JPS582275B2 - Denkaihouhou Oyobi Denkaisou - Google Patents

Denkaihouhou Oyobi Denkaisou

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JPS582275B2
JPS582275B2 JP48116402A JP11640273A JPS582275B2 JP S582275 B2 JPS582275 B2 JP S582275B2 JP 48116402 A JP48116402 A JP 48116402A JP 11640273 A JP11640273 A JP 11640273A JP S582275 B2 JPS582275 B2 JP S582275B2
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JP
Japan
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anode
chlorine
mercury
membrane
anolyte
Prior art date
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Application number
JP48116402A
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Japanese (ja)
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JPS4974200A (en
Inventor
ロバート・スピツツアー
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EIDP Inc
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EI Du Pont de Nemours and Co
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Publication date
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Publication of JPS582275B2 publication Critical patent/JPS582275B2/en
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01Products
    • C25B1/34Simultaneous production of alkali metal hydroxides and chlorine, oxyacids or salts of chlorine, e.g. by chlor-alkali electrolysis
    • C25B1/46Simultaneous production of alkali metal hydroxides and chlorine, oxyacids or salts of chlorine, e.g. by chlor-alkali electrolysis in diaphragm cells
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • C25B9/70Assemblies comprising two or more cells

Description

【発明の詳細な説明】 多くの工業的製造方法が、塩水溶液の電解に基づいてい
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Many industrial manufacturing processes are based on the electrolysis of aqueous salt solutions.

重要なる適用の一つは、水酸化ナトリウムおよび塩素を
製造するための塩化ナトリウム塩水の電解である。
One important application is the electrolysis of sodium chloride brine to produce sodium hydroxide and chlorine.

この電解においては、塩水溶液の電解を包含するその他
の方法におけると同様に、一方法は多孔質の隔離板を用
いて電解槽の陽極液および陰極液室を分離することであ
る。
In this electrolysis, as in other processes involving the electrolysis of aqueous salt solutions, one method is to use a porous separator to separate the anolyte and catholyte compartments of the cell.

組成の顕著な変化を生じさせることなく電解質の通過を
許す多孔質の隔離板に対して以下においては゛隔膜″と
いう術語を用いる。
The term ``diaphragm'' is used below for porous separators that allow the passage of electrolyte without significant changes in composition.

この方法においては、電解槽の陰極液室内にある陰極に
おいて水素および苛性ソーダが生じ、一方、陽極液室内
にある陽極において塩素が生ずる。
In this method, hydrogen and caustic soda are produced at the cathode located in the catholyte compartment of the electrolytic cell, while chlorine is produced at the anode located in the anolyte compartment.

塩水は陽極液室から陰極液室へと隔膜を通過する。Salt water passes through the diaphragm from the anolyte compartment to the catholyte compartment.

陰極は通常は鉄網から成り、一方、陽極は黒鉛または白
金被覆チタンから成っている。
The cathode usually consists of iron mesh, while the anode consists of graphite or platinum coated titanium.

隔膜は通常はアスベストである。The septum is usually asbestos.

隔膜電解槽は水酸化ナトリウムの陽極液中への逆拡散を
防止し、また最低とすることを確実にするに充分な溶液
の流動を必要とする。
The diaphragm cell requires sufficient solution flow to prevent and ensure that back-diffusion of sodium hydroxide into the anolyte is minimized.

これは陽極液中の塩素酸塩および電流効率の低下を回避
するために必要である。
This is necessary to avoid chlorate in the anolyte and a reduction in current efficiency.

塩素酸塩の生成を避けるために隔膜内における最低量の
塩水流動を用いる場合は、約半分のみの塩化ナトリウム
を転化せしめる。
If minimal brine flow in the membrane is used to avoid chlorate formation, only about half of the sodium chloride will be converted.

次いで弱った陽極液を蒸発させて苛性ソーダを濃縮し且
つ塩を結晶化させなければならない。
The weakened anolyte must then be evaporated to concentrate the caustic soda and crystallize the salt.

最後に苛性ソーダ溶液から塩を沢過または遠心分離する
Finally, the salt is filtered or centrifuged from the caustic soda solution.

工程への塩水の仕込みを精製して隔膜を詰まらせる不純
物の含量を低下させることが一般的に行なわれており、
且つ一定の間隔で隔膜を更新することが普通である。
It is common practice to purify the brine feed to the process to reduce the content of impurities that can clog the diaphragm.
It is also common to renew the diaphragm at regular intervals.

隔膜の代わりに選択透過性膜を用いる隔膜電解槽の製作
しようとする試みが行なわれている。
Attempts have been made to produce diaphragm electrolytic cells using permselective membranes instead of diaphragms.

これは主要な問題に対する解決を与えない。This does not provide a solution to the main problem.

適度に高い導電性および耐薬品性を提供する膜はすべて
、かなりの逆拡散および水酸イオンの電気移動を受け、
その速度は陰極液の濃度および温度と共に増大する。
All membranes that provide reasonably high conductivity and chemical resistance undergo significant back-diffusion and electromigration of hydroxyl ions;
The rate increases with catholyte concentration and temperature.

塩素および苛性ソーダのための電解槽の第二の形式は、
水銀電解槽であり、この場合には塩水の電解が陰極にお
けるナトリウムアマルガムおよび陽極における塩素の生
成を与える。
The second type of electrolyzer for chlorine and caustic soda is
A mercury electrolyser, in which the electrolysis of salt water provides the production of sodium amalgam at the cathode and chlorine at the anode.

アマルガムは水と反応して、塩を含有しない苛性ソーダ
の溶液および水素を与える。
The amalgam reacts with water to give a salt-free solution of caustic soda and hydrogen.

この方法においては、苛性ソーダ溶液が塩水溶液および
塩素を含有する装置の部分すなわち区画とは別個の部分
すなわち区画において生成する故に、隔膜を必要としな
い。
This method does not require a diaphragm because the caustic soda solution is produced in a separate section or section of the apparatus from the aqueous salt solution and chlorine.

水銀電解槽の一実施形態においては、精製した塩化ナト
リウム水を僅かに傾斜した水平の電槽中に供給し、その
底で陰極水銀が塩水と並流して流れる。
In one embodiment of a mercury electrolyzer, purified sodium chloride water is fed into a slightly inclined horizontal cell at the bottom of which cathodic mercury flows cocurrently with the brine.

水銀上および塩水内には黒鉛または白金、あるいは白金
族で被覆したチタンから成る水平の陽極がある。
Above the mercury and in the brine is a horizontal anode made of graphite or platinum, or titanium coated with a platinum group metal.

これらの陽極は電槽の気密なカバーから吊り下げる。These anodes are suspended from the airtight cover of the cell.

これらのカバー中の穴から吊し、且つその穴中に封じて
ある桿によって陽極に電流を供給する。
Current is supplied to the anodes by rods suspended from and sealed in holes in these covers.

塩水は電槽の端における水銀サイホンによって電槽内に
局限せしめる。
The salt water is localized within the cell by a mercury siphon at the end of the cell.

典型的には電解槽中の濃度を3 1 5g/lから2
7 5g/lに低下せしめ且つ塩水は溢流によって電槽
を離れる。
Typically, the concentration in the electrolytic cell is between 3 1 5 g/l and 2
7.5 g/l and the brine leaves the cell by overflow.

通常は、塩水はバルブおよびロータメータによって電槽
に供給する。
Typically, brine is supplied to the cell by a valve and rotameter.

電解槽を出たのち、塩水をHCIの添加および真空なら
びに空気ストリツピングの併用によって脱塩素し、再飽
和させたのち、そのpHを約7.0として電解槽にもど
す。
After leaving the electrolyzer, the brine is dechlorinated and resaturated by the addition of HCI and a combination of vacuum and air stripping before returning to the electrolyzer to bring its pH to about 7.0.

電気は、鋼製電槽底へブスバーの接続によって水銀中に
供給する。
Electricity is supplied to the mercury by a busbar connection to the bottom of the steel cell.

カバーの上に突出し且つ通常は垂直的に調節できるよう
になっている陽極棒を、ピグテール、クランプ、ハンダ
付けしたロッドまたは類似の金属器具によって主ブスバ
ーに接続せしめる。
An anode rod, which projects above the cover and is usually vertically adjustable, is connected to the main busbar by a pigtail, clamp, soldered rod or similar metal device.

各電槽の動作を停止させるために、通常は陽極ブスバー
を陰極ブスバーに接続する短絡スイッチを設ける。
To stop the operation of each cell, a short circuit switch is usually provided to connect the anode busbar to the cathode busbar.

カバー、側壁、エンドボックス、シールおよび、時によ
っては、電槽の底の大部分を耐腐食性の材料、通常は硬
質ゴムによって被覆する。
The cover, side walls, end box, seal, and sometimes most of the bottom of the cell are covered with a corrosion-resistant material, usually hard rubber.

修理または取換えが必要となるまでの寿命は、5年を越
えることはほとんどなく、しばしばそれよりもはるかに
短かい。
Their life span before needing repair or replacement rarely exceeds five years, and is often much shorter.

構成要素のこの組立て物は、一般に一次電解槽と呼ばれ
る。
This assembly of components is commonly referred to as a primary electrolytic cell.

一次電解槽から流出する水銀は、ナトリウムに加えて、
塩水の予備精製において完全には除かれなかったたとえ
ば、カルシウム、マグネシウムおよび鉄のような不純物
を含有している。
The mercury flowing out of the primary electrolyzer, in addition to sodium,
It contains impurities such as calcium, magnesium and iron that were not completely removed during the pre-purification of the brine.

ナトリウムを苛性ソーダとして除くために水銀を蒸留水
によって洗浄する。
The mercury is washed with distilled water to remove the sodium as caustic soda.

この操作は黒鉛との接触のもとで行なわれ、苛性ソーダ
溶液、水素ガスおよび比較的ナトリウムを含まない水銀
の生成をもたらし、水銀はポンプによって一次電解槽の
インレソトボックスへもどす。
This operation is carried out in contact with graphite and results in the production of a caustic soda solution, hydrogen gas and relatively sodium-free mercury which is pumped back into the in-resoto box of the primary electrolyzer.

このための装置は通常二次電解槽または解永槽と呼ばれ
る。
Equipment for this purpose is usually called a secondary electrolytic cell or a dehydration cell.

本発明の実施においては、これは黒鉛格子を有する水平
な槽または黒鉛パッキングを有する短い塔の倒れかであ
る。
In the practice of the invention, this is a horizontal tank with a graphite grid or a short column collapse with graphite packing.

槽である場合は、それを一次電解槽の横に並べて、また
はその下のどちらかに配置する。
If it is a cell, place it either next to or below the primary electrolytic cell.

塔である場合は、通常はそれを一次電解槽の排出端に配
置し、同時にポンプを塔の下に且つ水銀をもどすための
長いパイプを一次電解槽の下に配置する。
If it is a column, it is usually placed at the discharge end of the primary electrolyzer, with a pump underneath the column and a long pipe for returning the mercury below the primary cell.

水銀、塩素一苛性アルカリ電解槽における水銀陰極の機
能を理解するために、鋼陰極と黒鉛陽極の間の塩化ナト
リウム溶液の電解を考察する。
To understand the function of the mercury cathode in a mercury, chlorine-caustic electrolyzer, consider the electrolysis of a sodium chloride solution between a steel cathode and a graphite anode.

陽極においては塩素が、陰極においては水素が発生し、
一方、後者において同時に苛性ソーダが次の反応に従っ
て生成する: 2NaC l +2H2 C)− 2NaOH+C 1
2 +H2陽極液と陰極液の分離が行なわれないと、次
の二次的な反応が生ずる: 2NaOH+C 12 =NaOC l +Na C
l +H2 03NaOCl=NaCl03+2NaC
IC(黒鉛)+2NaOCl=2NaCl+CO2Cl
2+H2二2HCl(爆発) このような電解槽は明らかに苛性ソーダおよび塩素の製
造の目的には役に立たない。
Chlorine is generated at the anode and hydrogen is generated at the cathode.
Meanwhile, in the latter simultaneously caustic soda is formed according to the following reaction: 2NaCl + 2H2 C) - 2NaOH + C 1
2 + H2 If the anolyte and catholyte are not separated, the following secondary reaction occurs: 2NaOH + C 12 = NaOC l + Na C
l +H2 03NaOCl=NaCl03+2NaC
IC (graphite) + 2NaOCl = 2NaCl + CO2Cl
2+H22HCl (explosion) Such an electrolytic cell is clearly useless for the purpose of producing caustic soda and chlorine.

これに対して、水銀電解槽において、且つ水銀陰極を使
用して、水銀が比較的純粋であるときは、ナトリウムの
放出に優先して陰極において水素が発生することはなく
、水銀は下式に従ってナトリウムアマルガムとなる: 2NaCl−+2Na(Hg)+Cl2 その理由は水銀表面における水素過電圧が、このような
表面中にナトリウムを析出させるために要する電圧より
も高いからである。
On the other hand, in a mercury electrolyzer and using a mercury cathode, when the mercury is relatively pure, hydrogen will not be generated at the cathode in preference to the release of sodium, and the mercury will be released according to the equation below. Sodium amalgam results: 2NaCl-+2Na(Hg)+Cl2 The reason is that the hydrogen overpotential at the mercury surface is higher than the voltage required to precipitate sodium into such a surface.

過電圧は気体を電極の表面上に放出するために理論的に
必要であるよりも高い電極の電圧である。
Overvoltage is a voltage on the electrode that is higher than theoretically necessary to release gas onto the surface of the electrode.

水銀が1パーセントの10分のいくつかよりも多いナト
リウムまたは痕跡のマグネシウム、ニッケルあるいは同
様に低い水素過電圧の金属を含有している場合は、ナト
リウムアマルガムよりはむしろ水素および苛性ソーダが
多かれ少なかれ生成する。
If the mercury contains more than a few tenths of a percent of sodium or traces of magnesium, nickel or similarly low hydrogen overpotential metals, more or less hydrogen and caustic soda will form, rather than a sodium amalgam.

そのような場合には、電流効率が低下し、黒鉛の消費が
増大し且つ槽中の塩素ガス、すなわち大部分の塩素が液
化したのちに残った未凝縮のガス中の塩素が、水素との
混合によって爆発性となる。
In such a case, current efficiency decreases, graphite consumption increases, and chlorine gas in the tank, i.e., chlorine in the uncondensed gas remaining after most of the chlorine is liquefied, will combine with hydrogen. Becomes explosive when mixed.

アマルガムから苛性アルカリおよび水素を製造する場合
には逆の効果が望ましい。
The opposite effect is desirable when producing caustic and hydrogen from amalgam.

清浄なナトリウムアマルガムをビーカー中に入れ、水ま
たは苛性アルカリをその上に注ぐときは、ほとんどまた
は全く反応が生じないが、その理由は水素が水銀表面か
ら容易には排出しないからである。
When clean sodium amalgam is placed in a beaker and water or caustic is poured over it, little or no reaction occurs because the hydrogen does not readily escape from the mercury surface.

黒鉛の一片を水銀中に部分的に浸漬するときは、水銀表
面にきわめて近く黒鉛から上がる水素気泡を認めること
ができ、水または苛性アルカリはアルカリ性が強くなり
且つアマルガムはそのナトリウムを奪われる。
When a piece of graphite is partially immersed in mercury, hydrogen bubbles can be seen rising from the graphite very close to the mercury surface, the water or caustic becomes more alkaline and the amalgam is stripped of its sodium.

かくして、操作条件下に、解水槽は、アマルガムが陽極
で黒鉛が陰極を成している短絡電池となる。
Thus, under operating conditions, the water splitting tank becomes a short-circuited cell with amalgam as the anode and graphite as the cathode.

この方法は隔膜電解槽による約11%の濃度と比較して
、通常は約50%の純粋な濃厚苛性アルカリを与える。
This process typically provides about 50% pure concentrated caustic, compared to about 11% concentration with diaphragm cells.

しかしながら、水銀の循環、塩水への水銀表面の暴露、
およびこの技術に固有のその他の問題は、大きな建物を
占領し且つスキミング作業などによる不可避の水銀汚染
をみちびく、大きく、高価な複雑な装置の設計を常に強
要する。
However, mercury cycling, exposure of mercury surfaces to salt water,
and other problems inherent in this technology invariably force the design of large, expensive, complex equipment that occupies large buildings and leads to unavoidable mercury contamination from skimming operations and the like.

その上、水銀電解槽は塩化ナトリウム溶液中の不純物に
極度に敏感であり、不純物は電解の間に生ずるアマルガ
ムの解氷を増大させ、塩素中の高く且つしばしば爆発性
の水素含量を与える結果となる。
Moreover, mercury electrolysers are extremely sensitive to impurities in the sodium chloride solution, which can increase the deicing of the amalgam that occurs during electrolysis, resulting in a high and often explosive hydrogen content in the chlorine. Become.

水銀の循環の問題は、水銀を膜として使用するような形
状のものとし、その一表面を電解を受ける塩素中の陰極
とし、他の表面を苛性ソーダ溶液と接触させるようにす
ることによって、回避することができる。
The problem of mercury circulation is avoided by making the mercury in such a form that it is used as a membrane, one surface of which is the cathode in the chlorine undergoing electrolysis, and the other surface being in contact with the caustic soda solution. be able to.

このようにすれば、アマルガム中のナトリウムの堆積が
反対面における解氷と同時に生ずる。
In this way, the deposition of sodium in the amalgam occurs simultaneously with the deicing on the opposite side.

これを達成するための試みは常に、水銀をサイホン状の
、上に置いたそぞ中に、または多孔質あるいは織った材
料、本質的に隔膜上に、支持せしめるという設計を必要
とする。
Attempts to accomplish this have always required designs in which the mercury is supported in a siphon-like, overlying groove, or on a porous or woven material, essentially a diaphragm.

水銀をサイホン中に支持せしめるときは、金属ナトリウ
ムが水銀中を移動しなければならない長い径路は、陰極
表面におけるナトリウムの過剰濃度およびそれに伴なう
陰極表面上ならびに塩素中への水素の発生をもたらし、
且つ水銀を隔膜上に支持せしめるときは、最後的な結果
は常に気泡が細孔中にひっかかるために抵抗が増大する
ということとなる。
When mercury is supported in a siphon, the long path that metallic sodium must travel through the mercury results in an excessive concentration of sodium at the cathode surface and the consequent evolution of hydrogen on the cathode surface and into the chlorine. ,
And whenever mercury is supported on a diaphragm, the net result is that air bubbles become trapped in the pores, thereby increasing the resistance.

その上、細孔中におけるたとえば鉄のような金属不純物
の堆積は、水銀によるこれらの不純物の湿潤をみちびき
、それに伴なって隔膜を通ずる水銀の漏れおよび損失が
生ずる。
Moreover, the deposition of metallic impurities, such as iron, in the pores leads to wetting of these impurities by mercury, with concomitant leakage and loss of mercury through the diaphragm.

水銀陰極電解槽における変更が米国特許 2,7 4 9,3 0 1号に記されている。U.S. patent for modification in mercury cathode electrolyzer No. 2,749,301.

水銀陰極をプラスチック織布またはアスベスト布から成
る多孔質隔膜上に支持せしめる。
A mercury cathode is supported on a porous membrane made of woven plastic or asbestos cloth.

塩水は陽極表面上で陰極下を流れる。Salt water flows over the anode surface and below the cathode.

気泡による隔膜のつまりを避けるために陽極と隔膜の間
の空間中に、きわめて多量の、かくして不経済的な、塩
水をポンプによって流さなければならない。
In order to avoid clogging of the diaphragm with air bubbles, extremely large quantities of saline water must be pumped into the space between the anode and the diaphragm, which is thus uneconomical.

しかしながら、高い流速においてすら、隔膜上の水銀層
からの塩素ならびに水素の気泡は、除々に隔膜中にもつ
れ込んで、この方法の効率を低下させる。
However, even at high flow rates, chlorine as well as hydrogen bubbles from the mercury layer on the diaphragm gradually become entangled into the diaphragm, reducing the efficiency of the process.

本発明の目的は、アルカリ金属塩溶液の電解のための新
規方法および装置を提供することにある。
It is an object of the present invention to provide a new method and device for the electrolysis of alkali metal salt solutions.

現在用いられている電解槽および方法において存在する
いくつかの欠点を克服することもまた本発明の一目的で
ある。
It is also an object of the present invention to overcome some of the drawbacks existing in currently used electrolytic cells and methods.

これらの目的およびその他の目的は、以下の詳細な説明
においてさらに完全に明らかとなるであろう。
These and other objects will become more fully apparent in the detailed description below.

本発明は、塩素、水酸化ナトリウムおよび水素を生せし
めるための塩化ナトリウム溶液の電解によって代表され
るような、アルカリ金属イオンを含有する水溶液の電解
方法および装置に関するものである。
The present invention relates to a method and apparatus for the electrolysis of aqueous solutions containing alkali metal ions, such as the electrolysis of sodium chloride solutions to produce chlorine, sodium hydroxide and hydrogen.

アルカリ金属イオンは、溶液中で鉱酸の陰イオンおよび
/または水酸イオン、および/または有機酸の陰イオン
と共に存在する。
The alkali metal ions are present in solution together with the anions of mineral acids and/or hydroxyl ions and/or the anions of organic acids.

このような水溶液の例はナトリウムおよびカリウムの塩
化物、臭化物、儲酸塩、亜硫酸塩、燐酸塩、酢酸塩およ
び水酸化物である。
Examples of such aqueous solutions are sodium and potassium chlorides, bromides, salts, sulphites, phosphates, acetates and hydroxides.

本発明の一実施形態においては、陰極生成物を電解液か
ら分離するために、複合膜を使用する。
In one embodiment of the invention, a composite membrane is used to separate the cathode product from the electrolyte.

この複合膜は、陽極に面する膜(これは固体重合体すな
わち樹脂である)、およびその膜と緊密に接触している
アルカリ金属に対し透過性の金属の層によって特徴的で
ある。
This composite membrane is characterized by a membrane facing the anode, which is a solid polymer or resin, and a layer of metal permeable to alkali metals in intimate contact with the membrane.

膜という術語は高いイオン透過性および陽極液に対する
比較的低い透過性を示す材料に対して使用する。
The term membrane is used for materials that exhibit high ionic permeability and relatively low permeability to the anolyte.

本発明の別の局面においては、複合膜に隣接する電解液
中における気相の存在を、常態で生じた気体生成物が液
化しまたは電解液中に溶解するところの条件下に大気圧
より高い圧力で操作することにより、または電解液透過
性隔膜または陰イオン透過性膜によっておおった陽極を
用い且つ陽極を通ずる陽極生成物の除去を伴なって運転
することによって、複合膜に接する電解液中の気相の存
在を回避する。
In another aspect of the invention, the presence of a gas phase in the electrolyte adjacent to the composite membrane is provided at temperatures above atmospheric pressure under conditions in which normally occurring gaseous products liquefy or dissolve in the electrolyte. in the electrolyte in contact with the composite membrane by operating under pressure or with an anode covered by an electrolyte-permeable diaphragm or an anion-permeable membrane and with removal of the anodic product through the anode. Avoid the presence of gas phase.

本発明のさらに他の局面においては、複合膜によって分
離した電解室と解氷室から成る電解槽モジュールを積み
重ねることによって、槽から槽への電流の分配した直列
流を与え、同時に、電気的に非伝導性のみぞ、チューブ
またはパイプ内で液体を電解槽のモジュールからモジュ
ールへと流す。
In yet another aspect of the invention, electrolyzer modules consisting of an electrolysis chamber and a deicing chamber separated by a composite membrane are stacked to provide a distributed series flow of current from cell to cell while being electrically insulated. Conductive grooves, tubes or pipes allow liquid to flow from module to module in the electrolyzer.

この複合膜の特徴は、アルカリ塩水溶液の電解に対する
応用において、アルカリ金属イオンが膜を通じて水溶液
から金属の層中に移行し、次いで金属層から出てゆくと
いうことにある。
A feature of this composite membrane is that in applications for electrolysis of aqueous alkaline salt solutions, alkali metal ions migrate from the aqueous solution into the metal layer through the membrane and then exit from the metal layer.

本発明のもつとも有利な利用に対しては、膜内のアルカ
リ金属イオンの電気的移行に対する電気抵抗が低くなけ
ればならないこと、および複合膜に対して最大の単位能
力および最低の電気的エネルギー必要量を与えるために
はアルカリ金属に対しての金属層の輸送能力が高くなけ
ればならないということは明らかである。
For the most advantageous use of the present invention, the electrical resistance to electrical migration of alkali metal ions within the membrane must be low, and the maximum unit capacity and minimum electrical energy requirements for composite membranes. It is clear that the transport capacity of the metal layer for the alkali metal must be high in order to provide the alkali metal.

さらにまた、アルカリ金属原子として、または自由電子
を伴なうアルカリ金属イオンとして金属層中を伝導せし
めるべきアルカリ金属イオンを、重合体膜から直接に金
属層中に放出せしめることができるためには、重合体膜
と金属層との間に直接的な界面接触を提供するように複
合膜を設計しなければならない。
Furthermore, in order to be able to release the alkali metal ions, which are to be conducted in the metal layer as alkali metal atoms or alkali metal ions with free electrons, directly from the polymer membrane into the metal layer, The composite membrane must be designed to provide direct interfacial contact between the polymeric membrane and the metal layer.

好適な金属層は、アルカリ金属によって液状アマルガム
を形成する液体水銀である。
A preferred metal layer is liquid mercury which forms a liquid amalgam with alkali metals.

この特性は、いうまでもなく、電解塩素および苛性ソー
ダの製造のために水銀電解槽が広く用いられている従来
の技術において公知である。
This property is, of course, known in the prior art, where mercury electrolysers are widely used for the production of electrolytic chlorine and caustic soda.

以下の説明においては、本発明の複合膜の金属層の対象
として水銀を用いる。
In the following description, mercury will be used as the metal layer of the composite membrane of the present invention.

本発明の別の実施形態においては、重合体膜と水銀層の
間の界面は、膜を波型にする、すなわち、水銀層中にく
ぼませることによって、平面的な界面の場合よりも増大
せしめることができる。
In another embodiment of the invention, the interface between the polymeric membrane and the mercury layer is increased over a planar interface by corrugating the membrane, i.e., by indenting it into the mercury layer. be able to.

この界面の拡大は、たとえば、最初に水銀塩溶液を電解
することによって、またはその他の方法によって、重合
体膜構造内に水銀を付着させることによって行なうこと
もまた便利である。
It is also convenient to enlarge this interface by first depositing mercury within the polymer membrane structure, for example by electrolyzing a mercury salt solution or by other methods.

抵抗は、膨潤剤、通常はエタノールまたはグリコールの
ような極性溶剤を、単独でまたは水銀含浸と併用して、
重合体膜に対して適用することによって、低下せしめる
ことができるということもまた認められた。
Resistance is achieved by using a swelling agent, usually a polar solvent such as ethanol or glycol, alone or in conjunction with mercury impregnation.
It has also been found that the reduction can be achieved by application to polymeric membranes.

複合膜中の重合体部分は、低い電気抵抗率および使用す
る運転条件下に塩素および塩水に対する高い抵抗性とい
う特性を有していなければならない。
The polymeric portion in the composite membrane must have the properties of low electrical resistivity and high resistance to chlorine and salt water under the operating conditions used.

複合膜の重合体部分は、ぶら下ったスルホン酸またはス
ルホネート基、あるいはスルホン酸およびスルホネート
基を有する固体のパーフルオロカーボン重合体から成る
ことができる。
The polymeric portion of the composite membrane can consist of a solid perfluorocarbon polymer having pendant sulfonic acid or sulfonate groups, or sulfonic acid and sulfonate groups.

(゛スルホン酸基″という表現は、全般的にスルホン酸
および/またはスルホネート基をいうために用いる。
(The expression ``sulfonic acid group'' is used generally to refer to sulfonic acid and/or sulfonate groups.

)該フルオロカーボン重合体は、重合体主鎖に対して直
接に結合した、または主鎖に結合したパーフルオロカー
ボン側鎖に対して結合した、ぶら下った基を有している
) The fluorocarbon polymer has pendant groups either directly attached to the polymer backbone or attached to perfluorocarbon side chains attached to the backbone.

重合体主鎖および伺らかの側鎖のどちらかまたは両者が
、酸素原子結合(すなわち、エーテル結合)を有するこ
とができる。
Either or both of the polymer main chain and any side chains can have oxygen atom bonds (ie, ether bonds).

本発明の複合膜の重合体部分の調製のために用いるパー
フルオロカーボン重合体としては、該ぶら下った基なら
びにパーフルオロカーボン重合体が塩素およびフッ素の
混合した置換基(但し塩素原子の数は塩素およびフッ素
の全原子の約25%よりも多くない)を、該ぶら下った
基と共に、有しているパーフルオロカーボン共重合体を
も包含する。
The perfluorocarbon polymer used for the preparation of the polymer portion of the composite membrane of the present invention is such that the pendant groups and the perfluorocarbon polymer have mixed substituents of chlorine and fluorine (provided that the number of chlorine atoms is chlorine and fluorine). Also included are perfluorocarbon copolymers having no more than about 25% of the total atoms of fluorine) with the pendant groups.

重合体部分は任意的に、たとえば、共願中の米国特許願
196,772号に記するように、適当な金属の網また
はポリテトラフルオロエチレンの布あるいはその他の補
強金属を用いることによって、補強することができる。
The polymeric portion may optionally be reinforced, for example, by using a suitable metal mesh or polytetrafluoroethylene cloth or other reinforcing metal, as described in co-pending U.S. Pat. No. 196,772. can do.

複合膜の重合体膜部分に対して用いるパーフルオロカー
ボン重合体は、米国特許3,0 4 1,3 1 7号
:3,282,875号および3,6 2 4,0 5
3号に記するようにして調製することができる。
Perfluorocarbon polymers used for the polymer membrane portion of composite membranes are described in U.S. Pat.
It can be prepared as described in No. 3.

好適なパーフルオロカーボン重合体は、弐FSO2 C
F2 CF2 0CF ( CF3 )CF2 0CF
=CF2を有するビニルエーテルとテトラフルオロエ
チレンとを共重合させたのち、−SO2F基を−SO3
Hまたはスルホネート(たとえばアルカリ金属スルホネ
ート)あるいは両者に変えることによって調製される。
A suitable perfluorocarbon polymer is 2FSO2C
F2 CF2 0CF (CF3) CF2 0CF
After copolymerizing vinyl ether with =CF2 and tetrafluoroethylene, the -SO2F group is converted into -SO3
prepared by changing H or a sulfonate (eg, an alkali metal sulfonate) or both.

好適な共重合体の当量重量は950乃至1350の範囲
であり、ここに当量重量とは、スルホニル基1個当りの
平均分子量として定義する。
Suitable copolymers have equivalent weights ranging from 950 to 1350, where equivalent weight is defined as the average molecular weight per sulfonyl group.

膜部分の好適な厚さは0.00l乃至0.010インチ
である。
The preferred thickness of the membrane portion is 0.00 liters to 0.010 inches.

かくして本発明の電解槽は陽極および複合膜を有してお
り、該複合膜は、ぶら下ったスルホン酸および/または
スルホネート基を有するパーフルオロカーボン重合体か
ら成る重合体部分ならびに該重合体部分と緊密に接触し
ているアルカリ金属透過性の金属の陰極層から成ってい
る。
Thus, the electrolytic cell of the present invention has an anode and a composite membrane, the composite membrane comprising a polymer portion consisting of a perfluorocarbon polymer having pendant sulfonic acid and/or sulfonate groups and in close contact with the polymer portion. It consists of a cathode layer of an alkali metal permeable metal in contact with the alkali metal.

複合膜中の金属層は水銀として説明しているけれども、
その代りに他の金属を用いることもできる。
Although the metal layer in the composite membrane is described as mercury,
Other metals can be used instead.

選択する金属の種類は、電解液中の陽イオン、陽イオン
に対する金属層の透過性および金属層と陽イオンの相互
作用によって定まる。
The type of metal selected is determined by the cations in the electrolyte, the permeability of the metal layer to the cations, and the interaction between the metal layer and the cations.

たとえば、銀および/または鉛の薄いフイルムあるいは
これらの金属と水銀の組み合せをこの目的のために考慮
することができる。
For example, thin films of silver and/or lead or a combination of these metals and mercury can be considered for this purpose.

本発明の電解槽は高圧および昇温下に運転可能であるか
ら、常態で固体の金属および合金を、その溶融状態で用
いることができる。
Since the electrolytic cell of the present invention can be operated at high pressures and elevated temperatures, normally solid metals and alloys can be used in their molten state.

ナトリウム拡散特性を表わす固体金属のきわめて薄い層
は、複合膜中の固体金属成分の使用を可能とする。
Very thin layers of solid metal exhibiting sodium diffusion properties enable the use of solid metal components in composite membranes.

この方法は液体金属と併用することもできる。This method can also be used in conjunction with liquid metals.

これらおよびその他の実施形態は、水平以外の位置とし
て複合膜を用いている形態を容易にする。
These and other embodiments facilitate configurations using composite membranes in positions other than horizontal.

電解槽の陽極は、たとえば、単独でまたはチタンあるい
はタンタル上の被覆としての白金族金属およびそれらの
酸化物のような、意図する電解プロセスに対して適する
何らかの材料から成るものとすることができる。
The anode of the electrolytic cell may consist of any material suitable for the intended electrolytic process, such as, for example, platinum group metals and their oxides alone or as a coating on titanium or tantalum.

陽極は、たとえばシート、広げたまたは穴をあけた金属
のような適当な形態、このような形態のさらに小さい切
片、あるいは陽極生成物のせき止めまたは取り込みをみ
ちびくことかないその他の形状のものとすることができ
る。
The anode may be in any suitable form, such as a sheet, expanded or perforated metal, smaller sections of such form, or any other form that does not lead to damming or uptake of the anode product. be able to.

解氷室中の短絡電極は、比較的低い水素過電圧を有する
黒鉛または類似の材料から成っている。
The shorting electrode in the deicing chamber is made of graphite or similar material with a relatively low hydrogen overvoltage.

これらの電極は解氷室中の水銀の表面上に、ある模様と
して分布せしめ且つ部分的に水銀中に浸漬せしめる。
These electrodes are distributed in a pattern on the surface of the mercury in the thawing chamber and partially immersed in the mercury.

水素の気泡が黒鉛表面において発生し、一方、ナトリウ
ムイオンが水銀層から水溶液中に入るとき、水酸イオン
が生成する。
Hydrogen bubbles are generated at the graphite surface, while hydroxide ions are generated when sodium ions enter the aqueous solution from the mercury layer.

短絡黒鉛電極は陰極電流を水銀に運ぶために働くことも
できるが、すぐ上の電解槽の陽極からの金属導体を用い
ることが好ましい。
Although a shorted graphite electrode can serve to carry the cathodic current to the mercury, it is preferable to use a metal conductor from the anode of the electrolyzer immediately above.

これらの金属導体の間およびまわりにからませた黒鉛布
は、各金属導体の狭い間隔を許しながら、迅速且つ完全
なアマルガムの解氷を生じさせるために有効であること
が認められた。
Graphite cloth entwined between and around these metal conductors has been found to be effective in producing rapid and complete deicing of the amalgam while allowing close spacing of each metal conductor.

本発明を添付図面と関連させて、さらに詳細に説明する
The invention will now be described in further detail in conjunction with the accompanying drawings.

図面によって示した本発明を遂行するための手段は限定
的なものではなくこの技術分野の熟練者によれば、構造
および運転の細部についてのいろいろな変更方法を用い
ることができるということを了解すべきである。
It is understood that the means for carrying out the invention shown in the drawings are not restrictive and that various changes in construction and operational details may be made by those skilled in the art. Should.

第L2,3および4図は積み重ねのための電解槽単一要
素の部分断面図であり、その積み重ね内では個々の要素
が本質的に環状の空間を占め、この環状の空間は環の外
側からくる電解液および水の供給物を含有し、一方、環
の中心における円筒状の心が、弱った電解液のための絶
縁導管として用いられる。
Figures L2, 3 and 4 are partial sectional views of single elements of electrolyzers for stacking, in which the individual elements occupy an essentially annular space, which annular space extends from the outside of the annulus. The cylindrical core at the center of the ring is used as an insulated conduit for the weakened electrolyte.

たとえば長方形の要素のような、その他の幾何学形態の
ものを用いることもできる。
Other geometric forms can also be used, for example rectangular elements.

第1,2および3の各図に対する以下の説明においては
、電解槽の上部について言及するが、それは下方に隣接
する次の電解槽の上部と同一である。
In the following descriptions of figures 1, 2 and 3, reference is made to the upper part of the electrolytic cell, which is identical to the upper part of the next adjacent electrolytic cell below.

第1図を参照すると、1は外側の陽極輪であり、2は外
側の解氷室外郭であり、3は水の供給管であり、4は陽
極液であり、5は外側の陽極液バスル(bustle)
であり、6は陽極液調節器であり、7は陽極液供給管で
あり、8は陽極であり、9は水素空間であり、10は苛
性液空間であり、11は黒鉛布テープであり、12は電
気導体であり、13は内側の陽極輪であり、14は内側
の解氷室外郭であり、15は苛性液および水素排出管で
あり、16は内側の陽極液バスルであり、17は内側の
膜輪であり、18は陽極液溢流管であり、19は外側の
膜輪である。
Referring to FIG. 1, 1 is the outer anolyte ring, 2 is the outer deicing chamber shell, 3 is the water supply pipe, 4 is the anolyte, and 5 is the outer anolyte busle ( bustle)
, 6 is an anolyte regulator, 7 is an anolyte supply pipe, 8 is an anode, 9 is a hydrogen space, 10 is a caustic space, 11 is a graphite cloth tape, 12 is the electrical conductor, 13 is the inner anolyte ring, 14 is the inner deicing chamber shell, 15 is the caustic and hydrogen discharge pipe, 16 is the inner anolyte busle, and 17 is the inner 18 is the anolyte overflow tube, and 19 is the outer membrane ring.

層AおよびBはいつしよに複合膜を形成する:その中で
Aは重合体膜層であり、Bは金属層、すなわち、水銀で
ある。
Layers A and B together form a composite membrane: in which A is a polymer membrane layer and B is a metal layer, ie mercury.

電解要素は陽極8、外側の陽極輪1、内側の陽極輪13
、外側の解氷室外郭2、内側の解氷室外郭14、および
次の陽極8′の底によって局限せしめる。
The electrolytic elements include an anode 8, an outer anode ring 1, and an inner anode ring 13.
, the outer ice-breaker shell 2, the inner ice-breaker shell 14 and the bottom of the next anode 8'.

各要素内には複合膜AB、黒鉛テープ11および導体1
2がある。
Inside each element is a composite membrane AB, a graphite tape 11 and a conductor 1.
There are 2.

陽極8は、上表面に密接な電気的接触で結合せしめた薄
いチタンの層を有する鋼またはニッケルから成る板であ
る。
The anode 8 is a plate made of steel or nickel with a thin layer of titanium bonded in intimate electrical contact to its upper surface.

一方、このチタン層の上表面は白金族金属中の一員また
はそれらの酸化物の中の一つ、たとえば、酸化ルテニウ
ム、によって被覆せしめてある。
The upper surface of the titanium layer, on the other hand, is coated with a member of the platinum group metals or one of their oxides, for example ruthenium oxide.

陽極の下側には、導体12が接続してある。A conductor 12 is connected to the lower side of the anode.

この接続は、やはり密接な電気的接触状態になければな
らない。
This connection must still be in close electrical contact.

たとえば導体12は電子線溶接によって陽極板に取付け
たニッケル線とすることができる。
For example, conductor 12 may be a nickel wire attached to the anode plate by electron beam welding.

これらの導体は、まっすぐな線である必要はなく、ヘア
ピンループ、または水銀およびその上の陽極の間に電流
を伝え且つ水銀表面間の空間または水銀Bと膜Aの間の
界面を妨害する傾向なしに水銀とその上の陽極の間の良
好な電気的接触を与えるその他の適当な形態とすること
ができる。
These conductors need not be straight wires, but hairpin loops, or tend to carry current between the mercury and the anode above it and disturb the space between the mercury surfaces or the interface between mercury B and membrane A. It may be any other suitable form that provides good electrical contact between the mercury and the anode above it.

この技術分野の熟練者は、いうまでもなく、これらの要
素の導電性を計算することができる。
A person skilled in the art will, of course, be able to calculate the electrical conductivity of these elements.

水銀中における電流のきわめて良好な分布が必要である
A very good distribution of the current in the mercury is required.

これを多数の細い導線によって達成するかまたは、たと
えば網のような、水銀内における比較的細い分配導線を
備えた、在較的僅かの太い導線によって達成するかは、
上記の要件に合致する限りでは、重要なことではない。
Whether this is achieved by a large number of thin conductors or by relatively few thick conductors with relatively thin distribution conductors in the mercury, for example a mesh,
It doesn't matter as long as the above requirements are met.

陽極液および塩素と接触する要素、陽極輪1および13
ならびに解永室輪2および14、膜輪17および19な
らびに、簡単のために図中には示してない、必要なガス
ケットは、遭遇する腐食性の環境に耐えるような材料お
よび構造のものでなければならない。
Elements in contact with anolyte and chlorine, anodic rings 1 and 13
and the diaphragm rings 2 and 14, membrane rings 17 and 19, and any required gaskets, not shown in the diagram for simplicity, must be of material and construction to withstand the corrosive environment encountered. Must be.

その上、構造およびボルト締めは、たとえ保護材料が破
れた場合にすら、短絡を生じさせることがないようなも
のでなければならない。
Moreover, the construction and bolting must be such that even if the protective material is torn, it will not result in a short circuit.

それ故、これらすべての要素は、被覆した金属から成る
よりは非伝導性の材料から組み立てることが好ましい。
It is therefore preferred that all these elements be constructed from non-conductive materials rather than from coated metals.

フッ素樹脂、高密度ポリエチレン、ある種のポリエステ
ルおよび、解氷室のみに面する材料の場合においては、
エポキシ類が、適当な材料である。
In the case of fluoropolymers, high-density polyethylene, certain polyesters, and materials that only face the ice-breaking chamber,
Epoxies are suitable materials.

導体12,2の内側のへりおよび14の外側のへりは、
金属性でアマルガム湿潤性でなければならず、鉄または
ニッケルが好ましい。
The inner edges of the conductors 12, 2 and the outer edges of the conductors 14 are
It must be metallic and amalgam-wettable, preferably iron or nickel.

これは解氷室輪の場合においては、水銀のまわりの溶液
の浸出を、および導体12の場合においては貧弱な電気
的接触を防ぐために望ましいことである。
This is desirable to prevent leaching of the solution around the mercury in the case of the icebreaker ring and poor electrical contact in the case of the conductor 12.

黒鉛布テープ11は、きわめて効率的な解氷要素として
働くが、導体12のまわりの黒鉛管またはこれらの導管
の間においた黒鉛のその他の形状物もまた適当である。
Graphite cloth tape 11 serves as a very efficient ice-breaking element, but graphite tubes around conductor 12 or other shapes of graphite placed between these conduits are also suitable.

しかしながら、流路を形成するような具合に導体12の
周りに巻いた黒鉛布を使用し、それによって水および苛
性液の流動および混合を容易にす゛ることにより、層形
成および貧弱な解氷を避けることが好ましい。
However, stratification and poor deicing can be avoided by using graphite cloth wrapped around the conductor 12 in such a way as to form a flow path, thereby facilitating the flow and mixing of water and caustic fluid. It is preferable.

水供給管3および苛性液ならびに水素管15は、単に適
当な絶縁材料から成りまたは適当な絶縁継手を有する通
常のパイプまたはチューブである。
The water supply pipe 3 and the caustic and hydrogen pipes 15 are simply conventional pipes or tubes made of suitable insulating material or with suitable insulating fittings.

塩水供給管7は、適当な量の電解液が各要素に到達する
ことを確実にするために、流量調節装置6を有している
The brine supply pipe 7 has a flow regulator 6 to ensure that the proper amount of electrolyte reaches each element.

この陽極液調節器6は、単に適当な大きさのオリフイス
または流量検知手段を伴なう制御弁とすることができる
This anolyte regulator 6 may simply be a control valve with an appropriately sized orifice or flow sensing means.

これらの要素の積み重ねに共通の母管から供給する場合
は、多数の垂直的に配置した容器に対して全流量の中の
適当な割合を供給するように設計した流量制御装置を用
いることによって、流量を調節し且つ、必要に応じ、そ
れを測定することが好ましい。
When a stack of these elements is fed from a common header, by the use of a flow control device designed to supply an appropriate proportion of the total flow to a number of vertically arranged vessels. Preferably, the flow rate is adjusted and, if necessary, measured.

個々の電解単位の流量は、電解槽の積み重ね上に存在す
る異なる静水学的なヘッドにかかわらず均一でなければ
ならない。
The flow rate of the individual electrolytic units must be uniform regardless of the different hydrostatic heads present on the stack of electrolytic cells.

これは流量調節オリフイスと共に、ある時間週期で供給
する個々の供給ポットのような、いろいろな分配手段に
よって達成することかできる。
This can be accomplished by various dispensing means, such as individual feed pots that feed at certain times of the day, along with flow control orifices.

静水学的な圧力の相違にかかわらず各塩水流における塩
水の制御され且つ実質的に等しい流量を保つための好適
方法は、各塩水流を次第に細くなる穴を有する管中で垂
直に上方に向けて送ることである。
A preferred method for maintaining a controlled and substantially equal flow rate of brine in each brine stream despite differences in hydrostatic pressure is to direct each brine stream vertically upward in a tube with progressively narrower holes. It is to send it.

この管中には、移動する塩水流中に懸濁させてあるロー
タ、すなわちフロート、がある。
Within this tube is a rotor, or float, suspended in a moving salt water stream.

このときロータに対する重力(浮力よりも小さい)が、
移動する塩水流によってロータに対して加えられる等し
く且つ反対の力と平衡する。
At this time, the gravitational force (less than the buoyant force) on the rotor is
Balance the equal and opposite force exerted on the rotor by the moving brine stream.

この力は、塩水流の流速に無関係であり且つこれは圧力
差とロータの最大断面積の積に等しい。
This force is independent of the flow rate of the brine stream and is equal to the pressure difference times the maximum cross-sectional area of the rotor.

それ故、圧力差もまた流速に無関係である。Therefore, the pressure difference is also independent of flow rate.

フロートは球体、または好ましくは、最大面積における
断面よりも実質的に下方に重力の中心を有する立体のど
ちらかであるところの軸的対称体である。
The float is an axially symmetrical body, either a sphere or preferably a solid with its center of gravity substantially below the cross section at its maximum area.

これは移動流中で自己求心的であるように設計し且つこ
れは重り状の形態として説明することができる。
It is designed to be self-centripetal in the moving flow and can be described as a weight-like configuration.

先細にした管中におけるその垂直的な位置は、流速と共
に変化することができる。
Its vertical position within the tapered tube can vary with flow rate.

この位置を流速の尺度として直線的な尺度上で計るとき
に、この装置はロータメータとして公知である。
When this position is measured on a linear scale as a measure of flow velocity, this device is known as a rotameter.

この装置の各パラメータは次のような関係にある: 但し:△Pは圧力差; Sfはフロートの最大断面積; vfはフロートの体積; dfはフロートの密度; dは流体の密度; Cはオリフイス定数; gは重力定数; Sは最大断面におけるフロートと管壁の の間の環状の空間の面積; qは体積流速である。Each parameter of this device has the following relationship: However: △P is pressure difference; Sf is the maximum cross-sectional area of the float; vf is the volume of the float; df is the density of the float; d is the density of the fluid; C is orifice constant; g is the gravitational constant; S is the relationship between the float and the pipe wall at the maximum cross section. Area of the annular space between; q is the volumetric flow rate.

これらの式は、塩水流に対して課する圧力差△Pはフロ
ートパラメータ、vf(df−d)/Sf,の選択によ
って、すなわち、フロートの幾何形態および見掛けの密
度(これらはいっしょに比重量と呼ばれる)の適当な選
択によって制御することができる。
These equations show that the pressure difference △P imposed on the brine flow depends on the choice of the float parameters, vf(df-d)/Sf, i.e., the float geometry and the apparent density (which together determine the specific weight can be controlled by appropriate selection of

本発明は、次のようにして、いくつかの液流中に等しい
流量を保つための目的に対して利用される。
The invention is utilized for the purpose of maintaining equal flow rates in several liquid streams in the following manner.

各塩水流を1,2,3,・・・・・・nの番号によって
示し、且つ静水学的圧力をp1 t p2 t p3
y・・・・・・pnとして表わすが、ここで下ツキの数
は塩水流の番号を示す。
Each brine stream is designated by a number 1, 2, 3,...n, and the hydrostatic pressure is p1 t p2 t p3
It is expressed as y...pn, where the number under the bottom indicates the number of the salt water flow.

各流のフロートにおける、前記のような、フロートパラ
メータは、圧力差Δpl,△p2,Δm,・・・・・・
△pnが、次の条件を満足するように調節する: H +△p 1 = p2+△P2°p3+△P3°゛
゜゛゜゜”pn+ΔPn 上記のようなフロートパラメータの調節によって、流量
分布は、系への全塩水流量にかかわりなく、等しく保た
れる。
The float parameters as mentioned above in the float of each flow are pressure differences Δpl, Δp2, Δm,...
Adjust so that △pn satisfies the following condition: H +△p 1 = p2 + △P2°p3 + △P3°゛゜゛゜゜”pn + ∆Pn By adjusting the float parameters as described above, the flow rate distribution can be adjusted to It remains the same regardless of the salt water flow rate.

本発明のこの局面の上記の説明においては、各流中の塩
水の流量は等しくしてあり且つ各管中の流動は流体より
も重いフロートにおける下方への力に対抗して上向きで
ある。
In the above description of this aspect of the invention, the flow rate of brine in each stream is equal and the flow in each tube is upward to oppose the downward force in the float, which is heavier than the fluid.

しかしながら、適当に釣り合わせ且つ重さを与えたフロ
ートの使用によって、等しくしてない塩水流における流
量の調和を保つために本発明を応用することが可能であ
る。
However, through the use of appropriately balanced and weighted floats, it is possible to apply the invention to balance the flow rates in unequal brine streams.

たとえば各流中のバルブのような、各流間の流量比を調
節するための手段をフロート制御手段と組み合わせて使
用することができ、それによって各流間の流量の比(す
なわち、バルブによって規定するような)を、母管から
の全流量にかかわりなく、保持することができる。
Means for adjusting the flow rate ratio between each stream, such as a valve in each stream, can be used in combination with the float control means, such that the flow rate ratio between each stream (i.e., ) can be maintained regardless of the total flow rate from the main pipe.

平均比重にある液体よりも軽いフロートを用いることも
また本発明の範囲内にある。
It is also within the scope of this invention to use floats that are lighter than the liquid at average specific gravity.

この場合に対しては、先細の管中の液体の流動は下向き
であり;管中のテーパは下向きにひろがり且つフロート
の重力の中心は最大面積にある断面よりも上方にある。
For this case, the flow of liquid in the tapered tube is downward; the taper in the tube extends downward and the center of gravity of the float is above the cross section at maximum area.

この流量制御系においては、フロートの垂直的な位置は
、式(2)の右辺におけるパラメータのすべてが一定の
ままであると仮定すれば、環状の面積Sおよび体積流量
qと関連する。
In this flow control system, the vertical position of the float is related to the annular area S and the volumetric flow rate q, assuming all of the parameters on the right side of equation (2) remain constant.

共通のマニホルドにおける上流への圧力P1を変えるこ
とによって、静水学的圧力の差を保ちながら、各電解槽
への液流の流速における比例的な変化を得ることが可能
である。
By varying the upstream pressure P1 in the common manifold, it is possible to obtain a proportional change in the flow rate of the liquid flow to each electrolyzer while maintaining the hydrostatic pressure difference.

共通のマニホルド中の制御手段によって、個々の槽への
溶液流量を比例的に制御することができるということは
、塩素一苛性アルカリの製造において大きな利益となる
ことである。
The ability to proportionally control solution flow to the individual vessels by control means in a common manifold is of great benefit in chlorine-caustic production.

これは、きわめて大きな貯蔵設備を用意することなしに
、需要の変動に応じるためには、生産における柔軟性が
肝要であるという理由による。
This is because flexibility in production is essential in order to meet fluctuations in demand without requiring extremely large storage facilities.

必要によっては、容量的または誘電的位置検知手段と結
び付けることによってこれらの流量一釣合わせ装置を、
流量情報の感知器として用いることができる。
Optionally, these flow balancing devices may be combined with capacitive or inductive position sensing means.
It can be used as a sensor for flow rate information.

この流量制御系は、ここに記した塩素電解槽以外の系に
おいても価値がある。
This flow control system is also valuable in systems other than the chlorine electrolyzer described here.

この種の流量制御は、異なる上流圧力にかかわらず多数
の供給流の間の等しいかまたは比例させた流量を保つこ
とが望ましい場合に、共通の母管からの多数の供給流か
ら成るどのような系に対しても、一般的な適用性を有し
ている。
This type of flow control is useful for any system consisting of multiple feed streams from a common header when it is desired to maintain equal or proportional flow rates between the multiple feed streams despite different upstream pressures. It also has general applicability to systems.

陽極液溢流管18は、高さによって生ずる静水学的なヘ
ッドが、水銀、膜および苛性液の重量を補償し、且つ膜
Aを導体12の底に対してしっかりと押し上げたまま保
持するために必要な力を与えるに充分に高くなければな
らない。
The anolyte overflow tube 18 is designed so that the hydrostatic head created by the height compensates for the weight of the mercury, membrane and caustic and keeps the membrane A firmly up against the bottom of the conductor 12. must be high enough to provide the necessary force.

膜Aは、図では平面的な皮膜として示しているが、膜A
と水銀の間の界面を広げるために、水銀中に及んでいる
ひだまたはくぼみを持つ拡がった表面を有することが好
ましい。
Film A is shown as a flat film in the figure, but film A
It is preferred to have an extended surface with folds or depressions extending into the mercury to widen the interface between the mercury and the mercury.

これは界面および膜自体の電気抵抗を低下させ且つ系中
の水銀の量を減ずる。
This lowers the electrical resistance of the interface and the membrane itself and reduces the amount of mercury in the system.

18によって与えるべき静水学的なヘッドは、水力学的
な釣合いのために必要なものよりも少なくとも水柱で2
インチは高いことが好ましい。
The hydrostatic head to be provided by
Preferably, the inch is high.

陽極液管もまた電気的に絶縁するように設計することが
好ましい。
Preferably, the anolyte tube is also designed to be electrically insulating.

いうまでもなく、槽に接続するパイプのいくつかまたは
すべてを、槽構造物内の通路によって置き換えることも
できる。
Of course, some or all of the pipes connecting to the tank can be replaced by passageways within the tank structure.

第2図を参照すると、20は電解槽のハウジングであり
、21は陽極であり且つ22および23はガスケットで
ある。
Referring to FIG. 2, 20 is the housing of the electrolytic cell, 21 is the anode, and 22 and 23 are gaskets.

第2図に示した槽のその他の要素は、すべて、第1図に
おける類似の要素の機能を有している。
All other elements of the vessel shown in FIG. 2 have the function of similar elements in FIG.

陽極21は導体と共に第1図の陽極8および導体12と
同一の機能を満足するが、液体塩素の流出を容易にして
いる。
Anode 21, along with the conductor, fulfills the same function as anode 8 and conductor 12 of FIG. 1, but facilitates the outflow of liquid chlorine.

二つの別の陽極構造を第2図中に示す。Two alternative anode structures are shown in FIG.

左手の側において導体21′の上部は、大きくなってボ
タンを形成する。
On the left hand side the upper part of the conductor 21' is enlarged to form a button.

これは、液体塩素の流出のための通路が間に介在してい
る多数の小さな部分から成る陽極をもたらす。
This results in an anode consisting of a number of small parts with intervening channels for the outflow of liquid chlorine.

このようにして、一つよりも多い導体を単一のボタンに
接続させることができるということ、およびボタンが槽
ハウジングの上部を貫通するのではなくて、導体が槽ハ
ウジングの上部および槽ハウジングの上部上全体に置い
たボタンを貫通するようにさせることができるというこ
とも明らかである。
In this way, more than one conductor can be connected to a single button, and rather than the button passing through the top of the trough housing, the conductor is connected to the top of the trough housing and through the trough housing. It is also clear that buttons placed all over the top can be made to run through.

この構成は、成形技術に対しておよび電線およびねじ加
工金属作業技術に対して、その構成を適応させ且つ薄い
部品として広い表面をおおうように容易には加工するこ
とができないもろい陽極材料の使用を可能とするという
利点を有している。
This configuration adapts the configuration to forming techniques and to wire and threaded metal working techniques and eliminates the use of brittle anode materials that cannot be easily processed to cover large surfaces as thin parts. It has the advantage of being possible.

この方法によって材料の選択が可能であり且つ導体およ
びボタンは一つの材料または二つの全く異なる材料とす
ることができる。
This method allows a choice of materials and the conductor and button can be of one material or two completely different materials.

陽極が穴のあけてあるシート21″から成っている右手
の側に示した陽極の設計は、異なる製作方法に適応して
いる。
The anode design shown on the right-hand side, in which the anode consists of a perforated sheet 21'', is adapted to different fabrication methods.

穴のあいたシート、金網または広げた金属は、導体に対
して、各導体を槽ハウジングの上部を貫通させることに
よりまたはいくつかの導体を解氷室内で相互に結合させ
且つこのような導体の束から一本のみの接続線を陽極シ
ートへ引っぱることによって、電気的に接続することが
できる。
Perforated sheets, wire mesh or spread metal can be used to connect conductors by passing each conductor through the top of the tank housing or by connecting several conductors to each other in the deicing chamber and forming bundles of such conductors. Electrical connections can be made by pulling only one connecting wire from the anode sheet to the anode sheet.

陽極シートを槽ハウジングの上端よりもいくらか上方に
位置せしめることによって、液体塩素のための空間を用
意することができる。
Space can be provided for liquid chlorine by positioning the anode sheet somewhat above the top of the tank housing.

ボタンまたは陽極シートのどちらかの上面は、液体塩素
がそれを妨害することはないがしかし電解槽ハウジング
の上部へと流出する傾向があるような形状を有していな
ければならない。
The top surface of either the button or the anode sheet must have a shape such that liquid chlorine does not disturb it but tends to flow to the top of the cell housing.

耐腐食性のためには、電解槽ハウジングの上部を、導体
上のショルダーまたはボタンによって保持せしめたフッ
素樹脂の層によって保護することができる。
For corrosion resistance, the top of the cell housing can be protected by a layer of fluoroplastic held by shoulders or buttons on the conductors.

ガスケット22および23は、重合体膜を槽ハウジング
に対し且つ隣接するハウジングを相互に対して密封する
Gaskets 22 and 23 seal the polymer membrane to the vessel housing and adjacent housings to each other.

膜としてパーフルオロスルホン酸重合体を用いる場合に
は、この材料を他のフッ素樹脂に対して密封することま
たはその縁をフフ化スルホニル形態に残しておくことお
よびこのようにしてガスケット構造物を組立てることが
可能である。
If a perfluorosulfonic acid polymer is used as the membrane, this material should be sealed against other fluoropolymers or its edges should be left in the sulfonyl fluoride form and the gasket structure assembled in this way. Is possible.

同様に、この材料、またはそのフツ化スルホニル形態は
、そのままで、あるいは他の槽成分のフッ素樹脂ライニ
ングに対して取り付けて用いることができ、それによっ
て取り付けおよび腐食保護のいろいろな手段を導く。
Similarly, this material, or its sulfonyl fluoride form, can be used neat or attached to the fluoropolymer lining of other tank components, thereby providing various means of attachment and corrosion protection.

第2図のパズル構造は第1図のパズル構造とはいくらか
異なっている。
The puzzle structure of FIG. 2 is somewhat different from that of FIG.

これは第1図の槽は圧力下に溶解させた塩素を製造する
ことを意図するのに対して、第2図中の槽は槽ハウジン
グの上端に沿う陽極中の穴またはみそを通じ且つ内側の
バスル構造物中に自由に排出すべき液体塩素を製造する
ように設計してある。
This is because the vessel in Figure 1 is intended to produce dissolved chlorine under pressure, whereas the vessel in Figure 2 is produced through a hole or hole in the anode along the top edge of the vessel housing and inside. It is designed to produce liquid chlorine which is freely discharged into the bustle structure.

第3図を参照すると、24は隔膜であり、25は陽極網
であり、26は陽極平なべであり、且つ27は陽極液お
よび陽極気体出口である。
Referring to FIG. 3, 24 is a diaphragm, 25 is an anode network, 26 is an anode pan, and 27 is an anolyte and anode gas outlet.

第3図のセルは、根本的に異なる陽極構造を有する第1
図におけるセルと本質的に同様である。
The cell of FIG. 3 has a fundamentally different anode structure.
It is essentially similar to the cell in the figure.

苛性ソーダ、伽酸、水素および酸素を製造するための備
酸ナトリウム溶液の電解を1例として用いると、陽極気
体の酸素は如何なる実際的な条件下においても槽内で溶
解させることも液化させることもできないということは
明らかである。
Using the electrolysis of sodium hydroxide solution to produce caustic soda, boric acid, hydrogen and oxygen as an example, the anode gas oxygen cannot be dissolved or liquefied in the tank under any practical conditions. It is clear that it cannot be done.

それ故、このような電解を遂行するためには、槽から気
泡を追い出すために多量の陽極液流量を必要とし、しか
もなお比較的高い槽抵抗が結果するという陽極液中の気
泡の不利益を甘受することができるか、または陰極にお
ける複合膜および隔膜で保護した流出せしめる陽極を有
する槽を運転して実質的に気泡が存在しない介在する電
解液を残すことができるかどちらかが必要である。
Therefore, to carry out such electrolysis, a high anolyte flow rate is required to drive the bubbles out of the cell, yet still suffers the disadvantage of air bubbles in the anolyte resulting in relatively high cell resistance. It is necessary to either be able to accept this, or to be able to operate a cell with a composite membrane at the cathode and a drained anode protected by a diaphragm, leaving an intervening electrolyte substantially free of air bubbles. .

電解液は陽極隔膜中を完全に浸透することができるかま
たは電解液の一部の隔膜を通ずる流動を許しつつ部分的
に槽中を循環せしめることができるかの何れかである。
The electrolyte can either completely penetrate through the anode diaphragm or can be partially circulated through the cell, allowing some of the electrolyte to flow through the diaphragm.

これは流動に対する適当な抵抗を有する隔膜を選ぶこと
およびこの技術分野において公知の手段によって、主電
解室流と陽極平なべ中の気相の間の圧力差を制御するこ
とにより、調節することができる。
This can be adjusted by selecting a membrane with appropriate resistance to flow and controlling the pressure difference between the main chamber flow and the gas phase in the anode pan by means known in the art. can.

隔膜は陰イオン透過性の膜または陽イオン透過性の膜に
取換えることもでき、それによって、硫酸ナトリウム電
解の場合においては、陽極液は、硫酸と硫酸ナト リウ
ムの混合物ではなくて、陽極においてもれ出る最低量の
硫酸ナトリウムを伴なう大部分の硫酸から成っている。
The diaphragm can also be replaced by an anion-permeable membrane or a cation-permeable membrane, so that in the case of sodium sulfate electrolysis, the anolyte is not a mixture of sulfuric acid and sodium sulfate at the anode. It consists mostly of sulfuric acid with a minimal amount of sodium sulfate leaking out.

硫酸ナトリウム循環流はかくて、硫酸から硫酸ナトリウ
ムを分離するための外部的な結晶化段階の必要なしに、
単に再飽和せしめればよい。
The sodium sulfate recycle stream thus allows for the separation of sodium sulfate from the sulfuric acid without the need for an external crystallization step.
Just let it resaturate.

硫酸ナトリウム電解の主な応用の一つは、レーヨン紡糸
浴の回収であるから、このような結晶化は、電解槽から
の溶液を紡糸浴回収中に再循環せしめることによって遂
行することができる。
Since one of the major applications of sodium sulfate electrolysis is in the recovery of rayon spinning baths, such crystallization can be accomplished by recycling the solution from the electrolytic cell into the spinning bath recovery.

この種類の電解槽は、適当な隔膜および陽極材料を選ぶ
ことによって、塩化ナトリウムの電解に対しても用いる
ことができ、そのような場合には、槽をほとんど常圧で
運転することができる。
This type of electrolytic cell can also be used for the electrolysis of sodium chloride by choosing suitable membranes and anode materials, in which case the cell can be operated at almost normal pressure.

第3図は金網陽極を示しているけれども、陽極のその他
の排水形態を同様に使用することができ、かくしてたと
えば鉛一銀合金、磁鉄鉱その他のような材料の使用が可
能である。
Although FIG. 3 shows a wire mesh anode, other drainage forms of anode can be used as well, thus allowing the use of materials such as lead-silver alloys, magnetite, and the like.

第4図を参照すると、1は耐圧外郭、2は苛性液または
水分配器、3は苛性液または水供給物、4は柔軟な陰極
母線、5は苛性液または水供給管、6は絶縁加圧流体、
7は陰極エンドキャップ、8は陽極液供給母管、9は陽
極液調節器、10は陽極液解放コア、11は電解槽要素
、12は陽極液溢流管、13は絶縁輪、14は陽極液供
給物、15は陽極エンドキャップ、16は苛性液および
水素取出口、17は陽極液および塩素取出口、18は陰
極の整流器母線接続、そして19は陽極の整流器母線接
続である。
Referring to FIG. 4, 1 is a pressure-resistant enclosure, 2 is a caustic liquid or water distributor, 3 is a caustic liquid or water supply, 4 is a flexible cathode busbar, 5 is a caustic liquid or water supply pipe, and 6 is an insulated pressurized fluid,
7 is a cathode end cap, 8 is an anolyte supply main tube, 9 is an anolyte regulator, 10 is an anolyte release core, 11 is an electrolytic cell element, 12 is an anolyte overflow pipe, 13 is an insulating ring, and 14 is an anode Liquid feed, 15 is the anode end cap, 16 is the caustic and hydrogen outlet, 17 is the anolyte and chlorine outlet, 18 is the cathode rectifier bus connection, and 19 is the anode rectifier bus connection.

この図は、液体または溶解ガスとしての塩素を与える電
解槽要素の積み重ねの概念的な断面を示している。
This figure shows a conceptual cross-section of a stack of electrolyzer elements providing chlorine as a liquid or dissolved gas.

積み重ねの底は、末端陽極であり、これはすべてでない
までも大部分の配管接続をも有しているが、何故ならば
、水および苛性液接続3を基礎中に導くこともできるか
らである。
The bottom of the stack is the terminal anode, which also has most, if not all, of the plumbing connections, since it is also possible to lead the water and caustic connections 3 into the foundation. .

この基礎は、整流器の陽の側にも接続せしめてある。This foundation is also connected to the positive side of the rectifier.

耐圧外郭1は積み重ね上に取付け且つ基礎に対して気密
的に結びつけてあり、且つ耐圧外郭と電解槽の積み重ね
の間の空間は絶縁圧力流体6で満してある。
The pressure envelope 1 is mounted on the stack and connected in a gas-tight manner to the foundation, and the space between the pressure envelope and the stack of electrolytic cells is filled with an insulating pressure fluid 6.

槽の積み重ねの上端には陰極エンドキャップ7がある。At the top of the tank stack is a cathode end cap 7.

このエンドキャップは柔軟なブスバーによって外郭1に
接続せしめ、外郭1は、底が槽の積み重ねの上端に接続
している整流器から負の電流を導く垂直的な母線として
働く。
This end cap is connected by flexible busbars to the shell 1, which acts as a vertical bus bar conducting the negative current from a rectifier whose bottom is connected to the top of the tank stack.

槽の積み重ねの上端には、各要素の解氷室に供給する水
または苛性液分配器が置いてある。
At the top of the tank stack is a water or caustic distributor that feeds each element's deicing chamber.

各解氷室中の液体の体積は、平均の供給容量が正確であ
るという条件で、不連続な供給を受け入れることができ
るように比較的大である。
The volume of liquid in each deicing chamber is relatively large so that discontinuous feeds can be accommodated, provided the average feed volume is accurate.

それ故、回転式バルブ、多軸式プランジャーポンプなど
のような装置による正確な配分を伴なう積み重ねへの全
供給物3の測定が適当である。
Therefore, measurement of the total feed 3 to the stack with precise distribution by devices such as rotary valves, multi-shaft plunger pumps, etc. is appropriate.

分配装置は、供給管5の系列を通ずる電流の漏れを防ぐ
ために、個々の供給管が解氷室中に排水して空となるよ
うに、積み重ねの上端になければならない。
The distribution device must be at the top of the stack so that the individual supply pipes drain and empty into the deicing chamber, in order to prevent leakage of current through the series of supply pipes 5.

絶縁流体6が完全な絶縁を与えるときは、絶縁輪13を
除いては耐圧外郭は裸の金属とすることができる。
When the insulating fluid 6 provides complete insulation, the pressure-resistant shell can be bare metal, except for the insulating ring 13.

しかしながら、電解槽の積み重ねからのリークの危険は
、槽の積み重ねと流体6の間の圧力平衡制御にかかわら
ず、常に存在し、大きな短絡が生ずる可能性がある。
However, the risk of leakage from the cell stack is always present, regardless of the pressure balance control between the cell stack and the fluid 6, and large short circuits can occur.

それ故、耐圧外郭1の内面は、流体6および運転温度と
矛盾しないゴムまたはその他のプラスチック材料とする
ことができる適当な絶縁材料で内張りすることが好まし
い。
The inner surface of the pressure envelope 1 is therefore preferably lined with a suitable insulating material, which may be rubber or other plastic material compatible with the fluid 6 and operating temperatures.

加うるに、外郭の底および陽極エンドキャップの頭部は
、積み重ねの全電圧差がその点に存在するから、環13
によつてリークのない結合で防護べきである。
In addition, the bottom of the shell and the top of the anode end cap are connected to ring 13 since the entire stack voltage difference exists at that point.
should be protected by leak-free coupling.

上記の外郭の構成は、整流器またはその他の直流電源か
らの主出力が大地水準にあるまたはそれに近いというこ
とを仮定している。
The above enclosure configuration assumes that the main output from the rectifier or other DC power source is at or near ground level.

そうでない場合には、外郭中の絶縁接続は外郭の高さに
沿うどこかとすることができ且つ電流接続はこのとき絶
縁接続のどちらかの側に置く。
If this is not the case, the insulated connections in the shell can be somewhere along the height of the shell and the current connections are then placed on either side of the insulated connections.

第5図を参照すると、1は冷却器または熱回収装置、2
は電解槽の積み重ね、3は陽極液循環ポンプ、4は弱っ
た陽極液冷却器、5は再飽和器、6は塩素傾瀉器、7は
脱塩素系、8は塩素乾燥系、9はスラリータンク、10
はスラリーポンプ、11は塩の仕込み、12は塩素生成
物、13は陽極液プリード流、モして14は精製した陽
極液プリード復帰流である。
Referring to FIG. 5, 1 is a cooler or a heat recovery device;
is a stack of electrolytic cells, 3 is an anolyte circulation pump, 4 is a weakened anolyte cooler, 5 is a resaturator, 6 is a chlorine decanter, 7 is a dechlorination system, 8 is a chlorine drying system, 9 is a slurry tank , 10
1 is a slurry pump, 11 is a salt charge, 12 is a chlorine product, 13 is an anolyte lead stream, and 14 is a purified anolyte lead return stream.

第5図は電解槽中で直接に液体塩素を製造する一つまた
はいくつかの槽の積み重ねを取巻いている塩水および塩
素系のための概念的な流動図である。
FIG. 5 is a conceptual flow diagram for a brine and chlorine system surrounding one or several cell stacks producing liquid chlorine directly in an electrolytic cell.

この流動図に示したプロセスの運転は、この技術分野の
熟練者にはこの図から自明であろう。
The operation of the process shown in this flow diagram will be obvious to those skilled in the art from this diagram.

簡単にいえば、これは次のようなことから成っている。Simply put, this consists of the following:

弱った陽極液は槽2から熱交換器4中に送られ、そこで
温度の低下を受ける。
The weakened anolyte is passed from tank 2 into heat exchanger 4 where it undergoes a reduction in temperature.

冷却した陽極液は次いで再飽和器5中に送られ、そこで
塩素含量が増大する。
The cooled anolyte is then sent to a resaturator 5 where the chlorine content is increased.

次いで陽極液は塩素傾瀉器6中に送られ、大部分の陽極
液はそこからポンプ3によって槽2中に再循環される。
The anolyte is then passed into the chlorine decanter 6, from where most of the anolyte is recycled into the tank 2 by the pump 3.

塩素傾瀉器6からの陽極液の一部は脱塩素器γ中に進み
、そこから流れ13として排出する。
A portion of the anolyte from the chlorine decanter 6 passes into the dechlorinator γ, from where it is discharged as stream 13.

精製した陽極液、流れ14および塩11をスラリータン
ク9中に仕込み且つスラリーポンプ10によって再飽和
器5中に送る。
Purified anolyte, stream 14 and salt 11 are charged into slurry tank 9 and sent by slurry pump 10 to resaturator 5.

塩素傾瀉器6および脱塩素器7から取出した塩素は、塩
素乾燥器8を通って流れ12として排出する。
Chlorine removed from chlorine decanter 6 and dechlorinator 7 is discharged as stream 12 through chlorine dryer 8 .

槽2からの伝熱流体は熱交換器1および弱った陽極液冷
却器4を通過し、次いで後者から槽の積み重ね2へもど
される。
The heat transfer fluid from the tank 2 passes through the heat exchanger 1 and the attenuated anolyte cooler 4 and is then returned from the latter to the tank stack 2.

塩化ナl− IJウムの理論的分解電圧は約2.3ボル
トであるが、槽の積み重ねは工業的には1要素当りこの
理論電圧よりも約2ボルト高い電圧で運転する。
The theoretical decomposition voltage for sodium chloride is about 2.3 volts, but cell stacks are industrially operated at about 2 volts per element above this theoretical voltage.

この過剰電圧は熱として表われ、製造する塩素1トン当
り1日に約60kwの割合に相当する。
This excess voltage is expressed as heat and corresponds to a rate of about 60 kW per day per ton of chlorine produced.

この熱の大部分は循環する電解液および生産される苛性
液の温度上昇として表われ且つ一部は第4図の絶縁流体
6の温度上昇をもたらす。
Most of this heat is expressed as an increase in the temperature of the circulating electrolyte and the produced caustic solution, and a portion results in an increase in the temperature of the insulating fluid 6 of FIG.

この熱は除去しなければならない。This heat must be removed.

これは簡単な熱交換によって達成することができ、熱は
空気または水へと捨てられる。
This can be achieved by simple heat exchange, with heat being rejected to air or water.

しかしながら、運転温度とヒートシンク(heat s
ink)の間に適当な温度差が存在するときは、理論的
に必要なもの以上の電気エネルギーの中のかなりの量を
動力の発生、工程の熱、水の脱塩などのために回収する
ことができる。
However, operating temperatures and heat sinks
(ink), a significant amount of the electrical energy beyond what is theoretically required is recovered for power generation, process heat, water desalination, etc. be able to.

動力の発生のためには、槽の積み重ねの条件に近い温度
および圧力における沸とう性を有するフレオンのような
液体を用いることが便利である。
For the generation of power, it is convenient to use a liquid such as Freon, which has boiling properties at temperatures and pressures close to the conditions of the vessel stack.

かくしてこれは冷却器および槽の積み重ねをボイラーに
仕立でる。
This thus turns the stack of coolers and tanks into a boiler.

沸とうする絶縁液体をタービンの駆動のために用いるこ
とができ、その後に凝縮させて冷却器にもどせばよい。
The boiling insulating liquid can be used to drive the turbine and then condensed back into the cooler.

さもなければ、蒸留水が絶縁液体としてきわめて適して
いる。
Otherwise, distilled water is very suitable as an insulating liquid.

液体塩素はきわめて大きな熱膨張系数を有している。Liquid chlorine has an extremely large coefficient of thermal expansion.

室温において液体塩素は陽極液よりもずっと重いが、比
較的高い温度では塩素の比重は陽極液の比重に近くなる
かまたはそれよりも低くなる。
At room temperature, liquid chlorine is much heavier than the anolyte, but at higher temperatures the specific gravity of chlorine approaches or is lower than that of the anolyte.

それ故、塩素は陽極液の下で傾瀉するかまたは陽極液の
上において取除くかどちらかによって、陽極液から分離
しなければならない。
Therefore, chlorine must be separated from the anolyte by either decanting below the anolyte or removing it above the anolyte.

傾瀉器中の温度条件を、必要に応じ制御することによっ
て、分離に適する比重差が存在することを確保しなけれ
ばならない。
The temperature conditions in the decanter must be controlled as necessary to ensure that a suitable specific gravity difference exists for separation.

さらに、塩素の特異な性質は、塩素が電解液よりも軽い
場合には、塩素による膜の妨害が生じないように、また
塩素が電解液よりも重い場合には塩素による陽極の氾濫
が生じないようにすることができる槽の構成および運転
でなければならないことを指示する。
Additionally, the unique properties of chlorine are such that when chlorine is lighter than the electrolyte, there is no chlorine interference with the membrane, and when chlorine is heavier than the electrolyte, chlorine does not flood the anode. Instruct the tank to be configured and operated in such a way that it is possible to do so.

第5図に示す脱塩素系7は、不純物を受容しつる水準に
保つことおよび系への塩の仕込みをスラリー状とするこ
との二つの目的のために比較的僅かな部分の再循環陽極
液の流出を許すという系である。
The dechlorination system 7 shown in FIG. This is a system that allows for the outflow of

陽極液の循環速度は、塩素日産1トン当り1分間につい
て約5乃至10ガロンとすることができるが、一方、流
出流は1分間について約0.3乃至0.5ガロンである
The anolyte circulation rate can be about 5 to 10 gallons per minute per ton of chlorine per day, while the effluent flow is about 0.3 to 0.5 gallons per minute.

圧力下の脱塩素はブリード流を適当な熱交換手段によっ
て加熱して熱を回収することにより達成せしめる。
Dechlorination under pressure is accomplished by heating the bleed stream and recovering heat by suitable heat exchange means.

たとえば次亜塩素酸塩または塩酸の製造のような気体状
の塩素に対する僅かな用途が利用できるならば、脱塩素
は単にブリード流を大気圧へと放出し、次いで常法に従
かい空気の吹込みまたは真空によって脱塩素することに
より達成することができる。
If a minor use is available for gaseous chlorine, such as the production of hypochlorite or hydrochloric acid, dechlorination simply discharges the bleed stream to atmospheric pressure and then blows air in the usual manner. This can be achieved by dechlorination by injection or vacuum.

第6図を参照すると、1は冷却器または熱回収装置、2
は電解槽の積み重ね、3は膨張エンジン、6は塩素フラ
ッシュ分離器、7は陽極液循環ポンプ、8は脱塩素系、
9は塩素凝縮器、10は塩素乾燥系、11はスラリーポ
ンプ、12はスラリータンク、13は塩の供給、14は
精製した陽極液ブリード返還流、15は塩素生成物、そ
して16は陽極液ブリード流である。
Referring to FIG. 6, 1 is a cooler or heat recovery device, 2
is a stack of electrolyzers, 3 is an expansion engine, 6 is a chlorine flash separator, 7 is an anolyte circulation pump, 8 is a dechlorination system,
9 is the chlorine condenser, 10 is the chlorine drying system, 11 is the slurry pump, 12 is the slurry tank, 13 is the salt supply, 14 is the purified anolyte bleed return stream, 15 is the chlorine product, and 16 is the anolyte bleed. It is a flow.

この配置の運転を簡単に要約すると、次のとおりである
A brief summary of the operation of this arrangement is as follows.

弱った陽極液は再飽和器4中に、次いで膨張エンジン5
中に入るが、後者は陽極液が塩素フラッシュ分離器6へ
と流れるときに陽極液によって駆動される。
The weakened anolyte is passed into the resaturator 4 and then into the expansion engine 5.
The latter is driven by the anolyte as it flows into the chlorine flash separator 6.

陽極液の大部分は分離器6から陽極液再循環ポンプ7に
進み、このポンプが陽極液を陽極液冷却器3中へ、次い
で槽の積み重ね2へともどす。
The bulk of the anolyte passes from the separator 6 to the anolyte recirculation pump 7, which pumps the anolyte back into the anolyte cooler 3 and then into the tank stack 2.

分離した陽極液の少部分は脱塩素系8に入り、そこから
液流16として系から放出される。
A small portion of the separated anolyte enters the dechlorination system 8 from where it is discharged from the system as a liquid stream 16.

フラッシュ分離器6からおよび脱塩素系8からの塩素は
、塩素凝縮器9、塩素乾燥系10を経て生成物流15と
して外に出る。
Chlorine from flash separator 6 and from dechlorination system 8 exits as product stream 15 via chlorine condenser 9 and chlorine drying system 10 .

精製した陽極液14および塩13はスラリータンク13
に送られ且つスラリーポンプ11によって再飽和器4へ
と向けられる。
The purified anolyte 14 and salt 13 are stored in a slurry tank 13.
and is directed to the resaturator 4 by the slurry pump 11.

電気絶縁性伝熱媒体を槽の積み重ねを経て熱交換装置1
中に圧送し、そこから陽極液冷却器を経て槽の積み重ね
中にもどす。
Electrically insulating heat transfer medium is transferred to heat exchanger 1 through stacking of tanks.
from there through the anolyte cooler and back into the tank stack.

それ故、この流動図は、全塩素生成物が溶解したガスと
して電解槽を出るという具合に電解槽に対する運転手段
を設けるということを除いては、第5図の流動図と同様
である。
This flow diagram is therefore similar to that of FIG. 5, except that operating means for the electrolytic cell are provided such that all chlorine products exit the electrolytic cell as dissolved gas.

塩素生成物を取得するために、弱まった陽極液の圧力を
電解槽の運転圧力より低下させると、その結果、運転圧
力と塩素フラッシュ分離器6中に保つ圧力の比に比較的
直接的な関係におけるガス状塩素の放出がおこる。
To obtain the chlorine product, the pressure of the weakened anolyte is reduced below the operating pressure of the electrolyzer, resulting in a relatively direct relationship between the operating pressure and the pressure maintained in the chlorine flash separator 6. The release of gaseous chlorine occurs at

6において分離した塩素は高温で且つ湿っており、また
多少の圧力下にあるから、それは冷却によって凝縮可能
である。
Since the chlorine separated at 6 is hot and moist and under some pressure, it can be condensed by cooling.

普通に得られる冷却水を利用することが可能であるため
には、100psiよりも高い圧力でフラッシュするこ
とが好ましい。
Flushing at pressures greater than 100 psi is preferred in order to be able to utilize commonly available cooling water.

きわめて大量の陽極液をフラッシュ圧力から運転圧力ま
で上げなければならず、その結果かなりのエネルギーの
使用が生ずるから、弱まった陽極液および製造した塩素
を一種の膨張エンジン5中でフラッシュすることによっ
て、このエネルギーの中の大きな割合を回収することが
好ましい。
Since very large quantities of anolyte have to be brought up from the flash pressure to the operating pressure, resulting in a considerable use of energy, by flashing the weakened anolyte and the chlorine produced in a kind of expansion engine 5, Preferably, a large proportion of this energy is recovered.

第5および6図の流動図は、湿った、液体塩素の製造を
示している。
The flow diagrams of Figures 5 and 6 illustrate the production of wet, liquid chlorine.

この液体塩素は必要に応じ付着する塩を洗い去ったのち
に乾燥することができる。
If necessary, this liquid chlorine can be dried after washing away adhering salts.

普通の工業的な実施においては、塩素はその含水量が6
0下において約95%の硫酸と平衡にあるように乾燥す
ることが絶対に必要であり、さもなければ液体塩素の日
常的な輸送および貯蔵が行なわれている鋼製の装置が腐
食する。
In common industrial practice, chlorine has a water content of 6
Drying in equilibrium with about 95% sulfuric acid at 0 is absolutely necessary, otherwise the steel equipment in which liquid chlorine is routinely transported and stored will corrode.

系への塩の供給物は、通常はその場で精製し且つ調製す
る。
The salt feed to the system is usually purified and prepared in situ.

塩の供給物は、迅速な溶解を確保するために、比較的微
細であることが好ましく、さもないと塩の結晶が電解槽
中に入って膜を腐食するおそれがある。
The salt feed is preferably relatively fine to ensure rapid dissolution, otherwise salt crystals may enter the cell and corrode the membrane.

第7図を参照すると、1は電解槽の積み重ね、2は恐ら
くは熱回収系(図中に示してない)と結合した、苛性液
冷却系、3は苛性液分離器、4は苛性液循環ポンプ、5
は苛性液分離器フラッシュタンク、6は水素冷却器、7
は水銀除去系、8は苛性液真空脱気器、9は真空ポンプ
、10は水素流、11は回収水銀流、12は苛性液流、
そして13は水流である。
Referring to Figure 7, 1 is a stack of electrolyzers, 2 is a caustic liquid cooling system, possibly combined with a heat recovery system (not shown), 3 is a caustic liquid separator, and 4 is a caustic liquid circulation pump. , 5
is a caustic liquid separator flash tank, 6 is a hydrogen cooler, and 7 is a caustic liquid separator flash tank.
is a mercury removal system, 8 is a caustic liquid vacuum deaerator, 9 is a vacuum pump, 10 is a hydrogen flow, 11 is a recovered mercury flow, 12 is a caustic liquid flow,
And 13 is a water stream.

水素および苛性液は、槽の積み重ねからいっしょに取出
して3中で分離する。
Hydrogen and caustic liquid are removed together from the tank stack and separated in 3.

水素は苛性液中にきわめて僅かしか溶解しないから、水
素の大部分は圧力下に高温気体として分離する。
Since hydrogen is only slightly dissolved in the caustic liquid, most of the hydrogen separates out as a hot gas under pressure.

この高温気体を6中で冷却したのちに、水素が圧力下に
あるために既にきわめて低いものであった冷気体中の水
銀含量は、さらに低下して、凝縮した水銀を回収するこ
とができる。
After cooling this hot gas in 6, the mercury content in the cold gas, which was already very low due to the hydrogen being under pressure, is further reduced and the condensed mercury can be recovered.

圧力下の冷水素中に存在するきわめて微量の水銀蒸気は
、たとえば塩素水洗浄、吸着などのような公知の方法に
よって、7中でさらに除去することができる。
Very trace amounts of mercury vapor present in the cold hydrogen under pressure can be further removed in 7 by known methods such as chlorine water washing, adsorption, etc.

通常の水銀電解槽とは異なり、この系は完全に封じ込ん
である装置中で運転する故に、且つまた水素中の水銀含
量は水素が発生するときの圧力に逆比例する故に、生ず
る水銀汚染、または処置しなければならない水銀汚染は
、10分の1またはそれ以下の最低水準となる。
Unlike conventional mercury electrolysers, this system operates in a completely confined apparatus, and the mercury content in the hydrogen is inversely proportional to the pressure at which the hydrogen is generated, resulting in less mercury contamination. Or the mercury contamination that must be treated will be at a minimum level of one-tenth or less.

10において出る水素は、かくして水銀の効率的な除去
の故に、もはや社会生態学的に重大なものではない。
The hydrogen released at 10 is thus no longer of socio-ecological significance due to the efficient removal of mercury.

塩素は凝縮不可能なガスの存在なしに製造され且つ、そ
れ故、排気し または処理すべき悪息ガスは存在しない
ということに注意すべきである。
It should be noted that chlorine is produced without the presence of non-condensable gases and therefore there are no bad breath gases to vent or treat.

3において分離したのちに、苛性液の大部分を2中にお
ける冷却のために再循環せしめる。
After separation in 3, the majority of the caustic liquid is recycled for cooling in 2.

この冷却系は、第5および6図に示す冷却系と共に、希
望する結果に依存して、いろいろな具合に運転すること
ができる。
This cooling system, along with the cooling systems shown in FIGS. 5 and 6, can be operated in a variety of ways depending on the desired result.

これは単に苛性液を冷却するため、すなわち苛性液流の
熱含量を除去するために働かすことができ、あるいは苛
性液流が塩水流よりも高い温度にあり、かくして単純な
冷却とは異なって、熱回収に対する可能性を増大させる
というように苛性液からの熱除去を管理することができ
る。
This can serve simply to cool the caustic, i.e. to remove the heat content of the caustic stream, or the caustic stream is at a higher temperature than the brine stream, thus unlike simple cooling. Heat removal from the caustic liquid can be managed to increase the potential for heat recovery.

系中における苛性アルカリの正味の増大、すなわち、苛
性アルカリの正味の生成物は、3から5へと流れること
ができ、そこでほぼ大気圧まで膨張せしめる。
The net increase in caustic in the system, ie, the net product of caustic, can flow from 3 to 5 where it is expanded to near atmospheric pressure.

溶解した水素および僅かな水素気泡は、この時点で苛性
液から離れる。
Dissolved hydrogen and few hydrogen bubbles leave the caustic at this point.

系の構成に依存して、5において出る水素は水銀を含ま
ないこともあり、その場合には苛性液の液滴の除去以外
の処理を施す必要はないが、水素が多少の水銀汚染物を
含有していることもあり、その場合には、それを3から
出る主水素流と平行して処理することができる。
Depending on the configuration of the system, the hydrogen exiting in step 5 may not contain mercury, in which case no treatment other than removing the caustic droplets is required, but if the hydrogen contains some mercury contamination, If so, it can be processed in parallel with the main hydrogen stream exiting from 3.

水素は、その圧力を減じたとき苛性液中にきわめて小さ
な気泡として懸濁したまま残る傾向を有しており、それ
故、8中で真空により苛性液から残存水素気泡をフラッ
シュすることが望ましい。
Hydrogen has a tendency to remain suspended in the caustic as very small bubbles when its pressure is reduced, and it is therefore desirable to flush residual hydrogen bubbles from the caustic with a vacuum in 8.

この時点で苛性液から放出される少量の水素は、5から
の水素流と合わせ且つ必要に応じ処理することができる
The small amount of hydrogen released from the caustic at this point can be combined with the hydrogen stream from 5 and treated as required.

かくして8から出る苛性液は、貯蔵タンク中での水素の
爆発のおそれなしに、直接に貯蔵場所に送ることができ
る。
The caustic liquid coming out of 8 can thus be sent directly to a storage location without the risk of hydrogen explosion in the storage tank.

この系は、塩素の物理的性質に従って、液体または溶解
塩素を与える広い範囲の温度および圧力にわたって運転
することができる。
The system can be operated over a wide range of temperatures and pressures to provide liquid or dissolved chlorine, depending on the physical properties of the chlorine.

運転可能な条件内においての特定の圧力および温度の選
択は、公知の最適化技術によって経済的諸要因の釣合を
とることにより決定する。
The selection of specific pressures and temperatures within operable conditions is determined by balancing economic factors through known optimization techniques.

液体塩素の製造のための温度および圧力範囲の例は、約
60乃至270下において約100乃至1000psi
a1または150乃至225下において300乃至65
0psiaである。
Examples of temperature and pressure ranges for the production of liquid chlorine are about 100 to 1000 psi at about 60 to 270 psi.
300 to 65 under a1 or 150 to 225
It is 0 psia.

経済的な考慮に従って、この方法は、一般に用いうるヒ
ートシンクの温度よりも高い温度で運転する。
In accordance with economic considerations, this method operates at temperatures higher than the temperatures of commonly available heat sinks.

通常の工業的な実施においては、これは80’Fである
In normal industrial practice, this is 80'F.

このことは、液体塩素を製造する電解槽は、100ps
iよりも高い圧力で運転するということ、および塩素を
完全に溶解ガスとして製造するところの系の場合におい
ては、フラッシュ圧力もまた、機械的な冷凍なしに塩素
の液化を可能とするために、100psiよりも低くな
いものとするということを意味する。
This means that the electrolytic tank that produces liquid chlorine has a power of 100 ps.
In the case of systems operating at pressures higher than This means that it shall not be lower than 100 psi.

圧力/温度の上限は、やはり実質的に経済的な問題であ
る。
The pressure/temperature upper limit is again essentially an economic issue.

いうまでもなく、液体塩素に対する上限は、その臨界温
度である。
Of course, the upper limit for liquid chlorine is its critical temperature.

きわめて高い圧力においては、装置は著しく高価なもの
となり、それ故、この方法は通常1000psiよりも
高い圧力で運転することはない。
At very high pressures, the equipment becomes significantly more expensive and therefore the process does not normally operate at pressures higher than 1000 psi.

このような圧力範囲内で可能な運転温度は、公知のデー
タから決定することができる。
Possible operating temperatures within such pressure ranges can be determined from known data.

系からの熱回収の可能性は、塩水および苛性液のそれぞ
れの温度とヒートシンク温度との間に温度差を有するよ
うに、高い温度で運転することによって、増大せしめる
ことができる。
The potential for heat recovery from the system can be increased by operating at higher temperatures such that there is a temperature difference between the respective temperatures of the brine and caustic liquid and the heat sink temperature.

電解中における直接的な液体塩素の製造においては、主
な考慮は、液体塩素に対する沸点曲線である。
In the production of liquid chlorine directly during electrolysis, the main consideration is the boiling point curve for liquid chlorine.

電解槽中における溶解塩素の製造の場合には、塩素の溶
解度は、塩濃度および温度の上昇と共に低下し、圧力の
上昇と共に増大する。
In the case of the production of dissolved chlorine in electrolytic cells, the solubility of chlorine decreases with increasing salt concentration and temperature and increases with increasing pressure.

かくして、電解槽とフラッシュ分離器の間の圧力差が大
きいほど、塩水流の単位当りに1回の通過についてより
多量の塩素が生ずる。
Thus, the greater the pressure difference between the electrolyzer and the flash separator, the more chlorine is produced per pass per unit of brine flow.

塩濃度が高いほど、塩水の1回通常当りの塩素の生産は
低くなる。
The higher the salt concentration, the lower the chlorine production per batch of brine.

槽の運転温度が高いほど、塩水中に溶解する塩素は少く
なるが、より多量の熱を塩水から回収することができる
The higher the operating temperature of the vessel, the less chlorine will be dissolved in the brine, but the more heat can be recovered from the brine.

塩素の沸点および溶解性に関する既知のデータと共に標
準的な最適化技術を用いて、特定の場合に対する運転条
件を決定することができる。
Standard optimization techniques can be used with known data regarding chlorine boiling point and solubility to determine operating conditions for a particular case.

すべての従来の塩素電解槽は、実際上戸外で運転するこ
とはできないから屋内に収容しなければならない。
All conventional chlorine electrolysers cannot practically be operated outdoors and must be housed indoors.

本発明の電解槽は、ほとんど如何なる気候においても戸
外で運転することができるので建物の費用を要しない。
The electrolyzer of the invention can be operated outdoors in almost any climate and requires no building costs.

本発明の槽の設計は要素から要素へのブスバーまたは各
要素における配電ブスバーの何れをも必要とせず、その
結果、槽の周囲に銅またはアルミニウムのブスバーが全
く存在しない。
The cell design of the present invention requires neither element-to-element busbars nor distribution busbars at each element, resulting in the absence of any copper or aluminum busbars around the cell.

このことは資本の費用の節約となるばかりでなく、通常
の塩素工場の主な保全費用の一つが不必要となる。
This not only saves capital costs, but also eliminates one of the main maintenance costs of a conventional chlorine plant.

本発明の以上の説明は、何れも苛性ソーダおよび水素を
与える塩化ナトリウムおよび硫酸ナトリウムの電解に対
するものであった。
The above description of the invention has all been for the electrolysis of sodium chloride and sodium sulfate to give caustic soda and hydrogen.

しかしながら、これらの局面に限定されるものではない
However, it is not limited to these aspects.

その他のイオンを含有する溶液、特に相当するカリウム
イオン溶液もまた、同様にして電解することができる。
Solutions containing other ions, in particular corresponding potassium ion solutions, can also be electrolyzed in a similar manner.

ここに説明した本発明は、通常の水銀陰極槽において電
解することができる化合物に対して一般的に適用するこ
とができる。
The invention described herein is generally applicable to compounds that can be electrolyzed in a conventional mercury cathode cell.

本発明はアルカリ金属イオンを含有する溶液のその他の
公知の電解プロセスの遂行のためにも有用である。
The present invention is also useful for performing other known electrolytic processes in solutions containing alkali metal ions.

いうまでもなく電解プロセスの適正な機能を妨害するこ
とが公知の陽極液(またはその中の不純物あるいは妨害
イオン)および解氷媒体は避けなければならない。
Of course, anolyte fluids (or impurities or interfering ions therein) and deicing media that are known to interfere with the proper functioning of the electrolytic process should be avoided.

さらにまた、解氷媒体として多硫化ナトリウムを使用す
ることによる硫化ナトリウムの製造に対して、解氷媒体
として二酸化硫黄溶液を用いることによる次亜硫酸ナト
リウムの製造に対して、アルコレート類の製造に対して
、各種の有機還元、二量化および類似の反応に対して、
時によっては、解氷黒鉛なしで、解氷器を使用すること
ができる。
Furthermore, for the production of sodium sulfide by using sodium polysulfide as a deicing medium, for the production of sodium hyposulfite by using sulfur dioxide solution as a deicing medium, for the production of alcoholates. for various organic reductions, dimerizations and similar reactions.
In some cases, deicers can be used without deicing graphite.

また、複合膜中の金属成分の酸化を避けるための電流効
率比の注意深い制御によって、この金属成分を双極の電
極として用いることが可能であり、かくして、解氷室内
の最終電極と複合膜中の双極金属成分の陽極側の間で、
それ以上の反応段階を遂行することができる。
Also, by careful control of the current efficiency ratio to avoid oxidation of the metal component in the composite membrane, it is possible to use this metal component as a bipolar electrode, thus making it possible to connect the final electrode in the deicing chamber to the composite membrane. Between the anode side of the bipolar metal component,
Further reaction steps can be carried out.

このような反応の例はナトリウムの製造である。An example of such a reaction is the production of sodium.

さらに、水銀層は常に静止しているものとして記したが
、これは複合膜からの水銀の循環という余地を排除する
ものではない。
Furthermore, although the mercury layer was described as always stationary, this does not exclude the possibility of mercury circulation from the composite membrane.

実施例 以下の実施例は、複合膜に面する白金被覆したチタン陽
極を包含し、陽極と複合膜の間に流れる実質的に飽和し
た塩水を有する電解槽中で行なった。
EXAMPLES The following examples were carried out in an electrolytic cell containing a platinum coated titanium anode facing a composite membrane and having substantially saturated salt water flowing between the anode and the composite membrane.

製造した塩素は塩水流と共に電解槽から取出した。The produced chlorine was removed from the electrolyzer along with the brine stream.

複合膜は、テトラフルオロエチレンと式・FSO2CF
2CF20CF(CF3)CF20CF=CF2を有す
るビニルエーテルとを通常の熱可塑性樹脂の技術によっ
て共重合させたのち、950乃至1350の範囲の当量
重量を有する生成する共重合体から、ぶら下っているフ
ツ化スルホニル基を酸に変えることによって製造した、
パーフルオロスルホン酸膜゛ナフイオン” (Nafi
on) (イー・アイ・デュポン・デ・ニモアズ・アン
ド・カンパニー社製)およびその上の水銀の層から成っ
ている。
The composite membrane is made of tetrafluoroethylene and the formula FSO2CF.
After copolymerization with a vinyl ether having 2CF20CF(CF3)CF20CF=CF2 by conventional thermoplastic resin techniques, the sulfonyl fluoride dangling from the resulting copolymer having an equivalent weight in the range of 950 to 1350 produced by changing the group to an acid,
Perfluorosulfonic acid membrane “Nafiion”
on) (manufactured by E.I. DuPont de Nimors & Co.) and a layer of mercury thereon.

水銀の量は重合体膜を完全におおうに十分なものである
が、重合体膜中のひだまたはくぼみもすべておおわれる
ように注意をはらった。
The amount of mercury was sufficient to completely cover the polymer film, but care was taken to ensure that all folds or depressions in the polymer film were also covered.

複合膜中の水銀は黒鉛要素と接触しており且つ水を水銀
上に通して複合膜上に苛性液および水素を生じさせた。
The mercury in the composite membrane was in contact with the graphite element and water was passed over the mercury to form a caustic solution and hydrogen on the composite membrane.

すべての実施例において、溶剤の使用または電解質によ
る膜の膨潤によって、塩水の圧力が膜上の銀および苛性
液の重量よりも犬である故に、膜の表面を水銀中に拡張
せしめた。
In all examples, the surface of the membrane was expanded into the mercury because the pressure of the brine was greater than the weight of the silver and caustic on the membrane, either by the use of a solvent or by swelling the membrane with an electrolyte.

,電解槽の全表面は約1平方テシメートル(約2//
X 8// )であった。
, the total surface of the electrolytic cell is approximately 1 square tesimeter (approximately 2//
X 8// ).

解氷器を通る水の流量は、10%よりも低くから50%
を越えるまでの各種の苛性アルカリの濃度を与えるよう
に変化させたが、その結果として電解槽の運転に対して
何らの影響も認められなかった。
The flow rate of water through the icebreaker is from less than 10% to 50%
Although various concentrations of caustic alkali were varied to give concentrations exceeding 100%, no effect was observed on the operation of the electrolytic cell.

実施例 1 水平断面が環状ではなく矩形であること以外は第1図の
電解槽とほぼ同じ電解槽を、公称厚さが2ミルで当量重
量が1200の重合体膜を用いて組立てた。
Example 1 An electrolytic cell substantially similar to that of FIG. 1, except that the horizontal cross-section was rectangular rather than annular, was constructed using a polymeric membrane having a nominal thickness of 2 mils and an equivalent weight of 1200.

膜を保持するフランジの内側の活性重合体膜面積は2イ
ンチ×8インチ(1.03di)であり、陽極面積及び
水銀層の面積も各々1.03dmであった。
The active polymer membrane area inside the flange holding the membrane was 2 inches by 8 inches (1.03 di), and the anode area and mercury layer area were each 1.03 dm.

水銀層の厚さは4mmであり、解氷材の面積は271c
mであり、陽極と複合膜との間の間隔は0.055イン
チであった。
The thickness of the mercury layer is 4 mm, and the area of the deicing material is 271 cm.
m, and the spacing between the anode and the composite membrane was 0.055 inch.

大気圧下で、陽極液塩水のpH3、使用済み塩水の濃度
約2 7 5g/lで電解槽を運転した。
The electrolyzer was operated at atmospheric pressure with a pH of 3 in the anolyte brine and a concentration of the spent brine of approximately 275 g/l.

塩水供給量を1cc/アンペア・分とし、約4,2ガロ
ン/分の塩水流速で電解液室を通して再循環せしめた。
The brine supply was 1 cc/amp minute and was recirculated through the electrolyte chamber at a brine flow rate of approximately 4.2 gallons/minute.

解氷部への水の供給量は0.23ml/アンペア・分で
あった。
The amount of water supplied to the ice-melting section was 0.23 ml/ampere-minute.

電解槽の電圧は50アンペアで4.9ボルト、80アン
ペアで6.6ボルトであった。
The cell voltage was 4.9 volts at 50 amps and 6.6 volts at 80 amps.

塩水流速を6.4ガロン/分に上げて電解槽からのガス
の吹きはらいを向上させ、そして電圧は80アンペアで
6.0ボルトに低下した。
The brine flow rate was increased to 6.4 gallons per minute to improve gas blowing out of the electrolyzer, and the voltage was decreased to 6.0 volts at 80 amps.

電解液室及び解氷室の温度は両方とも低電流密度におい
て約190下、高電流密度において約205’Fであっ
た。
The temperature of the electrolyte compartment and deicing compartment were both about 190 below at low current density and about 205'F at high current density.

濃度9〜10重量%の苛性液が約95%の電流効率で作
られた。
A caustic solution with a concentration of 9-10% by weight was made with a current efficiency of about 95%.

実施例 2 最初に塩酸中に浸漬し、次いで100℃の塩化第二水銀
の飽和水溶液中に24時間浸漬した膜を用いて同じ槽を
運転した。
Example 2 The same tank was operated with a membrane that was first soaked in hydrochloric acid and then in a saturated aqueous solution of mercuric chloride at 100° C. for 24 hours.

次いで膜中の水銀をその場でヒドロキシルアミンの使用
によって金属水銀に還元し、6.4ガロン/分の塩水流
速を用いて実施例1と同じ条件下に槽を運転した。
The mercury in the membrane was then reduced to metallic mercury in situ by the use of hydroxylamine, and the vessel was operated under the same conditions as Example 1 using a brine flow rate of 6.4 gallons/minute.

槽電圧は80アンペアにおいて5.6ボルト、50アン
ペアにおいで4.6ボルトであった。
The cell voltage was 5.6 volts at 80 amps and 4.6 volts at 50 amps.

その他の結果は実質的に実施例1と同じであった。Other results were substantially the same as in Example 1.

実施例 3 実施例2に記した水銀含没前に、膜をグリコールによっ
て膨潤させる以外は、同じ槽を同じ条件下に運転した。
Example 3 The same vessel was operated under the same conditions, except that the membrane was swollen with glycol prior to mercury impregnation as described in Example 2.

槽の電圧はグリコール処理した膜の使用なしの場合の電
圧よりも80アンペアにおいて0.2乃至0.3ボルト
低かった。
The cell voltage was 0.2 to 0.3 volts lower at 80 amps than without the glycol treated membrane.

その他の結果は実質的に実施例2と同じであった。Other results were substantially the same as in Example 2.

実施例 4 公称厚さが3.5ミルで当量重量が1200の重合体膜
を用いて、実施例1で用いたものと同じ電解槽を組立て
、圧力4 5 0 psi,塩水流50匡/分で運転し
た。
Example 4 An electrolytic cell identical to that used in Example 1 was constructed using a polymeric membrane with a nominal thickness of 3.5 mils and an equivalent weight of 1200, at a pressure of 450 psi and a brine flow of 50 m2/min. I drove.

電解液塩水はpH3であり、使用済み塩水の濃度は約2
7 5 g/lであった。
The electrolyte brine has a pH of 3, and the concentration of the used brine is approximately 2.
It was 75 g/l.

電解液室及び解氷部の温度は両方とも75下であった。The temperature of the electrolyte chamber and the ice melting section were both below 75°C.

陽極には液体塩素の流出を許すためにみぞが彫ってあっ
た。
Grooves were carved into the anode to allow liquid chlorine to flow out.

水銀上の要素は1インチの中心の直径1インチのニッケ
ルピンおよびその周りおよび間の黒鉛布から成っていた
The element on the mercury consisted of 1 inch diameter nickel pins on 1 inch centers and graphite cloth around and between them.

黒鉛およびニッケルは水銀と接触していた。Graphite and nickel were in contact with mercury.

解氷材の面積は271cmであり、水銀層の厚さは4M
であった。
The area of the deicing material is 271cm, and the thickness of the mercury layer is 4M.
Met.

最初に、約10アンペアおよび3.64ボルトの槽電圧
において、塩水中に溶解した塩素が槽の出口における観
察ガラス中に認められた。
Initially, at a cell voltage of approximately 10 amps and 3.64 volts, dissolved chlorine in the brine was seen in the viewing glass at the outlet of the cell.

電流を50アンペアに上げるにつれて槽の電圧は上昇し
、次いで液体塩素が現われると低下して、槽の電圧は5
.1ボルトで安定した。
As the current is increased to 50 amperes, the bath voltage increases and then decreases as liquid chlorine appears, leaving the bath voltage at 50 amps.
.. Stable at 1 volt.

液体塩素は溶解した塩素を含有する塩水と共に観察ガラ
ス中で別個の相として現われた。
Liquid chlorine appeared as a separate phase in the viewing glass with the brine containing dissolved chlorine.

電流を上げるにつれて塩素の生成が塩水中におけるその
溶解度を越えるために、液体塩素が現われた。
Liquid chlorine appeared because as the current was increased the formation of chlorine exceeded its solubility in salt water.

さらに高い温度において且つさらに薄い重合体膜を用い
ると比較的低い槽電圧を得ることができた。
Relatively low cell voltages could be obtained at higher temperatures and with thinner polymer membranes.

観察ガラスは、上端における浸漬管を通じて塩水および
液体塩素がはいるように配置した。
The viewing glass was positioned so that the saline and liquid chlorine entered through the dip tube at the top.

観察ガラスは浸漬管の底の縁上に溢流口をも有していた
The observation glass also had an overflow port on the bottom edge of the dip tube.

この配置は、これらの運転温度において、観察ガラスの
底における液体塩素の沈降および観察ガラスの上端から
の塩水の溢流をもたらした。
This arrangement, at these operating temperatures, resulted in precipitation of liquid chlorine at the bottom of the viewing glass and overflow of salt water from the top of the viewing glass.

かくして観察ガラスは傾瀉器としての機能を果した。The observation glass thus functioned as a decanter.

溢流口から、溶解塩素を含有する塩水が受器へと流れた
From the overflow, brine containing dissolved chlorine flowed into the receiver.

次いで受器中の圧力を低下させ塩水から溶解塩素を気化
させた。
The pressure in the receiver was then reduced to vaporize the dissolved chlorine from the brine.

解氷室への水供給量は0.23ml/アンペア・分であ
った。
The amount of water supplied to the ice-thawing chamber was 0.23 ml/amp minute.

濃度9〜10重量%の苛性液が約90%の電流効率で作
られた。
A caustic solution with a concentration of 9-10% by weight was made with a current efficiency of about 90%.

槽からの水素および苛性液を分離器中に流入させて、水
素および苛性液を分離した。
The hydrogen and caustic from the tank were flowed into a separator to separate the hydrogen and caustic.

全系は最初に窒素で置換してあり、その後、水素を充填
窒素と共に取出した。
The entire system was initially purged with nitrogen and then the hydrogen was removed along with the nitrogen charge.

本発明を、詳細に記した特定の実施形態によって説明し
た。
The invention has been described in terms of specific embodiments described in detail.

この技術分野の熟練者にはこの説明の考慮のもとて別個
の実施形態は明白であろう。
Additional embodiments will be apparent to those skilled in the art upon consideration of this description.

それ故、か\る変更は本発明の範囲内にあるものとみな
すべきである。
Therefore, such modifications should be considered within the scope of this invention.

なお本発明の主な実施態様を示せば次のとおりである。The main embodiments of the present invention are as follows.

1.溶液中に鉱酸および/または有機酸の陰イオンおよ
び/または水酸イオンと共にナトリウムおよび/または
カリウムイオンを含有する水溶液を電解する方法におい
て、 陽極と、 該陽極に面する重合体膜ならびに該陽極から遠い側の該
重合体膜の表面においてそれと緊密に接触している、ア
ルカリ金属に対し透過性の金属の層から成る複合膜と の間に存在する該溶液中に電流を通ずることを特徴とす
る方法。
1. A method for electrolyzing an aqueous solution containing sodium and/or potassium ions together with mineral acid and/or organic acid anions and/or hydroxide ions in the solution, comprising: an anode, a polymer membrane facing the anode, and the anode. passing an electric current through the solution present between a composite membrane consisting of a layer of a metal permeable to alkali metals, which is in close contact with the surface of the polymer membrane remote from the membrane; how to.

2.該電解は通常は該溶液中で常圧において気体状の陽
極生成物を与えるべき前記1,の方法において、該電解
を実質的に液化した状態または該溶液内に溶解した状態
にある陽極生成物を与える条件下に、常圧より高い圧力
において行なうことから成る改良方法。
2. In the method of 1 above, in which the electrolysis is usually to provide a gaseous anode product in the solution at normal pressure, the anode product is in a substantially liquefied state or dissolved in the solution. an improved method consisting of carrying out the process at a pressure higher than normal pressure under conditions giving

3.該電解は約100乃至1000psiの圧力および
約60乃至270°Fの温度において行なう前記2.の
方法。
3. 2. The electrolysis is conducted at a pressure of about 100 to 1000 psi and a temperature of about 60 to 270 degrees Fahrenheit. the method of.

4.該金属は水銀である前記1,の方法。4. The method of 1 above, wherein the metal is mercury.

5.該重合体膜はぶら下ったスルホン酸基を有するパー
フルオロカーボン重合体である前記1.の方法。
5. 1. The polymer membrane is a perfluorocarbon polymer having pendant sulfonic acid groups. the method of.

6.該金属は水銀である前記5.の方法。6. 5. The metal is mercury. the method of.

7.該電解は約100乃至1000psiの圧力および
約60〜270”Fの温度において行なう前記6.の方
法。
7. The method of item 6 above, wherein the electrolysis is conducted at a pressure of about 100 to 1000 psi and a temperature of about 60 to 270''F.

8.溶液中に鉱酸および/または有機酸の陰イオンおよ
び/または水酸イオンと共にナトリウムおよび/または
カリウムイオンを含有する水溶液を電解して通常は該溶
液から常圧において気体状の陽極生成物を与えるべき方
法において、該電解を電解の陽極生成物が液相にあると
ころの条件下に常圧よりも高い圧力において行なうこと
を特徴とする改良法。
8. Electrolyzing an aqueous solution containing sodium and/or potassium ions together with mineral and/or organic acid anions and/or hydroxide ions in solution to give an anode product from the solution, which is usually gaseous at normal pressure. An improved process characterized in that the electrolysis is carried out at a pressure higher than normal pressure under conditions in which the anodic product of the electrolysis is in the liquid phase.

9.該電解は、陽極と、アルカリ金属に対し透過性の金
属から成る陰極層と緊密に接触している重合体膜を有す
る複合膜との間に存在する該溶液中に電流を通ずること
によって行なわれる前記8.の方法。
9. The electrolysis is carried out by passing an electric current through the solution present between an anode and a composite membrane having a polymer membrane in intimate contact with a cathode layer of a metal permeable to alkali metals. Above 8. the method of.

10.該重合体膜はぶら下ったスルホン酸基を有するパ
ーフルオロカーボン重合体である前記9.の方法。
10. 9. The polymer membrane is a perfluorocarbon polymer having pendant sulfonic acid groups. the method of.

11.該電解は約100乃至1000psiの圧力にお
いて行なわれる前記8.の方法。
11. 8. The electrolysis is carried out at a pressure of about 100 to 1000 psi. the method of.

12.該水溶液は塩化ナトリウム水溶液である前記11
.の方法。
12. 11 above, wherein the aqueous solution is a sodium chloride aqueous solution.
.. the method of.

13,陽極および 重合体膜ならびに 該重合体膜と緊密に接触しているアルカリ金属イオンに
対し透過性の金属の陰極層 から成る複合膜 を有することを特徴とする電解槽。
13. An electrolytic cell characterized in that it has a composite membrane consisting of an anode and a polymer membrane and a cathode layer of a metal permeable to alkali metal ions in intimate contact with the polymer membrane.

14.該重合体膜はぶら下ったスルホン酸基を有するパ
ーフルオロカーボン重合体である前記13.の電解槽。
14. 13. The polymer membrane is a perfluorocarbon polymer having pendant sulfonic acid groups. electrolytic cell.

15.該金属は水銀である前記14.の電解槽。15. 14. The metal is mercury. electrolytic cell.

16.該重合体はその中に沈積された水銀を含有する前
記14.の電解槽。
16. 14. The polymer contains mercury deposited therein. electrolytic cell.

17.該重合体は膨潤剤によって処理されているところ
の前記14.の電解槽。
17. 14 above, wherein the polymer is treated with a swelling agent. electrolytic cell.

18.該金属と接触している複数の導電性陰極要素を有
する前記13.の電解槽。
18. 13. having a plurality of conductive cathode elements in contact with the metal; electrolytic cell.

19.該重合体膜を変形し該陰極要素間の区域中に上方
に突出せしめてあるところの前記18.の電解槽。
19. 18 above, wherein said polymer membrane is deformed to project upwardly into the area between said cathode elements. electrolytic cell.

20.該陰極要素は少なくとも該金属と接触する区域に
おいて隣接する黒鉛要素を有するところの前記18.の
電解槽。
20. 18 above, wherein said cathode element has adjacent graphite elements at least in the area in contact with said metal. electrolytic cell.

21.該重合体膜はFSO2CF2CF2QC代CF3
)OCF一CF2とF2C=CF2との共重合体でー8
02F基をスルホン酸基に変化させるように処理してあ
るところの前記13.の電解槽。
21. The polymer membrane is FSO2CF2CF2QC and CF3
) A copolymer of OCF-CF2 and F2C=CF2 -8
13 above, which has been treated to convert the 02F group into a sulfonic acid group. electrolytic cell.

22.該電解槽の陽極は隣接する下方の電解槽の陰極要
素と電気的接触にあるところの、それぞれ前記18.の
電解槽の構成を有する積み重ねた電解槽の系列。
22. 18., respectively, wherein the anode of said electrolytic cell is in electrical contact with the cathode element of an adjacent lower electrolytic cell. A series of stacked electrolyzers having an electrolyzer configuration of .

23.実質的に電解槽の積み重ねの電解槽要素に沿って
垂直的に位置せしめた塩水供給ヘッド導管、各電解槽要
素および該供給ヘッド導管に接続せしめた塩水供給導管
、 各塩水供給導管中の流量制御手段、および各流量制御手
段中のフロート手段、但し各フロート手段の比重量およ
び相当する電解槽要素の水準における該供給ヘッド導管
中のそれぞれの静水学的ヘッドの和は同一であり、それ
によって各電解槽要素への塩水の実質的に同一の流量を
与えるものとする、 を有する前記22、の電解槽の積み重ね系列。
23. a brine supply head conduit positioned substantially vertically along the cell elements of the cell stack; a brine supply conduit connected to each cell element and the feed head conduit; flow control in each brine supply conduit; means, and float means in each flow control means, provided that the specific weight of each float means and the sum of the respective hydrostatic heads in said feed head conduit at the level of the corresponding electrolyser element are the same, so that each 22. A stacked series of electrolyzers as in claim 22, wherein said electrolyzer cell stacks have substantially the same flow rate of brine to the electrolyzer elements.

24.該陽極の形状は液体流出空間を与えるように適応
せしめてある前記13.の電解槽。
24. 13. The shape of the anode is adapted to provide a liquid outflow space. electrolytic cell.

25.該陽極は金網、または表面から突出する多数の別
個の不連続要素からなるところの前記24.の電解槽。
25. 24 above, wherein the anode consists of a wire mesh or a number of separate discrete elements protruding from the surface. electrolytic cell.

26.該陽極は有孔質陽極であり、且つ該複合膜と該陽
極との間に隔膜または膜を包含する前記13,の電解槽
26. 14. The electrolytic cell of item 13 above, wherein the anode is a porous anode, and includes a diaphragm or membrane between the composite membrane and the anode.

27.有孔質陽極、 重合体膜および 該重合体膜と緊密に接触しているアルカリ金属イオンに
対し透過性の金属の陰極層 から成る複合膜ならびに 該陽極と複合膜との間の膜または隔膜、 から成る電解槽中において溶液中に鉱酸および/または
有機酸の陰イオンおよび/または水酸イオンと共にナト
リウムおよび/またはカリウムイオンを含有する水溶液
を電解する方法において、該陽極と陰極との間で該溶液
中に電流を通じ且つ該陽極を通じて陽極生成物を取出す
、ことを特徴とする方法。
27. a composite membrane consisting of a porous anode, a polymer membrane and a cathode layer of a metal permeable to alkali metal ions in intimate contact with the polymer membrane, and a membrane or diaphragm between the anode and the composite membrane; A method of electrolyzing an aqueous solution containing sodium and/or potassium ions together with mineral acid and/or organic acid anions and/or hydroxide ions in an electrolytic cell consisting of an anode and a cathode. A method characterized in that passing an electric current through the solution and removing the anodic product through the anode.

28.該水溶液は硫酸ナトリウムである前記27.の方
法。
28. 27. The aqueous solution is sodium sulfate. the method of.

29.陽極、 陰極、および それらの間の陽極液室 から成る電解槽中で塩水を電解する方法において、 該電解槽を約100乃至1 0 0 0 psiに加圧
し、 塩水を該陽極液室中に通じ、 該陽極および陰極間に電流を流すことによって該塩水の
塩含量を低下させ且つ該陽極液室中で液相にある塩素お
よび消耗した塩水を生ぜしめ、 該槽から塩水.塩素、苛性液および水素を取出す ことを特徴とする該方法。
29. A method of electrolyzing salt water in an electrolytic cell consisting of an anode, a cathode, and an anolyte chamber therebetween, comprising pressurizing the cell to about 100 to 1000 psi and passing the salt water into the anolyte chamber. , reducing the salt content of the brine by passing an electric current between the anode and the cathode and causing chlorine and depleted brine to be in liquid phase in the anolyte compartment; and removing the brine from the bath. The method is characterized in that chlorine, caustic liquid and hydrogen are removed.

30.該陰極は該陽極と実質的に平行し且つ表面積が同
延である複合膜中の金属層であり、該複合膜は 該陽極に面する重合体膜、および 該陽極から離れた側の該重合体膜の表面においてそれと
緊密に接触しているアルカリ金属イオンに対して透過性
の金属の層、 を有するところの前記29.の方法。
30. The cathode is a metal layer in a composite membrane that is substantially parallel and coextensive in surface area with the anode, and the composite membrane includes a polymer membrane facing the anode and a polymer membrane on the side remote from the anode. 29. above, having a layer of metal permeable to alkali metal ions in intimate contact with the surface of the coalesced membrane; the method of.

31.該金属は水銀であるところの前記30.の方法.
32.精製した塩を該取出した塩水に対して加えること
によって該陽極液室に供給する塩水流を形成せしめると
ころの前記29.の方法。
31. 30 above, wherein the metal is mercury. the method of.
32. 29. Adding purified salt to the removed brine to form a brine stream that feeds the anolyte chamber. the method of.

33.該消耗した塩水は、その中に溶解した塩素を包含
し、そして該塩水上の圧力を低下させて塩素ガスを遊離
せしめるところの前記29.の方法,34.該消耗した
塩水は、液化状態にある該塩素を含有し、且つ該塩水お
よび塩素を重力的分離によって分離するところの前記2
9.の方法。
33. The depleted brine contains dissolved chlorine therein and the pressure above the brine is reduced to liberate chlorine gas, as described in 29. method, 34. The depleted brine contains the chlorine in a liquefied state, and the brine and chlorine are separated by gravity separation.
9. the method of.

35.該苛性液および水素をいっしょに取出し且つ、最
初に電解の加圧下において次いで苛性液上の圧力を低下
させることによって、段階的に分離するところの前記2
9.の方法。
35. 2 above, in which the caustic liquid and hydrogen are taken out together and separated in stages, first under electrolytic pressure and then by lowering the pressure above the caustic liquid;
9. the method of.

36.該苛性液および水素をいっしょに取出し且つ段階
的に、すなわち、最初に電解の加圧下において、次いで
苛性液上の圧力を低下させることによって、分離せしめ
るところの前記31.の方法。
36. 31 above, wherein the caustic liquid and hydrogen are removed together and separated stepwise, ie, first under electrolytic pressure and then by reducing the pressure above the caustic liquid. the method of.

37.該分離の少なくとも第一段階からの水素を冷却し
且つ精製して、それから水銀を除くために精製するとこ
ろの前記36.の方法。
37. 36 above, wherein the hydrogen from at least the first stage of said separation is cooled and purified and then purified to remove mercury. the method of.

38.該塩水および苛性液を、得ることができるヒート
シンクの温度よりも高い温度で取出し、該塩水および苛
性液からエネルギーを回収するところの前記29.の方
法。
38. 29 above, wherein the brine and caustic liquid are removed at a temperature higher than the available heat sink temperature and energy is recovered from the brine and caustic liquid. the method of.

39.該塩水の温度よりも高い温度において苛性液を取
出し且つ該苛性液からエネルギーを回収することを包含
する前記30.の方法。
39. 30 above, comprising removing a caustic liquid and recovering energy from the caustic liquid at a temperature above the temperature of the brine. the method of.

40.電解槽の系列から成り、各電解槽は、陽極、 複合膜中の金属層であるところの陰極、該複合膜は 該陽極に面する重合体膜、および 該陽極から離れた側の重合体膜の表面においてそれと緊
密に接触しているアルカリ金属に対して透過性の金属の
層、 を有する、 該陽極と陰極の間の陽極液室、 から成り、該系列中の該電解槽は相互の上に積み重ねて
ありそれによって第一の槽の陽極と次の下方に隣接する
槽の陰極の間の空間が室を形成することを特徴とする電
解装置。
40. It consists of a series of electrolytic cells, each electrolytic cell having an anode, a cathode which is a metal layer in a composite membrane, a polymeric membrane facing the anode, and a polymeric membrane on the side remote from the anode. an anolyte chamber between the anode and the cathode, with a layer of metal permeable to alkali metals in intimate contact with it at the surface of the electrolytic cells in the series an electrolyzer, characterized in that the space between the anode of the first cell and the cathode of the next downwardly adjacent cell forms a chamber.

41.該電解槽の系列は、該槽の系列の外面との間で空
間を形成する外郭によって囲んであるところの前記40
,の装置。
41. The series of electrolytic cells is surrounded by an outer shell forming a space between the series of electrolytic cells and the outer surface of the series of cells.
, device.

42.該空間中に絶縁流体を包含するところの前記41
.の装置。
42. Said 41, which contains an insulating fluid in said space.
.. equipment.

43.該電解槽に面する該外郭の表面は絶縁されている
前記41.の装置。
43. 41. The surface of the outer shell facing the electrolytic cell is insulated. equipment.

44.該外郭の少なくとも一部分は電解槽の該系列への
電流の導体であるところの前記41.の装置。
44. 41. wherein at least a portion of said shell is a conductor of current to said series of electrolytic cells. equipment.

45.該外郭を最下段の電解槽の陽極に隣接する基礎部
材上に支持せしめ且つ絶縁部材が該基礎部材から該外郭
を分離しているところの前記44.の装置。
45. 44 above, wherein the shell is supported on a base member adjacent to the anode of the lowermost electrolytic cell, and an insulating member separates the shell from the base member. equipment.

46.少なくとも一本の母管および分岐点を有する少く
とも二本の分岐管から成る流体分配糸において、各分岐
管中の流量制御手段および各流量制御手段中のフロート
手段を包含し、ここに各フロート手段の比重量および各
分岐管におけるぞ−れぞれの圧力の和はそれぞれ同一で
あることを特徴とする改良糸。
46. A fluid distribution thread consisting of at least one main tube and at least two branch tubes having branch points, including flow control means in each branch tube and float means in each flow control means, wherein each float An improved yarn characterized in that the specific weight of the means and the sum of the respective pressures in each branch pipe are the same.

47.各分岐管中の流量の比を調節することによって母
管中の全流量にかかわりなく各分岐管中の流量間におけ
る実質的に一定の比を与えるための手段を包含する前記
46.の糸。
47. 46 above, including means for adjusting the ratio of the flow rates in each branch pipe to provide a substantially constant ratio between the flow rates in each branch pipe regardless of the total flow rate in the main pipe. thread.

48.塩化ナトリウムの水溶液を電解する方法において
、 該溶液中に電流を通じ、 該溶液は 陽極と ぶら下ったスルホン酸基を有するパーフルオロカーボン
重合体膜および 該陽極から離れた側の該重合体膜の表面においてそれと
緊密に接触している水銀の層 からなる複合膜と の間に存在する、 ことを特徴とする方法。
48. In a method of electrolyzing an aqueous solution of sodium chloride, an electric current is passed through the solution, and the solution is applied to an anode, a perfluorocarbon polymer membrane having pendant sulfonic acid groups, and a surface of the polymer membrane on the side remote from the anode. a composite membrane consisting of a layer of mercury in intimate contact therewith.

49.該電解は実質的に液化した状態または該溶液中に
溶解した状態にある塩素を与えるところの条件下に常圧
よりも高い圧力において行なうところの前記48.の方
法。
49. 48 above, wherein said electrolysis is carried out at a pressure higher than normal pressure under conditions which provide chlorine in a substantially liquefied state or dissolved in said solution. the method of.

50.該電解は約100乃至1000psiaの圧力お
よび約60乃至270’Fの温度において行なうところ
の前記49.の方法。
50. 49 above, wherein the electrolysis is conducted at a pressure of about 100 to 1000 psia and a temperature of about 60 to 270'F. the method of.

51.該電解は約300〜650psiaの圧力および
約150乃至225下の温度において行なうところの前
記49、の方法。
51. 49. The method of claim 49, wherein the electrolysis is conducted at a pressure of about 300 to 650 psia and a temperature of about 150 to 225 psia.

52.該パーフルオロカーボン重合体は−SO2F基を
スルホン酸基に変えるための処理が施こしてある、FS
O2 CF2 CF2 0CF (CF3 ) CF2
0CF=CF2とF2C−CF2との共重合体である
ところの前記48.の方法。
52. The perfluorocarbon polymer has been treated to convert -SO2F groups into sulfonic acid groups.
O2 CF2 CF2 0CF (CF3) CF2
48. where 0CF=CF2 and F2C-CF2 copolymer. the method of.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は、圧力下に溶解ガスとして塩素を製造するため
の、複合膜、シート状陽極および解氷器中の黒鉛布を用
いる電解槽の単一要素の部分的断面図である。 第2図は、圧力下に液体塩素を製造するための、複合膜
、陽極(有孔陽極およびボタン陽極の二者択一形態で示
してある)および解氷内の黒鉛布を用いる電解槽の単一
要素の部分的断面である。 第3図は硫酸ナトリウムを電解するための、複合膜およ
び金鋼陽極を用いる排水陽極室、ならびに解氷器中の黒
鉛布を用いる電解槽の単一要素の部分的断面である。 第4図は圧力下に塩素を製造するための、圧力保有外郭
の内側の電解槽要素の積み重ねの断面を示す。 第5図は圧力下に液体塩素を製造するための、複合膜を
用いる電解槽から成る電解槽積み重ねに対する、塩水お
よび塩素系の流動図を示す。 第6図は圧力下に塩水中に溶解せしめた塩素を製造する
ための、複合膜を用いる電解槽から成る電解槽の積み重
ねに対する、塩水および塩素系の流動図である。 第7図は苛性アルカリ液を再循環によって冷却せしめて
いる電解槽の積み重ねに対する、水、苛性アルカリ液お
よび水素系の流動図を示す。
FIG. 1 is a partial cross-sectional view of a single element of an electrolytic cell using a composite membrane, a sheet anode and a graphite cloth in a deicer for producing chlorine as a dissolved gas under pressure. FIG. 2 shows an electrolytic cell using a composite membrane, an anode (shown in alternative forms of a perforated anode and a button anode) and a graphite cloth in the deicing for producing liquid chlorine under pressure. A partial cross-section of a single element. FIG. 3 is a partial cross-section of a single element of an electrolytic cell for the electrolysis of sodium sulfate, using a drained anode chamber with a composite membrane and a gold-steel anode, and a graphite cloth in a deicer. FIG. 4 shows a cross-section of a stack of electrolyzer elements inside a pressure-bearing envelope for producing chlorine under pressure. FIG. 5 shows a brine and chlorine system flow diagram for an electrolytic cell stack consisting of electrolytic cells using composite membranes for producing liquid chlorine under pressure. FIG. 6 is a flow diagram of the brine and chlorine system for a cell stack consisting of electrolytic cells using composite membranes for producing chlorine dissolved in brine under pressure. FIG. 7 shows the water, lye and hydrogen system flow diagram for a stack of electrolyzers with the lye cooled by recirculation.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 溶液中に塩素および/または臭素イオンと共にナト
リウムおよび/またはカリウムイオンを含有する水溶液
を電解する方法において、 陽極と 該陽極に面するスルホン酸基または金属スルホネート基
を有するパーフルオロカーボン重合体膜ならびに該陽極
から遠い側の該重合体膜の表面においてそれと緊密に接
触している水銀陰極層一該水銀陰極層には少なくとも1
つの黒鉛解氷要素が接触して存在しているーから成る複
合膜との間に存在する該溶液中に電流を通ずることを特
徴とする方法。 2 陽極、 スルホン酸基または金属スルホネート基を有するパーフ
ルオロカーボン重合体膜および該重合体膜と緊密に接触
している水銀陰極層 から成る複合膜、ならびに該水銀陰極層に接触している
少なくとも1つの黒鉛解氷要素 を有することを特徴とする電解槽。
[Scope of Claims] 1. A method for electrolyzing an aqueous solution containing sodium and/or potassium ions together with chlorine and/or bromide ions, comprising: an anode and a parter having a sulfonic acid group or a metal sulfonate group facing the anode; a fluorocarbon polymer membrane and a mercury cathode layer in intimate contact therewith at the surface of the polymer membrane remote from the anode; the mercury cathode layer includes at least one
A method characterized in that an electrical current is passed through the solution between a composite membrane consisting of two graphite deicing elements in contact with each other. 2 anode, a composite membrane consisting of a perfluorocarbon polymer membrane having sulfonic acid or metal sulfonate groups and a mercury cathode layer in intimate contact with the polymer membrane, and at least one membrane in contact with the mercury cathode layer; An electrolytic cell characterized in that it has a graphite deicing element.
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