FI92336B - Menetelmä viallisten ioninvaihtokalvojen havaitsemiseksi monopolaarisissa ja bipolaarisissa elektrolysoimislaitteissa - Google Patents

Description

92336

Menetelmä viallisten ioninvaihtokalvojen havaitsemiseksi monopolaarisissa ja bipolaarisissa elektrolysoimislaitteissa Förfarande för detektering av defekta jonbytarmembran i mono-polära och bipolära elektorlyseringsanordningar Tällä hetkellä käytettävissä olevat teolliset teknologiat kloorin ja natriumhydroksidin tuottamiseksi elektrolyysillä vesipitoisista alkalimetallihalidiliuoksista perustuvat elek-trolyysikennoihin elohopeakatodien, bipolaarisiin ja monopo-laarisiin elektrolyysilaitteisiin huokoisin kalvoin, sekä bipolaarisiin ja monopolaarisiin elektrolyysilaitteisiin ionin-vaihtokalvoin. Monopolaariset tai bipolaariset elektrolyysi-laitteet, joissa on kalvoelektrolyytin läpäisevät kalvot eli ioninvaihtokalvot, jotka ovat oleellisesti elektrolyyttivir-tausta läpäisemättömät, käsittävät rivin peruskennoja, jolloin jokainen kenno käsittää anodin ja katodin, joita erottaa kalvo, kuten ioninvaihtokalvo. Bipolaarisen elektrolyysilaitteen tapauksessa elektrolyysijännitteen tai potentiaalin annetaan vaikuttaa koko rivin yli, jolloin virta kulkee rivin peräkkäisten peruskennojen läpi jokaisen kennon anodilta katodille ja sitten rivissä seuraavan viereisen kennon anodille.

Monopolaarinen elektrolyysilaite käsittää rivin erillisiä peruskennoja, jolloin jokaisessa kennossa on anodi ja katodi, ja jolloin kennojen anodit on erikseen liitetty yhteiseen positiiviseen jännitelähteeseen ja katodit erikseen yhteiseen negatiiviseen potentiaalitasoon.

Käsiteltyä tyyppiä olevia tyypillisiä monopolaarisia elektro-lyysilaitteita selitetään US-patentissa 4.341.604 ja julkai-• sussa WO 84/02537.

Käsiteltyjä tyypillisiä bipolaarisia elektrolyysilaitteita selitetään US-patentissa 4.488.946.

Ioninvaihtokalvotekniikka, huolimatta markkinoiden tietystä lamasta, on jatkuvasti laajeneva ja tulee mitä todennäköisem- 2 92336 min olemaan tulevissa rakenteissa ensi sijalla oleva valinta. Tämän menestyksen syinä ovat oleellisesti sekä pienempi tehonkulutus, alueella 2400 - 2600 kWh tuotettua klooritonnia kohti, että poisjääneet ympäristöongelmat, jota olivat syynä elohopealaitosten investointien kieltämiseen.

Tähän saakka saavutetut parannukset koskien anodien ja joustavien kuorien elinikää, kennojen puhdistamista ulkopuolelta käytettävillä kolilla, sekä kaasumaisten ja nestemäisten poisteiden elohopean poistokäsittelyä, mahdollistavat elohopeaka-todi-elektrolyysilaitteiden rakentamisen, jotka täyttävät tiukimmatkin ympäristönsuojeluvaatimukset; elohopeasaastumisen pelko (elohopea on tosiasiassa eräs myrkyllisimmistä aineista sekä ympäristölle että ihmiselle) aiheuttaa sekä viranomaisten että yleisön tunnepitoisen hylkäämisen, joka on niin voimakas, ettei sitä enää koskaan voida muuttaa.

Samantapainen tilanne kohdataan elektrolyysilaitteilla, joissa käytetään huokoista kalvoa: kalvon pääkomponenttina on asbesti, joka tunnetaan syöpää aiheuttavana aineena. Ongelmat syntyvät tässä ennen elektrolyysikennoa; kaivosten jatkuva sulkeminen johtuen kustannuksista työntekijöiden turvallisten olojen aikaansaamiseksi, johtavat asbestin hankalaan saatavuuteen.

: Edellä mainitut vaikeudet aikaansaivat suuret ponnistukset ja laajat investoinnit tutkimusohjelmiin, joilla pyritään löytämään asbestille vaihtoehtoja. Uuden tyyppisiä kalvoja, vaikkakin kalliimpia, on nykyään kaupallisesti saatavilla, mutta siitä huolimatta huokoisten kalvojen teollisuus ei nykyään voi . olla kilpailukykyinen ioninvaihtokalvoteknologian kanssa.

Tosiasiassa elektrolyysilaitteet huokoisin kalvoin tuottavat liuosta haiidin ja aikaiihydroksidin sekoituksena, joka on haihdutettava, ja vasta kun halidi on erotettu, saadaan väkevöityä alkalihydroksidia. Nämä vaiheet merkitsevät enemmän tehonkulutusta kuin ioninvaihtokalvolaitoksessa.

li 3 92336

Esillä olevan keksinnön etujen täydellistä ymmärtämistä varten selitetään alkalihalidin elektrolyysin periaatetta käytettäessä ioninvaihtolaitosta, ja kuvataan niitä kahta elektrolyysilai-tetyyppiä, jotka voidaan varustaa ioninvaihtokalvoin.

Yksinkertaisuuden vuoksi seuraavassa selityksessä viitataan vain natriumkloridin vesipitoisten liuosten elektrolyysiin kloorin ja natriumhydroksidin tuottamiseksi; tässä mainitut kaikki periaatteet ja johtopäätökset pätevät kuitenkin myös minkä tahansa alkalihalidin vesipitoisten liuosten elektrolyysiin, eikä niitä siten ole tarkoitettu esillä olevan keksinnön rajoittamiseksi natriumkloridiliuosten elektrolyysiin.

Kloorialkalin elektrolyysissä elektrolyyttikenno muodostaa peruskomponentin, joka tavanomaisesti on suuntaissärmiön muotoinen; ioninvahtokalvo jakaa kennon anodiosastoon ja katodiosas-toon. Anodiosasto sisältää väkevää natriumkloridiliuosta, esim. 250 g/1, johon upotetaan anodi, joka tavallisesti käsittää huokoista tai paisutettua metallia, joka puolestaan on päällystetty platinaryhmän metallioksidipääUystyksellä, kaupallisesti tunnettu tavaramerkillä DSA®. Katodiosasto sisältää natrium— hydroksidiliuosta, esim. 30 - 35 painoprosenttista, johon upotetaan katodi, joka muodostuu huokoisesta teräs- tai nikke-lilevystä, joka puolestaan voidaan päällystää sähkökatalyytti-sellä päällystyksellä vedyn kehittämiseksi.

Käyttölämpötila on tavallisesti välillä 80 - 90*C.

Ioninvahtokalvo muodostuu oleellisesti ohuesta arkista perfluo-rinoitua polymeeriä, jonka pääketjuun on sijoitettu sulfoni-tai karboksyylityyppisiä ioniryhmiä. Elektrolyysissä ioniryhmät ionisoituvat, ja siten plymeerin pääketjulle on tunnusomaista negatiivisten varausten esiintyminen ennalta määrätyin etäisyyksin. Nämä negatiiviset varaukset muodostavat esteen anionien kulkeutumiselle, ts. esteen ioneille, joilla on negatiivinen varaus ja joita on liuoksissa, erityisesti kloridit, Cl-, ja hydroksyyli-ionit, 0H-. Vastaavasti kalvon läpäise- 4 92336 vät helposti kationit, ts. ionit, joilla on positiivinen varaus, tässä erityisessä tapauksessa natriumionit, Na+.

Kun tasasuuntaajalla syötetään tasasähkövirtaa elektrolyyttiseen kennoon, ja erityisesti, kun katodi on kytketty negatiiviseen napaan, ja anodi posiitiiviseen napaan, esiintyvät seuraavat ilmiöt: - anodi: kloorin kehittyminen kloridi-ioneja kuluttaen; - katodi: veden elektrolyysi vetyä tuottaen, hydroksyyli-ionien, OH-, muodostuminen ja veden kulutus; - kalvo: natriumionit, Na+, vaeltavat anodiosastosta katodiosas-toon.

Tämän johdosta edellä mainittujen reaktioiden kokonaistasapaino johtaa kloorin tuottamiseen ja natriumkloridin kulutukseen anodiosastossa, vedyn ja natriumhydroksidin tuottamiseen kato-diosastossa.

Energian kulutus (kW) tuotettua klooritonnia kohden saadaan seuraavasta kaavasta: V · Q · 1000 kW = --- (1) 35 · n jossa V on elektrolyyttikennon napoihin (anodi ja katodi) .; johdettu jännite virran aikaansaamiseksi, joka ilmaistaan ampeereina elektrodin pinnan neliömetriä kohti; Q on sähkön määrä, joka riittää kloorin vertailumäärän aikaansaamiseksi, ilmaistuna tässä tapauksessa kiloampeereina (kAh) kloorin kilo-ekvivalenttimäärää kohti, vastaten 26,8 kAh 35 kg klooria kohti; n on virran hyötysuhde ja edustaa sitä osuutta virrasta, joka todella käytetään kloorin tuottamiseksi (1 - n) on siten virran määrä, joka kuluu hapen kehittymisen parasiittiseen reaktioon).

Tehonkulutuksen vähentäminen tuoteyksikköä kohti on erittäin tärkeätä. Esillä olevassa tapauksessa kaava (1) selvästi • «

II

5 92336 osoittaa, että tämä tulos voidaan saavuttaa nostamalla virran hyötysuhdetta, n, ja alentamalla kennon jännitettä.

Virran hyötysuhde n riippuu käytetystä kalvotyypistä: erityisesti viimeaikaisille kaksoiskerroskalvoille, jotka muodostuvat sulfonoidusta polymeerikerroksesta anodin puolella ja karbok-syloidusta polymeerikerroksesta katodin puolella, on tunnusomaista suhteellisen suuret n:n arvot, alueella 95 - 97%.

Kennojännitteen alentaminen voidaan aikaansaada pienentämällä anodin ja katodin välistä rakoa, jolloin minimietäisyys saadaan, kun anodi ja katodi puristetaan kalvon anodi- ja katodipintoja vastaan. Tämän tyyppistä teknologiaa, ns. "nollarako-rakennet-ta”, kuvataan italialaisissa patenteissa 1.118.243, 1.122.699 ja italialaisessa patenttikahemuksessa 19502 A/80.

Jos kalvo vioittuu ( reikiä, tunkeutuen enemmän tai vähemmän), seuraavat haitat vaikuttavat elektrolyyttikennoon yleensä, ja nollarako-kennoon erityisesti: - natriumkloridia sisältävään anodiosastoon diffundoituu merkittävästi natriumhydroksidia. Sen seurauksena hapen kehittyminen on suurempaa kuin normaalisti, vaikuttaen tuotetun kloorin laatuun; - anodin ja katodin välisten oikosulkujen riski kasvaa, siitä voi aiheutua ylikuumenemista ja vahinkoja elektrodille sekä varsinaisen kennon rakenteelle; - anodin korroosio. Tämä johtuu katodiosastossa vallitsevasta suuremmasta paineesta anodiosastoon verrattuna. Sen vuoksi kalvon viallisuudesta johtuen muodostuu natriumhydroksidisuih-ku, joka ei välittömästi laimene: tämä erittäin alkalinen suihku käynnistää kaikkien sellaisten titaaniosien nopean korroosion, jotka joutuvat kosketukseen sen kanssa, ensisijassa anodilla.

♦ « 6 92336

Edellä olevasta tarkastelusta nähdään pian, että käytännöllinen menetelmä mikrovikojen havaitsemiseksi kalvossa on erittäin tärkeä, jotta vältettäisiin näiden mikrovikojen laajeneminen niin paljon, että ne aiheuttaisivat edellä mainittuja ongelmia. Lisäksi sellaisen menetelmän on oltava helppo toteuttaa vaikuttamatta laitoksen normaaliin käyttöön, ja sen tulisi sallia viallisen kalvon ilmaisemisen jokaiseen elektrolyysilaitteeseen asennettujen useiden kalvojen joukosta.

Tosiasiassa tähän saakka mainittu elektrolyyttikenno on ainoastaan peruskyksikkö elektrolyysilaitteessa, joka muodostuu suuresta lukumäärästä kennoja (20 - 60). Mahdollisuus, että tiedetään tarkasti mikä kalvo monien asennettujen kalvojen joukosta on todella viallinen, mahdollistaa elektrolyysilait-teen avaamisen juuri siitä kohdasta, jossa viallisen kalvon vaihtaminen on suoritettava. Ajan suhteen saavutettava säästö, verrattuna elektrolyysilaitteen täydelliseen purkamiseen ja jokaisen kalvon visuaaliseen tarkastamiseen, on itsestään selvä. Tähän on lisättävä, että kalvoihin , jotka siirtyvät käyttö-oloista tarkastusoloihin, kohdistuu merkittävät lämpötilan ja vesisisällön poikkeamat, jotka aiheuttavat huomattavia mitta-muutoksia. Toisin sanoen, tarkastuksen aikana kalvoihin kohdistuu mekaanisia ja kemiallisia rasituksia, jotka voivat vahingoittaa myös niitä kalvoja, jotka käytössä olivat ilman vikaa.

Kokemus on osoittanut, että on varsin helppoa ilmaista ne elektrolyysilaitteet, joissa on viallisia kalvoja, mutta että on todella monimutkaista selvittää mikä elektrolyysilaitteen monista kalvoista todella on viallinen, jotta voitaisiin suorittaa kohdistettu huolto.

Kuten edellä mainittiin, niin alkalihydroksidin suuri diffun-doitäminen anodiosastoon aiheuttaa oleellisen happimäärän kasvun tuotetussa kloorissa. Tämä kasvanut happipitoisuus esiintyy ilmeisesti vain niissä anodiosastoissa, jotka ovat kosketuksessa vialliseen kalvoon: esimerkiksi elektrolyysilaitteessa, joka käsittää 24 peruskennoa, ja jossa yksi 24:stä kalvosta on 7 92336 viallinen, suurempi happipitoisuus löytyy vain siinä perusken-nossa, joka sisältää viallisen kalvon. Muissa 23:ssa kennossa happipitoisuus pysyy normaaliarvojen puitteissa. Tavanomaiset elektrolyysilaitteet on varustettu kokoojaputkeila, joka kerää eri peruskennoissa tuotetun kloorin; sen johdosta suurempi happimäärä viallisen kalvon sisältävästä kennosta tulevassa kloorissa leimenee tuotetussa kloorin kokonaismäärässä. Tämän johdosta tuotetun kloorin analyysi poikkeavan happipitoisuuden ilmaisemiseksi toimii vain, kun kalvossa on suuri vika.

Loogisena ratkaisuna oleva, jokaisessa peruskennossa tuotetun kloorin analysoiminen ei ole käyttökelpoinen, koska elektro-lyysilaitteen mekaaninen rakenne ei salli kaasujen poistamista muualta kuin kokoojaputkesta. Yhteenvetona, tuotetun kloorin analysoiminen kokoojaputkesta on kallis toimenpide, jolla voidaan ilmaista ainoastaan ne elektrolyysilaitteet, joissa on yksi tai useampia viallisia kalvoja, mutta se on hyödytön mainitussa elektrolyysilaitteessa olevien viallisten kalvojen tarkan paikan vahvistamista varten.

Kun viallinen elektrolyysilaite on ilmaistu, niin tavallinen menettely merkitsee laitoksen sulkemista, sen poistamista tuotantolinjasta ja kuljettamista sopivalle huoltoalueelle. Täällä elektrolyysilaitteella, joka sitä ennen on tyhjennetty, täytetään hitaasti pelkästään anodiosastot laimealla suolaliuoksella; tarkastus suoritetaan optisiin kuituihin perustuvilla tähystimillä, jotta havaittaisiin missä katodiosastossa esiintyy suolaliuoksen vuotoa. Suolaliuoksen taso anodiosastossa mahdollistaa vian paikantamisen pystysuunnassa. Huomataan välittömästi, että menetyely on aikaa vievä, eikä erityisen luotettava mikrovikoja koskien.

Toista ratkaisua edustaa teollisen elektrolyysilaitteen muodostavan jokaisen elektrolyyttikennon jännitteen ja kuormitusvir-ran arvojen analysoiminen. Ennenkuin mennään yksityiskohtiin tämän vaihtoehtoisen ratkaisun osalta, selitetään monopolaaris- • · 8 92336 ten ja bipolaaristen elektrolyyttikennojen kahta erilaista sähköliitäntätyyppiä.

Kuten edellä mainittiin, niin elektrolyysilaitteen peruskomponenttina on peruskenno, joka kaavioilisesti on esitetty kuviossa 1. Kenno käsittää kaksi puolikennoa, joissa molemmissa on päätyseinä 7, jolloin toisen puolikennon päätyseinä 7 on kytketty anodiin 2 ja toisen puolikennon päätyseinä katodiin 3. Puolikennot muodostavat anodiosaston ja katodiosaston, joita erottaa ioninvaihtokalvo 1.

Tyypillisessä teollisessa perus-elektrolyyttikennossa on elekt-rodipinta, joka käsittää 0,5-5 neliömetriä, vastaten 50 - 5000 kg päivittäistä kloorin tuotantoa, ja toimien virrantiheydellä 3000 A/m . Laitoksen tuotannon kokonaiskapasiteetin (keskiarvot: 100 - 500 tonnia päivässä) liiallisen jakaantumisen välttämiseksi sekä sähkökytkentöjen kustannusten säästämiseksi, elektrolyyttikennot kootaan yhteen muodostamaan elektrolyysilaitteen, kahden mahdollisen kaavion mukaisesti, kuten havainnollistetaan kaviossa 2, muodostamaan monopolaarisen elektrolyysilaitteen, ja kuten kuviossa 3, bipolaarisen elektrolyysilaitteen. Tämä kaaviollinen esitys vastaa todellista rakennetta; vaihtoehtoisesti monopolaariset ja bipolaariset seinämät voivat käsittää kahden peräkkäisen yhteenpuristetun kennon kaksi erillistä päätyseinää. Kahden vierekkäisen kennon väliin voidaan sijoittaa kokoonpuristuva, johtava elementti tasaisen virran jakautuman aikaansaamiseksi koko kosketuspinnalle (ks. italialainen patentti 1,140,510).

Kuvio 2 esittää monopolaarisen elektrolyysilaitteen, jossa kaikki anodit 2 ja katodit 3, ioninvaihtokalvojen 1 erottamina, on kytketty erikseen anodin virtakiskoon 8 ja vastaavasti katodin virtakiskoon 9, jotka vuorostaan on kytketty tasasuuntaajan positiiviseen ja negatiiviseen napaan. Tässä tapauksessa elektrolyysilaitteen sähköinen käyttäytyminen on sama kuin järjestelmän, joka muodostuu määrätystä määrästä rinnakkaisia ohmisia resistansseja; kun järjestelmään syötetään alueella ?ζόό6 9 3 - 4 V oleva tasajännite, suuri kokonaisvirta jakaantuu elekt-rolyysilaitteen 4, 5, 6 muodostavien eri peruskennojen välillä kääntäen verrannollisesti kulloiseenkin resistanssiin. Jos nämä sisäiset resistanssit ovat riittävän yhtäsuuret, niin eri peruskennojen läpi kulkeva virta on olellisesti yhtä suuri.

Sen tähden on selvää, että monopolaarinen elektrolyysilaite on järjestelmä, jolle on tunnusomaista pieni jännite (3 - 4 V) ja suuret virrat (50.000 - 100.000 A).

Kuvio 3 esittää bipolaarisen elektrolyysilaitteen, jossa pää-teanodi 2' ja päätekatodi 3' on kytketty tasasuuntaajan positiiviseen ja negatiiviseen napaan. Tässä tapauksessa ennalta määrätty sähkövirta syötetään ensimmäiseen kennoon 5, ja aina vain sama sähkövirta johdetaan peruskennojen 6 läpi niin, että se saapuu sarjan viimeiseen peruskennoon.

Virran määrä on tyypillisesti pienempi kuin monopolaarisen elektrolyysilaitteen vastaanottama. Toisaalta, jokainen perus-hennon ylitys vaatii Määrätyn jännitteen, joten elektrolyysilaitteen kokonaisjännite vastaa kaikkien peruskennojen jännitteiden summaa; sen johdosta on ilmeistä, että kokonais-jännite on merkittävästi korkeampi kuin monopolaarisen elekt-rolyysilaitteen vaatima.

Bipolaarisessa elektrolyysilaitteessa jokainen yksinkertainen seinä 7 pitää toisella puolellaan anodia ja toisella puolella katodia, jonka johdosta sitä sanotaan bipolaariseksi. Monopo-laarisessa elektrolyysilaitteessa sitä vastoin jokaisella seinällä 7 on joko anodipari tai katodipari, ja tästä syystä sitä sanotaan monopolaariseksi.

Bipolaarista elektrolyysilaitetta voidaan pitää monopolaarisen elektrolyysilaitteen komplementtina, jolle on tunnusomaista suuri jännite ja pienet virrantiheydet.

• · 10 92336 Tämän johdosta, kun otetaan huomioon että päivittäisen ennalta määrätyn kloorimäärän tuottamiseksi vaaditaan määrätty sähköteho , niin on ilmeistä, että tätä sähkötehoa käytetään suurina virtakuormituksina monopolaarisella elektrolyysilaitteella, kun sitä taas käytetään suurena jännitteenä bipolaarisella elektrolyysilaitteella.

Näiden kahden elektrolyysilaitetyypin käyttäytymistä kuvaavat sähköparametrit voidaan tiivistäen esittää seuraavasti: - monopolaarinen elektrolyysilaites jännite virtakiskolla, kokonaisvirta, virta jokaiseen peruskennoon; - bipolaarinen elektrolyysilaite: kokonaisjännite virtakiskolla, peruskennojen jännite, kokonaisvirta.

Käytännön kokemus osoittaa, ettei mikään edellä mainituista parametreista mahdollista laitoksen useamman elektrolyysilait-teen joukosta niiden elektrolyysilaitteiden ilmaisemisen, joissa olevissa kalvoissa on alkuvaiheessa olevia mikrovikoja. Vasta kun nämä mikroviat saavuttavat vaaralliset mittasuhteet, havaitaan elektrolyysilaitteen kokonaisjännitteen määrätty pieneneminen; tästä näkökohdasta lähtien happipitoisuuden analyysi varmasti tuottaa nopeamman osoituksen vaurion asteesta.

On ilmeistä, että sähköparametrit, jotka ovat riittämättömiä viallisen kalvon sisältämän elektrolyysilaitteen ilmaisemiseksi, ovat vielä käyttökelvottomammat määrätyn elektrolyysilaitteen puitteissa olevien viallisten kalvojen ennalta ehkäisevää paikantamista varten.

Keksijät ovat nyt yllättäen havainneet, että sähköparametrit .. mahdollistavat viallisten kalvojen ilmaisemisen suurella luo- tettavuulla, kun eri mittaukset tehdään sen jälkeen, kun sähkövirran kuormitusta on pienennetty, mutta ei katkaistu.

Esillä oleva keksintö aikaansaa menetelmän viallisten ionin-vaihtokalvojen ilmaisemiseksi monopolaarisissa tai bipolaari-sissa elektrolyysilaitteissa, jotka muodostuvat elektrolyytti- Q 9 '2 7 z: 22 / J 0 peruskennoista, ja se toteutetaan seuraavissa vaiheissa: - vähennetään virran kokonaiskuormaa; - mitataan erillisten kennojen virta-arvot; - lasketaan mainittujen arvojen prosenttimääräinen poikkeama keskiarvoista; - merkitään muistiin kaikki poikkeamat, jotka ovat suuremmat kuin 100%, jolloin kennot, joilla on pienemmät poikkeamat, ovat käyttöön sopivia.

On huomattava, että jokaiseen peruskennoon syötetyn virran mittaaminen, pienennetyllä virran kuormituksella, ei häiritse laitoksen toimintaa. Ensiksikin mittaus vaatii ainoastaan, että jokaisen peruskennon joustavaan liitokseen liitetään kiinteät sähkölaitokset, mahdollisesti hitsaten, ja tämä on helppo ja halpa toimenpide. Erilaiset sähkölaitokset voidaan yhdistää sopivan multiplekserin kautta tietokoneelle, joka automaattisesti käyttää laitosta; tässä tapauksessa peruskennojen jänni-tearvot talletetaan suoraan tietokoneen tulostamille tietoar-keille.

Merkittävää tietoa voidaan kerätä seisokkien aikana eri laitteiden (kloorikompressorit, vetykompressorit) jaksollista huoltoa varten. Näissä oloissa elektrolyysilaitteille syötetään pieni virta, joka on oleellisesti pienempi kuin käyttöoloissa. Joka tapauksessa tietoa voidaan kerätä useammin, jos laitos on varustettu porrasohituksella, joka voidaan kytkeä jaksollisesta jokaiseen elektrolyysilaitteeseen, ja joka sallii virtakuormi-tuksen vähentämisen haluttuihin arvoihin (1000 - 3000 A

elektrolyysilaitteilla DD88) häiritsemättä laitoksen muiden elektrolyysilaitteiden käyttöä.

• ·

Esimerkki 1 24:llä DD88-tyyppisellä, 0. De Nora Technologies S.p.A.:n elektrolyytti-peruskennolla varustetun monopolaarisen elektro-lyysilaitteen sähköiset ominaisuudet (peruskennojen jännitteitä ja virtaa) ilmaistiin kokonaisvirran ollessa 61.000 A, vastaten 12 92336 virrantiheyttä 3000 A/m . Vastaava tieto on graafisesti esitetty kuioissa 4, 5 ja 6 sekä koottu taulukkoon 1. Erityisesti: - Kuvio 4 esittää jokaisen peruskennon jännitteen kokonaisvirran ollessa 61.000 A. Kaikille peruskennoille on tunnusomaista lähellä 3 V oleva arvo, ainoina poikkeuksina kennot 7 ja 8, joiden jännitteet ovat 2,9 ja vastaavasti 2,91 V. Myös nämä arvot ovat kuitenkin standardiarvojen puitteissa. Itse asiassa, kun kaikki tieto oli kerätty, elektrolyysilaite suljettiin ja purettiin: mitään vaurioita ei visuaalisella tarkastuksella kalvoissa havaittu, ei myöskään kalvoissa 7 ja 8, ainoata poikkeusta edustaen peruskennon 24 kalvo, joka sijaitsee anodin 24 ja katodin 25 välissä, jossa esiintyi pieniä reikiä koko kehää pitkin tiivisteen alueella.

- Kuvio 5 esittää kokonaisvirran 61.000 A jakaantumista eri peruskennoille, jotka on saatu mittaamalla jokaisen kennon taipuisan liitännän ohminen häviö anodin ja katodin virtakiskon suhteen; sen vuoksi jokaiseen peruskennoon syötetty virta on annettu ohmisena häviönä millivoltteina (mV), eikä absoluuttisena arvona (ampeeria). Keskiarvoksi tuli 10 mV maksimiarvon ollessa 12 mV ja minimin 9 mV, jota ei missään voitu Liittää vialliseen kalvoon (anodin 24 ja katodin 25 välissä).

- Kuvio 6 esittää kuviossa 5 olevan tiedon edelleen käsiteltynä prosenttimääräisinä poikkeamina keskiarvosta: jyrkin poikkeama on 20%.

Myöskään jokaisen peruskennon jännitteen mittaus monopolaari-sissa ja bipolaarissa elektrolyysilaitteissa, jotka eivät olleet käytössä, mutta jotka silti sisälsivät normaalit tilavuudet natriumkloridiliuosta anodiosastoissa ja natriumhydroksidia katodiosastoissa, on tuskin merkittävä. Poikkeamia ei voida suhteuttaa kalvojen vikohin, vaan ne ovat mieluumminkin funktioita kloorijäämistä anodiosastoissa ja mahdollisesti lämpötilajakautumista elektrolyysilaitteessa.

Ennen elektrolyysilaitteen purkamista ja jokaisen erillisen kalvon tarkastamista kokonaisvirta laskettiin 1500 ampeeriin ja sitten 1000 ampeeriin, täydestä 61.000 ampeerin kuormasta.

• « 13 92336

Peruskennojen jännite- ja virta-arvot sekä virta-arvojen prosenttimääräiset poikkeamat on esitetty kuvioissa 7, 8 ja 9 sekä koottu taulukkoon 2. Erityisesti: - Kuvio 7 osoittaa, että kun kyse on peruskennojen jänitteistä, niin sellaisia epänormaaleja poikkeamia ei havaita, jotka osoittaisivat kennon no. 24 kalvossa olevan vikaa, jonka myöhemmin elektrolyysilaitetta purettaessa ja kaikkia kalvoja tarkastettaessa havaittiin olevan viallinen.

- Kuvio 8 esittää jokaisen peruskennon anodi- ja katodivirta-kiskojen taipuisassa liitännässä saadut virta-arvot. Tässäkin tapauksessa, kuten kuviossa 5, on talletettu välittömästi ohmiset häviöarvot (mikrovoltteina) kokonais-ampeeriarvojen sijasta. On heti ilmeistä, että kennoon 24 syötetty virta, ja erityisesti anodille 24 ja katodille 25 syötetty virta (1330 ja 850 mikrovolttia) voimakkaasti poikkeaa muiden peruskennojen tyypillisestä arvosta (noin 100 mikrovolttia). Kuten edellä mainittiin, kalvo 24 anodin 24 ja katodin 25 välissä havaittiin vialliseksi kaikkia mainittuun elektrolyysiisitteeseen asennettuja kalvoja visuaalisesti tarkastettaessa.

Kuvio 9 edustaa kuvion 8 arvojen edelleen, käsittelyä prosenttimääräisinä poikkeamina: on heti ilmeistä, että anodin 24 ja katodin 25 virrantiheyden poikkeamille on tunnusomaista erittäin suuri poikkeama, alueella 400 - 500%.

Kuten edellä mainittiin, niin sen jälkeen kun kaikki sähköiset arvot oli kerätty, elektrolyysilaite suljettiin, poistettiin tuotantolinjasta ja siirrettiin sopivalle huoltoalueelle ja purettiin; mitään vikoja ei havaittu kaikkien kalvojen visuaalisessa tarkastuksessa, anodin 24 ja katodin 25 välissä olevan peruskennon 24 kalvon edustaessa ainoata poikkeusta, jossa oli pieniä reikiä pitkin koko kehää tiivisteen alueella.

Esillä olevan keksinnön tehokkuus vahvistettiin lisäksi toistettaessa mittaukset toisen DD88-tyyppisen elektrolyysilaitteen kaikilla peruskennoilla, joka toimi täydellä sähkökuormalla viisi kuukautta.

. · 1 14 92336 - Kuvio 10 esittää prosenttimääräiset poikkeamat jokaiseen peruskennoon syötettyjen virtojen keskiarvoon nähden toisella monopolaarisella elektrolyysilaitteella, joka on samanlainen kuin tähän asti tarkasteltu.

Maksimipoikkeamat ovat alueella 50%, ja niitä voidaan pitää hyväksyttävinä. Itse asiassa, kun toinen elektrolyysilaite suljettiin ja purettiin, ei missään visuaalisessa tarkastuksessa olleessa kalvossa havaittu olevan merkittäviä vikoja.

Esimerkki 2

Samat havainnot, jotka tehtiin esimerkissä 1, pätevät myös bipolaarisella elektrolyysilaitteella, jossa huomioon otettava sähköparametri on kennojännite, koska tämän tyyppisellä elektrolyysilaitteella peruskennojen läpi johdetaan pakosta sama sähkövirta, kuten edellä selitettiin.

- Kuvio 11 viittaa bipolaariseen elektrolyysilaitteeseen DD 88, Oronzio de Nora Technologies S.p.A.ilta, jota syötettiin 50 Ailia (nimellinen kuorma 1200 A), ja se esittää peruskennojen jännitteet; kennoihin 12 ja 30 liittyvät arvot (1,85 V) ovat oleellisesti pienemmät kuin muiden kennojen jännitteet (noin 2,35 V). Kalvojen visuaalinen tarkastus osoitti, että kennoihin 12 ja 30 liittyviä kalvoja vaivasivat useat kuplia vastaavat viat. Kaikki muut kalvot olivat optimikunnossa.

On ilmeistä, että edellä oleva selitys on pelkästään havainnollistava, eikä sitä ole millään tavalla tarkoitettu esillä olevan keksinnön rajoitukseksi.

15 92όοό

Taulukko 1

Monopolaarisen DD 88 kalvo-elektrolyysilaitteen sähköiset ominaisuudet täydellä 61.000 A kuormalla, vastaten virrantiheyttä 3000 A/m2.

Peruskennon jännite Mitattu virta Mitattu virta

Poikkeama elektrodin keskiarvosta kennon no._V_no. (* ) mV_%_ 1 3,00 1 9,5 -12 2 2,99 2 11,5 +12 3 3,01 3 9,3 -14 4 3,00 4 8,7 -20 5 2,98 5 11,0 + 2 6 2,98 6 11,5 + 7 7 2,90 7 10,2 - 6 8 2,91 8 10,5 - 3 9 3,00 9 10,0 - 7 10 3,00 10 11,0 + 2 11 3,00 11 10,0 - 7 12 3,00 12 12,5 +16 13 2,99 13 10,0 - 7 14 3,00 14 10,6 - 2 15 2,99 15 10,7 - 1 16 2,99 16 11,9 +10 17 2,99 17 10,0 - 7 18 2,99 18 11,0 + 2 19 2,98 19 10,7 - 1 20 2,99 20 12,5 +16 21 2,99 21 10,7 - 1 22 2,99 22 12,6 +17 23 2,99 23 10,8 0 24 3,00 24 12,5 +16 25 10,0 - 7 *) parittomat numerot = katodeja parilliset numerot s anodeja 16 92336

Taulukko 2

Monopolaarisen DD 88 kalvo-elektrolyysilaitteen sähköiset ominaisuudet täydellä 61.000 A kuormalla, vastaten virrantiheyttä 3000 A/m2.

Peruskennon jännite Mitattu virta Mitattu virta

Poikkeama elektrodin keskiarvosta kennon no. V_no. (*) mV_%_ 1 2,30 1 130 -28 2 2,30 2 150 -17 3 2,30 3 100 -45 4 2,30 4 120 -34 5 2,30 5 90 -50 6 2,30 6 100 -45 7 2,30 7 80 -55 8 2,30 8 100 -45 9 2,30 9 70 -61 10 2,31 10 100 -45 11 2,31 11 90 -50 12 2,31 12 100 -45 13 2,32 13 90 -50 14 2,32 14 100 -45 15 2,32 15 80 -55 16 2,32 16 100 -45 17 2,32 17 110 -39 18 2,32 18 100 -45 19 2,32 19 120 -34 20 2,32 20 100 -45 ·' 21 2,32 21 120 -34 22 2,32 22 100 -45 23 2,31 23 100 -45 24 2,29 24 850 +370 25 1330 +634 *) parittomat numerot = katodeja parilliset numerot = anodeja

II

Claims (9)

92336

1. Menetelmä viallisten ioninvaihtokalvojen havaitsemiseksi alkalihalidiliuosten elektrolyysissä elektrolyysilaitteessä, joka käsittää sarjan peruskennoja joissa on kalvon erottamat anodi ja katodi, tunnettu siitä, että menetelmä käsittää: peruskennon viallisen kalvon paikallistamisen syöttämällä mainittuun elektrolyysilaitteeseen virta, joka on pienempi kuin normaali virta, jolloin elektrolyysi kennoissa tapahtuu pienemmällä virran keskitiheydellä kuin normaalisti; jokaisen peruskennon sähköisen ominaisuuden määrittäminen käyttäen elektrolyysilaitetta mainitulla pienemmällä kuormalla; jokaisen kennon sähköisen ominaisuuden vertaaminen sarjan kaikkien kennojen ominaisuuden keskiarvoon.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kennojen kalvot ovat ioninvaihtokalvoja, jotka ovat oleellisesti elektrolyysivirtaa läpäisemättömiä.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että elektrolyysilaite on monopolaarista tyyppiä ja että mitattu sähköinen ominaisuus on jokaisen peruskennon sähkövirta.

4. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että elektrolyysilaite on bipolaarista tyyppiä ja että mitattu sähköinen ominaisuus on jokaisen peruskennon yli vaikuttava jännite.

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pienempi virta on vähemmän kuin 10 % normaalista virrasta ja edullisemmin vähemmän kuin 2 % normaalista virrasta. 92336

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pienempää virtaa vastaava virrantiheys ei oleellisesti ylitä 500 ampeeria elektrodin pinnan neliömetriä kohti.

7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että peruskennon kalvo, joka osoittaa oleellista poikkeamaa mainitun sähköisen ominaisuuden keskiarvosta, tarkastetaan visuaalisesti.

8. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että peruskennon kalvo, jonka osoittama sähkövirran poikkeama on suurempi kuin 100 % keskiarvosta, tarkastetaan visuaalisesti.

9. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että peruskennon kalvo, jonka osoittama sen yli vaikuttavan jännitteen poikkeama on suurempi kuin 0,2 V keskiarvosta, tarkastetaan visuaalisesti. Il 92336