus on 23,6 1/h väkevyydeltään 190 g/l:n NaClra 105°C:ssa (suositeltava käyttölämpötila), mikä aikaansaa tuotteen, jossa on 600 g/1 NaClO^ ja 106 g/1 NaCl, nestemäisen tuotteen, joka kiteytyy 35-40°C:ssa. Etuna on, että vaaditaan minimimäärä energiaa natriumkloraatin kiteyttämiseen, kun kennoa ajetaan adiabaattisesti käyttämättä sisäistä tai ulkoista jäähdytysväliainetta lukuunottamatta ympäröivää ilmaa. Kokeellinen kloraattihyötysuhte vaihtelee välillä 93-97 %.

Keksintöä on kuvattu sen eri toteutusmuotojen ja kuvausten suhteen, mutta sitä ei ole rajoitettava näihin, koska on selvää, että alaan perehtynyt tämä patenttimääritys edessään kykenee käyttämään hyväkseen korvaavia ja vastaavia välineitä poikkeamatta keksinnöstä.

Claims (15)

1. 24 68428
2. 1. Elektrolyysilaitteisto alkalimetallihalaatin tuottamiseksi elektrolyytistä, joka koostuu alkalimetallihalidin vesiliuoksesta, käsittäen kotelon (15, 17) ja useita pystysuuntaisia ja samansuuntaisia anodeja (27) ja katodeja (29) , jotka ovat vuorotellen kotelossa niin, että anodeilla (27) ja katodeilla (29) syntyvät elektrolyysituotteet voivat olla kosketuksissa elektrolyytissä ja elektrodien välissä, missä ne voivat reagoida hypo-haliitin muodostamiseksi, tunnettu siitä, että se käsittää lisäksi kotelossa (15, 17) olevan pystyasentoisen, virtausta ohjaavan suppenevan piippurakenteen (31), joka ulottuu elektrodien (27, 29) päälle ja kapenee kanavaksi (39), jonka läpi hypohalii-tin sisältävä elektrolyytti nousee vuorottain olevien anodien (27) ja katodien (29) välistä alkalimetallihalidin elektrolyysin aikana elektrodiparien välissä muodostuvan vedyn nostovoiman takia ja jossa kanavassa (39) hypohaliitin sisältävä elektrolyytti sekoittuu, laitteet ainakin osan kehittynyttä ja kanavan (39) läpi kulkenutta vetyä poistamiseksi kotelon (15, 17) sisältä ja sen huipulta ja kotelon (15, 17) sisällä olevat palautuslait-teet elektrolyytin, josta vety on ainakin osaksi poistettu, virtauksen hidastamiseksi niin, että hypohaliitti muuttuu halaa-tiksi ja halaatin sisältävän elektrolyytin palauttamiseksi laitteen pohjalle sen jälkeen tapahtuvaa, ylöspäin suuntautuvaa liikettä varten.
3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että anodit (27) ja katodit (29) on kiinnitetty takale-vyihin (34, 38), jotka muodostavat elektrodimoduuliyksiköt (51, 38) .
4. 3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että se sisältää lämmönvaihtimen (80, 84, 92·) lämmön poistamiseksi elektrolyytistä. 1 Patenttivaatimuksen 3 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että lämmönvaihdin (80, 84, 92) sisältää vähintään yhden jäähdytyskierukan. 25 68428
5. 5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että ylä- ja alakotelo-osat (15, 17) sisältävät aukot tai vapaat välit kotelon päissä ja putkijohdon ja kotelon seinämien välissä, joiden läpi elektrolyytti kulkee alaspäin laitteiston pohjalle seuraavaa ylöspäin suuntautuvaa liikettä varten elektrodien välissä.
6. 6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että suppeneva piippurakenne (31, 33) on samanlaajuinen anodi- ja katodiyhdistelmien kanssa peittäen sanotut yhdistelmät ja kaventuen 45-95°:n kulmassa (22) muodostaakseen putkijohdon (39), jonka poikkileikkaus on yhtenäinen.
7. 7. Patenttivaatimuksen 5 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että putkijohto (39) sijaitsee keskeisesti suppenevan piippurakenteen suhteen ja tämä rakenne sisältää kartiomaiset sivut (33) elektrolyytin ja kaasun kulkutien supistamiseksi putkijohtoon (39).
8. 8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että suppeneva piippurakenne (53) kapenee putkijohdoksi (39), joka ulottuu joidenkin elektrodien yli ja jonka vaakasuora poikkipinta-ala on 10-40 % suppenevan piippurakenteen vaakasuorasta poikkipinta-alasta sen leveimmässä osassa.
9. 9. Patenttivaatimuksen 7 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että suppeneva piippurakenne (105) sisältää kupuosat (119, 121, 123), jotka ulottuvat alaspäin suppenevan piippukana-van sivuseinämiltä alakoteloon.
10. 10. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että siinä on useita suppenevia piippuraken-teita (135) .
11. 11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että se sisältää vähintään yhden jäähdytyskierukan (80, 84, 92). 26 6 8 4 2 8
12. 12. Menetelmä alkalimetallikloraatin valmistamiseksi, tunnettu siitä, että ajetaan sähkövirtaa elektrolyysilait-teistossa olevaan alkalimetallikloridin vesiliuokseen pääasiassa kloorin, alkalimetallihypokloriitin, alikloorihapokkeen ja vedyn tuottamiseksi, joista kloori ja alkalimetallihypokloriitti, ali-kloorihapoke ja vety reagoivat paikalla muuttaen oleellisen osan hypokloriitista alkalimetallikloraatiksi, jolloin laitteisto käsittää kotelon (15, 17), useita pystysuuntaisia ja samansuuntaisia anodeja (27) ja katodeja (29), jotka ovat vuorotellen kotelossa siten sovitettuina, että anodeilla (27) ja katodeilla (29) syntyvät elektrolyysituotteet pidetään kosketuksissa elektrolyytissä ja elektrodien välissä, missä ne saatetaan reagoimaan hypohaliitin muodostamiseksi, syötetään hypohaliitin sisältävä elektrolyytti vuorottelevien anodien (27) ja katodien (29) välistä kotelossa (15, 17) olevaan pystyasentoiseen, virtausta ohjaavaan suppenevaan piippurakenteeseen (31), joka ulottuu elektrodien (27, 29) päälle ja kapenee kanavaksi (39) käyttäen alkalimetallihalidiliuoksen elektrolyysin aikana elektrodiparien välissä muodostuvan vedyn nostovoimaa, pidetään hypohaliitin sisältävän elektrolyytin nopeus kanavassa välillä 20-100 cm/s, poistetaan kotelon (15, 17) sisältä ja sen huipulta ainakin osa kehittyneestä ja kanavan (39) läpi kulkeneesta vedystä, hidastetaan elektrolyytin, josta vety on ainakin osaksi poistettu, virtausta niin, että hypohaliitti muuttuu halaatiksi ja palautetaan halaatin sisältävä elektrolyytti laitteen pohjalle sen jälkeen tapahtuvaa, ylöspäin suuntautuvaa liikettä varten.
13. 13. Patenttivaatimuksen 12 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että elektrolyytti jäähdytetään kun se palautetaan laitteen pohjalle.
14. 14. Patenttivaatimuksen 12 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että elektrolyytin nopeus kanavassa on 0,2-0,8 kertaa elektrodien ohi kulkevan elektrolyytin nopeus.
15. 15. Patenttivaatimuksen 12 mukainen menetelmä, tunne etu siitä, että elektrolyytistä erotetun kaasun happikaasupitoisuus pidetään alle 3 til-%. 27 68428