JPS599632B2

JPS599632B2 - 電解槽

Info

Publication number: JPS599632B2
Application number: JP54079122A
Authority: JP
Inventors: 治清水; 覚伊藤; 道博赤沢; 章山口
Original assignee: Toyo Soda Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Tosoh Corp
Priority date: 1979-06-25
Filing date: 1979-06-25
Publication date: 1984-03-03
Also published as: JPS563688A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、新規なアルカリ金属塩水溶液電解用電解槽に
関するものである。

更に詳しくは、隔膜法電解槽の上部に気液分離槽を設け
てなるアルカリ金属塩水溶液の電解用電解槽において、
気液分離槽に直結した電極室液下降流通管を複数設け、
該下降流通管の末端出口部を電極室内の下部近傍に位置
するよう設置してなる電解槽を提供するにある。これま
で、アルカリ金属塩水溶液の電解に用いる隔膜法電解槽
としては、単極式隔膜法電解槽、電極式隔膜法電解槽お
よび両極式隔膜法電解槽が実用に供されている。通常、
これらの隔膜法電解槽に採用する隔膜としては、アスベ
スト膜、フッ素樹脂強化アスベスト膜および陽イオン交
換膜等が使用され、また電極の材質として、陽極には酸
化ルテニウム、酸化白金、パラジウム、イリジユームな
どを被覆したチタンを基材とする金属陽極、陰極には、
鉄、軟鋼、ニッケルなどの金属陰極が使用されている。
そして、これらの電解槽を用いてアルカリ金属塩水溶液
、例えば塩化ナトリウム水溶液を電解する場合の問題点
の一つは、電極室内に発生するガス気泡に起因する電圧
上昇である。

このガス気泡の発生を抑制することは、その電・解機
構上不可能であるが、ガス気泡の長時間に及ぶ電極室内
の滞留は、電解操作上において好ましいものではない。

即ち、両電解室内でのガス気泡の滞留時間が長くなると
、電極および隔膜界面での水酸化ナトリつウム、塩化
ナトリウム水溶液の濃度の変動を繰り返し、電解操作に
おいて極めて厳密な運転管理、コントロールをしなけれ
ばならない。

更に、この水酸化ナトリウムおよび塩化ナトリウムの濃
度は、陽極室側では低下し、陰極室側で５は上昇する
状態となり、ひいては、電解時の電流効率の低下および
隔膜寿命の低下をよぎなくされると共に、塩化ナトリウ
ム含有量の高（・水酸化ナトリウム溶液を得ることにも
なる。

このように、電極室内に発生する必要以上のガス気泡、
その滞留は、電解電圧上昇および電解運転操作に及ぼす
影響は無視しえないもので、その対策が待たれている。

この対策として考えられることは、まず、隔膜および電
極間の気泡率を少なくする、隔膜および電極表面への付
着ガス気泡をできるだけスムーズに、気泡の成長する以
前にこれらより脱離させる、隔膜および電極表面での水
酸化ナトリウムおよび塩化ナトリウム濃度の低下、上昇
を各電極室の濃度に近づけるなどの発想に基づいての電
解プロセスあるいは電解槽などの改良、工夫が考えられ
る。

これらの具体例として、（１）電極室下部より直径０．
５％以上の気泡を投入して微細気泡の影響を緩和する方
法（特開昭５３−５２２９６等）、（２）隔膜と電極の
間隙にスペーサーを介在させ、極間流を整流する方法（
特開昭５１−５０２０５，同５１−１０３０８１、同５
３−６５２７５等）、】（３）電極形状を気泡分離に有
効な形状に改造する方法（特開昭５２−１１４５７１、
同５３−１６３７１、同５３−１０２８７４等）、また
、（４）電極室に仕切板を有する構造として、循環速度
を最適流速に調整する方法（特開昭５３− 二５６１９
３、同５３−４６４８３等》などの工夫が各種なされて
いる。

これらの方法は、それなりにある程度の目的は達成され
るとは思われるが、ガス気泡に起因する問題解消の抜本
的な対策とは言えないものである。

３本発明は、これらの問題に対処すべく探究の結果、完
成したものである。

即ち、本発明により、電極および隔膜表面のガス気泡の
必要以上の滞留を阻止し、気液分離が困難であつた微細
ガス気泡を充分分離可能とすると３．共に、電極室液の
循環をも併せて可能にし、かつ、電極への電流分布を均
一化になし得、電極室周辺での運転操作性をも向上しう
る隔膜法電解槽を提供するものである。

本発明は、隔膜法電解槽の上部に気液分離槽を４１設け
てなるアルカリ金属塩水溶液の電解用電解槽において、
気液分離槽に直結した、管壁に分散孔を有する或いは有
しない電極室液下降流通管を電極室内に設け、該下降流
通管の末端出口部を電極室内の下部近傍に位置するよう
に設置してなる電解槽にある。

本発明は、単極式および複極式隔膜法電解槽等のいずれ
の電解槽にも適用しうるが、殊にフイルタープレス型の
電解槽に適用するのが好ましい。

特に単極式電解槽においては、電解槽上部に設置した気
液分離槽の一端を電極の端子とすることも可能となる。
本発明において、気液分離槽に直結した電極室液下降流
通管の末端出口部を電極室内の下部近傍に位置するよう
に設置するということは、該下降流通管の末端出口部を
陽極室あるいは陰極室の室枠体に直結するか、あるいは
、各室枠体底部より３００〜以内に設置することを意味
する。

電極室液下降流通管の上部は、各電解液に対しての気液
分離槽に夫々直結する必要がある。電極室液下降流通管
の形状は、円形、正方形、六角形、三角形等の断面を有
する任意の管形状のものが使用され、管壁に下降電極室
液を分散するための分散孔を有するあるいは有しないも
のを使用することができる。分散孔は、電極室枠体底部
より５００χ以内に設け、この場合は、通常の電極室枠
体に直結することができる。

分散孔を有しない下降流通管を電極室枠体に直結する場
合は、下降流通管内液ケ電極室に循環および分散させる
ため電極室枠体の底部上面に分散孔を有する空間ボック
ス構造の該枠体を用いる。また、下降流通管断面は、電
極室断面積の１／１２以下に設定するようにするのが望
ましい。この下降流通管の材質は、陰極室に適用する場
合は、鉄、軟鋼、ニツケル等、陽極室には塩化ナトリウ
ム水溶液に酎食性であり、電気伝導度の優れたチタン、
チタンライニングの銅等を用いる。更に、下降流通管は
両電極室に同時に設置することが好ましいが、いずれか
一方の電極室のみに適用することも有効なものとなる。
本発明の電解槽に用いる気液分離槽は、その断面積が電
極室断面積とほぼ同面積であること、および下降流通管
をこれまでの単一管と異なり複数個設置するため、同流
通管入口近くの塩水流速は遅くなり、下降流通管へのガ
ス気泡の巻き込みは見られない。

このため電極室内部の気泡率は通常１０〜２０％である
が、下降流通管内部は、ほぼ０％となる。従来実施され
ている電極の背面に仕切り板を設ける循環法等に比べ、
本発明の電解槽構造をとることにより、下降流通管内液
と電極室内液との比重差を大きくとることが可能となる
ため、広い範囲で循環量が規制できる他、電槽内のガス
気泡の滞留時間の減少を可能にし、かつ電槽内での苛性
ソーダ、食塩濃度の均一化をなしえ、ひいては電流分布
を均一化することができる。

また、本発明の電槽を用いての最大自己循環量は８００
〜１０００１／ＫＡまで取ることが可能１であるが、
電槽内部の構成により最適流量を選ぶべきである。

本発明の電槽では循環量を１００〜２００ｔ／ＫＡに規
制した構造である。以下、本発明を図面に基づいて、更
に詳細に説明する。

第１図乃至第４図は、本発明の一態様を適用した複極式
隔膜法電解槽で、第１図および第２図は陰極室側、第３
図および第４図は陽極室側を図示したものである。

（第２図ａは第１図のａ−ａ断面図で、第２図ｂおよび
第２図ｃは第２図ａのｂ−ｂ断面図およびｃ−ｃ断面図
である。また、第４図ａは第３図のａ−ａ断面図で、第
４図ｂおよび第４図ｃは第４図ａのｂ−ｂ断面図および
ｃ−ｃ断面図である。

尚、第１図〜第８図中、記号番号は、理解を容易にする
ため、同一のものについては同Ｈ已号を用いた。）第１
図、第２図ａ、第２図ｂ、第２図Ｃ，第４図ａ、第４図
ｂ、第４図ｃおよび第３図において、陰極室側の気液分
離槽１およぎ陽極室側の気液分離槽２に夫々７個の電極
室液下降流通管３，３７を連結し、通常用いられている
電極室枠体４を用い、該室枠底部に下降流通管３，３１
の末端出口部５，５′を連結せず、近づけた複極式隔膜
電解槽で、電極室枠体４に鉄あるいはニツケルのパンチ
ドメタルまたはエキスパンドメタルを用いた陰極６、チ
タンに酸化ルテニウムをコーテングしたエキスパンドメ
タルの陽極７を設置した。

図面には陰極室側と陽極室側に同個数の下降流通管３を
設けているが、必らずしも同数を設ける必要はなく、適
宜必要に応じて設置すればよい。好ましくは、陰極室側
はガス気泡の発生が多いため、陽極室側より多く設置す
ることが有効である。８は、鉄、銅、チタンなどを重ね
て爆着して形成したコネクターで、隔壁１０に固定され
、９は］コネクター８に電流を分流するための導電体で
ある。

陰極側には隔壁１０および陰極に固定された導電板１１
を具備する。アルカリ金属塩水溶液、例えば塩化ナトリ
ウム水溶液を電解する場合、Ｃａ，Ｍｇを充分除去した
精製塩化ナトリウム水溶液は、供給口１２より導入され
、電解液は出口１３より排出される。

この供給口１２と出口１３は、供給口１２を陽極室の底
部に、出口１３を上部に陽極室の対角線上に設けるのが
、陽極室液の濃度差を小さくする点で好ましい。陽極室
で発生した塩素ガス気泡は、陽極７の背面、陽極７と隔
膜（図示せず）間を上昇し、陽極室１４と気液分離槽２
の連絡口１５を通り気液分離槽２で気液分離され、塩素
ガス出口１６より排出される。

塩素ガスを分離した陽極室液は、下降流通管３／を下降
し、該出口部５′より陽極室内に放散され、陽極で発生
した塩素ガスの上昇に合せて、再び気液分離槽２に循環
液として供給される。一方、陰極室側は、陽極室側と同
様に、陰極室の対角線上に水または稀薄水酸化ナトリウ
ム水溶液導入口１７と生成水酸化ナトリウム水溶液の出
口１８を設置する。

陰極６で発生した水素ガスは、気液分離槽１で気液分離
され、水素ガス出口１９より排出される。

水素ガスを分離した陰極液は、陽極室側と同様に下降流
通管３を下降し、循環を繰り返す。また、フイルタープ
レス型電解槽の締付けをタイロツド型式で行う場合は、
気液分離槽１，２に共通する開口部２０を数個設けるよ
うに設定することが有効である。

第５図乃至第８図は、単極式隔膜法電解槽に本発明の別
の態様を適用した電解槽で、第５図および第６図は陰極
室側、第７図および第８図は陽極室側を図示したもので
ある。

（第６図は第５図のａ−ａ断面図、第８図は第７図のａ
−ａ断面図である。）第５図〜第８図において、先の複
極式隔膜法電解槽と異なるところは、単極式であるがた
めの構造の根本的な相違と、陰極室側の気液分離槽１自
体に陰極６の電極端子２１を、陽極室枠体４に陽極の電
極端子２２を設けた点と、電極室液の分散孔を有しない
下降流通管３，３′を電極室枠底部に直結し、該電極室
枠底部の枠に分散孔２３，２３′を設けたことである。

その他は第１図〜第４図に示す複極式電解槽と根本的に
相違することはない。第９図ａ−ｃは、気液分離槽の内
部構造を図示したものである。

第９図ａは第２図ａの気液分離槽部の部分図で、気液分
離槽を陽イオン交換膜と平行な面で切つた場合の断面部
分図である。３は下降流通管で気液分離槽の底部に複数
個溶接接続されている。

１８は極室液出口であり電解槽側のノズルである。

１９は発生ガス出口ノズルであり、気液分離槽の上部に
１ケ所設ける。

２０は気液分離槽と電解摺接続部に設けられた気液分離
槽を貫通する開孔部であり、陽イオン交換膜の面積に合
せて２ケ所以上設けることが好ましい。

２４は極室内で発生したガスと極、室液の上昇パイプで
ある。

上昇パイプは電解槽とほぼ同じ幅で上部の開孔口は気液
分離槽の中央部に設けることが好ましい。上昇パイプの
形状は構造の簡素化のために角形が好ましい。気液分離
槽の理解を深めに内部の流動状態を説明する。１８のノ
ズル出口からさらに液レベルを２４の上昇パイプの上部
近くに設定することにより極室内で発生したガスと極室
液とが混合し気泡率１０〜２０％の気液混合液となつて
上昇パイプ上部をオーバーフローして気液分離槽内に流
入し、気相部と液相部が分離される。

その後液相部は下降流通管を通つて極室内へ循環される
。分離された気相部のガスは１９のノズルより取出′さ
れる。

第９図ｂは第９図Ａｆ）Ａ−Ａ断面を、第９図ｃはＢ−
Ｂ′断面を示す。尚、陽極側の気液分離槽も基本的構造
は同一である。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図は、本発明を適用した複極式隔膜法電
解槽で、第１図および第２図は、陰極室側、第３図およ
び第４図は陽極室側を図示したものである。第２図ａは第１図のａ−ａ断面図で、第２図ｂおよび第
２図ｃは第２図Ａｆ）ｂ−ｂ断面図およびｃ−ｃ断面図
である。また、第４図ａは第３図のａ−ａ断面図で、第
４図ｂおよび第４図ｃは第４図Ａｆ）ｂ−ｂ断面図およ
びｃ−ｃ断面図である。第５図乃至第８図は、単極式隔
膜法電解槽に本発明を適用した電解槽で、第５図および
第６図は陰極室側、第７図および第８図は陽極室側を図
示したものである。第６図は第５図のａ−ａ断面図、第
８図は第７図のａ−ａ断面図である。第９図ａは第２図
ａの気液分離槽部の部分図であり、第９図ｂは第９図Ａ
ｆ）Ａ−Ａ′断面第９図ｃはＢ−Ｂ′断面を示す。１・
・・陰極側の気液分離槽、２・・・陽極側の気液分離槽
、３・・・陰極室液下降流通管、３′陽極室液下降流通
管、４・・・電極室枠体、５・・・陰極室液下降流通管
末端出口部、５′・・・陽極室液下降流通管末端出口部
、６・・・陰極、７・・・陽極、８・・・コネクター９
・・・コネクターに電流を分流するフネグタ一、１０・
・・隔壁、１１・・・導電板、１２・・・電解液供給口
、１３・・・電解液出口、１４・・・陽極室、１５・・
・陽極室と気液分離槽の連絡口１６・・・陽極発生ガス
出口、１７・・・水または稀薄生成液導入口、１８・・
・生成液出口、１９・・・陰極発生ガス出口、２０・・
・気液分離槽１，２に共通する開口部、２１・・・陰極
電極端子、２２・・・陽極電極端子、２３・・・陰極室
枠底部の枠にもうけた分散孔、２３′・・・陽極室枠底
部の枠にもうけた分散孔。

Claims

【特許請求の範囲】１隔膜法電解槽の上部に気液分離槽を設けてなるアル
カリ金属塩水溶液の電解用電解槽において、水平断面積
が電極室水平断面積とほぼ同面積である気液分離槽に直
結した、管壁に分散孔を有する或いは有しない電極室液
下降流通管を複数個電極室内に設け、該下降流通管の末
端出口部を電極室内の下部近傍に位置するように設置し
てなることを特徴とする電解槽。２管壁に分散孔を有する電極室液下降流通管を電極室
枠体の底部の枠に一体化した特許請求の範囲第１項記載
の電解槽。３管壁に分散孔を有しない電極室液下降流通管を空間
ボックス構造の電極室枠体の、上面に分散孔を有する底
部の枠に一体化した特許請求の範囲第１項記載の電解槽
。