JPH0217013Y2

JPH0217013Y2 -

Info

Publication number: JPH0217013Y2
Application number: JP1982138892U
Authority: JP
Priority date: 1982-09-16
Filing date: 1982-09-16
Publication date: 1990-05-11
Also published as: JPS58110060U

Description

【考案の詳細な説明】

本考案は、ノズル内の液流速が0.5乃至20ｍ／
secとなるノズル内径を有する排出ノズルを電解
槽上壁に、その内面よりも30mm以上内部に開口さ
せて設けた竪型隔膜式塩化アルカリ電解槽に関す
る。塩化アルカリ電解の如くガス発生を伴う電解反
応の竪型隔膜式電解槽では、電解槽をコンパクト
化しようとすれば、電解槽上部で気液分離して電
解液と生成ガスを別々に排出する事が難しく、気
液混相になる場合が多い。特に、工業的電解槽で
多数の電解槽の電解条件を均一にしようとした
り、除熱をするために電解液を多量に循環しよう
とする場合には電解槽内での気液分離は一層困難
になる。故に竪型隔膜式塩化アルカリ電解槽において、
電解槽上部の排出ノズルから、電解液および電解
ガスを気液混相で抜き出す場合、電解により発生
したガスは電解室上部に気相部を形成し、上部排
出ノズルからはある瞬間には発生ガスのみが排出
され、ガスが排出されるにつれて液面が上昇し、
ある瞬間には液が排出されるという現象が起こ
る。また、ある瞬間には気液が同時に排出されると
いう場合も存在する。こうした現象が短時間内に
繰り返し発生するため、排出ノズル内はいわゆる
プラグ流状態を示す。電解室内部の液面の変動と
排出ノズル内のプラグ流との影響を受けて電解室
内の圧力は変動する。陽極室、陰極室内でのこう
した圧力変動は、隔膜、電極、電解槽等の振動を
惹起し、膜破れ、電極破損等の原因となる。本考案は、排出ノズルを電解槽上壁の内面より
も内部に開口させ、かつ、電解液を高流速で排出
させる事を骨子とし、その目的は膜破れ、電極破
損等の原因となる陽極室、陰極室での圧力変動を
防止する事である。また、本考案の別の目的は、電解槽のリーク電
流による腐蝕を防止する事である。本考案で云うノズル内の流速とは、ガスの存在
を無視し、ノズル内を電解液のみが流れたものと
して計算した値である。本考案によつて何故に陽極室、陰極室内圧の変
動が減少するかその理由は明らかではないが、排
出ノズルを電解槽内部に開口させる事により、一
定深さの気相部が常に電槽上部に形成され、電槽
内部で変動する液面が直接電槽上部壁面を衝撃
し、振動を発生させる事がなくなり、かつ、排出
ノズル内液流速を高速にする事により、ノズル内
の流れが噴霧流となるためであろうと推測され
る。ノズルの開口位置は電解槽上壁内面から30mm以
上内部である事が必要である。30mm以下では振動
防止効果が小さい。更に好ましくは50mm以上であ
る。特に、陰極室での水素ガスと苛性アルカリ溶液
との分離速度よりも、陽極室での塩素ガスと塩化
アルカリ溶液との分離速度が遅いためか、陽極室
排出ノズルの開口位置は50mm以上内部でないと振
動防止効果が小さい。故に陽極室排出ノズルの開
口位置は陰極室排出ノズルの開口位置よりも内部
である事が好ましい。逆に、開口位置が内部過ぎ
ると形成される気相部の深さが増大して電極の有
効通電面積が減少し、電解電圧の上昇を招き好ま
しくない。好ましくは150mm以下、更に好ましく
は100mm以下が良い。排出ノズル内の液流速は、0.5乃至20ｍ／secで
あることが必要で、好ましくは0.8乃至14ｍ／
sec、更に好ましくは1.5ｍ／sec乃至7.0ｍ／secで
ある。電解液を循環する目的には次の２つがある。 (1) セル内およびセル間の温度、濃度等の電解条
件の差をなくし均一な運転を行なう。 (2) ジユウル熱による発熱の除去。これらの目的を達成するように適正な循環量を
決めなければならない。(1)の目的を達成するには
通電面積が大きな影響を及ぼし、通電面積に比例
して循環量を増加せねばならない。また、(2)の目
的を達成するには更に、電流密度の影響を大きく
受ける。故に、電解液の循環量を電流密度と通電
面積との積、即ち発生ガス量に比例して変化させ
るのが好ましい。本考案者はイオン交換膜を用いた塩化アルカリ
電解槽において上記目的を達成するための適正な
循環量を検討した結果、発生ガス量と循環液量と
の比（以下Ｇ／Ｌと表わす）が1.0〜10.0、好ま
しくは1.3〜7.0の範囲に調節されるべきである事
を知つた。Ｇ／Ｌを大きくしすぎると発熱の除去
がスムーズに行なわれず、電解条件を均一に保つ
のが難しくなる。逆に小さくしすぎると、循環ポ
ンプが大容量となり、消費動力が大きくなる。
Ｇ／Ｌが斯る値の気液混相で排出する場合、排出
ノズル内をガスが存在せず液のみが流れると仮定
して計算した液流速が0.5ｍ／sec以上であること
が必要で、好ましくは0.8ｍ／sec以上、更に好ま
しくは1.5ｍ／sec以上にすれば電解槽の圧変動が
非常に小さくなる事を見い出した。また、液流速をあまり大きくしすぎても圧力損
失が大きくなり好ましくない。20ｍ／sec以下で
あることが必要で、好ましくは14ｍ／sec以下で
更に好ましくは７ｍ／sec以下が良い。上述の液流速を満足させる内径と開口位置とを
有すれば、ノズルの数に制限はない。しかし、多
すぎるとホースの継ぎ込み等に手間が掛るので通
常１乃至２個が良い。排出ノズルの材質はプラスチツクでも金属でも
よいが、強度面から見て金属の方が好ましい。金
属の場合、陰極室側には通常鉄、ステンレス、ニ
ツケル等の耐アルカリ性を有する材質が用いら
れ、陽極室側にはチタン、又はチタン合金等の耐
塩水性、耐塩素性を有する材質が用いられる。本考案の電解槽はプラスチツク製でもよいし、
金属製でもよい。又、単極式電解槽でもよいし、
複極式電解槽でもよい。特に、金属製の複極式電
解槽は装置がコンパクトになり、かつ高温、加圧
運転する事によつて槽電圧を低下出来るので好ま
しい。しかし、複極式金属電解槽では給液、排出
ノズルを通して流れるリーク電流による電解槽の
腐蝕が問題となる。斯る複極式金属電解槽に本発
明を適用する場合には、金属製ノズルが好まし
い。金属製ノズルを複極式金属電解槽に設けた場合
には、該ノズルは犠性電極としても作用し、電解
槽がリーク電流によつて腐蝕するのを防止する。
この場合、排出ノズルが徐々に消耗してくるので
一定期間使用したら排出ノズルを交換する必要が
ある。しかし、電解槽本体が腐蝕する事を考える
とノズルの交換は廉価であり、かつ簡単である。本考案の電解槽に用いる隔膜は、アスベスト等
の多孔質膜でもよいし、陽イオン交換膜でもよ
い。特に陽イオン交換膜を用いる場合、電解槽間の
電解条件を均一に保つたり、発熱を除く必要のた
めに陽極液、陰極液をリサイクルさせる場合が多
い。従つて給液量が増大し、かつ電解槽をコンパ
クトにしようとすると、電解槽内で効果的に気液
を分離する事が困難になる。このような場合に
は、電解槽内部での液面が変動し、かつノズル内
の流れがプラグ流となり振動し易いので、本考案
は効果的である。次に本考案の態様を図面を用いて説明する。し
かし、本考案はこれらの図面のみに限定されるも
のではない。第１図は、本考案の複極式単位電解槽の一例で
ある。単位電解槽１は隔壁２により陽極室３と陰
極室（隔壁の裏側にあたり図示されていない）に
分割されている。４は陽極室排出ノズル、５は陰
極室排出ノズル、６は陽極室給液ノズル、７は陰
極室給液ノズルである。陽極室排出ノズル４は上
壁８の内面よりも陽極室内部に突き出した部分９
を有している。陰極室排出ノズル５も陰極室内部
に突き出した部分９を有しているが、隔壁の裏側
になるので図示されていない。陽極１１はリブ１
０を介して隔壁に固定されている。１２はアーム
である。第２図に示す如く斯る複極式単位電解槽１と隔
膜１５を交互に多数並べ、両端に、陽極室のみを
有する端陽極室枠１３と陰極室のみを有する端陰
極室枠１４を配置し、フイルタープレス１６で締
め付けて複極式電解槽が構成される。第２図にお
いて、１７は陽極液および塩素ガスの排出ヘツダ
ー、１８は陰極液および水素ガスの排出ヘツダ
ー、１９は陽極液の供給ヘツダー、２０は陰極液
の供給ヘツダーである。各単位電解槽のそれぞれ
のノズルは対応するヘツダーにフレキシブルホー
スで連結されている。第３図、第４図および第５図は排出ノズル部の
断面図である。第３図は従来の電解槽の排出ノズ
ル部の一例であり、第４図および第５図は本考案
の電解槽の排出ノズル部の一例である。図中番号
は第１図と対応している。電極室内部に開口させた排出ノズルを設けるに
は、第４図の如く頭部２１を有するノズル２２を
電解槽上壁に設けられた従来の排出ノズル４に差
し込んでもよい。又、第５図の如く電解槽内部に
突き出した一体もののノズルを電解槽上壁に取り
付けてもよい。複極式電解槽には、第４図に示し
た差し込みタイプが犠性電極として作用して消耗
した後交換するのが容易であるので好ましい。特に、複極式金属電解槽の陽極室に設ける斯る
差し込みタイプの排出ノズルには、その頭部の少
なくとも一部に白金族金属、白金族金属酸化物、
白金族金属又は白金族金属酸化物を含有する混合
物若しくは固溶体を被覆することが好ましい。こ
のような被覆を施した場合には、ノズル自体の消
耗が非常に僅かになると同時に、犠牲電極として
の機能も向上し、電解槽本体の防蝕効果も一段と
優れたものになる。特に端陽極枠側の貴なる電位
を有する電解槽には、斯る被覆を施したノズルを
用いる事が必要である。更に、差し込みタイプのノズルの場合にはノズ
ルと電解槽本体とを電気的に接続した方が好まし
い。電気的接続方法は溶接、ネジ込み等如何なる方
法でもよい。ノズルと電解槽本体とを電気的に接
続していない場合には、第４図に図示した隙間部
２３においてノズル４および／又はノズル２２の
腐蝕の恐れがある。以下、実施例について本考案を更に詳細に説明
するが本考案はこれらの実施例にのみ限定される
ものではない。実施例１通電面積1.2ｍ×2.4ｍを有する第１図に示した
単位電解槽を製作した。隔壁には鉄−チタニウム
爆発圧着板を用い、該爆発圧着板のチタニウム面
に巾30mmのチタニウム製リブを介して陽極活性物
で被覆したチタニウムのエキスパンデツドシート
を溶接して陽極となし、鉄面に巾40mmの鉄製リブ
を介して鉄のエキスパンデツドシートを溶接して
陰極とした。その周囲を鉄枠で囲み、鉄枠の陽極
液と接する部分にはチタニウム板をライニングし
た。陰極室の上壁および下壁に、第３図に示した
形状を有する内径15mmのステンレス製排出ノズル
および給液ノズルを１ケずつ取り付けた。陽極室
の上壁および下壁にも同一形状のチタニウム製排
出ノズルおよび給液ノズルを１ケずつ取り付け
た。更に、陰極室の排出ノズルには内径10mm、外
径12mm、極室内部への突出長さ50mmの第４図に示
す構造のステンレス製の差し込みノズルを取り付
け、スポツト溶接にて排出ノズルに電気的に接続
し、陽極室の排出ノズルには内径10mm、外径12
mm、極室内部への突出長さ8.0mmの同様な構造の
チタン製の差し込みノズルを取り付け、スポツト
溶接にて排出ノズルに電気的に接続した。なお、
陽極室側差し込みノズルの頭部にはルテニウム酸
化物の被覆を施した。斯る単位電解槽79対と陽イオン交換膜80枚とを
交互に並べ両端に陽極室のみを有する端陽極室枠
および陰極室のみを有する端陰極室枠をそれぞれ
置きフイルタープレスで締め付けて第２図に示し
た複極式電解槽を組み立てた。陽極室下部給液口より3N塩水を１室当り１
m³／Hr、陰極室下部給液口より6N苛性ソーダを
１室当り１m³／Hr給液し電流密度40A／ｄm²で
電解した所、合計電圧は298Vであつた。電解が
定常に達した時、陰極室及び陽極室内の圧力変動
を測定した所、最大６cm水柱以下と非常に小さか
つた。次に陰極室と陽極室との圧力差の変動を測定し
た所、これも６cm水柱以下と非常に小さかつた。
同一電解条件で約６ケ月間運転したが、陽イオン
交換膜にピンホール、破れ等の損傷は見られず又
リーク電流による電解槽の腐蝕も皆無であつた。比較例１実施例１と同一電解槽、同一電解条件において
陰陽両極室の排出ノズルに差し込みノズルを装着
しないで運転した所、陰陽両極室の圧力変動はそ
れぞれ最大70〜100cm水柱程度の大きな変動を示
した。同じ条件で約６ケ月間運転し、電解槽を解
体し陽イオン交換膜を検査した所、ピンホールが
存在し陽イオン交換膜表面に傷の発生が見られ
た。又、端陽極室枠側の数対の単位電解槽にリーク
電流に基づくと思われる腐蝕が見られた。実施例２および比較例２各種の差し込みノズルを実施例１と同一の電解
槽に装着し、実施例１と同一の電解条件で運転し
て陰陽両極室の圧力変動および電圧を測定した。
なお、陰極室、陽極室共に同種の差し込みノズル
を用いた。第１表は圧力変動の測定結果である。圧力変動
を小さくするためには、30mm以上の突出長さと
0.5ｍ／sec以上の液流速が必要である。第２表はノズル内液流速1.5ｍ／secにおいて、
突出長さを各種変化させた場合の電圧の変化であ
る。突出長さが150mmを越えると電圧が高くなる。

【表】

【表】【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の複極式単位電解槽の姿図であ
る。第２図は本考案の複極式電解槽の組立図であ
る。第３図、第４図および第５図は排出ノズル部
の断面図である。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】 (1) 電解液循環装置とそれに接続した金属製排出
ノズルを有し、その排出ノズルから電解により
発生したガスと電解液との混合流体が流出する
竪型隔膜式塩化アルカリ電解槽において、この
混合流体中の電解液の体積に対するガスの体積
比が1.0〜10.0であり、かつ、上記排出ノズル
はノズル内の液流速が0.5ｍ／sec乃至20ｍ／
secとなるノズル内径を有し、かつ上壁内面よ
りも30mm以上電解槽内部に開口している事を特
徴とする竪型隔膜式塩化アルカリ電解槽。 (2) 排出ノズルが上壁内面よりも30乃至150mm電
槽内部に開口している事を特徴とする実用新案
登録請求の範囲第１項に記載の電解槽。 (3) 排出ノズルが上壁内面よりも50乃至100mm電
解槽内部に開口している事を特徴とする実用新
案登録請求の範囲第１項または第２項に記載の
電解槽。 (4) 排出ノズル内の液流速が0.8乃至14ｍ／secで
ある事を特徴とする実用新案登録請求の範囲第
１項、第２項または第３項に記載の電解槽。 (5) 陽極排出ノズルの開口位置が陰極室排出ノズ
ルの開口位置よりも内部である事を特徴とする
実用新案登録請求の範囲第１項、第２項、第３
項または第４項に記載の電解槽。 (6) 隔膜が陽イオン交換膜である事を特徴とする
実用新案登録請求の範囲第１項、第２項、第３
項、第４項または第５項に記載の電解槽。 (7) 陰極室排出ノズルが鉄、ステンレス、ニツケ
ルから選ばれた金属であり、陽極室排出ノズル
がチタンまたはチタン合金である事を特徴とす
る実用新案登録請求の範囲第１項に記載の電解
槽。 (8) 陽極室排出ノズルの電解槽外部の部分の少く
とも一部に白金族金属、白金族金属酸化物、ま
たはそれらを含む混合物若しくは固溶体を被覆
した事を特徴とする実用新案登録請求の範囲第
７項に記載の電解槽。