JPS58100686A - 電解法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、電解の進行に伴なって被処理液の電導度が低
下する系の電ｍ法に関するものである。

陽極４１と陽極１１１との間に多孔質膜を九はイオン交
換膜よりなる隔膜１ｓｔ−二枚または三枚設置し、これ
らの膜によって両極室１４，１５！り隔離された一つｆ
７ｔは二つの中間１ｉ１６，１６α。

１６Ｃ（ただし、二つの中間室１１ｇ、１６０に持つ場
合には少なくともその一方）に原料物質を含む液を流通
させつつ通電することによって、原料物質ｔす解させる
方法が各積行なわれている０たとえば、有機酸塩全電解
して 今有機酸とブルカＩＪ　ｔ−得る方法や、有機物と電解
質の１合溶液中の電解質を分解・透析して除去する方法
などである０このような電解グロセスの中合が争論。一
般に１両極液としては電導度の高いｓｒ用いることがで
きるので、電解に要する電圧は中間室１＊れる供給液の
電導度に大きく左右される。本発＠框、このような場合
に効率よく電解を行な５ための供給液の分配の方法に関
するものである。

一般に、この工うな場合に用Ａられる電解装置は、陽極
と陽極および両極の間に設置されｆＩ：、２枚の隔膜よ
りなる単位セルの数個なｈし数十個を電気的に並列また
は直列に接続して一次群とし１次に一次群を数個ないし
数十個直列または並列に接続して成る二次群を一つの電
源装置に接続して構成される。まれには、一つの電源装
置に複数個の二次解重接続して一つの装置とすることも
ある。

この工うに一つの電解装置を構成する数十なｈし数百の
セルはすべて共通の一つの電源に接続される。一方、原
料物質を含む供給液は通常一つの供給源よりすべてのセ
ルに分配され、セル内で電解処理されたあと再び集めら
れる０もちろん原料物質を含む原料液（原液１ｒｉ−過
的に処理される場合もあれば処理液の一部あるいは全部
？原液に加えて供給液とする循環法をとる場合もある。

電解プロセスの中には、処理液中に原料＃Ｉｊ實が比較
的多量に残存してもよｈ場合、すなわち分解率が低くて
もよｈ場合も多り。このエラな場合には、一つの電解装
置を構成する個々のセルに供給される供給液の量に多少
の不均等があってもさしつかえがない。しかしながら、
ｔとえば有機酸塩を電解によりイオン交換して遊離の酸
を得ようとするプロセスでは、未分解の塩の存在がその
後の工種や製品の品質に悪い影響【お工ぼす場合が多い
。このような場合には、電解装置を高い分解率が得られ
るように運転しなければならない。そして、高い分解率
を８要とする場合にもしも個々のセルの流量が不均等で
あると、不都合な結果を生じる。そのわけ１次に説明す
る。

はじめに述べ几りうに、すべてのセルはたがいに電気的
に接続されているので１個々のセルに通じる電気量倉、
その流量に応じて自由に変えることはできない。そのｔ
めに、流量が多すぎるセルでは分解が不十分にな９．−
万、流量の少なすぎるセルでに分解に必要な量エリ多め
電流が流れるので、電流効率が低下する。そこで、高い
分解率１保つためには、流量の多いセルに合わせてすべ
てのセルの電流量を増さなければならないが、そうす６
と、流量の少なＡセルでは無効な゛電流がさらに増すこ
とになる。もちろん、電流を増せば電圧も必ず嵩くなる
。その上１分解が進むにつれて液の電導度が低下するの
で、流量の少なすぎるセルでは、より高い電圧を必要と
する。このように。

高い分解率を必要とする電解プロセスでは、ｆｉ量の不
均等によって生じる電流効率の低下と電圧の上昇が重な
って、消費電力が大巾に増大する。一般に框、セルの人
口で流路を狭くするなどの方法で、ある程度流量を均等
化することが行なわれるが、その程度の対策では、高い
分解率を望む場合に十分な精度は得られない。

隔膜を三枚設置して二つの中間室金持つ電解セルを用い
る場合にも、中間室のうち少なくとも一方には分解率の
高い液が流れる０例えば、第３６図に示すように三枚の
陽イオン交換膜？設けたセルに１って有機酸塩を電解す
る場合には、筐ず陽極側の中間室ｔＳＣに原液を供給し
て部分的に分解した処理液を直接または一度集めてから
陽極側の中間室１６ａに供給して完全に分解する。この
場合には少なくとも陽極側の中間室１６αに供給される
原料物質のｔは均等でなければならない。。

このようなセルの各中間室の使い方はプロセスによって
異なるが、？ＩＩＪい分解率を得九い場合には必ず少く
とも一方の中間室に対しては供給液讐の等配分が盛装と
なる。

一方、［解槽倉構成するセルの数は黍＜、シかも個々の
セルに比較的小さな構造物であるので。

すべてのセルに高い精度で均等な流鷺會与えられるよう
な装置？作ることは技術的または経陽的に難かしい、、
また、この工うな困＠ｌｒ、ｉ１！けるための方法とし
て、いわゆる・々ツチ儲壊法がある。これは処理液の全
量を原液貯槽［戻して、全体が所足の分解率に達す６萱
で備４？くり返すものである。

これｔ大流量で行なえば電解＃Ｃ置會−回通過する直に
祷られる分解率は低くなるので、流量の不均等による不
都合は生じなか。しかし、一つのパッチの初期と終期で
は供給液中の原料物質濃度が大きく違うｔめに装・−の
舵力にも大きな違いがでさるので、１ｉ［源装置および
契約電力量を共に連続式の場合よりもかなり大きくしな
ければ平均能力が低くなること、ま友パッチの切り換え
の之めの時間の損失管束なくす６ためには大きな循環貯
槽が２基必要であることなど、パッチ循環法には不利下
する系について流量の変化が単一セルの性能におよぼす
影響を詳しく研究しｔ結果、Ａい分解率運転 １得ようとする場合には、セルの特性に定ｉＰジと、定
電流運転時で大きく異なること全見出しｔｏそして、こ
の特性の違いを応用すれば、比較的簡単な流量配分方法
で多数のセルからなる電解装置の性能全高め得ろことに
思い至り、その原塩？実際の装置に適用して電力消費を
節減することに成功した。以下に詳しくこれｔ説明する
。

まず、単一セルの流量と性能の関係、およびその関係か
ら複合セル間の流量分配の不均等の彰讐を推だする方法
について説明する。一定電圧で運転されてＡるセルの流
量ケ変えた時の電流密度と電流効率の変化は一般に第１
図に示したようなものであＴｏ、ｌすなわち、流量が多
い時は電流が度が高く流量が少ない時は′！を流田度が
低ｈ０ある一矩の電圧下で所足の分解率が傍ら：ｔ’Ｌ
６時の流ｔ？１とすると、Ｉより大きい流量では、原料
物質の共電流Ｉ／ｌｊ度もいく分減少する。このように
定電圧下でに流量の変化に応じて−ｍ流慴度もある程度
変化する。つ１す、流量とａｆｆ、があ６程建平衡し合
うのでああ。その九め、流量が増加しても分ｓ′＄はさ
＃１と低下せず、また流ｔが減少しても電流効率にさほ
ど低下しなめ。これ全１１台セルの場合に当てはめると
１次のようになる。すなわち、たがいに並列接続された
セルあるいにセル群に常Ｖこ同じ電圧を受けるので、こ
れらのセル（詳）の１田に流量の相異があっても、流量
の大きいセル（群ンには多くの電流が流れ、流量の小さ
いセル（群）に流れる電流は少なｈので全体としての効
率はさほど低下しない０しｔがって、たが論に並列に接
続されｔセル（群）の間には多少流量の不均等があって
もよいのである。

一方、定電流で運転されているセルの流量が変化した時
の所要電圧と′ｆｔｆｔ率の変化ｒｉ第２図に示した工
うなものである。ある一定の電流下でほぼ分解が完了す
るような流１ｔ−１とすると、そｎ工り大きい流量では
、原料４ｖ質の供給量が増加するのに対して電流ｊＩｋ
は一定であるから１分解率は急激に低下する。流量が１
より小さい時には、原料物質の供給量が減少するにもか
かわらず電流量は一定であるから、無効な電流が多くな
り、電流効率は急激に低下する。また電圧は急故に高く
なることが多い。すなわち、定電流下では、定電圧起す
。このこと全複合セルの場合にあてはめると次のように
なる０たがいに直列に接続されたセルオたはセル＃には
常に同じ量の電流が流れるので。

もしこれらのセル（群）の１ｉｌｌｌｌ！／ｃ流量の不
均等がある場合、流量の大きいセルｃ群）では分解率が
低下し、流量の小さいセル（詳１では電流効率の低ル（
詳ＪＫ合わぜて増やさなければならず、その他のセル（
群）では無効電流がいっそう増加する。

例えば、１００％に近い分解率？得危い場合に流量の最
大偏差が平均値の１＜１％であると、流量が完全に均等
な場合と比較して電流効率はほぼ１０％低下する。電圧
の上昇も考慮に入れると、消費電力は２０％近く増加す
る。つまり、たがいに直列に接続されたセル（群）の間
に存在する流量の不均等は、電力消費に大きな悪影響を
及ぼすのである。

直列セル（群）間の流量等配分は並列セル（騨）関の流
量等配分よりはるかに重要であるという原理は１本発明
者が実際に高分解率で電解装置を運転しつつ研究１重ね
ぇ結果見いだしたものである。

この原３ｍは分解の進行に伴なって電導度が低下する系
を取扱り限り、すべての場合にあてはまるものである。

　本発明は、Ｃの原理を応用し、簡素な流量等配分機構
を用いて、電解装置の消費電力を、大巾に節減すること
に成功したものである０次にその方法について述べる。

電解装置を構成するセルｌの全数を数個ないし数十個の
一次群２Ｖｃ等分し、各−次＃に属するセル會すべて電
気的には並列に接続する。次に、すべての−次＃全電気
的に直列に接続して二次群とし、その両端を直流電源４
に接続する。を源には別の二次群がこれと湛列ｒｃ接続
されていてもよ１０次に、供給＠Ｓの流路を一次群の数
と等しい数に分枝し、それぞれの枝に流量ケ等配分する
機構１０ｔ−設ける。これらの等配分機構として框１例
えば定ｔＩンプ、流ｔＩ！ｌｉ１節計と自動制御弁の組
み合せ１手動弁と流量指示器の組み合せ等のように直接
的に各−次群の流量を＃４節できるものでもよいが、オ
リフィス、ノズル、ペンチエリ−などの１うに、流路の
他の部分工りも大きくかつ均一な圧力慎失を発生させる
ことによって等配分を成立させるもので十分な場合もあ
る０こつして各−次群に等配分された液ｔ１′ｔ！々の
セルに供給するには。

等配分機構の後で分枝して各セル毎に供給回路を設けて
もよいし、あるい框、−次群内のすべてのセルへ通じる
マニホールドを設けて、ここへ１とめて供給しｔ後裔セ
ルへ分配させても工い。その工うなマニホールド？備え
た装置もすでに実用化　−されている。同じ一次群内の
各セルＩＣは、それぞれに通じる流路およびセル内部の
状態が均一でないので必ずしも均等な流量が与えられな
いが、これらのセルは友がいに電気的に並列接続されて
いるので、ｉ童が著しく不均等でない限り、あまり悪影
響がないことに先に説明した通りである。さらに＝ＸＸ
ナセル入口または出口に細孔や細管などの簡単な等配分
機構が備えてあれば、より好い結果が得られる。本発明
では、ｊｌ液を一過的に処理するいわゆる９７２７式ま
ｔは処理液の−ｓ１！：原液に加えて供給する部分循環
式によって運転する。

このようにして供給された電解装置の運転管理法には、
之電圧または定電流の下で所定の分解率が得られる１う
に全供給量ｔ１１１１節する方法や一定の供給量の下で
所定の分解率が得られるように電圧あるいは電流ｔ−，
＊ｉする方法などがある。まｔ。

分解率ｕ９Ｈ，＠４に、屈折率、比重などの測定値から
推定で＠６場合が多い。

かりに、１０個のセルを並列に接続して一次群とし、１
０の一次群紫直列に接続して１００セルより成る電解装
置を構成したとすると１本発明の方法によれば１０組の
流量等配分機構があればよい。−万、すべてのセルに対
して個々に等配分機構？備えると、１００組の機構が必
要となる。それでも、各−次群ごとの合計流１ｉｔｔ−
管珊しなければ、同じ一次群内の各セルの流量偏差はた
がいに打ち消し会うとは限らないので、−次群のあるも
のは本発明の方法の４合エリも大きな流量偏差？持つ可
能性があり、Ａい費用を掛けても性能は本発明の方決（
エリ劣る場合がある。個々のセル１司０［量等配分工す
も一次群間の流を等配分に１り重点１ｍ＜ことおよび−
次群内の各セルは並列に接続しなければならないという
ことが１本発明の骨子である。もちろん、セル間の等配
分機構を併用すれば、さらによい結果が得られることは
いうまでもない。

本発明の方法で要求される一次群間の流量等配。

分の精ｆは、液が装置内を一回通過するごとに得られる
べき分解率Ｃによって異なる。Ｃは次式で与えられるＯ −Ｅ Ｃ−−Ｍ　　Ｉ　Ｇ　Ｏ Ａ：供給液中の原料物質の濃度 Ｂ：処理液中の原料物質のａｍ たとえば、−回の通過で９５％の分解率′９ｒ傅ｔい場
合には、各群の流量備差ｔｓ％以内にしなければならな
い。それ以上に大きい偏差があると。

電力消費が急激に増大する。−一でＩｏｏ％近諭分解率
ｔ４する時は偏差はゼロでなければならないことになる
が、それａ実現が非常に４かしい。

そこで、少し大目に見て、（１０５−Ｃ）、ｅ−セ／）
？許さすべき偏差の目安とするのが工い０もちろんこの
範囲内であっても、偏壜が小さい程ニーこと框−うまで
もない。等配分機構の選択はその要求稽［１勘案して行
なわなければならない。

したがって、循壊童會多くして一回当りの分解率を下げ
れば、要求精度も低くなるので簡単な機構でよいことに
なるが、必ずしもそれが有利な方法とにいえなり−ｈ１
なぜならば、処理液の儂環量を多くすると供給液中の原
料物質の濃度が低くなるので、電流効率の低下や電圧の
上昇′ｆｒまねくことが多いからである□むしろ、精度
の高い等配分を行なったヒで一過式またに小さな傭ネ比
で運転する【・）（負相ｊな場合が多い。なお、処理液
の分解率が６、こ・？　１１％以下で工い場合［ｉ−工
、ｔはｆ本発明を適用する意義框ない。そのような場＆
ＫＨ，小さな傭虐比でも一回当りの分解率１ｊｓＯ４％
以丁となり、その場合に必要な等配分は本発明によらな
くても容易に達成されるからであ６０本発明ｌ工。

あく！でも、高い分解率１−１ＩＪ８的に達成丁６ｔめ
になされたものである凸なお、ここでいう処１液の分解
率とは６次の式で与えられるものケいうすなお、厳密に
いえば、供給液量重秀衾雫と処理液量および腺液菫と装
置から取り出され°る処理液量（取り出し処理液量）は
いずれも通常等しくないので、上記の分解率の式はいず
れも近似式である０ 従来１本発明で収りあげ１ｅ１うな萬分−率での電解プ
ロセスが実施されｔ例は非常に少なかっｔ。

しかし、＋後は、省エネルギーや、廃液の発生？防ぐこ
との定めに、イオン交換樹脂によるイオン交換や　＊蔓
透析による脱塩に代えて、電解法を用いるべきプロセス
は数多く存在する。本発明は。

そのような場合に、−次群間だけの等配分に工って表部
な設備で電力の使用効率を高めｔす、愛た。

セル１…の等配分と一矢群間の等配分ケ併用して電力の
使用効率全極限まで高めｔりすにとｒ可能にするもので
あり１発明の意義は太きい。

次に１本発明ｒ実施例および比較例に従って具体的に説
明丁６゜ 実施例 ＤＳＥ＠極、鉄ｌｌ１ｉ極お工び両極間に２枚の陽イオ
ン交換膜１に設備した３室法イオン交換膜蝋解セルの６
セル會＃を気的に直列接続して一次群とし。

ｌＯの一次ｎ會電気的に直列接続して両４ｔｌ−直流電
源に接続しｔ。この電解装置の＃Ｉ極液には５重重パー
セントの硫ｗｌｔ用Ｖ−＠極液には８重重パーセントの
水酸化す）　ＩＪウム水尋液會用い、いずれも６０℃に
保って循環しＴ−＊　２枚のイオン交換膜で仕切られ友
イオ／交換室には、アラニンのナトリウム塩’２００ｇ
／ｉｆｒ含む水溶液（原液）ゲ供給してａｍイオン交換
を行ない、Ｊ離のアラニ／の水溶液？得ると共にナトリ
ウムを水酸化ナトリウムとして陰極液中に回収し几。原
液α〕供給路ｔ−２０の枝に分け、各校には手動のニー
ドルパルプとローターメーターを設けて各校の流ｉｌ會
平均値に対して±４％の範囲で等しくした。各ローター
メータ倉出た液は、各−次群毎に独立したマニホールド
に接続し、そこから６つのセルに分配させ友。各セルの
入口は、１ＡｍｘＳ−の流路で絞られていた。セルの単
位面積当りの供給ｔは、毎時αｇ　！！　Ｉ　／ｄ　ｗ
ｔであった。各＃を出た処理液ｒ奈めてそのｐＨが７．
０となるよう電圧ｒＩｊ１４ｍした。

平均セル電圧ｒｉ＆ｌＶ、平均電流密度はｌ也２Ａであ
った。処理液の分解率は９７．５％、を流効藁框りｔ嘗
％１回収された水酸化ナトリウム１ｇ当りの消費電力ｒ
ｉ４．９　ｋ　ｗ　ｈであつｔ０比較例 実施例で使用した電解槽の丁べてのセル？一つのマニホ
ールドで接続し、このマニホールドに原液を全量供給し
、そこ力１ら各セルへ分配させた。

各セルの人口ｔ’！、１ｌｍｍ５ａ＋の流路で絞られて
いた。実施例と同じ条件で運転したところ、平均セル電
圧にＩＬ？１１’、平均磁流密度は１６．５Ａであった
。電流効率は７１４％６回収された水酸化ナトリウムｌ
−当りの消費電力ｎＬ３ｋｌ）ｈであっ几。

【図面の簡単な説明】

第１！ｉ！ｉは、単一セルの定電圧特性図の一例である
０ 纂意図は、単一セルの定電圧特性図の一例である０ １１３０図および第３ｂ図は、単一セルの構造の模式図
である 第４図は１本発明の電解槽の電気的接続方法の模式図で
ある〇 第５図は１本発明の電解槽の供給液および処理液の流路
構成の模式図である。 図において、ｌはセル、意は一次群、３は二仄群、４は
直流電源、Ｉｓμ原液、６に供給液、７１ゴ処理液、８
は循環処理液、９は取出し処理液。 ｌＯは流量等配分機構、ｌｌは陰極、１２は陽極。 ｌａｄ隔膜、１４［陰極１１ｓｆｌ陽極室、１６゜１１
（ｌおよび１６６はイオン交換室である。 同　　　　蝿士深浦秀夫ｒ二〕 ｌ エ　　流！− す 第３ｂ図 手続補正書 昭和５７年２　月　２日 特許片長゛１　　島　１）替　梱　殿 １、事件の表小 昭和５６年＋１（ｒｌ’一応１９６９１６　％２、発明
の名称 ｘｍ法 ３、補止をする渚 事件との関係　　特許出願人 ｌＪ４所　　米オ、仙甲火区永１．η１丁目ｌガ１号４
、代　理　人〒１０７ １２枚またＦｉｓ枚ｊ と訂正する。 （２＋　　ｆｇ１０頁ｉ！　１２行のｒｌＪを。 「！」 と訂正する。 （３）　　第１０頁あ１５行のｒｌＪを９、「１」 と訂正する。 （４）　　第２２頁第１行の「定電圧」を。 ｒ定電流」 と訂正する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｓａと１ｉＩＩ極との間に多孔質膜またはイオン交換Ｉ
   Ｉよりなる隔膜を二枚または三枚設けて両極室工り隔離
   された一つまたは二つの中間室？形成しｔ単位セルの一
   定複数を電気的に並列接続して一次群とし、−次群の複
   数を電気的に直列に接続して二次群とし、二次群の両端
   を直流電源に接続し。 かつ電解されるべき物質を含む液の流路（二つの中間室
   を持つ場合には、そのおのおのに通ずる流路のうちの少
   なくとも−ｙｆ）を−次群の数と等しい数に分岐し、そ
   の２のおのに流Ｊｌｋ等配分させる機構を設ｆｆ友後、
   これ？一つの一次群に楓するすべてのセルの一方の中間
   室に接続することによって、各−次群に供給される液の
   ｔｒ均等化させることｔ％倣とする。電解の進行に伴な
   って被処理液の電導度が低下丁番系ｑ電ＩＩ法＾