FI88410C - ELEKTROLYSCELL - Google Patents
ELEKTROLYSCELL Download PDFInfo
- Publication number
- FI88410C FI88410C FI881186A FI881186A FI88410C FI 88410 C FI88410 C FI 88410C FI 881186 A FI881186 A FI 881186A FI 881186 A FI881186 A FI 881186A FI 88410 C FI88410 C FI 88410C
- Authority
- FI
- Finland
- Prior art keywords
- cell
- catholyte
- layer
- anolyte
- electrode
- Prior art date
Links
Landscapes
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Description
1 884101 88410
Elektrolyysikenno Tämä keksintö liittyy sähkökemiallisessa kalvoken-nossa käytettävän elektrodin parannettuun rakenteeseen.This invention relates to an improved structure of an electrode for use in an electrochemical membrane cell.
5 Erityisemmin esillä oleva keksintö liittyy monikerros-elektrodiin, jota käytetään väkevien vetysulfiittiliuos-ten kaupalliseen tuotantoon sähkökemiallisessa kalvoken-nossa.More particularly, the present invention relates to a multilayer electrode used in the commercial production of concentrated hydrogen sulfite solutions in an electrochemical membrane cell.
On tehty monia epäonnistuneita yrityksiä sellai-10 sen prosessin kehittämisessä alkalimetallivetysulfiit-tien, esim. natriumvetysulfiitin tai kaliumvetysulfiitin valmistamiseksi sähkökemiallisesti, joka voi kilpailla kaupallisesti tavanomaisten sinkkipelkistysprosessien kanssa, jotka käyttävät joko natriumamalgaamia tai metal-15 lista rautaa. Sähkökemiallinen prosessien vetysulfiittien valmistamiseksi käsittää bisulfiitti-ionien pelkistämisen vetysulfiitti-ioneiksi. Jotta tämä prosessi olisi taloudellinen, kennossa täytyy käyttää virtatiheyksiä, jotka ovat riittäviä tuottamaan väkeviä vetysulfiittiliuoksia 20 korkeilla virta-höytysuhteilla.Many attempts have been made to develop a process for the electrochemical production of alkali metal hydrogen sulfite, e.g., sodium hydrogen sulfite or potassium hydrogen sulfite, which can compete commercially with conventional zinc reduction processes using either sodium amalgam or metallic iron. Electrochemical processes for the preparation of hydrogen sulfites involve the reduction of bisulfite ions to hydrogen sulfite ions. For this process to be economical, the cell must use current densities sufficient to produce concentrated hydrogen sulfite solutions at high current-to-flux ratios.
Lisäksi kun liuoksia, jotka ovat voimakkaita pelkistäviä aineita ja tehokkaita valkaisuaineina, on käytettävä paperiteollisuudessa, täytyy minimoida ei-halut-tu sivutuotteena tapahtuva tiosulfaatin muodostuminen 25 epäpuhtautena vetysulfiitista. Korkeissa vetysulfiitti-pitoisuuksilla tämä sivutuotereaktio tulee kuitenkin vai-. keaksi kontrolloida.In addition, when solutions that are strong reducing agents and effective as bleaching agents must be used in the paper industry, the formation of undesired by-product thiosulfate as an impurity from hydrogen sulfite must be minimized. However, at high hydrogen sulfite concentrations, this by-product reaction becomes difficult. to control.
. . Lisäksi aikaisemmat sähkökemialliset tiet vety- sulfiittiin ovat tuottaneet vesiliuoksia, jotka ovat epä-30 stabiileja ja hajaantuvat nopeasti. Tämä vetysulf iitin korkea hajoamisnopeus pyrkii kasvamaan, kun pH pienenee :/·· tai reaktiolämpötila kasvaa. Yksi tapa kontrolloida hali : jaantumisnopeutta on pienentää aikaa, jonka liuos on ken- : nossa ja ylläpitää virrantiheys niin suurena kuin mah- 35 dollista kriittiseen virrantiheyteen saakka, jonka ylä- 2 88410 puolella tapahtuu sekundaarireaktioita seurauksena katodin polarisaatiosta.. . In addition, previous electrochemical pathways to hydrogen sulfite have produced aqueous solutions that are unstable and rapidly decompose. This high rate of decomposition of hydrogen sulfide tends to increase as the pH decreases: / ·· or the reaction temperature increases. One way to control the rate of halide distribution is to reduce the time the solution is in the cell and to maintain the current density as high as possible up to a critical current density at the upper side of which secondary reactions occur as a result of cathode polarization.
Muutamat tunnetut prosessit, jotka tekevät vety-sulfiittisuoloja sähkökemiallisesti, vaativat veteense-5 koittuvien orgaanisten liuottimien, kuten metanoli, käyttöä vetysulfiitin liukenevuuden pienentämiseksi ja sen hajaantumisen estämiseksi kennon sisäpuolella. Metanolin ja vetysulfiitin kallis talteenotto tekee tämän tavan epätaloudelliseksi.A few known processes for making hydrogen sulfite salts electrochemically require the use of water-miscible organic solvents, such as methanol, to reduce the solubility of hydrogen sulfite and prevent its decomposition inside the cell. Expensive recovery of methanol and hydrogen sulfite makes this method uneconomical.
10 Sinkin käyttö vetysulfiittien stabilointiaineena sähkökemiallisissa prosesseissa on myös raportoitu, mutta johtuen ympäristötekijöistä, tämä ei ole enää taloudellisesti käytännöllistä tai haluttua.10 The use of zinc as a stabilizer for hydrogen sulphites in electrochemical processes has also been reported, but due to environmental factors, this is no longer economically feasible or desirable.
US-patenttijulkaisu nro 4 144 146, joka on myön-15 netty 13.3.1979 B. Leuthner et ai:lie, selostaa sähkökemiallisen prosessin vetysulfiittiliuosten tuottamiseksi elektrolyyttisessä kalvokennossa. Prosessi käyttää suuria kiertonopeuksia katolyytille, joka kulkee kennon pohjassa olevan sisääntulon kautta ja poistetaan kennon yläosassa, 20 niin että aikaansaadaan reaktionaikana tuotettujen kaasujen edullinen poisto. Katolyyttivirtaus katodien pinnan yli ylläpidetään nopeudella, joka on ainakin 1 cm/s ja katodi on muodostettu puristettuja sintrattuja kuituja olevista kuituisista matoista, jossa silmäväli on 5 mm 25 tai pienempi. Prosessin selostetaan tuottavan väkeviä al-kalimetallivetysulfiittiliuoksia kaupallisesti käyttökelpoisilla virrantiheyksillä; kuitenkin tarvittavat kenno-jännitteet ovat suuria, ollen alueella 5-10 volttia. Tästä seuraa liian suuri energiankulutus. Julkaisussa 30 ei ole mitään mainintaa tiosulfaattiepäpuhtauden pitoisuuksista tuoteliuoksissa.U.S. Patent No. 4,144,146, issued March 13, 1979 to B. Leuthner et al., Describes an electrochemical process for producing hydrogen sulfite solutions in an electrolytic membrane cell. The process uses high rotational speeds for the catholyte passing through the inlet at the bottom of the cell and removed at the top of the cell, so as to provide advantageous removal of the gases produced during the reaction. The catholyte flow over the surface of the cathodes is maintained at a rate of at least 1 cm / s and the cathode is formed of fibrous mats of compressed sintered fibers with a mesh size of 5 mm or less. The process is described as producing concentrated alkali metal hydrogen sulfite solutions at commercially useful current densities; however, the required cell voltages are high, ranging from 5 to 10 volts. This results in excessive energy consumption. There is no mention in publication 30 of the concentrations of thiosulfate impurity in product solutions.
Sellaisten elektrodien saatavuus, joilla on suuri-massainen siirtopinta-ala ja on suuri pinta-ala-tilavuus-suhde ja riittävä huokoisuus, on rajoittanut kaupallises-35 ti käyttökelpoisen sähkökemiallisen kennomallin kehittämistä sellaisten vesipitoisten alkalimetallisulfiittien 3 88410 tuotantoa varten, joilla on alhaiset alkalimetallitiosul-faattipitoisuudet epäpuhtauksina.The availability of electrodes with high mass-to-mass transfer surface area, high surface area to volume ratio, and sufficient porosity has limited the development of a commercially viable electrochemical cell model for the production of aqueous alkali metal sulfites 3,88410 with low alkali metal sulphate sulfates. as impurities.
Nämä ja muut ongelmat ratkaistaan esillä olevan keksinnön mallissa, joka käyttää parannettua monikerros-5 elektrodia elektrolyyttisessä kalvokennossa alkalimetalli-vetysulfiitin tuotantoa varten.These and other problems are solved in the model of the present invention using an improved multilayer 5 electrode in an electrolytic film cell for the production of alkali metal hydrogen sulfite.
Esillä olevan keksinnön päämääränä on aikaansaada parannettu monikerroselektrodi käytettäväksi sähkökemiallisessa kennossa.It is an object of the present invention to provide an improved multilayer electrode for use in an electrochemical cell.
10 Esillä olevan keksinnön toisena päämääränä on ai kaansaada parannettu monikerroselektrodi, joka on hyvin huokoinen ja joka aiheuttaa matalan kokonaispaineen pudotuksen elektrolyyttinesteessä, joka virtaa elektrolyytin läpi.Another object of the present invention is to provide an improved multilayer electrode which is highly porous and which causes a low total pressure drop in the electrolyte fluid flowing through the electrolyte.
15 Esillä olevan keksinnön lisäpäämääränä on aikaan saada parannettu monikerroskatodi käytettäväksi sähkökemiallisessa kalvokennossa, joka tuottaa vesipitoisia al-kalimetallivetysulfiittiliuoksia, joissa on alhaisemmat alkalimetallitiosulfaattiepäpuhtauksien konsentraatiot 20 suurilla virrantiheyksillä.It is a further object of the present invention to provide an improved multilayer cathode for use in an electrochemical membrane cell that produces aqueous alkali metal hydrogen sulfite solutions with lower concentrations of alkali metal thiosulfate impurities at high current densities.
Esillä olevan keksinnön piirteenä on, että parannettu monikerroselektrodi omaa korkean hapetus- ja pelkis-tysselektiivisyyden suurilla virrantiheyksillä kaasuja kehittämättömässä reaktiossa.It is a feature of the present invention that the improved multilayer electrode has high oxidation and reduction selectivity at high current densities in a non-gas generating reaction.
# · » 25 Esillä olevan keksinnön toisena piirteenä on, että .parannetulla monikerroksisella elektrodilla on ainakin tu- ____. kikerros, ensimmäinen kuitukerros ja toinen vähemmän tii- . . vis kuitukerros, jotka on puristettu ja liitetty yhteen.Another feature of the present invention is that the improved multilayer electrode has at least a ____. the first layer of fibers and the second less tii-. . vis a layer of fibers compressed and joined together.
* ; Esillä olevan keksinnön vielä eräänä piirteenä on, 30 että katolyytin virtausreitti pakottaa katolyytin tekemään monia läpikulkuja monikerroksisen huokoisen katodin läpi, joka on muodostettu sintratuista lankakuiduista, i jotka on sijoitettu rei'itetyn tukikerroksen tai levyn .·. ; ja verkon väliin.*; Yet another feature of the present invention is that the flow path of the catholyte forces the catholyte to make multiple passages through a multilayer porous cathode formed of sintered wire fibers disposed in a perforated support layer or sheet. ; and the network.
i 35 Esillä olevan keksinnön vielä eräänä piirteenä on, , että käytetään katodivirtaussulkua suuntaamaan katolyytti- virtaus katodin läpi.Yet another feature of the present invention is that a cathode flow barrier is used to direct the catholyte flow through the cathode.
4 884104,88410
Esillä olevan keksinnön etu on, että saavutetaan korkea hapetus/pelkistysselektiivisyys suurilla virrantiheyksillä elektrolyyttisessä kalvokennossa, joka käyttää monikerroksista elektrodia.An advantage of the present invention is that a high oxidation / reduction selectivity is achieved at high current densities in an electrolytic film cell using a multilayer electrode.
5 Esillä olevan keksinnön toisena etuna on, että mo nikerroksisen elektrodin poikki on vaakasuunnassa alhainen elektrolyytin kokonaispaineen pudotus, kun elektrolyytti tekee useat läpikulkunsa elektrodin läpi.Another advantage of the present invention is that there is a low horizontal drop in the total electrolyte pressure across the multilayer electrode as the electrolyte makes several passes through the electrode.
Esillä olevan keksinnön vielä eräänä etuna on, et-10 tä elektrolyytin alhainen kokonaispaineen pudotus ja monikerroksisen elektrodin malli eivät vaadi suurpainepumpun käyttöä elektrolyytin kierrättämiseksi.Yet another advantage of the present invention is that the low total pressure drop of the electrolyte and the multilayer electrode design do not require the use of a high pressure pump to recycle the electrolyte.
Nämä ja muut keksinnön päämäärät, piirteet ja edut on aikaansaatu elektrolyyttisessä kalvokennossa, joka 15 tuottaa alkalimetallivetysulfiittia sähkökemiallisesti pelkistämällä kierrätetyn vesipitoisen katolyyttiliuoksen alkalimetallibisulfiittikomponenttia kennossa, jossa on parannettu monikerroksinen, laajennetun pinnan omaava, monesta kohtaa läpäisevä, huokoinen katodi ja parannettu 20 katolyytin virtausreitti, jolloin monikerroskatodilla on tukikerros, ensimmäinen kuitukerros, toinen kuitukerros sekä verkkokerros.These and other objects, features and advantages of the invention are provided in an electrolytic film cell which electrically produces alkali metal hydrogen sulfite by electrochemically reducing the alkali metal bisulfite component of a recycled aqueous catholyte solution in a cell support layer, first fiber layer, second fiber layer, and mesh layer.
Keksinnön päämäärät, piirteet ja edut tulevat ilmeisiksi keksinnön seuraavan yksityiskohtaisen selostuk-25 sen tutkimisen jälkeen, erityisesti kun se tehdään yhdessä oheisten piirrosten kanssa, joissa:The objects, features and advantages of the invention will become apparent upon examination of the following detailed description of the invention, particularly when taken in conjunction with the accompanying drawings, in which:
Kuvio 1 on kaavamainen räjähdyskuva elektrolyytti-kennosta 10 esittäen elektrolyytin virtausreitit ja ionien virtausreitit; 30 Kuvio 2 on pystykuva bipolaarisen kennoelektrodin anodipuolesta esittäen osan anoditangoista, jotka peittävät anodin takalevyä muutamien näistä esitetyistä tangoista ollessa poisleikattuja;Fig. 1 is a schematic exploded view of the electrolyte cell 10 showing electrolyte flow paths and ion flow paths; Fig. 2 is an elevational view of the anode side of a bipolar cell electrode showing a portion of the anode rods covering the anode backplate with some of these rods shown cut away;
Kuvio 3 on laajennettu osittainen leikkauskuva, 35 joka on otettu pitkin kuvion 2 viivoja 3 - 3 ja joka esittää anoditangot, kun ne on kiinnitetty elektrodiin; 5 88410Fig. 3 is an enlarged partial sectional view 35 taken along lines 3-3 of Fig. 2 showing the anode rods when attached to the electrode; 5,88410
Kuvio 4 on sivupystykuva bipolaarielektrodin kato-dipuolesta?Figure 4 is a side elevational view of the roof side of the bipolar electrode?
Kuvio 5 on sivuleikkauskuva elektrolyyttikennon bipolaarisesta elektrodielementistä esittäen katolyytin 5 virtausreitin huokoisen katodin läpi katodiosastossa katolyytin jakeluraoista katolyytin keräilyrakoihin tai johtoihin;Fig. 5 is a side sectional view of the bipolar electrode element of the electrolyte cell showing the flow path of the catholyte 5 through the porous cathode in the cathode compartment from the catholyte distribution grooves to the catholyte collection slots or conduits;
Kuvio 6 on sivupystykuva erotinverkosta, joka on sijoitettu anoditankojen ja kalvon väliin; ja 10 Kuvio 7 on osittainen sivuleikkauskuva katodilevys- tä esittäen elektrodirakenteen monet kerrokset.Figure 6 is a side elevational view of a separator network interposed between the anode rods and the membrane; and Fig. 7 is a partial side sectional view of the cathode plate showing many layers of the electrode structure.
Kuten nähdään hajotettuna ja osittain kaavamaisena esityksenä kuviossa 1, suodatinpuristustyyppinen kal-voelektrolyyttikennon, jota on esitetty yleisesti nume-15 rolla 10, on esitetty koostuvan anoditakalevystä 11, ero-tinvälineestä 21, kationiselektiivisestä kalvosta 25, huokoisesta katodilevystä 26 ja katoditakalevystä 28.As seen in an exploded and partially schematic representation in Figure 1, a filter compression type membrane electrolyte cell, generally shown at 10, is shown as consisting of an anode backplate 11, separator means 21, cation selective membrane 25, porous cathode plate 26 and cathode plate 26.
Anoditakalevy 11 ja katoditakalevy 28 muodostavat bipolaarielektrodin vastakkaiset sivut, jotka voi olla 20 työstetty ruostumatonta terästä olevasta levystä tai valettu ruostumattomasta teräksestä. Ruostumaton teräslevy voi esimerkiksi olla muodostettu 304L tai 316 tyyppisestä ruostumattomasta teräksestä, joka on paksuudeltaan 31,7 mm ja joka kestää korroosiota ja on yksinkertaisesti valmis-25 tettu työstämällä tasaisesta levystä kammioiden muodosta-* miseksi, joiden läpi anolyytti ja katolyyttinesteet voi vat kulkea niitä vastaaviin anolyytti- ja katolyyttikam-mioihin. Ruostumattoman teräslevyn paksuus aikaansaa ra-kenteen jäykkyyden ja äärimmäisen tarkan tasaisuuden.The anode back plate 11 and the cathode back plate 28 form opposite sides of the bipolar electrode, which may be machined from a stainless steel plate or cast from stainless steel. For example, the stainless steel plate may be formed of 304L or 316 type stainless steel, 31.7 mm thick, which is corrosion resistant and is simply made by machining a flat plate to form chambers through which anolyte and catholyte fluids can pass through them. anolyte and catholyte chambers. The thickness of the stainless steel plate provides the rigidity of the structure and extremely precise evenness.
30 Katodilevy 26 on asennettu katodilevyyn 28 ruuveilla (ei esitetty), jotka on ruuvattu katodin tukijalustoihin 31, kun taas anoditangot 12 voi olla hitsattu, esimerkiksi TIG-hitsauksella, paikalleen ruostumatonta teräslevyä / . vääntämättä.The cathode plate 26 is mounted on the cathode plate 28 with screws (not shown) screwed to the cathode support bases 31, while the anode rods 12 may be welded, for example by TIG welding, to a stainless steel plate. without twisting.
1 35 Anodirakenne voidaan nähdä yksityiskohtaisemmin kuvioissa 2-4. Kuten kuviossa 2 nähdään, anoditaka- 6 88410 levyllä 11 on useita samansuuntaisesti sijoitettuja, pystysuorasti ulottuvia anoditankoja 12, jotka on hitsattu tankojen ylä- ja alaosuuksissa anoditakalevyyn 11. Nämä tangot 12 ulottuvat koko anoditakalevyn 11 leveyden poik-5 ki, vaikka esityksen yksinkertaisuuden vuoksi tätä jatkuvaa rinta rinnan järjestelyä ei olekaan esitetty kuviossa 2, koska anodin takalevyn 11 keskiosassa olevat tangot on täydellisesti poistettu. Nämä tangot ovat esimerkiksi nikkelilankatankoja, joiden halkaisija on 3,17 mm 10 ja jotka on sijoitettu erilleen toinen toisistaan, niin että vierekkäisten tankojen väliin on muodostettu anodin tankojen välinen rako 20, joka on noin 1,59 mm. Nämä ano-ditangot 12 voivat olla muodostettu nikkeli 200:sta tai jostakin muusta korroosiota kestävästä yhdisteestä, joka 15 aikaansaa alhaiset ylijänniteominaisuudet. Anoditankojen 12 pystysuuntainen sijoittaminen anoditankojen välisen raon 20 kanssa, ks. lyhyesti kuvio 3, aikaansaa selvät virtauskanavat anoditakalevyn 11 pohjalta, jossa anolyyt-tineste tulee sisään anolyytin sisääntuloaukkojen 18 kaut-20 ta anolyytin jakelu-uraan 15, yläosaan. Anolyyttineste virtaa pystysuorassa ylöspäin anoditankojen välisissä raoissa 20 anolyytin keräilyuraan 16 ennen kuin neste poistuu kennosta anolyytin ulosmenoporttien 19 kautta. Anoditankojän 12 pystysuora sijoitus aikaansaa tasaisen 25 virran jakautumisen anodin poikki ja estää kaasutukoksen, joka voi syntyä kaasukuplien muodostumisesta, mikä voi täten pienentää virrantiheyttä toimivassa kennossa.1 35 The anode structure can be seen in more detail in Figures 2-4. As shown in Fig. 2, the anode rear plate 11,88410 has a plurality of parallel, vertically extending anode rods 12 welded in the upper and lower portions of the rods to the anode plate 11. These rods 12 extend across the entire width of the anode plate 11, although for the sake of simplicity of representation. the continuous side-by-side arrangement is not shown in Fig. 2, because the rods in the center of the anode back plate 11 have been completely removed. These rods are, for example, nickel wire rods with a diameter of 3.17 mm 10 and spaced apart so that a gap 20 of about 1.59 mm is formed between the adjacent rods. These anode rods 12 may be formed of nickel 200 or some other corrosion resistant compound that provides low overvoltage properties. Vertical placement of the anode rods 12 with the gap 20 between the anode rods, cf. briefly, Figure 3, provides clear flow channels at the base of the anode back plate 11 where the anolyte fluid enters through the anolyte inlet ports 18 into the top of the anolyte distribution groove 15. The anolyte fluid flows vertically upward in the gaps 20 between the anode rods into the anolyte collection groove 16 before the fluid exits the cell through the anolyte outlet ports 19. The vertical placement of the anode rods 12 provides a uniform current distribution across the anode and prevents gas clogging that can result from the formation of gas bubbles, which can thus reduce the current density in a functioning cell.
Sekä anolyytin sisääntuloaukoissa 18 että anolyytin ulosmenoaukoissa 19 on siirtymälovet 18' ja vastaa-30 vasti 19', jotka on työstetty ruostumattomaan teräslevyyn. Anolyytin sisääntuloaukon siirtymälovet 18' on työstetty anolyytin jakelu-uraan 15 tasaisen siirtymäpinnan aikaansaamiseksi, joka on kartiomainen ja joka välttää eroosio-: syöpymisen, joka voi häiritä anolyytin tasaista virtausta 35 kennoon 10 ja joka voi aikaansaada metallisaastetta, kun eroosiota ja syöpymistä tapahtuu. Anolyytin ulosmenoaukon 7 88410 siirtymälovet 19' ovat molemmat samalla tavoin sijoitetut ja työstetyt.Both the anolyte inlet ports 18 and the anolyte outlet ports 19 have transition slots 18 'and 19' respectively, which are machined into a stainless steel plate. The anolyte inlet transition slots 18 'are machined into the anolyte distribution groove 15 to provide a smooth transition surface that is conical and avoids erosion: corrosion, which can interfere with the smooth flow of anolyte to cell 10, and can cause metal contamination when erosion and corrosion occur. The transition notches 19 'of the anolyte outlet 7,88410 are both similarly positioned and machined.
Anoditiivisteura 14 on työstetty anoditakalevyyn 11 koko sen reuna-alueen ympäri. Ura on esimerkiksi 9,5 mm 5 leveä ja 4,8 mm syvä suorakulmaisen anoditiivisteen (ei esitetty), joka on 9,5 mm leveä ja 9,5 mm syvä, vastaanottamiseksi. Tässä tiivisteessä voi olla materiaalisui-kale, esimerkiksi materiaalia, jota myydään tavaramerkillä GORE-TEX tai TEFLON, sijoitettuna tiivisteen päälle 10 tulemaan kosketukseen muovisen erotinvälineen 21 kanssa, kun kenno puristetaan kokoon ja kootaan.The anode seal groove 14 is machined into the anode back plate 11 around its entire peripheral area. For example, the groove is 9.5 mm wide and 4.8 mm deep to receive a rectangular anode seal (not shown) that is 9.5 mm wide and 9.5 mm deep. This seal may have a material sludge, for example a material sold under the trademark GORE-TEX or TEFLON, placed on the seal 10 to come into contact with the plastic separator means 21 when the cell is compressed and assembled.
Muovinen erotinväline 21 on muodostettu mistä tahansa materiaalista, joka kestää anolyytin korroosiota, ja edullisesti on käytetty polypropyleeniä. 8 meshin po-15 lypropyleenituotetta, jolla on noin 40 %:n avoin alue, on käytetty menestyksellisesti, kuten myös titaanidioksidilla täytettyä polyetyleeniverkkoa. Erotinvälineellä 21 on erotinkehys 22, joka on kiinteästi reuna-alueen ympärillä ja erotinverkko 24 erotinkehyksen 22 sisäpuo-20 lella. Verkko 24 on käsitelty hydrofiilisellä päällysteellä, jotta estetään kaasukuplia tarttumasta verkkoon ja vieressä olevaan kalvoon kapillaari-ilmiön vaikutuksesta. Titaanidioksidipäällystettä, joka on liitetty . verkkoon 24, on menestyksellisesti käytetty hydrofiili- 25 senä päällysteenä. Estämällä kaasukuplien muodostuminen ____: kalvolle ja verkkoon vältetään kennojännitteen vaihtelut toiminnan aikana.The plastic separator means 21 is formed of any material resistant to corrosion of the anolyte, and preferably polypropylene is used. An 8 mesh poly-15 polypropylene product with an open area of about 40% has been used successfully, as has a polyethylene mesh filled with titanium dioxide. The separator means 21 has a separator frame 22 fixedly around the edge area and a separator network 24 on the inside of the separator frame 22. The mesh 24 has been treated with a hydrophilic coating to prevent gas bubbles from adhering to the mesh and the adjacent membrane due to the capillary effect. Titanium dioxide coating attached. network 24, has been successfully used as a hydrophilic coating. By preventing the formation of gas bubbles in the ____: membrane and network, fluctuations in the cell voltage during operation are avoided.
. . Erotinvälineen 21 käytöllä on myös menestykselli- ; ; sesti estetty paikallisesti suuren happamuuden omaavien ·' 30 alueiden muodostuminen kalvon vieressä, kun kalvo kosket taa nikkelianoditankoja 12. Se, että kalvo 25 koskettaa '/*: nikkelianoditankoja 12, voi luoda suuren happamuuden • · ' omaavia taskuja, koska rikkilajit hapettuvat rikkiha- : poksi seurauksena rikkilajien hitaasta kulkeutumisesta 35 takaisin kalvon läpi kennon toiminnan aikana. Anoditan-goilla 12 oleva nikkelioksidipäällyste hajoaa ja esiintyy 8 88410 nikkelin korroosiota. Tämä korroosio siirtyy kalvon läpi kennon 10 katodipuolelle. Siellä tämä nikkelikorroosio pelkistetään metalliseen tilaan vetysulfiittiliuoksella. Tämä metallitilassa oleva nikkeli tarttuu tiukasti kal-5 voon katodipuolella ja huonontaa ionien ja nesteen siirtämistä kalvon läpi.. . The use of the separator means 21 is also successful; ; the formation of locally high acidity regions adjacent to the film when the film contacts the nickel anode rods 12. The fact that the film 25 contacts the nickel anode rods 12 can create pockets with high acidity because the sulfur species are oxidized by sulfuric acid. box as a result of the slow passage of sulfur species 35 back through the membrane during cell operation. The nickel oxide coating on the anode tabs 12 decomposes and 8 88410 nickel corrosion occurs. This corrosion passes through the membrane to the cathode side of the cell 10. There, this nickel corrosion is reduced to the metallic space with a hydrogen sulfite solution. This nickel in the metal space adheres tightly to the film on the cathode side and impairs the transfer of ions and liquid through the film.
Anodi on suunniteltu siten, että anolyytti, joka on elektrolysoitu kennoon 10, on mikä tahansa sopiva elektrolyytti, joka kykenee syöttämään alkalimetalli-io-10 neja ja vesimolekyylejä katodiosastoon. Sopivia anolyyt-tejä ovat esimerkiksi alkalimetallihalidit, alkalimetal-lihydroksidit tai alkalimetallipersulfaatit. Anolyytin valinta on osittain riippuvainen halutusta tuotteesta.The anode is designed so that the anolyte electrolyzed in the cell 10 is any suitable electrolyte capable of feeding alkali metal ions and water molecules into the cathode compartment. Suitable anolyte is, for example, alkali metal halides, alkali metal hydroxides or alkali metal persulphates. The choice of anolyte depends in part on the desired product.
Kun halutaan halogeenikaasua, sellaista kuten kloori tai 15 bromi, käytetään anolyyttinä alkalimetallikloridin tai -bromidin vesipitoista liuosta. Alkalimetallihydroksidi-liuokset valitaan, kun tuotetaan happikaasua tai vetyperoksidia. Jos perrikkihappo on haluttu tuote, käytetään alkalimetallipersulfaattia. Kuitenkin konstruktion 20 vaihtoehtoiset materiaalit, sellaiset kuten titaaniryh-män metallit anolyytin kostuttamia osia varten alkali-metallikloridianolyytin kanssa, olisivat tarpeen jokaista tiettyä käytettyä anolyyttiä varten.When a halogen gas such as chlorine or bromine is desired, an aqueous solution of an alkali metal chloride or bromide is used as the anolyte. Alkali metal hydroxide solutions are selected when producing oxygen gas or hydrogen peroxide. If sulfuric acid is the desired product, alkali metal persulfate is used. However, alternative materials of construction 20, such as titanium group metals for the moieties moistened with the anolyte with the alkali metal chloride anolyte, would be required for each particular anolyte used.
Jokaisessa tapauksessa valitun elektrolyytin vä-25 keviä liuoksia käytetään anolyyttinä. Esimerkiksi kun natriumkloridi on valittu alkalimetallikloridiksi, sopivat liuokset anolyyteiksi sisältävät noin 12 - 25 paino-% NaCl. Alkalimetallihydroksidiliuokset, sellaiset kuten natriumhydroksidi, sisältävät noin 5-40 paino-% NaOH.In each case, light solutions of the selected electrolyte are used as the anolyte. For example, when sodium chloride is selected as the alkali metal chloride, suitable solutions for the anolyte contain about 12 to 25% by weight NaCl. Alkali metal hydroxide solutions, such as sodium hydroxide, contain about 5-40% by weight NaOH.
30 Kennoa 10 on ensisijaisesti käytetty emäksisen soodan kanssa. Kun emäksistä soodaa (NaOH) käytetään, vesi ja emäksinen sooda tulevat sisään anolyytin sisään-tulolovien 18 kautta ja liuos virtaa pitkin suurinopeuk-sista virtausreittiä vierekkäisten anoditankojen 12 ja 35 anoditankojen välisten rakojen 20 välissä anolyyttiosas-ton takaosassa kohti kennon 10 yläosaa. Siten suurin osa 9 88410 anolyyttinesteen tilavuusvirtauksesta tapahtuu anoditan-kojen 12 välissä ja hydrofiilisesti käsitellyn erotinver-kon sisällä. Natriumionit kulkeutuvat kalvon poikki niiden ollessa tuotettu tuloksena elektrolyysireaktiosta, 5 joka muodostaa happea, vettä ja natriumioneja, 4NaOH -> 02 + 4Na+ + 2H20Cell 10 has been used primarily with alkaline soda. When alkaline soda (NaOH) is used, water and alkaline soda enter through the anolyte inlet 18 and the solution flows along a high velocity flow path between the slits 20 between adjacent anode rods 12 and 35 at the rear of the anolyte compartment toward the top of cell 10. Thus, most of the volume flow of 9,88410 anolyte fluid occurs between the anode tanks 12 and within the hydrophilically treated separator network. Sodium ions migrate across the membrane as a result of the electrolysis reaction 5 to form oxygen, water and sodium ions, 4NaOH -> 02 + 4Na + + 2H2O
Loppuunkulutettu emäs kulkee ulos hapen ja veden mukana 10 anolyytin ulosmenoaukkojen 19 kautta.The spent base passes out with oxygen and water through the anolyte outlets 19.
Katoditakalevy 28 nähdään parhaiten kuviossa 4, kun taas elektrodin, joka on työstetty kiinteästä ruostumatonta terästä olevasta levystä, monoliittinen rakenne voidaan nähdä kuviossa 5. Koska kenno on bipolaarinen, 15 katodi on ruostumattoman teräslevyn yhdellä sivulla kato-dilevyn 28 puolella, kun taas anoditakalevy 11 ja anodi ovat vastakkaisella puolella. Kuten voidaan parhaiten nähdä kuviosta 4, katoditakalevyllä on katolyytin sisään-tuloaukot 35 katoditakalevyn 28 pohjaosan vastakkaisilla 20 sivuilla, jotka aukot syöttävät katolyyttiä katolyytin jakelu-uraan 32. Katolyytin jakelu-ura 32, katolyytin si-sääntuloaukot 35 ja työstetyt katolyytin siirtymälovet 35' on sijoitettu juuri vastaavien anolyytin jakelu-uran .·, 15, anolyyttiaukkojen 18 ja anolyytin siirtymälovien 18' 25 yläpuolella, mutta ne ovat kiinteän, ruostumatonta terästä olevan elektrodilevyn vastakkaisella puolella.The cathode backplate 28 is best seen in Figure 4, while the monolithic structure of an electrode machined from a solid stainless steel plate can be seen in Figure 5. Because the cell is bipolar, the cathode is on one side of the stainless steel plate on the roof plate 28, while the anode backplate 11 and the anodes are on the opposite side. As best seen in Figure 4, the cathode backplate has catholyte inlets 35 on opposite sides 20 of the bottom of the cathode backplate 28 which feed the catholyte into the catholyte distribution groove 32. The catholyte distribution groove 32, catholyte inlet ports 35, and machined cathodes 35 just above the respective anolyte distribution grooves., 15, anolyte openings 18 and anolyte transition notches 18 '25, but on the opposite side of the solid stainless steel electrode plate.
] Alempi katolyyttikammio 38 on sijoitettu välit tömästi katolyytin jakelu-uran 32 yläpuolelle. Alempi katolyyttikammio 38 on erotettu ylemmästä katolyytti-30 kammiosta 39 oleellisesti vaakasuuntaisesti sijoitetulla katodinvirtaussululla 30. Virtaussulku 30 ulottuu ka-tolyyttikammion koko leveyden yli ja työntyy ulospäin katolyyttitakalevyn 28 tasosta, kuten voidaan nähdä .· . myös kuvioissa 1 ja 5. Katodinvirtaussulku 30 keskeyttää ’· *; 35 katolyyttinesteen pystyvirtauksen ylöspäin alemmasta ka- tolyyttikammiosta 38 ylempään katolyyttikammioon 39 10 8841 0 saattaen tällä tavoin katolyyttinesteen virtaamaan reittiä, joka on esitetty nuolilla kuviossa 1, joka reitti vie sen kahdesti katodilevyn 26 kautta matkalla ylempään katolyyttikammioon 39. Tämä virtausreitti aikaansaa ka-5 todissa hyvin tehokkaan pinta-alueen, mutta vaatii hyvin huokoisen katodilevyn käyttöä, joka sallii ainakin 30 ti-lavuus-% katolyyttinesteestä virrata huokoisen katodilevyn 26 läpi, niin että säilytetään katolyytin minimaalinen viipymisaika kennossa. Kuten myöhemmin tullaan yksilö tyiskohtaisemmin selittämään, kun katolyyttineste on saavuttanut ylemmän katolyyttikammion 39, se menee sisään katolyytin keräilyuraan 34 ja poistuu kennosta työstettyjen katolyytin ulosmenosiirtymälovien 36' ja katolyytin ulosmenoaukkojen 36 kautta.] The lower catholyte chamber 38 is located immediately above the catholyte distribution groove 32. The lower catholyte chamber 38 is separated from the upper catholyte chamber 30 by a substantially horizontal cathode flow barrier 30. The flow barrier 30 extends over the entire width of the catholyte chamber and projects outwardly from the plane of the catholyte backplate 28, as can be seen. also in Figures 1 and 5. The cathode flow barrier 30 interrupts ‘· *; 35 vertical flow of catholyte fluid upward from the lower catholyte chamber 38 to the upper catholyte chamber 39 10 8841 0, thereby causing the catholyte fluid to flow through the path shown by the arrows in Figure 1, which route it twice through the cathode plate 26 on its way to upper catholyte chamber 39. effective surface area, but requires the use of a highly porous cathode plate that allows at least 30% by volume of catholyte fluid to flow through the porous cathode plate 26 while maintaining a minimum residence time of the catholyte in the cell. As will be explained in more detail below, once the catholyte fluid has reached the upper catholyte chamber 39, it enters the catholyte collection groove 34 and exits the cell through machined catholyte outlet slots 36 'and catholyte outlets 36.
15 Tihkureikiä 17, jotka voidaan nähdä kuvioissa 4 ja 5, voidaan käyttää katodinvirtaussulussa 30 sallimaan vetykaasun nousta alemmasta katolyyttikammiosta 38 ylempään katolyyttikammioon 39. Vaihtoehtoisesti tai samanaikaisesti voidaan käyttää tihkureikiä 33, jotka näh-20 dään kuviossa 5, sallimaan vetykaasun kulkeminen pois elektrodien välisestä raosta alemman ja ylemmän katolyyttikammion 38 ja 39 seinämien ja katodilevyn 26 välistä juuri katodinvirtaussulun 30 alapuolelta ja sitten takaisin katodilevyn 26 läpi vastapäätä katolyytin keräily-25 uraa 34.The trickle holes 17, which can be seen in Figures 4 and 5, can be used in the cathode flow barrier 30 to allow hydrogen gas to rise from the lower catholyte chamber 38 to the upper catholyte chamber 39. Alternatively or simultaneously, trickle holes 33 shown in Figure 5 can be used to allow hydrogen gas to pass and between the walls of the upper catholyte chamber 38 and 39 and the cathode plate 26 just below the cathode flow barrier 30 and then back through the cathode plate 26 opposite the catholyte collection groove 34.
Katodilevyä 26 pidetään paikallaan katolyyttita-kalevyllä 28 useiden ruuvien (ei esitetty) avulla, jotka sijoittuvat useisiin katodin tukijalustoijin 31 alemman ja ylemmän katolyyttikammion 38 ja 39 sisällä.The cathode plate 26 is held in place on the catholyte caliper plate 28 by a plurality of screws (not shown) located in the plurality of cathode support supports 31 within the lower and upper catholyte chambers 38 and 39.
30 Katodilevy 26 on hyvin huokoinen monikerrosraken- ne. Se käsittää tukikerroksen, joka on muodostettu revitetystä ruostumattomasta teräksestä. Tämä tukikerros muodostaa asennusalustan ja suojaa sisempää metallikuitu-huopakerrosta, joka on muodostettu esimerkiksi 15 % ti-35 heistä, hyvin hienoista 4-8 mikronin kuiduista ja 15 % tiheistä, 25 mikronin kuiduista, jotka on asetettu toi- n 88410 nen toistensa päälle. Esimerkiksi 18 meshin lankaverkko, jossa on 0,009 tuuman langan halkaisija, sijoitetaan sitten kuituhuovan päälle muodostamaan katodi, jolla on huokoisuus, joka on edullisesti välillä 80 ja 85 %. Katodi-5 levy 26 on siten 4-kerroksinen sintrattu komposiitti, jossa kaikki materiaalit on tehty ruostumattomasta teräksestä, edullisesti 304 tai 316 ruostumattomasta teräksestä ja sopivana levyn kokona. Katodilevyn 26 hyvin tehokas pinta-alue on saavutettu käyttämällä pienitiheyk-10 sistä metallihuopaa, joka on muodostettu hyvin hienoista elementeistä.The cathode plate 26 is a very porous multilayer structure. It comprises a support layer formed of torn stainless steel. This backing layer forms a mounting base and protects the inner metal fiber felt layer, which is formed of, for example, 15% ti-35 fibers, very fine 4-8 micron fibers, and 15% dense 25 micron fibers superimposed on another 88410. For example, an 18 mesh wire mesh with a wire diameter of 0.009 inches is then placed on top of the fibrous felt to form a cathode having a porosity of preferably between 80 and 85%. The cathode-5 plate 26 is thus a 4-layer sintered composite in which all materials are made of stainless steel, preferably 304 or 316 stainless steel, and of a suitable plate size. A very efficient surface area of the cathode plate 26 is achieved by using a low-density metal felt formed of very fine elements.
Katoditiivisteen uran 29 nähdään kuviossa 4 ulottuvan katoditakalevyn 28 reuna-alueen ympäri. Vaikkakaan sitä ei ole esitetty, on 9,53 mm kokoinen, pyöreä EPDM, 15 etyleenipropyleenidieenimonomeeritiivistettä käytetty sijoittumaan katoditiivisteen uraan 29 aikaansaamaan nes-tetiivis tiivistys.The groove 29 of the cathode seal is seen in Figure 4 extending around the edge region of the cathode backplate 28. Although not shown, a 9.53 mm round EPDM, 15 ethylene propylene diene monomer sealant has been used to fit in the groove 29 of the cathode seal to provide a liquid seal.
Katodilla kennossa 10 tapahtuu pelkistyminen alka-limetallibisulfiitin puskuroidun, vesipitoisen liuoksen 20 elektrolyysin ansiosta. Tyypillinen pelkistyminen on seu-raava: 4NaHS03 + 2e“ + 2Na+-^ Na2S2C>4 + 2Na2S03 + 2HzO.Reduction occurs at the cathode in cell 10 due to electrolysis of a buffered aqueous solution 20 of alkali metal bisulfite. A typical reduction is as follows: 4NaHSO3 + 2e "+ 2Na + - ^ Na2S2C> 4 + 2Na2SO3 + 2H2O.
2525
Loppuunkäytetty emäs ja rikkidioksidi sekoitetaan NaHSC>3 muodostamiseksi, joka syötetään katolyytin jakelu-uraan 32 katolyytin sisääntuloaukkojen 35 ja katolyytin siir-tymälovien 35' kautta. Tämä katolyyttineste nousee sit-30 ten pystysuorasti ylöspäin, kunnes se kulkee ulos katodi-levyn 26 kautta, kuten voidaan parhaiten nähdä kuvioissa . . 5 tai 1. Katodinvirtaussulku 30 toimii esteenä katolyyt- tinesteen suoralle pystyvirtaukselle ylöspäin alemmasta "* ’ katolyyttikammiosta 38 ylempään katolyyttikammioon 39.The spent base and sulfur dioxide are mixed to form NaHSO 3, which is fed into the catholyte distribution groove 32 through the catholyte inlets 35 and the catholyte transition slots 35 '. This catholyte fluid rises vertically upwards until it passes through the cathode plate 26, as can best be seen in the figures. . 5 or 1. The cathode flow barrier 30 acts as a barrier to direct vertical flow of catholyte fluid upward from the lower "*" catholyte chamber 38 to the upper catholyte chamber 39.
35 Ylemmän ja alemman katolyyttikammion 38 ja 39 sekä kato-·;··; dilevyn 26, joka on sijoitettu katodin tuki jalustoille 31, 12 8841 0 seinämien välissä on noin 3,18 mm suuruinen elektrodien välinen katodirako. Katolyyttineste kulkee sitten katodi-levyn 26 läpi ja jatkaa virtaamista ylöspäin katodi-kalvo-raon kautta, kunnes se saavuttaa katodinvirtaussulun 30.35 Upper and lower catholyte chambers 38 and 39 and roof ·; ··; there is a cathode gap between the electrodes of about 3.18 mm between the walls of the cathode support 26 placed on the cathode support bases 31, 12 8841 0. The catholyte fluid then passes through the cathode plate 26 and continues to flow upward through the cathode film gap until it reaches the cathode flow barrier 30.
5 Tässä pisteessä katolyyttineste kulkee hyvin huokoisen katodilevyn 26 läpi takaisin ylempään katolyyttikammioon 39 ja sitten katolyytin keräilyuraan 34. Kennon tuote-liuos, joka sisältää Na2S2C>4 (ditionaatti) , poistuu kennosta 10 katolyytin ulosmenosiirtymälovien 36' ja kato-10 lyytin ulosmenoporttien 36 kautta.At this point, the catholyte fluid passes through the highly porous cathode plate 26 back to the upper catholyte chamber 39 and then to the catholyte collection groove 34. The cell product solution containing Na 2 S 2 O 4 (dithionate) exits the cell 10 through the catholyte outlet ports 36 'and the outlet port 10'.
Puskuriliuosta, joka sisältää noin 40 - 80 g/1 bisulfiittia, käytetään katolyytin kanssa johtuen nat-riumtiosulfaatin muodostumisesta, joka on seurausta vety-sulfiitin (ditionaatti) pelkistymisestä ja hajoamisesta 15 sekä katolyytin pH:n muutoksesta, kun bisulfiittia kulutetaan ja sulfiittia muodostetaan seuraavan reaktion mukaisestiA buffer solution containing about 40 to 80 g / l of bisulfite is used with the catholyte due to the formation of sodium thiosulfate resulting from the reduction and decomposition of hydrogen sulfite (dithionate) and the change in pH of the catholyte as the bisulfite is consumed and the sulfite is formed in the next reaction. in accordance with
Na2S2°4 + 2e~ + 2Na+ + 2NaHS03-^ Na2S2C>3 + 2Na2SC>3 + HjO.Na 2 S 2 O 4 + 2e ~ + 2Na + + 2NaHSO 3 -? Na 2 S 2 O 3 + 2Na 2 SO 3 + H 2 O.
20 Tämä vetysulfiitin hajoamisreaktio on sähköisesti ohjattu elektronien läsnäololla. Kun potentiaalia kasvatetaan, kasvatetaan myös virrantiheyttä ja, tiettyyn pisteeseen asti, tämän ei-halutun tiosulfaattia tuottavan 25 reaktion reaktionopeus.This hydrogen sulfite decomposition reaction is electrically controlled in the presence of electrons. As the potential is increased, the current density and, to a certain point, the reaction rate of this undesired thiosulfate-producing reaction are also increased.
Monikerroksisen katodilevyn 26 arvo on erityisen ilmaistä sen selektiivisyydestä. Koska monikerroksisella elektrodilla on kasvanut pinta-alue, se tarvitsee pienemmän jännitteen tai alhaisemman potentiaalin primaari-30 sen pelkistysreaktion ohjaamiseksi, joka tuottaa haluttua vetysulfiittituotetta, ja tällä tavoin pienentää ei-: halutun tiosulfaatin määrää, jonka vetysulfiitin hajoa- . misreaktio tuottaa. Kasvanut pinta-alue mahdollistaa po tentiaalin pitämisen alhaisemmalla tasolla, jolloin pri-35 maarinen tai haluttu vetysulfiittia tuottava reaktio on 13 8 8 41 0 vallitseva ja oleellisesti sen tason alapuolella, jossa vetysulfiitin hajoamisreaktiosta tulee tekijä.The value of the multilayer cathode plate 26 is particularly indicative of its selectivity. Because the multilayer electrode has an increased surface area, it needs a lower voltage or lower potential to control the primary reaction to produce the desired hydrogen sulfite product, thereby reducing the amount of undesired thiosulfate that the hydrogen sulfite decomposes. reaction produces. The increased surface area allows the potential to be kept at a lower level, whereby the primary or desired hydrogen sulfite-producing reaction is 13 8 8 41 0 predominant and substantially below the level at which the hydrogen sulfite decomposition reaction becomes a factor.
Monoliittisen kennorungon käyttö, ts. bipolaarinen kennorunko tai takalevy, joka on muodostettu yhdestä, 5 ruostumatonta terästä olevasta levystä, joka on työstetty muodostelmaan anoditakalevy yhdelle puolelle ja anodi-takalevy vastakkaiselle puolelle, aikaansaa useita merkittäviä myötäsyntyisiä toimintaetuja. Ensinnäkin ei ole minkäänlaista siirtymä- tai mitoitusepästabiilisuutta, 10 joka johtuu kahden erillisen materiaalikappaleen yhdistämisestä elektrodin muodostamiseksi. Yhden työstetyn levyn käytöstä seuraa myös varsinaisten kennokomponenttien lukumäärän pienentyminen. Viimeisimpänä ja ehkäpä kaikkein merkittävimpänä on sähköisen häviön eliminointi kah-15 den erillisen anodi- ja katodielementin välisestä kontaktista, joilla muutoin olisi joitakin sijoitus- ja koko-eroja. Tämä erityinen rakenne myötävaikuttaa kennon alhaisempaan sähköenergian kulutukseen.The use of a monolithic cell body, i.e., a bipolar cell body or backplate formed of a single 5 stainless steel plate machined into an anode backplate on one side and an anode backplate on the opposite side, provides several significant congenital operating advantages. First, there is no displacement or dimensional instability of any kind due to the joining of two separate pieces of material to form the electrode. The use of a single machined plate also results in a reduction in the number of actual cell components. The most recent, and perhaps most significant, is the elimination of electrical loss from contact between two separate anode and cathode elements that would otherwise have some differences in placement and size. This special structure contributes to the lower electrical energy consumption of the cell.
Hydraulinen paine kennossa 10 muodostetaan siten, 20 että kalvo 25 pidetään painettu erotinvälinettä 21 vasten ja irti katodilevystä 26. Kalvon 25 pitäminen näin sijoitettuna sallii myös toteuttaa virtausreitin katodi-levyn läpi. Katodinvirtaussulku 30 edelleen myötävaikuttaa kennon 10 hydrauliikkaan saavuttamalla tasaisen pai-25 neen yli koko katodin korkeuden seurauksena virtauksen ‘ \ inversio-ominaisuuksista, jotka saavutetaan katodilevyn ] läpi 26 olevilla monilla virtausreiteillä.The hydraulic pressure in the cell 10 is formed by keeping the membrane 25 pressed against the separator means 21 and away from the cathode plate 26. Keeping the membrane 25 in this position also allows a flow path through the cathode plate. The cathode flow barrier 30 further contributes to the hydraulics of the cell 10 by achieving a constant pressure over the entire height of the cathode as a result of the flow inversion characteristics achieved through the plurality of flow paths through the cathode plate 26.
Elektrolyyttikenno 10 toimii virrantiheyksillä, V.’ jotka ovat riittäviä tuottamaan alkalimetallivetysul- 30 fiittiliuoksia, joilla on halutut konsentraatiot. Esimerkiksi kun tuotetaan natriumvetysulfiittia kaupalliseen ·'·.· myyntiin, liuokset sisältävät noin 120 - 160 g/1. Kui- tenkin, koska alkalimetallivetysulfiittiliuokset, joita .* _ myydään kaupallisesti, ovat tavallisesti laimennettuja '* 35 ennen käyttöä, myös nämä laimennetut vetypitoiset liuok set voidaan tuottaa suoraan prosessilla.The electrolyte cell 10 operates at current densities, V. ', which are sufficient to produce alkali metal hydrogen sulfite solutions having the desired concentrations. For example, when producing sodium hydrogen sulfite for commercial sale, the solutions contain about 120 to 160 g / l. However, since the alkali metal hydrogen sulfite solutions commercially sold are usually diluted before use, these dilute hydrogen-containing solutions can also be produced directly by the process.
14 8841 0 2 Käytössä on ainakin 0,5 kA/τη virrantiheyksiä. Edullisesti virrantiheys on alueella noin 1,0 - 4,5 ja vielä edullisemmin noin 2,0 - 3,0 kA/m . Näillä korkeilla virrantiheyksillä elektrolyyttikenno 10 toimii tuot-5 taen tarvittavan määrän hyvin puhdasta alkalimetallive-tysulfiittiliuosta, jota voidaan käyttää kaupallisesti ilman lisäväkevöintiä tai puhdistusta.14 8841 0 2 Current densities of at least 0.5 kA / τη are used. Preferably, the current density is in the range of about 1.0 to 4.5, and even more preferably about 2.0 to 3.0 kA / m. At these high current densities, the electrolyte cell 10 operates to produce the required amount of a very pure alkali metal hydrogen sulfite solution that can be used commercially without further concentration or purification.
Elektrolyyttinen kalvokenno 10 käyttää kationin-vaihtokalvoa anodin ja katodiosastojen välissä, mikä es-10 tää rikkiä sisältävien ionien kaiken oleellisen kulkeutumisen katodiosastosta anodiosastoon. Voidaan käyttää laajaa valikoimaa kationinvaihtokalvoja, jotka sisältävät valikoiman polymeerihartseja ja toiminnallisia ryhmiä, olettaen, että kalvot omaavat vaaditun rikki-ioniselek-15 tiivisyyden rikki-ionien saostumisen estämiseksi kalvojen sisäpuolella. Tällainen saostuminen voi tukkia kalvot, mikä on seurausta rikkilajien diffusoitumisesta kalvojen kautta ja tämän jälkeisestä hapettumisesta hapon muodostamiseksi kalvojen sisään, joka happo saattaa vety-20 sulfiitin ja tiosulfaatin hajoamaan rikiksi happamissa olosuhteissa. Tämä selektiivisyys voidaan varmistaa analysoimalla anolyytti sulfaatti-ioneja varten.The electrolytic membrane cell 10 uses a cation exchange membrane between the anode and cathode compartments, which prevents all substantial migration of sulfur-containing ions from the cathode compartment to the anode compartment. A wide variety of cation exchange films containing a variety of polymeric resins and functional groups can be used, assuming that the films have the required sulfur ion selectivity to prevent sulfur ion precipitation within the films. Such precipitation can clog the membranes as a result of diffusion of sulfur species through the membranes and subsequent oxidation to form an acid within the membranes, which acid causes hydrogen sulfide and thiosulfate to decompose to sulfur under acidic conditions. This selectivity can be confirmed by analyzing the anolyte for sulfate ions.
Sopivia kationinvaihtokalvoja ovat ne, jotka ovat inerttejä, joustavia ja oleellisesti läpäisemättömiä elek-25 trolyytin hydrodynaamiselle virtaukselle ja kennossa tuotettujen kaasutuotteiden läpikululle. Kationinvaihto-kalvot sisältävät tunnetusti kiinteitä anioniaktiivisia ryhmiä, jotka mahdollistavat kationeiden tunkeutumisen ja vaihdon ja sulkevat pois anionit ulkoisesta lähteestä. 30 Yleensä hartsikalvolla on matriisi tai verkkopolymeeri, johon on liittynyt varautuneita jätteitä, sellaisia kuten —SO~, —COO-, —PO~, —hp02' —^As03 3a —Se03 sekä niiden seokset. Hartsit, joita voidaan käyttää kalvojen aikaansaamiseksi, sisältävät esimerkiksi fluorihiilet, 35 vinyyliyhdisteet, polyolefiinit ja niiden kopolymeerit. Edullisia ovat sellaiset kationinvaihtokalvot, jotka is 88410 muodostuvat fluorihiilipolymeereistä, joissa on useita riippuvia sulfonihapporyhmiä tai karboksyylihapporyhmiä tai sulfonihapporyhmien ja karboksyylihapporyhmien seoksia. Termeillä "sulfonihapporyhmä" ja "karboksyylihappo-5 ryhmät" tarkoitetaan, että ne sisältävät sulfonihappo-suoloja tai karboksyylihapposuoloja sellaisissa prosesseissa, kuten hydrolyysi. Sopivia kationinvaihtokalvoja myy kaupallisesti E.I. DuPont de Nemours & Co., Inc., tavaramerkin "Nafion" alla, Asahi Glass Company tavaramer-10 kin "Flemion" alla, Asahi Chemical Company tavaramerkin "Aciplex". Perfluorinoituja sulfonihappokalvoja on myös saatavilla Dow Chemical Companyltä.Suitable cation exchange membranes are those that are inert, flexible, and substantially impermeable to the hydrodynamic flow of electrolyte and the passage of gaseous products produced in the cell. Cation exchange membranes are known to contain solid anionic active groups that allow cation penetration and exchange and exclude anions from an external source. In general, the resin film has a matrix or crosslinked polymer associated with charged wastes, such as —SO-, —COO-, —PO-, —hpO 2 '- ^ AsO 3 3a -SeO 3, and mixtures thereof. Resins that can be used to form films include, for example, fluorocarbons, vinyl compounds, polyolefins, and copolymers thereof. Preferred are cation exchange films which are 88410 formed from fluorocarbon polymers having several dependent sulfonic acid groups or carboxylic acid groups or mixtures of sulfonic acid groups and carboxylic acid groups. The terms "sulfonic acid group" and "carboxylic acid-5 groups" are intended to include sulfonic acid salts or carboxylic acid salts in processes such as hydrolysis. Suitable cation exchange films are sold commercially by E.I. DuPont de Nemours & Co., Inc., under the trademark "Nafion", Asahi Glass Company under the trademark "Flemion", Asahi Chemical Company under the trademark "Aciplex". Perfluorinated sulfonic acid films are also available from Dow Chemical Company.
Kalvo 25 on sijoitettu anodin ja katodin väliin ja erotettu katodista katodikalvoraolla, joka on riittävän 15 leveä sallimaan katolyytin virrata katodilevyn 26 ja kalvon 25 välissä alemmasta katolyyttikammiosta 38 ylempään katolyyttikammioon 39 ja estääkseen kaasutukoksen, mutta ei tarpeeksi leveä oleellisesti kasvattamaan sähköresis-tassia. Käytetyn katodilevyn 26 muodosta riippuen tämä 20 katodikalvorako on noin 0,05 - 10 mm ja edullisesti noin 1 - 4 mm suuruinen välimatka. Katodikalvorako voidaan ylläpitää hydraulisella paineella tai mekaanisilla välineillä. Tämä malli ja katolyytin virtausreitti mahdollistaa lähes kaiken katolyyttinesteen koskettaa katodin 25 aktiivista aluetta. Lisäksi tämän mallin yhteydessä esiin-tyy pääosa elektrolyyttisestä reaktiosta katodialueella, joka on lähinnä anodia.The membrane 25 is interposed between the anode and the cathode and separated from the cathode by a cathode film gap wide enough to allow the catholyte to flow between the cathode plate 26 and the membrane 25 from the lower catholyte chamber 38 to the upper catholyte chamber 39 and prevent gas clogging, but not wide enough. Depending on the shape of the cathode plate 26 used, this cathode film gap 20 is a distance of about 0.05 to 10 mm, and preferably about 1 to 4 mm. The cathode film gap can be maintained by hydraulic pressure or mechanical means. This pattern and the catholyte flow path allow almost all of the catholyte fluid to contact the 25 active areas of the cathode. In addition, in connection with this model, most of the electrolytic reaction occurs in the cathode region closest to the anode.
*’*· Kennossa 10 käytetyissä sopivissa huokoisissa ka- : : : todilevyissä 26 on ainakin yksi kerros, jonka kokonaisia 2 3 30 pinta-alan suhde tilavuuteen on suurempi kuin 100 cm /cm , 2 3 edullisesti 250 cm /cm ja vieläkin edullisempi suurempi 2 3 : kuin 500 cm /cm . Näillä rakenteilla on ainakin 60 %:n ja edullisesti noin 70 - 90 %:n huokoisuus, missä huokoisuus on huokostilavuus-%. Kokonaispinta-alan suhde 35 huokoisen katodilevyn 26 työpinta-alaan, missä työpinta-ala on katodilevyn 26 julkisivun ala, on ainakin noin 16 88410 30:1 ja edullisesti ainakin noin 50:1; esimerkiksi arvosta noin 80:1 arvoon 100:1.* '* · Suitable porous baffles 26 used in the cell 10 have at least one layer with a total surface area to volume ratio of greater than 100 cm / cm, 2 3 preferably 250 cm / cm and even more preferably larger. 2 3: than 500 cm / cm. These structures have a porosity of at least 60% and preferably about 70-90%, where the porosity is% of the pore volume. The ratio of the total surface area to the working area of the porous cathode plate 26, where the working area is the facade area of the cathode plate 26, is at least about 16,88410 30: 1 and preferably at least about 50: 1; for example, from about 80: 1 to 100: 1.
Katodilevy 26 muodostuu neljästä kerroksesta, kuten parhaiten nähdään kuviosta 7. Ensimmäinen kerros on 5 tukikerros 41, joka on rei'itetty, ruostumatonta terästä oleva levy, joka on suurin piirtein 0,91 mm paksu ja jossa on 1,59 mm reiät 42 3,18 mm, 60° porrastetuilla kes kustoilla. Nämä reiät ensimmäisessä kerroksessa 41 antavat rei'itetylle, ruostumattomalle teräslevylle suurin 10 piirtein 23 %:n avoimen alueen. Toinen kerros 44 on edullisesti muodostettu ruostumatonta terästä 304 olevista kuiduista 45, jotka ovat halkaisijaltaan 20 - 100 ^um ja edullisesti noin 25 ,um. Toisella kerroksella 44 on ti- 2 heys, joka on noin 0,00297 N/cm . Vaihtoehtoisesti toinen 15 kerros voi olla kudottu silmäverkko, jossa on 30 kuitua/ 25,5 mm x 30 kuitua/25,4 mm käsittävä neliökudos ja noin 23 %:n avoin alue. Kolmas kerros 48 on paljon vähemmän tiheä kuin toinen kerros 44 ja muodostuu ruostumatonta terästä 304 olevista kuiduista, joiden halkaisija on 20 noin 4-16 ^,um ja edullisesti noin 8 ^um. Kolmannen kerroksen 48 tiheys on noin 0,00575 N/cm^. Rajoittava tekijä toisen kerroksen 44 ja kolmannen kerroksen 48 kuitujen halkaisijan mitoituksessa on se, että toisen kerroksen 44 kuidut 45 eivät voi ulottua kolmannen ker-25 roksen 48 kuitujen läpi. Neljäs kerros 50 on verkkometal-likudos, joka on edullisesti 18 x 18 meshiä, metalliku-doksen yksittäisten lankojen halkaisijan ollessa noin 0,28 mm. Neljännet kerrokset 41, 44, 48 ja 50 on puristettu yhteen ja liitetty sintraamalla pelkistävässä ym-: 30 päristössä, sellaisessa kuten vety, ammoniakki tai hii limonoksidi, yhden levyn muodostamiseksi, jonka edulli-: nen paksuus on noin 3,94 mm t noin 0,20 mm.The cathode plate 26 consists of four layers, as best seen in Figure 7. The first layer is a support layer 41, which is a perforated stainless steel plate approximately 0.91 mm thick and with 1.59 mm holes 42 3, 18 mm, with 60 ° stepped centers. These holes in the first layer 41 give the perforated stainless steel sheet an open area of approximately 23%. The second layer 44 is preferably formed of fibers 45 of stainless steel 304 having a diameter of 20 to 100 and preferably about 25. The second layer 44 has a density of about 0.00297 N / cm. Alternatively, the second layer 15 may be a woven mesh having a square web of 30 fibers / 25.5 mm x 30 fibers / 25.4 mm and an open area of about 23%. The third layer 48 is much less dense than the second layer 44 and is comprised of stainless steel fibers 304 having a diameter of about 4 to 16 and preferably about 8. The density of the third layer 48 is about 0.00575 N / cm 2. A limiting factor in sizing the diameter of the fibers of the second layer 44 and the third layer 48 is that the fibers 45 of the second layer 44 cannot extend through the fibers of the third layer 48. The fourth layer 50 is a mesh metal fabric, preferably 18 x 18 mesh, with the individual wires of the metal fabric having a diameter of about 0.28 mm. The fourth layers 41, 44, 48 and 50 are pressed together and joined by sintering in a reducing environment such as hydrogen, ammonia or carbon monoxide to form a single sheet having a preferred thickness of about 3.94 mm t about 0. , 20 mm.
Tämän mallin katodilevy 26 aikaansaa korkean mas-sansiirtokyvyn, koska elektrodin pinta-ala on sama pin-35 ta-ala, jota käytetään elektrolyysiin. Koska katodilevy 26 on suhteellisen ohut, se tarvitsee suuren pinta-ala- 17 8 8 41 0 tilavuussuhteen, muodostaen tällä tavoin suuren kokonaispinta-alan. Tämä on erityisesti sovellettavissa kolmanteen kerrokseen, joka on kaikkein aktiivisin kerros ja kriittinen määrättäessä katodin ominaisuuksia. Katodile-5 vyn 26 suuri pinta-ala on mitattu yksittäisten kuitujen 45, 49 kokonaispinta-alan suhteena koko katodilevyn 26 uiko- tai työpinta-alaan. Näiden parametrien välinen suhde voidaan ilmaista siten, että katodilevyn 26 yksittäisen kerroksen paksuus kertaa pinta-ala-tilavuussuhde on 10 yhtä suuri kuin ulkopinta-ala. Toisen kerroksen 44 kuitujen 45 valitseminen suuremmalla yksittäisellä halkaisijalla kuin kolmannen kerroksen 48 kuiduilla 49 ja yhtä suurella huokoisuudella aikaansaa rakenteen, jolla on suurempi pinta-ala lähellä kalvoa 45. Kuidut 45 ja kui-15 dut 49 voivat yhtä hyvin olla valitut erilaisista ruostumattoman teräksen, nikkelin, teräksen, kuparin, hiili-grafiitin tai rautaa sisältävien ja ei rautaa sisältävien seusten laaduista. Katodilevyillä 26 voisi olla sähköisesti aktiivinen päällyste, sellainen kuten ruteenioksidi 20 tai platina, lisättynä pinta-alueelle aktiivisemman elektrodin pinta-alueen saamiseksi.The cathode plate 26 of this model provides a high mass transfer capacity because the surface area of the electrode is the same as the pin-35 ta area used for electrolysis. Because the cathode plate 26 is relatively thin, it requires a large surface area to volume ratio, thus forming a large total surface area. This is especially applicable to the third layer, which is the most active layer and critical in determining cathode properties. The large area 26 of the cathode plate 5 is measured as the ratio of the total area of the individual fibers 45, 49 to the total or working area of the entire cathode plate 26. The relationship between these parameters can be expressed so that the thickness of the individual layer of the cathode plate 26 times the surface area to volume ratio is 10 equal to the outer surface area. Selecting the fibers 45 of the second layer 44 with a larger single diameter than the fibers 49 of the third layer 48 and equal porosity provides a structure with a larger surface area near the film 45. The fibers 45 and fibers 15 may just as well be selected from a variety of stainless steel, nickel , steel, copper, carbon-graphite or ferrous and non-ferrous alloys. The cathode plates 26 could have an electrically active coating, such as ruthenium oxide 20 or platinum, added to the surface area to provide a more active electrode surface area.
Virta johdetaan kennoon 10 anodin ja katodin virran johtolevyjen kautta (ei esitetty). Levyt, jotka ovat . kuparia ja elektrodien kokoiset, sijoitetaan päätykato- “·* 25 dia ja päätyanodia vasten jokaisessa kennossa 10. Säh- kökytkennät tehdään suoraan näihin kuparilevyihin. Eris- * tinlevy, joka on tehty esimerkiksi polyvinyylikloridista tai muusta sopivasta muovista ja puristuslevy (kumpaa-kaan ei ole esitetty), joka on tehty esimerkiksi ruostu-30 mattomasta teräksestä tai teräksestä, sijoitetaan kennon 10 jokaista päätä vasten ennen kuin se kootaan ker-: rosrakenteen muodostamiseksi halutun elektrodien määrän ympärille, jotka sijoitetaan niiden väliin.Current is supplied to cell 10 through anode and cathode current conductor plates (not shown). Discs that are. copper and electrode sizes, are placed against the end cap and the end anode in each cell 10. The electrical connections are made directly to these copper plates. An insulating plate made of, for example, polyvinyl chloride or other suitable plastic and a pressing plate (neither shown) made of, for example, stainless steel or steel are placed against each end of the cell 10 before being assembled. to form a corrugated structure around the desired number of electrodes placed between them.
Nykyisen keksinnön kenno voitaisiin myös suunni-*. *: 35 telia yksinapaisena, mikä vaatii, että jokaisen ruostu- matonta terästä olevan levyn molemmat puolet käsitel- ie 8 8 41 0 täisiin samalla tavoin ja että puolielektrodeja käytetään päätyelektrodeina kootussa kennossa. Virtajohtimet yksi-napaisessa mallissa olisivat sitten tavanomaisia kuparisia sähköliittimiä jokaista elektrodia varten.The cell of the present invention could also be designed. *: 35 The bogie is unipolar, which requires that both sides of each stainless steel plate be treated in the same way and that the half electrodes be used as end electrodes in the assembled cell. The current conductors in the single-pole model would then be conventional copper electrical connectors for each electrode.
5 Lisäksi esillä olevan keksinnön kennoa voitaisiin käyttää muissakin sähkökemiallisissa reaktioissa kuin ve-tysulfiitin tuotannossa. Tyypillinen on orgaanisten tuotteiden valmistaminen sähkökemialla, kuten esimerkiksi py-ridiinien sähkökemialliset transformaatiot hapetus- tai 10 pelkistysreaktioiden kautta nykyisen mallin mukaisessa, kationinvaihtokalvolla jaetussa kennossa.In addition, the cell of the present invention could be used in electrochemical reactions other than the production of hydrogen sulfite. Typical is the preparation of organic products by electrochemistry, such as the electrochemical transformations of pyridines through oxidation or reduction reactions in a cation exchange membrane cell of the present design.
Kennon 10 uutta mallia käyttäen tuotetaan väkeviä alkalimetallivetysulfiittiliuoksia, joilla on alhaiset aikaiimetallitiosulfaattikonsentraatiot epäpuhtautena 15 elektrolyyttisissä kalvokennoissa, jotka toimivat suurilla virrantiheyksillä, oleellisesti alennetuilla kenno jännitteillä ja suurilla virta-hyötysuhteilla.Using the new design of cell 10, concentrated alkali metal hydrogen sulfite solutions with low concentrations of early metal thiosulfate as an impurity are produced in electrolytic membrane cells operating at high current densities, substantially reduced cell voltages, and high current efficiencies.
Saavutettujen tulosten esittämiseksi esimerkinomaisesti on annettu seuraavat esimerkit, ilman että on 20 tarkoitus rajoittaa esillä olevan keksinnön suojapiiri niissä esitettyyn.In order to show the results obtained by way of example, the following examples are given without intending to limit the scope of the present invention to that shown therein.
Esimerkki 1Example 1
Kuvioissa 1-5 esitetyntyyppinen kenno koottiin kolmesta ruostumatonta terästä olevasta levystä, jotka 25 asennettiin telineelle muodostamaan kaksi anodi/katodi- paria, joiden kunkin aktiivinen elektrodialue oli noin : 2 , 0,172 m . Levyt muodostivat kaksi puolielektrodia, yksi katodin ja toinen anodin, jotka oli kerrostettu bipolaa-risen elektrodin ympärille, jolla on vastakkaiset anodi-30 ja katodisivut. Elektrodilevyjen ulkomitat olivat; leveys noin 43 cm, korkeus noin 47 cm ja paksuus noin : 2,5 cm.A cell of the type shown in Figures 1-5 was assembled from three stainless steel plates mounted on a rack to form two anode / cathode pairs, each with an active electrode area of about: 2, 0.172 m. The plates formed two half-electrodes, one a cathode and the other an anode, deposited around a bipolar electrode with opposite anode-30 and cathode sides. The outer dimensions of the electrode plates were; width about 43 cm, height about 47 cm and thickness about: 2.5 cm.
Anodit oli muodostettu noin 47:stä nikkeli 200 -tangosta, joiden halkaisija oli 3,18 mm ja jotka oli 35 hitsattu anoditakalevylle, kuten on esitetty yleisesti kuviossa 2, välimatkan tankojen välillä ollessa noin 19 8841 0 1,6 mm. Anolyytin keräily- ja jakelu-urat olivat noin 31,75 mm leveitä ja noin 15,50 mm syviä.The anodes were formed of about 47 nickel 200 rods with a diameter of 3.18 mm and 35 welded to the anode back plate, as shown generally in Figure 2, with a spacing between the rods of about 19,841,460 mm. The anolyte collection and distribution grooves were about 31.75 mm wide and about 15.50 mm deep.
Katodilevy oli muodostettu 4-kerroksisesta levystä, joka oli leikattu oikeaan kokoon. Ensimmäinen kerros 5 oli tukikerros, joka oli muodostettu revitetystä ruostumattomasta teräksestä, jolla oli 0,914 mm paksuus ja 1,59 mm reiät 3,16 mm, 60° porrastetuilla keskustoilla 2 sekä 23 %:n avoin alue. Toinen kerros oli 0,00297 N/cm tiheyksinen kerros, joka muodostui ruostumatonta terästä 10 304 olevista kuiduista, joiden halkaisija oli noin 25 ,um.The cathode plate was formed of a 4-layer plate cut to the correct size. The first layer 5 was a support layer formed of torn stainless steel with a thickness of 0.914 mm and holes 1.59 mm with 3.16 mm, 60 ° stepped centers 2 and a 23% open area. The second layer was a layer having a density of 0.00297 N / cm, consisting of stainless steel fibers 10,304 with a diameter of about 25 μm.
22
Kolmas kerros oli 0,00575 N/cm tiheyksinen kerros, joka muodostui ruostumatonta terästä 304 olevista kuiduista, joiden halkaisija oli noin 8 ^um. Neljäs kerros oli 18 x 18 tuumaa oleva verkko, joka muodostui noin 0,23 mm hal-15 kaisijan omaavasta metallikudoksesta. Nämä kerrokset puristettiin yhteen ja liitettiin sintraamalla vety-ympäristössä yksittäisen levyn muodostamiseksi, jonka paksuus oli noin 3,94 mm. Katodilaatta leikattiin katodilevyn muodostamiseksi, joka oli noin 47,0 cm x 43,2 cm.The third layer was a layer having a density of 0.00575 N / cm, consisting of stainless steel fibers 304 with a diameter of about 8 μm. The fourth layer was an 18 x 18 inch mesh formed of a metal fabric having a diameter of about 0.23 mm. These layers were compressed and joined by sintering under a hydrogen environment to form a single sheet about 3.94 mm thick. The cathode plate was cut to form a cathode plate that was approximately 47.0 cm x 43.2 cm.
20 Katodilevy asennettiin ruostumatonta terästä ole valle katoditakalevylle käyttäen 20 ruuvia, joiden halkaisija oli noin 3,2 mm ja jotka sijoitettiin katodin tukijalustoihin katolyyttikammioiden sisällä. Sopivan sähköisen liitosyhdisteen muodostamaa pientä päällystet-25 tä käytettiin ruuvien kierteissä ja kunkin ruuvin pään '}päälle sijoitettiin silikoniliimaa, jotta estettiin ruu-·"·: via tulemasta katodikokoonpanon aktiiviseksi osaksi.The cathode plate was mounted on a stainless steel cathode back plate using 20 screws with a diameter of about 3.2 mm, which were placed on the cathode support bases inside the catholyte chambers. A small coating of a suitable electrical connector was applied to the threads of the screws and a silicone adhesive was placed over the end of each screw to prevent the screws from becoming an active part of the cathode assembly.
·:*·· Katodilevyyn porattiin kuusi reikää, joiden hal- kaisi ja oli 4,2 mm, jotta mahdollistettiin kennon sisään . 30 loukkuun jääneiden kaasukuplien poistuminen. Kolme näis tä rei'istä porattiin lähelle kennon yläosaa vastapäätä . . katolyytin keräilyuraa ja kolme juuri katodin virtaussu- lun alapuolelle.·: * ·· Six holes with a diameter of 4.2 mm were drilled in the cathode plate to allow inside the cell. Removal of 30 trapped gas bubbles. Three of these holes were drilled near the top of the cell opposite. . catholyte collection groove and three just below the cathode flow barrier.
*-’ * Erotinvälineet muodostettiin polypropyleeniver- : 35 kosta, joka oli käsitelty titaanidioksidipäällysteellä.* - '* Separator means were formed of polypropylene mesh treated with a titanium dioxide coating.
Erottimet sijoitettiin 1,59 mm paksuihin erotinkehyksiin, 20 S8410 jotka oli leikattu juuri sopimaan kennossa olevan tiivis-teuran sisäpuolelle.The separators were placed in 1.59 mm thick separator frames, 20 S8410, which had been cut just to fit inside the seal-slaughter in the cell.
Tiivisteurat, jotka olivat noin 9,53 mm leveitä ja noin 4,75 mm syviä, työstettiin sekä anodi- että katodi-5 takalevyihin. Kennon anodipuolella käytettiin noin 9,53 mm neliömäistä tiivistettä yhdessä noin 12,7 mm leveän liuskan kanssa, joka oli muodostettu noin 1,52 mm paksusta RSealing grooves about 9.53 mm wide and about 4.75 mm deep were machined into both anode and cathode-5 backplates. On the anode side of the cell, an approximately 9.53 mm square seal was used in conjunction with an approximately 12.7 mm wide strip formed of an approximately 1.52 mm thick R
GORE-TEX tiivistenauhasta, joka sijoitettiin tiivisteen päälle. Katodin tiivisteurassa käytettiin kumista O-ren-10 gasta, jonka halkaisija oli noin 9,60 mm. Kenno koottiin käyttäen säädettävää hydraulista kokoonpanojärjestelmää, joka on selostettu US-patenttijulkaisussa 4 430 179 ja joka puristi kennon yhteen, niin että suurin piirtein 3,18 mm suuruinen rako anodi- ja katodilevyjen välillä 15 säilyi. Sitten kenno kiinnitettiin vastamuttereilla.GORE-TEX sealing tape placed on top of the seal. A rubber O-ren-10 gas having a diameter of about 9.60 mm was used in the cathode sealing groove. The cell was assembled using the adjustable hydraulic assembly system described in U.S. Patent 4,430,179, which compressed the cell so that a gap of approximately 3.18 mm between the anode and cathode plates was maintained. The cell was then secured with locknuts.
Kennoa käytettiin jatkuvasti 42 päivää. Kennossa p käytettiin NAFION NX 906 perfluorinoitua kalvoa, jota liotettiin noin 2 %:n natriumhydroksidiliuoksessa ainakin neljän tunnin ajan ennen kokoonpanoa.The cell was used continuously for 42 days. Cell p used a NAFION NX 906 perfluorinated membrane soaked in about 2% sodium hydroxide solution for at least four hours before assembly.
20 Kenno toimi lämpötilassa, joka oli suurin piir tein 25°C, katolyytin kokonaisvirtausnopeuden ollessa noin 6 g minuutissa ja anolyytin kokonaisvirtausnopeuden ollessa noin 4 g minuutissa. Ylimääräistä anolyyt-tiä, joka sisälsi noin 19-%:ista natriumhydroksidia, 25 puhdistettiin jatkuvasti ja lisättiin katolyyttikier-toon, samalla kun anolyyttiä jatkuvasti täydennettiin lisäämällä noin 35 %:n natriumhydroksidiliuosta noin 69 g minuutissa. Katolyyttiin lisättiin jatkuvasti de-ionisoitua vettä noin 230 ml minuutissa, kuten myös li-30 sättiin rikkidioksidia katolyyttiin pH:n pitämiseksi välillä noin 5,4 - 5,8 ja sulfiitti-bisulfiittimoolisuh-teen välillä noin 1:3 ja 1:8.The cell operated at a temperature of approximately 25 ° C with a total catholyte flow rate of about 6 g / min and a total anolyte flow rate of about 4 g / min. Excess anolyte containing about 19% sodium hydroxide was continuously purified and added to the catholyte circuit while the anolyte was continuously replenished by the addition of about 35% sodium hydroxide solution at about 69 g per minute. About 230 ml of deionized water per minute was continuously added to the catholyte, as was sulfur dioxide added to the catholyte to maintain a pH between about 5.4 and 5.8 and a sulfite-bisulfite molar ratio between about 1: 3 and 1: 8.
Tuotekatolyyttiä imettiin kennosta jatkuvasti nopeudella noin 287 ml minuutissa ja sitä analysoitiin 35 jaksoittaisesti jokaisen päivän aikana. Tuotekatolyytti, 2i 88410 joka on esitetty seuraavassa taulukossa I, analysoitiin näytteistä, jotka on otettu samaan aikaan jokaisena päivänä. Tämä data edustaa kennon toimintaa 4-päiväisen toiminnan aikana optimaalisissa olosuhteissa. Katolyytistä 5 analysoitiin natriumvetysulfiitti-, natriumtiosulfaatti-, natriumsulfiitti- ja natriumbisulfiittisisältö.The product catalyst was aspirated from the cell continuously at a rate of about 287 ml per minute and analyzed periodically over each day. The product catalyst, 2i 88410 shown in Table I below, was analyzed from samples taken at the same time each day. This data represents the operation of the cell during 4 days of operation under optimal conditions. The content of sodium hydrogen sulfite, sodium thiosulfate, sodium sulfite and sodium bisulfite was analyzed from the catholyte 5.
» » · • φ 1 ♦ » , 0 « $ 1 1»» · • φ 1 ♦ », 0« $ 1 1
AA
22 8 8 41 0 ^ o Φ u u u22 8 8 41 0 ^ o Φ u u u
•H M• H M
e 0»e 0 »
« ω ~ X £> 2 >C«Ω ~ X £> 2> C
1—1 *H > ^ f"* f"* ©* L v to * «k «k1—1 * H> ^ f "* f" * © * L v to * «k« k
. n) N « N N. n) N «N N
β <β Ή WHOβ <β Ή WHO
M OM O
(0 o.(0 p.
01 *H id Ό /—s01 * H id Ό / —s
I MI M
© w >s JZ φ i *o in e o o <0 «C » «k 4 *> «k 4J 3 p» v© r- p* w <n λ σν ©* ©k •H ►> > « n ·ζ SS m to <** m •j) «- o o o o© w> s JZ φ i * o in eoo <0 «C» «k 4 *>« k 4J 3 p »v © r- p * w <n λ σν © * © k • H ►>>« n · ζ SS m to <** m • j) «- oooo
N li N NN li N N
es® rt -H >es® rt -H>
M M VM M V
» Ϊ. £»Ϊ. £
«I 01 -H«I 01 -H
M Si * ϋM Si * ϋ
OO
MM
OC o o o o ^ jjj ^ «o r* r* i ri a ^ to o <e t' 3 z “ i m i i 3OC o o o o ^ jjj ^ «o r * r * i ri a ^ to o <e t '3 z“ i m i i 3
Ei 8md m o o o Γ m H e n «u - - * · S-i 3 3 · "Ei 8md m o o o Γ m H e n «u - - * · S-i 3 3 ·"
o"Jo "J
Πγη] h h h *· co *-*J o o m e* pc öd ** ^ to toΠγη] h h h * · co * - * J o o m e * pc öd ** ^ to to
g wj <H »H M Og wj <H »H M O
O J o o o oO J o o o o
Mr-tJ V© 00 O PCMr-tJ V © 00 O PC
'ii'oci ί ί ί P'ii'oci ί ί ί P
« Wl CC N PC PC«Wl CC N PC PC
2 I H H H H2 I H H H H
in ό p· m 23 8 8 41 0in ό p · m 23 8 8 41 0
Esimerkki 2Example 2
Kenno, joka oli samanlainen kuin esimerkin 1 malli, koottiin käyttäen yhdeksää bipolaarielektrodilevyä ja kahta puolielektrodilevyä, yksi anodina ja yksi kato- 2 5 dina, joilla kullakin oli noin 0,051 m aktiivinen elek-trodialue. Käytettiin samantyyppistä katodilevyä ja ano-ditankoja kuin esimerkissä 1, lukuun ottamatta sitä, että anodi- ja katoditakalevyt olivat paksuudeltaan noin 34,3 cm x 34,3 cm ja paksuudeltaan noin 3,02 mm. Käytös-10 sä oli perfluorinoitu sulfonihappokalvo, jonka paksuus oli noin 0,05 mm ja jonka ekvivalenttipaino oli noin 1 000 (g/g-mooli ekvivalenttinen vaihtokyky) ja joka on saatavilla US-patenttijulkaisun 4 470 888 hakijalta.A cell similar to the model of Example 1 was assembled using nine bipolar electrode plates and two semi-electrode plates, one as an anode and one as a cathode, each with an active electrode area of about 0.051 m. The same type of cathode plate and anode rods as in Example 1 were used, except that the anode and cathode back plates were about 34.3 cm x 34.3 cm thick and about 3.02 mm thick. Behavior 10 contained a perfluorinated sulfonic acid film having a thickness of about 0.05 mm and an equivalent weight of about 1,000 (g / g molar equivalent exchange capacity) available from Applicant for U.S. Patent 4,470,888.
Erotinvälineet olivat verkko, joka oli tehty ti-15 taanidioksidilla käytetystä polyetyleenistä verkon ollessa noin 1,78 mm paksu ja omatessa noin 9,65 mm aukot sekä noin 60 %:n avoimen alueen. Erotin käsiteltiin kromi-ja rikkihappojen seoksella, joka on saatavilla Fisher Scientific:Itä nimellä CHROMERGE, tarpeellisen hydrofii-20 lisen pinnan aikaansaamiseksi. Erotinverkko asennettiin 3,2 mm erotinkehykseen, joka ulottui noin 6,4 mm kennon reunan ohi.The separating means were a mesh made of polyethylene used with titanium dioxide with a mesh about 1.78 mm thick and openings of about 9.65 mm and an open area of about 60%. The separator was treated with a mixture of chromium and sulfuric acids available from Fisher Scientific under the name CHROMERGE to provide the necessary hydrophilic surface. The separator grid was mounted on a 3.2 mm separator frame extending approximately 6.4 mm past the edge of the cell.
Kenno suljettiin käyttämällä sekä anodi- että ka-toditakalevyn tiivisteurissa O-renkaita, joiden halkai-. 25 sija oli noin 7,37 mm. Noin 22,23 mm liuskaa G0RE-TEXRThe cell was sealed using O-rings with a diameter of both anode and ka-todita plate. The 25th place was about 7.37 mm. Approximately 22.23 mm strip G0RE-TEXR
nauhaa käytettiin erotinkehyksen ja kalvon välissä.the tape was used between the separator frame and the film.
·*·' Kenno toimi katolyytin kokonaisvirtausnopeudella 13 g minuutissa ja anolyytin kokonaisvirtausnopeudella 6 g minuutissa. Anolyyttiin lisättiin jatkuvasti 35-%:is-: : : 30 ta natriumhydroksidiliuosta 93 g minuutissa. Liika ano- : lyytti, joka sisälsi noin 15 % natriumhydroksidia, puh distettiin jatkuvasti ja lisättiin katolyytin kiertojär-.·. : jestelmään. Lisäksi katolyyttiin lisättiin deionisoitua vettä noin 320 ml minuutissa, samalla kun rikkidioksidia 35 jatkuvasti lisättiin katolyyttiin pH:n pitämiseksi vä- 24 88 41 0· * · 'The cell operated at a total catholyte flow rate of 13 g per minute and a total anolyte flow rate of 6 g per minute. 35% sodium hydroxide solution was continuously added to the anolyte at 93 g per minute. Excess anolyte containing about 15% sodium hydroxide was continuously purified and added to the catholyte circuit. : system. In addition, about 320 ml of deionized water per minute was added to the catholyte, while sulfur dioxide 35 was continuously added to the catholyte to maintain the pH.
Iillä noin 5,4 - 5,8 ja sulfiitti-bisulfiittimoolisuh-teen pitämiseksi välillä noin 1:3 ja noin 1:8.I have about 5.4 to 5.8 and a sulfite-bisulfite molar ratio of between about 1: 3 and about 1: 8.
Kenno toimi lämpötilassa, joka oli noin 25°C, kato lyy tin kokonaisvirtausnopeuden ollessa noin 13 g mi-5 nuutissa ja anolyytin kokonaisvirtausnopeuden ollessa noin 6 g minuutissa. Kenno toimi jatkuvasti yli 30 päivää ilman merkittävää muutosta jännitekertoimessa tai tuotteen muodostamisessa.The cell operated at a temperature of about 25 ° C, with a total catalyst flow rate of about 13 g mi-5 minutes and a total anolyte flow rate of about 6 g per minute. The cell operated continuously for more than 30 days without a significant change in voltage factor or product formation.
Tuotekatolyyttiä otettiin jatkuvasti kennosta no-10 peudella noin 350 ml minuutissa ja analysoitiin jaksoit-taisesti jokaisen päivän aikana. Tuotekatolyytti, joka on esitetty seuraavassa taulukossa II, analysoitiin näytteistä, jotka otettiin samaan aikaan jokaisena päivänä. Nämä tiedot edustavat kennon toimintaa 4-päiväisen toi-15 minnan aikana optimoiduissa olosuhteissa. Katolyytistä analysoitiin natriumvetysulfiitti-, natriumtiosulfaatti-, natriumsulfiitti- ja natriumbisulfiittisisältö.The product catalyst was continuously removed from cell no-10 at a rate of about 350 ml per minute and analyzed periodically during each day. The product catalyst, shown in Table II below, was analyzed from samples taken at the same time each day. These data represent cell performance during 4-day operation under optimized conditions. The catholyte was analyzed for sodium hydrogen sulfite, sodium thiosulfate, sodium sulfite, and sodium bisulfite.
25 8 8 41 0 ^ o25 8 8 41 0 ^ o
41 M u u •H41 M u u • H
G O» e h m «o et « :<fl Oi /— m m m T-| *H > ^ #» ·*. ·» U ^ Ci (M M Ci • cfl a w *h Ή H TJ M O in aG O »e h m« o et «: <fl Oi / - m m m T- | * H> ^ # »· *. · »U ^ Ci (M M Ci • cfl a w * h Ή H TJ M O in a
4> *H ^ TJ4> * H ^ TJ
<-* I K » w<- * I K »w
>> IA O O O>> IA O O O
·? « Cl M O Ci L ^ fc · % * * ·£ cd «o tn m Y 5 Ok OK OK ok ti <0 •H >· > U1·? «Cl M O Ci L ^ fc ·% * * · £ cd« o tn m Y 5 Ok OK OK ok ti <0 • H> ·> U1
' rT'rT
C e «e «ζ H i HB M M CN CiC e «e« ζ H i HB M M CN Ci
Tj w Ok Ok Ok Ok * · lk |k ^Tj w Ok Ok Ok Ok * · lk | k ^
H H H HH H H H
e a «H >> 4)e a «H >> 4)
CO JSCO JS
H « *h H * uH «* h H * u
OO
* - 44 Oh o o o o 3 8C. m — m a “ <c" h- λ" p 2 m m in —* - 44 Oh o o o o 3 8C. m - m a “<c" h- λ "p 2 m m in -
«J«J
HB
λ—λ-
O .HO .H
n v s es r- «o n m m m o o J| w k » ·» «, Z et 0 0 h mn v s es r- «o n m m m o o J | w k »·» «, Z et 0 0 h m
• * O *-N• * IS
: : ; «h « « · o wv ^ o H ΙΛ::; «H« «· o wv ^ o H ΙΛ
Cl äO ·» «. *. k (0^ ^ ^ n ^Cl äO · »«. *. k (0 ^ ^ ^ n ^
ZZ
v!: «?- nh m h « « : : : w °c ι-t o ® m . . Ä'-" * o «v !: «? - nh m h« «::: w ° c ι-t o ® m. . Ä'- "* o«
Z 1-4 «H #-l HZ 1-4 «H # -1 H
: *1 ^ · s s 26 8841 0: * 1 ^ · s s 26 8841 0
Vaikka yllä on esitetty ja selostettu edullinen rakenne, johon edellä olevan keksinnön periaatteet on sisällytetty, on ymmärrettävä, että keksintöä ei ole rajoitettu näin esitettyihin tiettyihin yksityiskohtiin, 5 vaan itse asiassa hyvin erilaisia välineitä voidaan käyttää tämän keksinnön laajempien ajatusten toteuttamisessa. Esimerkiksi vaikka anodin takalevyn on esitetty ja selostettu käyttävän pyöreälankaisia tankoja pinnallaan, voitaisiin yhtä hyvin käyttää litteitä suorakulmaisia 10 palkkeja tai muutoin sopivan geometrisen muodon omaavia rakenteita, kuten kolmikulmaisia, viisikulmaisia, kuusikulmaisia, kahdeksankulmaisia jne. Lisäksi erotinverkko voisi olla altistettu hydrofiilille, joka sisältää lisäaineita tai sellaisia lisäaineita voisi olla elektrolyy-15 tissä. Erotinverkko voisi myös olla asennettu kennoon kalvon ja katodilevyn väliin, missä yhteydessä hydraulinen paine muutetaan siten, että kalvo pakotetaan irti anoditangoista ja erotinverkkoa vasten. Oheisten patenttivaatimusten suojapiiri on tarkoitettu kattamaan kaik-20 ki ilmeiset muutokset yksityiskohdissa, materiaaleissa ja osien järjestelyssä, jotka tulevat alan ammattimiehen mieleen tämän selostuksen lukemisen jälkeen.Although the preferred structure has been shown and described above, incorporating the principles of the foregoing invention, it is to be understood that the invention is not limited to the particular details thus set forth, but in fact very different means may be used to practice the broader ideas of the invention. For example, although the anode backplate has been shown and described to use circular wire rods on its surface, flat rectangular beams or otherwise structures of suitable geometric shape, such as triangular, pentagonal, hexagonal, octagonal, etc., could equally well be used. such additives could be present in the electrolysis. The separator network could also be mounted in a cell between the membrane and the cathode plate, in which case the hydraulic pressure is changed by forcing the membrane away from the anode rods and against the separator network. The scope of the appended claims is intended to cover all obvious changes in details, materials, and arrangement of parts that come to mind to one skilled in the art upon reading this disclosure.
Claims (27)
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US3280387 | 1987-04-01 | ||
US07/032,803 US4740287A (en) | 1986-12-19 | 1987-04-01 | Multilayer electrode electrolytic cell |
Publications (4)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
FI881186A0 FI881186A0 (en) | 1988-03-14 |
FI881186A FI881186A (en) | 1988-10-02 |
FI88410B FI88410B (en) | 1993-01-29 |
FI88410C true FI88410C (en) | 1993-05-10 |
Family
ID=21866885
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
FI881186A FI88410C (en) | 1987-04-01 | 1988-03-14 | ELEKTROLYSCELL |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
BR (1) | BR8801439A (en) |
CA (1) | CA1324783C (en) |
FI (1) | FI88410C (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
NZ590016A (en) * | 2010-12-17 | 2013-06-28 | Waikatolink Ltd | An electrolytic cell comprising at least two electrodes and at least one insulating layer with perforations |
-
1988
- 1988-03-10 CA CA000561171A patent/CA1324783C/en not_active Expired - Fee Related
- 1988-03-14 FI FI881186A patent/FI88410C/en not_active IP Right Cessation
- 1988-03-29 BR BR8801439A patent/BR8801439A/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FI881186A (en) | 1988-10-02 |
FI881186A0 (en) | 1988-03-14 |
FI88410B (en) | 1993-01-29 |
BR8801439A (en) | 1988-11-08 |
CA1324783C (en) | 1993-11-30 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
FI85602B (en) | ELEKTROLYTISK CELL FOER ALKALIMETALLHYDROSULFITLOESNINGAR. | |
CA1073402A (en) | Electrolytic manufacture of chlorates using a plurality of electrolytic cells | |
FI71356B (en) | ELEKTRODSTRUKTUR FOER ANVAENDNING I ELEKTROLYTISK CELL | |
FI85508B (en) | ELEKTROLYTISK CELL. | |
US4761216A (en) | Multilayer electrode | |
FI87937B (en) | ELEKTROLYTISK CELL | |
US4969981A (en) | Cell and method of operating a liquid-gas electrochemical cell | |
US4921587A (en) | Porous diaphragm for electrochemical cell | |
US4891107A (en) | Porous diaphragm for electrochemical cell | |
AU615769B2 (en) | Electrochemical cell having dual purpose electrode | |
EP0104137A2 (en) | Narrow gap gas electrode electrolytic cell | |
FI88410C (en) | ELEKTROLYSCELL | |
GB2240988A (en) | Membrane electrolytic cell incorporating separator | |
CA1338634C (en) | Cell and method of operating a liquid-gas electrochemical cell | |
KR910003621B1 (en) | Multilayer electrode | |
CA1332371C (en) | Electrochemical process for producing hydrosulfite solutions | |
US4784875A (en) | Process for treatment of separator for sodium hydrosulfite membrane cell | |
KR910004872B1 (en) | Electrolytic cell | |
CA1302802C (en) | Process for treatment of separator for sodium hydrosulfite membrane cell | |
US5725743A (en) | Electrode system and use in electrolytic processes | |
CA1122562A (en) | Electrochemical cell having particulate electrode separated from counter electrode by porous barrier | |
US4992147A (en) | Electrochemical process for producing hydrosulfite solutions | |
GB2239660A (en) | Porous, sintered, multilayer electrode for electrolytic membrane cell |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
BB | Publication of examined application | ||
MM | Patent lapsed | ||
MM | Patent lapsed |
Owner name: OLIN CORPORATION |