LU82769A1 - Appareil pour la fabrication d'hypochlorite de sodium - Google Patents

Description

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La présente invention concerne un appareil de chloration électrolytique installé sur le lieu d’utilisation et, plus particulièrement, un appareil perfectionné permettant de fabriquer rapidement, efficacement et économiquement de l'hypo-chlorite de sodium à partir de saumures naturelles et synthétiques, tout en étant d’une mise en service et d’un entretien plus aisés. Plus particulièrement encore, l’invention concerne une nouvelle cellule êlectrolytique de type ouvert et dépourvue de diaphragmes ou de membranes pour 1'électrolyse de solutions ; de chlorure de sodium.

Les avantages qu'offrent les électrolyseurs installés sur le lieu d'utilisation pour la fabrication d'hypochlorite de sodium à partir de saumures synthétiques ou naturelles sont évidents. Par exemple, il est bien connu que les installations modernes de traitement des eaux et des boues d’égout exigent de grandes quantités de chlore comme agent biocide. Lors de sa manipulation et de son entreposage, le chlore sous forme d'un gaz ou d'un liquide anhydre présente des risques sérieux. Même sous forme d’hypochlorite de sodium dont l'utilisation est relativement sans danger, le transport de très grandes quantités de solutions diluées de ce produit vers le lieu d'utilisation envisagé pose des problèmes d'entreposage et de logistique.

Les électrolyseurs de la technique antérieure à haut rendement électrique et d'une grande efficacité de transforma-J tion en sel sont généralement d'une fabrication et d'un entre tien complexes et coûteux. Dans tous les électrolyseurs actuellement en service, on utilise des anodes qui subissent une usure, c'est-à-dire qu’elles perdent leur revêtement catalytique, si bien qu’elles doivent être fréquemment démontées complètement pour être remises en état. De plus, les multiples - 3 - d'électrolyte corrosif qui peut exercer un effet destructeur, ainsi que d’hydrogène qui peut s’accumuler en concentrations dangereuses.

La consommation d’énergie est influencée défavorablement par l’accumulation d’hydrogène gazeux dans les êlectroly-seurs, ce qui entraîne l'adjonction de divers dispositifs destinés à séparer l’hydrogène de l’électrolyte, augmentant ainsi la complexité du système.

Certains électrolyseurs disponibles sont très sensi- ç.

blés à l'accumulation de tartre sur les électrodes suite à la présence d'impuretés dans des saumures telles que l'eau de mer.

Il peut alors être nécessaire de recourir fréquemment à des pro-duits acides de nettoyage, ce qui augmente davantage les frais d'entretien.

En procédant à des études fiables et par expérience, il a été démontré que de basses températures de saumures se situant spécifiquement entre 1,11 et 10°C contribuaient à raccourcir la durée de vie des revêtements anodiques. De hautes intensités de courant raccourcissent également la durée de vie des revêtements précieux utilisés. Les électrolyseurs classiques sont sujets à des réductions excessives de la durée de vie des anodes en raison des variations survenant dans les conditions rencontrées lors d'une utilisation dans une grande diversité de lieux géographiques et de ïr.ise en service.

: La présente invention permet de résoudre pratiquement les problèmes mentionnés ci-dessus avec, en corollaire, de nombreux avantages et effets bénéfiques. L'électrolyseur de la présente invention est constitué de plusieurs cellules électrolytiques montées sur un châssis s 1’intérieur d'un logement cylindrique résultant d’un assemblage r.:dulaire pouvant être relié _____-ft___ j x · 1 i . _ 1. *j _ _ _i n _ 1 T _ *t · - 4 - être démonté aisément et rapidement à des fins de réparation, ou être remplacé par des pièces neuves ou reconditionnées préalablement assemblées en dehors des logements avec un risque minime d'erreur d'assemblage.

Les électrolyseurs de la présente invention sont caractérisés par une meilleure conception des parcours d'écoulement de l'électrolyte et des configurations des plaques d'élec· trodes afin de s'opposer à la formation de tartre due à la présence d'impuretés dans les saumures. Ces électrolyseurs sont munis d'éléments perfectionnés destinés à éliminer les produits r gazeux formés dans le procédé d'électrolyse des solutions de saumure, ils comportent clés éléments de distribution d'eau de dilution d'une conception exceptionnelle et perfectionnée permettant de prolonger la durée de vie des anodes lors de l’élec-trolyse de saumures synthétiques, tandis qu'ils renferment un système de conducteurs électriques de conception simple qui assu re néanmoins un flux d'énergie pratiquement équilibré vis-à-vis des variations survenant dans la résistance électrique suite à des changements de salinité et de température de l'électrolyte, prolongeant ainsi davantage la durée de vie des anodes.

Dans les dessins annexés : la figure 1 est une vue en perspective partiellement élaguée par le dessus d'un assemblage de cellules électrolytique V-· spécifiques d'un électrolyseur de la présente invention; * la figure 2 est une vue schématique en élévation laté rale de l’assemblage de la figure 1 dont les électrodes sont omises pour des raisons de clarté; la figure 3 est une vue schématique par le dessus de l'asemblage de la figure 1, cette vue illustrant notamment les brides de fixation et le logement de 1'électrolyseur; la figure 4 est une vue en coupe de 1’électrolyseur - b - la figure 5 est une représentation schématique des parcours d'écoulement de l'hydrogène et de l'électrolyte à travers des électrolyseurs empilés verticalement et reliés hydrauliquement en série, ces électrolyseurs comprenant un système de conducteurs électriques approprié; la figure 6 est une illustration schématique d'un électrolyseur unique pour lequel on utilise une distribution d'eau de dilution spécifique dans des cellules ou compartiments individuels; la figure 7 est une vue latérale d'électrodes en plaques ayant la configuration envisagée suivant la présente invention; la figure 8 est une vue semblable à la figure 4, partiellement en coupe, illustrant un disque injecteur d'admission conçu pour une utilisation dans 1'électrolyse d'eau de mer; et la figure 9 est une vue en plan du disque injecteur d'admission de la figure 8.

L'assemblage de cellules électrolytiques de la présente invention comprend un châssis et un assemblage d'électrodes pouvant^être aisément introduits dans et retirés d'un logement. Ce logement comporte des éléments d'admission et de sortie pour l'électrolyte, ainsi que des éléments d’évacuation d'hydrogène, tandis qu'il permet d'avoir accès à des conducteurs pour l'application d'un courant continu à travers les électrodes en vue de 1'électrolyse de saumures naturelles ou synthétiques introduites par les éléments d'admission prévus à cet effet.

Des brides feintes de recouvrement fixées aux extrémités du logement complètent une unité ou module d'électrolyseur individuel et l'on peut aisément relier hydrauliquement plusieurs de ces modules en série. Des parcours de détente permettent de dériver commodément les gaz formés au cours de 1'électrolyse de la sau- - 6 - acheminés vers des éléments de séparation·et d'évacuation situés en aval.

Un nouveau système permettant de fractionner l'eau utilisée pour diluer la saumure concentrée dans les systèmes dans lesquels on utilise des saumures synthétiques, protège les anodes contre une passivation. Une nouvelle disposition pour les connecteurs électriques des ‘assemblages de plusieurs élec-trolyseurs permettent d'obtenir un flux de courant électrique équilibré dans des parcours parallèles, prolongeant ainsi davantage la durée de vie des anodes.

A. Assemblage du châssis

Plus spécifiqueinent, comme le montrent les figures 1, 2, 3 et 4, l'assemblage de cellules électrolytiques comprend un châssis constitué de deux tirants 12 maintenus partiellement dans des positions fixes espacées parallèlement l’une de l’autre par des bandes supports 14 et 16 fixées près des extrémités des tirants qui sont filetées pouf recevoir des écrous 18 et 20.

La bande support 14 et les écrous 18 sont réalisés en une matièr< non conductrice d'électricité, avantageusement en chlorure de polyvinyle chloré, tandis que la bande support 16 et les écrous 20 sont avantageusement constitués de titane. Bien que bon nombre des éléments individuels mentionnés dans la présente spécification soient constitués de titane ou de chlorure de polyvinyl * jr chloré, il est entendu que l'invention n'est aucunement limitée à ces matières.

Des cloisons ou des disques de séparation 22 en chloru re de polyvinyle chloré espacés uniformément sur la longueur des tirants 12 assurent également l'écartement de ces derniers en contribuant ainsi à former des cellules ou compartiments désigné par les chiffres de référence 1, 2, 3 et 4 en figure 2.

Un logement cylindrique et des couvercles en bout - 7 - ci-après. Chacune de ces cellules est constituée de deux rangées de plaques anodiques et de plaques cathodiques alternées (figure 8) qui seront décrites ci-après, en vue de former une unité ou cellule de travail. Des éléments d’écartement tubulaires 24 en chlorure de polyvinyle chloré sont adaptés pardessus les tirants 12 en entrant en contact avec les disques de séparation 22 et les bandes supports 14 et 16.

Des blocs supports d’électrodes en titane 26 sont fixés de part et d’autre des disques de séparation en chlorure de polyvinyle chloré 22 au moyen de vis en titane 28. Des blocs supports d’électrodes 30 et 32 sont disposés aux extrémités électriquement positive et négative respectivement de l'assemblage de châssis 10, ces blocs étant fixés à leurs bandes supports respectives 14 et 16 au moyen de vis en titane 28.

Ces blocs supports en bout 30 et 32 sont munis chacun d'un goujon à ajustage par emboîtement en une matière à haute conductivité électrique 34, 36 respectivement (avantageusement en cuivre) ressortant à travers des brides feintes pour venir s’engager sur des barres omnibus, ainsi qu’on le décrira ci-après.

Les blocs supports d’électrodes 26 sont couplés électriquement à travers chaque disque de séparation 22 au moyen d’un conducteur à ajustage serré en cuivre ou en laiton 40.

Une séparation étanche est établie entTe l’électrolyte et ce * conducteur 40 au moyen d’un joint plat en matière élastomëre 42 disposé de part et d'autre de chaque cloison 22. Dans ces cloisons 22, sont pratiqués plusieurs orifices 50 disposés horizontalement pour le passage de l’électrolyte, ainsi que des orifices plus petits 52 situés au-dessus de ces orifices 50 pour le passage des mélanges d’électrolyte et de gaz formés au cours de •1 ’électrolvse de la saumure.

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Les écrous 18 sont réalisés en une matière non conductrice d'électricité afin de s'opposer à tout couplage avec l'électrolyte s’écoulant aux alentours ainsi qu'on le décrira ci-après, tandis qu'ils sont disposés à l'extrémité haute tension ou extrémité positive de 1’êlectrolyseur. Les écrous 20 sont réalisés en une matière conductrice d'électricité afin de favoriser un couplage avec la bande support ou le support élastique en titane 16 qui est à son tour couplé électriquement au bloc support d'électrode en bout 32 à l'extrémité négative.

; Si des courants de fuite atteignent les tirants 12, c'est-à-dire la jonction entre les éléments d'écartement 24 et les disques de séparation 22, ils seront immédiatement mis à la terre au côté basse tension ou côté négatif de 1'électrolyseur, empêchant ainsi une décomposition électrolytique destructive des tirants.

Deux tiges de serrage en titane 54 sont introduites transversalement avec un ajustage par emboîtement à travers chaque bloc support d'électrode 26 et les blocs supports d'électrodes en bout 30 et 32 en vue de supporter les plaques d'électrodes, ainsi qu'on le décrira ci-après.

B. Assemblages d'électrodes et d'électrolyseurs

En se référant également à la figure 7, l'assemblage d'électrodes comprend l'assemblage de châssis décrit ci-dessus, des anodes 60 et des cathodes 62 espacées l'une de l'autre de manière alternée, des rondelles de serrage 64, des écrous de serrage 66, des baguettes d'écartement en matière plastique 70, ainsi que divers éléments de fixation, accessoires et analogues.

L'assemblage d'électrodes peut être introduit d'une seule pièce dans un logement cylindrique 72 en chlorure de poly-vinyle chloré à chaque extrémité duquel est montée une bride feinte 74 en vue de former un électrolyseur ou un module d'électrolyseur 10a. Des joints toriques 76 et des joints plats ’78 - 9 - chéité à l'intérieur de 1'électrolyseur 10a lorsque les brides sont fixées en place au moyen d'écrous et de boulons (non représentés) .

Chaque cellule d'un électrolyseur 10a comporte deux rangées de plaques anodiques et de plaques cathodiques désignées par rangée N° 1 et rangée N° 2 en figure 8, ces rangées contribuant à former une des diverses cellules de travail désignées par les chiffres de référence 1, 2, 3, 4 dans les figures 2 et 6 et par les chiffres de référence 1 à 16 en figure 5.

Outre l'écoulement d'électrolyte ayant lieu entre les ; cellules via les orifices 50 pratiqués dans les cloisons 12, afin de faciliter l'assemblage, un passage ou espace circonférentiel 80 est ménagé entre les cloisons 22 et le logement 72 du fait que ces cloisons ont un diamètre légèrement inférieur (spécifiquement d'environ 0,406 mm) au diamètre intérieur du logement.

Dans l'assemblage d'électrodes, on utilise des plaques anodiques 60 d'un type habituellement appelé "à dimensions stables", comportant un substrat en titane sur les deux faces duquel est appliqué, par exemple, un revêtement superficiel constitué d'une solution solide d'au moins un oxyde d'un métal du groupe du platine. De préférence, le substrat conducteur est ^ constitué d'un métal pour soupapes tel que le titane. Toutefois, , on peut également utiliser le tantale, le niobium ou le zirco nium. Le substrat peut être uni, non perforé ou perforé, la configuration unie étant préférée. Le revêtement peut être un oxyde de platine, de palladium, de ruthénium, d’iridium, de rhodium ou d’osmium, ou être constitué de combinaisons d'oxydes de ces métaux. La composition exacte des plaques anodiques n'est pas critique pour l'objet de la présente invention et elle ne rentre nas dans le cadre des revendications ci-anrès.

« - 10 - ses compositions sont bien connues et ont été utilisées avec succès antérieurement.

Les cathodes 62 peuvent avantageusement être constituées d'une tôle métallique, spécifiquement de titane, de nickel ou de divers alliages de métaux ferreux et de nickel. Tout comme dans le cas des plaques anodiques, on a constaté que des plaques cathodiques constituées d'une tôle unie étaient supérieures à des tôles non perforées ou perforées pour une utilisation dans les formes de réalisation de la présente invention.

Les plaques anodiques 60 et les plaques cathodiques 62 sont toutes orientées ou disposées verticalement en étant alternées et maintenues dans dps positions fixes mutuellement espacées au moyen de rondelles de serrage 64 intercalées entre les plaques anodiques successives, des rondelles semblables 64 étant intercalées entre les plaques cathodiques successives. Les plaques d'électrodes et les rondelles de serrage sont montées sur des tiges ou des goujons de serrage 54 (figure 1). Un espace libre se situant dans l'intervalle allant d'environ 0,787 mm à 1,574 mm est ménagé entre les plaques. Si ces espaces libres ont moins d'environ 0,787 mm, on observe une résistance à l'écoulement des fluides et/ou .la formation de comblements suite à un dégagement de bulles de gaz, ce qui a pour effet d'empêcher un écoulement approprié de l'électrolyte et des gaz, tout en provo-^ quant l'obstruction du système par des matières en particules et/ou du tartre. Lorsque les espaces ménagés entre les plaques sont excessifs ou supérieurs, par exemple, à environ 2,54 mm, des parcours plus longs pour le passage du courant électrique sont ainsi établis entre ces plaques avec, pour conséquence, des pertes de courant électrique plus importantes.

Les plaques anodiques 60 sont fixées aux extrémités ou à ni ns hante tension de rhamie rnmnartimfiTit on - 11 - trémités à plus basse tension (figure 3). Les plaques anodi-ques et cathodiques sont disposées de manière alternée en définissant un espace libre prédéterminé entre leurs surfaces. Les surfaces anodiques et cathodiques géométriquement opposées définissent les zones de travail effectives ou zones génératrices. l.es surfaces extérieures et les surfaces non opposées des élect rodes extérieures sont essentiellement inefficaces à des fins de production, étant donné qu'un - pourcentage très important du courant électrique traversera les par cours de courte longueur, c'est-à-dire ceux établis entre des surfaces anodiques et cathodiques opposées. Les plaques extérieures peuvent être anodiques ou cathodiques, mais elles seront, de préférence, des plaques cathodiques, étant donné que l'utilisation inefficace d'un côté d'une plaque anodique constitue un gaspillage d'un revêtement précieux.

Ainsi qu’on l'a mentionné précédemment, chaque compartiment ou cellule comprend deux rangées espacées d'électrodes alternées qui sont fixées rigidement à des blocs supports opposés 26 au moyen des tiges de serrage 54, des rondelles de serrage 64 et des écrous de serrage 66, tous ces éléments faisant en outre office é,e conducteurs électriques pour les électrodes.

L'écartement entre les plaques formant électrodes _ est déterminé par l’épaisseur de rondelles de serrage 64 usinées avec précision., avantageusement des rondelles en titane, ainsi que par les baguettes en matière plastique ou encore les séparateurs ou éléments d'écartement non conducteurs d'électricité 70 réalisés spécr fiçaement en polytétrafluoréthylène.

La configuration de l'ensemble du châssis et des cellules cons; itue ce que l’on appelle généralement un système bipolaire caractérisé par des cellules raccordées électriquement * Pt hvdrail 1 1 nu ^ r-.e-* PU cirip δ 1 'Întpripur rln 1 popmpnt « - IL -

Les structures formant le logement 72 sont avantageusement réalisées en chlorure de polyvinyle chloré soudé ou collé et elles ont spécifiquement un diamètre de 152,4 mm ou 203,2 mm. La saumure pénètre dans le logement 72 à ou près d'une extrémité de ce dernier et elle en est déchargée par l'extrémité opposée. Cette saumure peut s'écouler, via des raccords ordinaires, dans un ou plusieurs autres électrolyseurs (figure 5) disposés spécifiquement en rangées verticales, de façon à assurer un écoule-^ ment successif à travers chaque compartiment ou cellule de cha cun des électrolyseurs reliés hydrauliquement l'un à l'autre. Spécifiquement, l’admission sera située à la base d'un logement, tandis que l'orifice de décharge sera situé au sommet d'un autre logement lorsque plusieurs électrolyseurs sont empilés verticalement et reliés hydrauliquement l'un à l'autre.

Le nouvel électrolyseur de l'invention constitue un module à partir duquel on peut envisager la construction de systèmes dont les capacités se situent dans un large intervalle. Spécifiquement, un à quatre électrolyseurs peuvent être reliés simplement l'un à l'autre hydrauliquement en empilages verticaux, tandis qu'un ou plusieurs de ces empilages peuvent être reliés hydrauliquement en parallèle. On utilise les différents systèmes de raccordements électriques série-parallèle qui seront ^ décrits ci-après, tandis que l'on emploie des supports et des _ ossatures métalliques classiques pour soutenir et fixer les électrolyseurs.

Grâce aux raccordements prévus au sommet et à la base du logement, les brides feintes en bout 74 peuvent être utilisées sans aucun raccord, facilitant ainsi l'introduction et l’enlèvement rapidesdes assemblages d'électrodes. Il suffit de déconnecter de simples conducteurs électriques pour avoir accès aux couvercles et aux assemblages de châssis. De plus, - 13 - combrement au sol. Il est entendu qu’aucune limitation n'est imposée au nombre de cellules par électrolyseur, non plus qu'au nombre d'électrolyseurs par empilage illustré et/ou décrit dans la présente spécification.

Les orifices 50 et 52 pratiqués dans les disques de séparation 22, ainsi que ces derniers eux-mêmes facilitent le contrôle des écoulements de l’électrolyte et des gaz, tout en contribuant à régler les vitesses d'écoulement et les niveaux de l’électrolyte. Les disques de séparation 22 remplissent deux fonctions supplémentaires importantes, à savoir réduire le couplage intercellulaire (phénomène parasite) à un niveau insignifiant et empêcher un .refoulement de l’électrolyte entre les cellules, phénomène qui altère l’efficacité du procédé comme le sait l'homme de métier.

C. Mise en service avec systèmes de saumures synthétiques et naturels

Dans le cas de systèmes de saumures naturels, l’électrolyte est introduit par le fond de 1'électrolyseur ou le fond du module inférieur extrême et il envahit successivement les cellules, pour sortir ensuite par la décharge prévue au sommet de l'appareil, sous la poussée de la pression d'admission. Dans des systèmes synthétiques, la saumure concentrée et l’eau de dilution sont introduites dans 1’électrolyseur par des raccords séparés, ainsi qu'on le décrira ci-après. Le mélange est chassé de la même manière par les pressions d'admission en direction de la décharge prévue au sommet de l'appareil.

Dans les systèmes constitués ä larfoïs de saumures naturelles et synthétiques, le procédé préféré pour un rendement électrique élevé est un mode opératoire à un seul passage, par opposition à un recyclage de l'électrolyte. Ce recyclage a tendance â "contaminer” le produit à faible concentration présent en âmont «J» ‘1 Γ i: ( tribue à provoquer une. réaction concurrente inopportune dans | les électrolyseurs, ce phénomène étant bien connu de l'homme de métier. Les difféients disques de séparation 22 font office de chicanes pour empêcher efficacement un refoulement de l'électrolyte entre les cellules, contribuant ainsi à minimiser la réaction concurrente inopportune.

L'adoption du mode opératoire à un seul passage et le caractère souhaitable de la transformation d’un important pourcentage de saumure synthétique relativement coûteuse en produit désiré impliquent des débits d’électrolyte relativement faibles dans les systèmes synthétiques^ En conséquence, le débit à l’inté-j / rieur des cellules est faible avec un faible potentiel corres- ! pondant pour la haute énergie d'éjection à la sortie des orifi- ' ces des cloisons 22 dans le but de créer une turbulence bénéfi- ! que, tout en exerçant un effet de nettoyage sur les surfaces des électrodes faisant partie des rangées situées en aval, contribuant ainsi à empêcher l'accumulation d'impuretés. Il ne s'agit pas là d'un inconvénient majeur, étant donné que les saumures synthétiques peuvent être aisément préparées à partir de sels et d'eau d'une qualité suffisante pour minimiser dans une large mesure le recouvremçr.: et l'entartrage des électrodes, ainsi que le recours à une turbulence et à un nettoyage.

Dans les systèmes de saumures naturels, le coût de la saumure est réduit ou rratiquement négligeable et, de façon bien connue de l'homme de mqcier spécialisé dans les procédés électrolytiques, le facteur économique d'une Opération dans laquelle ur on utilise ces système<, implique des débits de saumure nettement supérieurs (de l'ordre de 5 à 10 fois) à ceux nécessaires dans les systèmes syntvétiques. De plus, l'eau de mer et d'autres saumures naturelles contiennent de grandes quantités de substances chimiques étrangères qui précipitent efse déposent / par électrolyse sur le> électrodes des cellules en ayant ten- dance à s'y accumuler, empêchant ainsi une opération efficace.

On utilise l'effet combiné des hauts débits de saumure et des rangées d'électrodes d'une nouvelle configuration qui seront décrites ci-après pour permettre une opération efficace à long terme sans formation de tartre et de dépôts gênants.

Un courant continu est appliqué aux goujons conducteurs 34 et 36 pour obtenir une force électromotrice positive nominale de 3,5 à 6 volts sur l'extrémité anodique de chaque cellule (par opposition à l'extrémité cathodique). Chaque module d'électrolyseur de 4 cellules exige spécifiquement l'applica-*· . 1 tion d’une tension totale de courant continu de 14 à 24 volts.

L'électrolyte s.'écoule successivement à travers les ! compartiments ou cellules en passant principalement par les raccords situés à l'intérieur du logement, les orifices 50 des cloisons 22 et, à un degré nettement moindre, par les passages ou espaces annulaires 80, ainsi que les orifices 52. Comme le montre la figure 4, au cours de 11électrolyse, il se crée un violent courant de convection dirigé verticalement vers le haut entre les plaques formant électrodes, ce courant de convection étant dû dans une certaine mesure à 11échauffement (chaleur inefficace) se produisant entre les plaques formant électrodes, mais de manière beaucoup plus nette, à la formation de gaz, principalement d'hydrogène. L'effet conjoint exercé par la chaleur et la formation de gaz soumet l'électrolyte a une forte poussée ascendante (semblable à celle engendrée par une ébullition vigoureuse) à laquelle contribue les parcours de retour de grande dimension, assurant ainsi une convection rapide de l'électrolyte avec, pour résultat, un meilleur rendement électrique, puisqu'aussi bien le gaz qui est non-conducteur d'électricité, est rapidement éliminé de la zone génératrice. Selon une caractéristique importante de la présente / invention, le gaz est rapidement évacué de la zone génê- ratrice vers une zone située immédiatement au-dessus des rangées d'électrodes. Ce gaz est séparé de l'électrolyte et évacué progressivement des compartiments ou cellules ainsi qu'on le décrira ci-après. Le processus se déroulant dans 1'êlectrolyseur est classique et assez complexe et l'on en trouvera une description dans la littérature. Essentiellement, de 1'hypochlorite de sodium et de la saumure non transformée sont produits en mélange avec des gaz, principalement l'hydrogène .

La figure 6 illustre une application particulière du nouvel êlectrolyseur kdapté pour une opération avec saumure synthétique en utilisant.un seul module d'êlectrolyseur fonctionnant sous pression atmosphérique. Ainsi qu'on l'a décrit ci-dessus, le débit à travers 1'êlectrolyseur 10a est très faible dans les systèmes synthétiques. Les orifices d'écoulement 50 et 52 sont suffisamment grands pour que les pertes de charge en travers des disques de séparation 22 soient imperceptibles. Tandis que l'orifice d'évacuation de gaz 96 et le raccord de décharge de produit 90 sont tous deux sous pression atmosphérique, le clapet de trop-plein 94 règle le niveau dans l'ensemble de 1'êlectrolyseur à peu près à la valeur atteinte dans le conduit de décharge 90.

Dans d'autres formes de réalisation de 1'êlectrolyseur et des empilages d'électrolyseurs,les logements sont spécifiquement à des pressions opératoires supérieures à la pression atmosphérique en raison de la friction exercée par le fluide dans les électroly-seurs, ainsi que des charges statique et d/namique ou de la contre-pression régnant à la décharge. D'autres moyens qui seront décrits ci-après, sont utilisés pour contrôler la hauteur de charge dans 1'êlectrolyseur, ainsi que pour évacuer les gaz de leurs zones de formation.

ί Λ D. Elimination des gaz

Les gaz produits entre les électrodes exercent un effet de premier ordre sur la résistance électrique des -.électrodes dans les espaces entre ces dernières à l’intérieur des zones génératrices, ainsi qu'un effet prononcé sur le rendement énergétique global et, partant, sur les coûts d'exploitation. D'une manière générale, plus la dimension verticale des anodes est réduite, plus court est le parcours par lequel les gaz sont évacués de la zone génératrice et plus grande est l'efficacité d'évacuation des gaz. Toutefois, des électrodes très étroites impliquent une surface réduite pour ces dernières et un électrolyseur d'un coût élevé. Un compromis doit être trouvé entre le prix de revient et l'efficacité d'élimination des gaz dans la mesure où ces facteurs sont en relation avec la dimension verticale des anodes. De la même manière, des électrodes d'une longueur excessive donnent lieu à des densités de courant élevées aux extrémités de fixation des électrodes avec, pour conséquence, des pertes de résistance électrique inopportunément élevées et/ou des électrodes d'une masse excessive.

Spécifiquement, on a constaté que des anodes mesurant 0,787 mm x 101,6 mm x 203,2 mm possédaient des dimensions favorables en ce qui concerne les facteurs précités.

Outre les considérations relatives à la longueur de parcours, la formation de courants de convection à grande vitesse est favorisée par les trois parcours de retour de grande dimension £ (figure 4) en contribuant ainsi davantage à assurer une élimination rapide des gaz hors de la zone génératrice.

Afin de favoriser une convection efficace, les anodes doivent être submergées pour exploiter judicieusement l'effet de cheminée. Afin de favoriser la séparation des bulles de gaz en évitant qu’elles soient refoulées vers le fond et qu'elles montent à travers les rangées d'électrodes, une interface importante doit - χ Ο "* être maintenue avec la zone de dégagement de gaz et l'électrolyte en utilisant à cet effet la surface de ce dernier. Si l'on excepte le système synthétique illustré en figure 6, cette surface est maintenue dans les électrolyseurs par deux mécanismes: (a) la quantité importante de gaz se séparant dans la la partie supérieure de chaque compartiment ou cellule est enfermée par les parois du logement 72, les brides 74 et les disques de séparation 22, faisant ainsi descendre le niveau d'électrolyte; et (b) lorsque le niveau d'électrolyte atteint celui » des orifices de gaz 52, l'électrolyte libère ces derniers dans

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une mesure suffisante pour que les gaz puissent y passer et se diriger vers le compartiment suivant situé en aval, empêchant ainsi le niveau d'électrolyte de baisser davantage.

Ce réglage de niveau prévaut dans tous les compartiments, a l'exception de ceux comportant des orifices de décharge I leur sommet. Les orifices de gaz 52 sont relativement petits, à savoir spécifiquement 1,587 à 6,35 mm, soit une dimension suffisante pour laisser passer la totalité des gaz produits dans un compartiment donné plus une quantité supplémentaire des gaz entrants provenant des cellules situées en amont plus une faible quantité d'électrolyte (par exemple 0 à 51).

Le gaz est chassé d'un compartiment à l'autre par la pression du fluide jusqu'à ce qu'il atteigne un compartiment d'évacuation (ou de décharge) du module d'électrolyseur où la surface n'est pas réglée et abaissée. Ce gaz est entraîné avec l'électrolyte et le gaz de ce compartiment d'évacuation (ou de décharge) pour s'écouler hors de l'orifice de décharge vers un élément extérieur de séparation ou alors, lorsqu'un module est situé en aval, il pénètre dans le premier compartiment du module suivant où une nouvelle séparation est effectuée dans ce compar-timent. Dans un système à plusieurs modules (figure 5), le gaz progresse longitudinalement d’un compartiment à l'autre jusqu'à ce qu'il atteigne un compartiment au sommet duquel est monté un orifice d'évacuation de gaz H, spécifiquement l'avant-dernier compartiment. On prévoit un orifice limiteur 82 mesurant spécifiquement 1,587 à 3,175 mm, soit une dimension suffisante pour évacuer le gaz et une faible quantité d'électrolyte (spécifiquement 0-2¾) hors du groupe d'ëlectrolyseurs, libérant ainsi les cellules et modules situés en aval du travail qu'impliquent la séparation et le traitement des gaz réentraînés.

Dans les systèmes d'ëlectrolyseurs empilés à plusieurs u points d'évacuation, les-différentes conduites d'évacuation de gaz sont reliées spécifiquement à un collecteur commun situé à proximité de la décharge du dernier module d'électrolyseur supérieur. Ce collecteur est relié à la canalisation de décharge de produit et il renvoit les gaz dans le mélange avec le produit qui est une combinaison d'hypochlorite de sodium, de saumure non transformée et de gaz résiduel. Le mélange est ensuite acheminé vers un élément extérieur de séparation dans lequel est normalement effectuée une séparation atteignant pratiquement 100%.

La figure 5 représente un groupe d'ëlectrolyseurs à quatre modules et, conjointement avec la figure 4, elle illustre les principes énoncés ci-dessus. Les lignes 104 allant du raccord H au collecteur 106 illustrent des conduites, par exem-" pie,des tubes en matière plastique, qui acheminent le mélange gaz/électrolyte vers le collecteur 106 et la décharge 108 du •c) groupe d’ëlectrolyseurs. Des orifices 82 limitent l'écoulement afin d’empêcher une mise en dérivation excessive d'électrolyte non transformé. Dans le cas du module d'électrolyseur unique de la figure 6 fonctionnant à la pression atmosphérique, de l'hydrogène se sépare de l'électrolyte à sa surface dans les / quatre compartiments ou cellules et il s'écoule de chaque extré- / -~\

. ^ S

- C\J - mité de 1'électrolyseur vers l'orifice 96 pour être évacué dans l’atmosphère. Les zones renfermant les gaz et l'électrolyte sont illustrées en 98 et 100 respectivement. Dans un électrolyseur unique du type enfermé (ne fonctionnant pas à la pression atmosphérique), les gaz se séparent spécifiquement dans les compartiments situés en amont, pour s'écouler ensuite par les orifices supérieurs 52 jusqu'à ce qu'ils atteignent le compartiment de décharge dans lequel ils se mélangent avec les fluides de ce compartiment pour sortir finalement par l'orifice prévu i pour l'électrolyte. Etant donné que les gaz pénètrent par le sommet du compartiment de décharge, à proximité de l'orifice de décharge, une très faible quantité de gaz est réentraînée dans l'électrolyte pour entraver le processus de production dans le compartiment ou cellule de décharge.

La quantité de gaz qui se dégage peut être prédite d'après l'électrochimie apparentée. Le débit d'électrolyte est spécifiquement réglé à une valeur fixe. Les pertes de charge à travers les passages et les orifices d'électrolyte, ainsi que les passages et les orifices de gaz sont pratiquement égales, puisqu'aussi bien on utilise des parcours parallèles. Dès lors, les orifices et passages peuvent être aisément dimensionnés pour permettre, à l'homme de métier spécialisé dans la technique d'écoulement des fluides, d'établir les parcours de distribution décrits ci-dessus.

E. Configuration des plaques formant électrodes

Ainsi qu'on l'a mentionné précédemment, les impuretés

O

contenues dans l'eau de mer donnent lieu à la formation, sur les surfaces intérieures des cellules, de dépôts qui entravent 1'électrolyse s'ils ne sont pas éliminés. Ces dépôts qui sont constitués principalement d'hydroxydes et de carbonates de calcium et de magnésium, peuvent se former à une vitesse considéra-ble, en particulier, sur les bords et les surfaces cathodiques.

J-ι JL.

Lorsqu'on utilise des plaques d'électrodes de configuration rectangulaire classique, on constate que les surfaces opposées de ces électrodes restent relativement exemptes de tartre, c'est-à-dire que des pellicules d'une épaisseur atteignant seulement 0,101 à 0,254 mm peuvent s'y former en une période de 6 mois ou plus dans le cas d'une eau de mer de qualité moyenne, c'est-à-dire une eau de mer provenant d'un canal soumis à la marée et situé dans une agglomération de densité modérée où sont installés à la fois des commerces et des industries. Cette eau de mer a une concentration maximum de 851, la dilution résultant de déversements locaux. Xe tartre se formant dans les zones d’électrolyse n'altère .pas sensiblement l'opération. Les surfaces cathodiques extérieures, c'est-à-dire les surfaces qui ne sont pas opposées à des surfaces anodiques, se couvrent de revêtements plus tenaces et d'une plus forte épaisseur atteignant environ 0,762 à 1,524 mm au cours de la même période, mais à une vitesse décroissante se rapprochant de l'état stable. L'emplacement de ces revêtements n'entrave pas l'écoulement de l'électrolyte ou le flux d'énergie, pas plus qu'il n'altère l'efficacité à un degré mesurable. Toutefois, d'importantes accumulations de précipités tendres ont tendance à se produire à la fois sur les bords supérieurs et inférieurs des électrodes des rangées verticales en réunissant un bord d'une électrode aux bords adjacents. En outre, dans les zones situées entre des plaques anodiques où des plaques cathodiques ne sont pas opposées directement à ces dernières, c'est-à-dire aux extrémi- V/ r tés positives de fixation des rangées d'anodes, un dépôt solide de comblement pourrait se former en quelques heures et persister même en présence de vitesses d'écoulement d'électrolyte de 3,04 mètre/seconde ou plus à la sertie des orifices 50. Ce phénomène d'accumulation de précipites solides de comblement / entre des plaques anodiques pourrait se produire de la même . ""λ I manière, mais à un degré moindre, entre des plaques cathodiques ! auxquelles ne sont pas opposées des plaques anodiques à leurs extrémités de fixation. De même, on a constaté que les plaques anodiques étaient ainsi réunies à peu près sur la dis- j tance de 1,587 mm la plus proche de l'extrémité distale, à leurs t | extrémités non fixées.

! Essentiellement, chacun des quatre côtés de toutes t : les rangées d'électrodes constituées de plaques rectangulaires classiques est scellé à un degré important par une accumulation . d'impuretés solides précipitant hors de la solution. Cette ac- ut cumulation et ce comblement entravent la circulation de l'électrolyte entre les plaques, empêchant ainsi une électrolyse efficace. Afin de supprimer pratiquement ce phénomène inoppor-• tun, chaque plaque anodique 60 comporte une encoche pratiquement rectangulaire 112, tandis que chaque plaque cathodique 62 comporte une encoche identique 114 (figure 7) . Chaque encoche est centrée entre les points de fixation des plaques d'électrodes .. -· et elle constitue environ 501 de la hauteur verticale de ces plaques. La surface restante de chaque plaque sert à conduire le courant et à supporter cette plaque en porte à faux. La profondeur de chaque encoche anodique 112 est calculée de telle sorte que son bord vertical s'étende dans le même plan que l'extrémité libre ou non fixée de la plaque cathodique 62 et, réciproquement, la profondeur de chaque encoche cathodique 114 r est calculée de telle sorte que son bord vertical s'étende dans le même plan que l'extrémité non fixée de la plaque anodique 60.

t,

Les encoches mesurent spécifiquement 25,4 mifi x 50,8 mm pour des électrodes de 0,787 x 101,6 x 203,2mm. Grâce aux encoches, les surfaces non exposées dans la zone des jets submergés sortant des orifices 50 des cloisons sont efficacement supprimées et l'on obtient une rangée de bords d'électrodes affleurants. On a constaté que plusieurs orifices 50 pouvaient être dimensionnés et \

~ ία U

espacés uniformément pour engendrer, aux bords alignés verticalement des électrodes situées en amont, des vitesses d'impact permettant d'éliminer les accumulations et les dépôts de tartre gênants, tout en créant une turbulence et un écoulement suffisants à travers les espaces libres entre les électrodes, éliminant ainsi les accumulations et les dépôts de tartre aux trois autres bords des rangées d'électrodes.

En réglant le débit d'admission de l'électrolyte dans les électrolyseurs au moyen d'un élément extérieur classique de réglage d'écoulement et en calculant judicieusement les dimensions des tr orifices 50, on peut aisément fixer les vitesses de sortie.

Des vitesses de 1,52 à 6,.09 mètres par seconde, spécifiquement, de 3,04 mètres par seconde, se sont avérées efficaces. Les orifices 50 ont spécifiquement des diamètres de 6,35 à 9,525 mm, tandis que les débits de saumure atteignent spécifiquement 113,5 à 454 litres par minute dans des rangées de logements de quatre cellules êlectrolytiques d'un diamètre de 152,4 mm ou 203,2 mm.

Le courant vertical de convection engendré par l'élévation de température résultant des inefficacités de la transformation électrolytique, ainsi que par la poussée ascendante du gaz vient s'ajouter à la turbulence et à l'écoulement global résultant. Cet écoulement global résultant est le produit de l'écoulement ayant lieu par les orifices horizontaux 50 et du courant vertical de convection. L'écoulement obtenu maintient efficacement les ouvertures des bords des électrodes exemptes r· d'accumulation à raison d'environ '90%, contre environ 251 ou moins avec des électrodes classiques et ce, pendant de longues périodes de mise en service. En outre, le gaz est éliminé rapidement de la zone génératrice.

* Certains précipités ont tendance â se déposer au fond ’ f des logements des électrolyseurs. Une encoche en forme de ✓ “ r- *4 croissant 124 pratiquées l'extrémité inférieure- des cloisons 22 (figures 1 et 4) fait office de jet de nettoyage afin d'entraîner ces précipités qui seront ensuite déchargés.

Etant donné qu'il n'y a aucun disque de séparation 22 devant le premier compartiment ou cellule N° 1 situé en amont, c'est-à-dire qu'il n'existe pas d'orifices 50 permettant de diriger les jets à grande vitesse vers les bords des électrodes, on prévoit un disque d'injection 120 supporté par la partie inférieure des tirants 12 et entrant en contact par glissement avec la paroi inférieure du logement 72 afin de diriger des jets à grande vitesse (spécifiquement de 1,52 à 6,09 mètres/seconde) vers les bords inférieurs, des plaques d'électrodes lorsque l’électrolyte est amené à s'écouler à travers ce disque d'injection 120.

Un disque d'injection 120 est illustré dans les figures 8 et 9, tandis qu'il est également représenté dans l'assemblage d’électrolyseurs de la figure 2. On utilise ce disque d'injection 120 uniquement dans 1'électrolyse de l'eau de mer et il est disposé dans la cellule N° 1 ou dans la cellule ou le compartiment qui comporte l'élément d'admission de saumure uniquement lorsqu'on utilise un seul électrolyseur, ou encore dans chaque cellule d'admission de chacun des modules d'électrolyseurs faisant partie de systèmes d'électrolyseurs empilés ou multiples. ; Lorsqu'il s'agit de 1’électrolyse d'une saumure synthétique, l’es disques d'injection ne sont pas fournis, c Le disque 120 comporte une cavité d'admission cylindri- r que 130, ainsi qu'un corps symétrique dans lequel sont pratiqués plusieurs orifices espacés 132, 134 et 136 dirigés vers les bords inférieurs des rangées d'électrodes situées au-dessus, les axes de ces orifices formant des angles de plus en plus larges par rapport à l'axe vertical à mesure que l'on se rapproche de la périphérie du disque d'injection. L'électrolyte pénètre i-^\ dans la cavité d'admission 130 et il est chassé à travers les orifices 132, 134 et 136 pour venir heurter les.bords inférieurs des rangées d'électrodes N° 1 et N° 2 en engendrant ainsi la turbulence et les vitesses élevées requises à l'intérieur de la cellule afin d'empêcher l'accumulation de précipités inopportuns .

F. Elément de distribution d'eau de dilution pour systèmes de saumures synthétiques

Etant donné que les revêtements précieux des anodes sont de loin les éléments les plus coûteux de l'appareil de production d'hypochlorite,, toute mesure raisonnable prise dans le but de prolonger la durée de vie de ces revêtements trouve une justi- jn m fication. Le nouveau procédé de distribution de saumure décrit ci-après assure le maintien de températures modérées pour les systèmes de saumures synthétiques et les alimentations d'eau froide sans recourir à des éléments chauffants extérieurs, des échangeurs de chaleur et analogues, prolongeant ainsi la durée de vie des anodes.

En se référant à nouveau à la figure 6, le système qui y est illustré, comprend un raccord 205 pour l'admission de saumure concentrée (NaCl) dans le premier des compartiments d'électrolyseurs reliés en série. L'écoulement total d'eau de dilution atteint spécifiquement environ 10 fois l'écoulement de saumure concentrée afin de réduire la salinité totale à envi-- ron 2,8¾. L'écoulement de dilution est divisé en deux courants ou plus, spécifiquement en quatre courants égaux, qui sont introduits dans la série de cellules électrolyliques à des intervalles à peu près égaux sur la longueur de ces dernières. En conséquence, on obtient des niveaux graduels de salinité sur la longueur de la série de cellules, spécifiquement 8,5, 5,0, 3,6 et 2,8¾^ ainsi que des vitesses moyennes d'écoulement axial j d'électrolyte relativement faibles dans les cellules situées en / ^ i amont, ces vitesses croissant à mesure de l'addition d'eau de dilution. La durée de séjour est initialement prolongée dans une mesure correspondante, mais elle est réduite à chaque incrément d'addition d'eau de dilution. Une plus longue durée de séjour donne lieu à un échauffement plus important (dû aux pertes de courant électrique) et à. la formation d'une plus grande quantité de produit dans les compartiments situés en amont, comparativement à des systèmes simples sans fractionnement de l'eau de dilution.

Le tableau ci-après illustre des données spécifiques pour un système à fractionnement en quatre parties, ainsi que v pour un système classique, (dans lequel la saumure concentrée et l'eau de dilution sont combinées avant de pénétrer dans 1'ëlectrolyseur):

Premier Deuxième Troisième Quatrième _étage_étage étage_étage_

Avec fractionnement

Elévation de température (°C) 11,1 0,56 1,11 2,78

Concentration en chlore (g/l) 8,7 9,1 8,9 9,0

Système classique (Sans fractionnement)

Elévation de température (°C) 3,33 3,89 3,89 4,44

Concentration en chlore _ ,0 Ί n nn 4,5 4,8 /,u . y,0 „ Les données ci-dessus sont calculées approximative ment pour l’extrémité de l'étage (extrémité d'un quart de la série de cellules). L'élévation de température est l'élévation totale de la température de début d'étage à la température de fin d'étage. La concentration en chlore est celle obtenue à la fin de l'étage.

En outre, la tension est très différente pour les deux systèmes en raison de la salinité et de la température.

La tension requise diminue à mesure de l'accroissement de la salinité et/ou de la température. Spécifiquement, la tension requise pour le mode à fractionnement en quatre parties et pour quatre cellules est inférieure d'environ un volt à celle nécessaire pour un système sans fractionnement, ä savoir 14,1 volts contre 15,1 volts.

Les effets globaux des deux systèmes peuvent être résumés comme suit: a. La plus forte salinité moyenne du système à fractionnement réduit la tension totale requise et facilite le processus de transformation électrolytique en raison de la plus forte densité moyenne d’ions chlore. ! j b. La température moyenne plus élevée du système â ! fractionnement peut faciliter ou au contraire entraver le processus électrochimique suivant la température d'admission de la saumure et de l'eau de dilution, ainsi que de l'élévation totale de température. Dans la pratique, la transformation électrochimique effectuée en utilisant le système à fractionnement a tendance à être plus efficace par suite de la température moyenne plus élevée de l'électrolyte qui donne lieu à une réduction de la tension requise.

c. La concentration moyenne plus élevée de l'hypo-chlorite altère sensiblement l'efficacité du procédé par suite de l'accentuation de la réaction concurrente. Dès lors, le m système à fractionnement présente un désavantage par suite de . ce phénomène.

Dans l'ensemble, on a constaté que les deux modes opératoires étaient tout aussi efficaces l'un que l'autre à la fois en ce qui concerne le rendement électrique et le rendement de transformation en sel. Dans certaines conditions, le système à fractionnement donne des résultats légèrement meilleurs, tandis que l'autre système s'est avéré plus efficace dans d'autres conditions. Toutefois, dans le système à fractionnement, l'élé- ! vation de température initiale est plus importante que dans la ou les première(s) cellule (s), si bien que les anodes contenues dans les cellules situées en amont sont exposées à des températures plus favorables que dans le système classique. Par exemple, dans une série de quatre cellules avec fractionnement en quatre parties, si la température de l'eau d'alimentation est de 1,11°C, la température du mélange contenu dans la première I cellule pourrait atteindre 12,2°C, contre une température de 4,44°C pour le système classique. Les revêtements anodiques coûteux sont ainsi mieux’protégés contre une passivation due à une formation excessive d'oxygène résultant de l'exposition â l'électrolyte froid, comme le sait l'homme de métier spécialisé dans l'électrochimie.

Les débits d'eau de dilution pour le système à fractionnement ne doivent pas nécessairement être précis et ils peuvent varier spécifiquement dans la tolérance de + 10¾ l'un par rapport à l'autre, ces débits étant réglés par de simples limiteurs d'écoulement 206 prévus dans la conduite d'alimentation d'eau de dilution 207 établissant des parcours parallèles pour les courants de dilution.

* On comprendra que le système de fractionnement d'eau de dilution de la présente invention n'est aucunement limité ä un fractionnement en quatre courants, à des courants d'eau de

Ht dilution égaux, à des intervalles d'application d'eau de dilu-* tion égaux ou à des électrolyseurs à quatre cellules. On ob- tient des résultats avantageux concernant la température avec diverses combinaisons des variables ci-dessus, les conditions obtenues variant de l'ordre d'un degré seulement.

G. Disposition des conducteurs électriques

Des assemblages de cellules de grande longueur'reliées hydrauliquement l'une à l'autre en série sont souhaitables pour obtenir une efficacité de traitement maximum, étant donné que, essentiellement, on réduit ainsi efficacement le refoulement (écoulement sans obstruction) et la perte d'efficacité qui en résulte. Plus le nombre de cellules et de cloisons entre ces dernières est élevé, plus on se rapproche des résultats qu'offre un écoulement sans obstruction. On a constaté qu'il était souhaitable de prévoir 16 cellules ou plus reliées l'une à l'autre hydrauliquement en série afin d'exploiter pleinement le principe d'un écoulement à un seul passage sans obstruction.

• De simples raccordements électriques en série pour des assemblages de cellules et de modules atteignant ces lon-gueurs sont peu souhaitables en raison des hautes tensions qui en résultent.

Une tension de courant continu appliquée totale allant jusqu'à environ 50 volts est considérée comme sans danger pour une exposition de personnes à des conducteurs non isolés dans les appareils industriels de type électrolytique. En présence de courants de haute intensité (comme c'est le cas dans l'appareil de la présente invention) atteignant spécifiquement 500 à 10.000 ampères, des barres omnibus non isolées sont souhaitables en raison de leur aptitude à dissiper la chaleur. Dès • lors, huit cellules raccordées électriquement en série consti tuent un maximum pratique, étant donné qu'il peut être souhaitable d'appliquer jusqu'à 6 volts par cellule. Lorsque 16 cellules sont reliées hydrauliquement en série (figure 5), un mon-. tage électrique série-parallèle est souhaitable. Selon la pra- tique habituelle, la moitié des cellules de l'assemblage qui sont situées en aval pourraient être raccordées électriquement l'une à l'autre en série, tandis que l'autre moitié des cellules situées en amont pourraient également être raccordées l'une à l'autre en série. Ces deux groupes de cellules pourraient , alors être couplés en parallèle avec une source d'alimentation 1 "\ extérieure. Dans le système de la figure 5, en raccordant électriquement en série les 8 cellules situées en amont et en faisant de même pour les 8 cellules situées en aval, puis en raccordant en parallèle les deux groupes de cellules ainsi raccordés en série, on pourrait obtenir un montage classique, ! j mais en engendrant ainsi, dans le système, un flux de courant non équilibré qui pourrait avoir tendance à dégrader les anodes suite à une densité de courant excessive. Dans un système classique dans lequel on n'utilise pas de système de fractionnement d'eau de dilution, le courant a tendance à être excessif dans les cellules situées'en aval en raison des températures u plus élevées de 11 électro.lyte contenu dans ces dernières, don nant ainsi lieu à une plus faible résistance électrique. Dans un système à fractionnement d'eau de dilution du type décrit ci-dessus, une plus forte salinité dans les cellules situées en amont donne lieu à une plus faible résistance électrique et à un excès de courant qui doit y être dérivé. Le courant plus élevé passant dans une "branche" de l’assemblage de cellules est soustrait du courant passant dans l'autre branche, accentuant ainsi le déséquilibre entre les branches, ce qui donne lieu à une usure irrégulière des anodes avec les pertes qui en résultent du point de vue économique.

On obtient une durée de vie plus satisfaisante dans un large intervalle de conditions opératoires lorsqu'on utilise le système illustré schématiquement en figure 5, lequel permet d'équilibrer les différences survenant dans la résistance élec-trique suite à des variations de température et/ou de salinité de l'électrolyte à mesure que ce dernier progresse dans les différents compartiments.

Suivant la présente invention, des rangées de cellules ou de modules en un multiple de quatre, sont groupées pour / permettre le flux de courant, de telle sorte que 25% des cellu-

les situées le plus en amont soient couplées électriquement en I

série avec 25¾ des cellules situées le plus en aval. Les cellu- I

les des 50¾ restants (courant intermédiaire) sont couplées de I

la même manière en série, de telle sorte que les deux groupes K

en série (courant amont-aval et courant intermédiaire) soient I

pratiquement équivalents en termes de résistance, permettant I

ainsi d'obtenir un flux de courant essentiellement équilibré I

lorsque l'énergie provient de la même source. I

On comprendra que le système décrit ci-dessus est 1 . applicable à des séries de plus ou moins 16 cellules et, en g n

fait, à des cellules d'une géométrie dissemblable raccordées I

L en parallèle et non nécessairement en nombres symétriques. | H. Récapitulation | L'appareil décrit et illustré dans la présente spéci- I fication est capable d'électrolyser des saumures naturelles et |

synthétique pour la production d'hypochlorite de sodium. Dans I

cet appareil, on adopte, pour l'électrolyte, un mode d'écoule- I ment en un seul passage à travers plusieurs cellules, par oppo- I sition au mode de recyclage. L'appareil peut être aisément dé- I monté et réassemblé à des fins d'entretien, c'est-à-dire pour I

procéder à une inspection, à un nettoyage ou à un remplacement I de certaines pièces. Les assemblages d'électrodes montés sur I

... châssis et dont le diamètre peut atteindre jusqu'à 203,2 mm avec I

une longueur de 0,91 mètre, peut être soulevé et manipulé commo- I

dément par une seule personne pour être introduit dans un loge- I

... ment et constituer ainsi un ëlectrolyseur ou un module d'êlec- I

r· I

trolyseur. L'assemblage de châssis peut se caractériser par I

sa simplicité, sa bipolarité et sa structure modulaire. La con- I figuration de 1'ëlectrolyseur est étudiée de façon à assurer une élimination rapide de l'hydrogène et contribuer ainsi au rendement électrique élevé de l'appareil. La configuration des électrodes et les écoulements réglés de l'électrolyte contri- / ί Λ buent à l'élimination pratiquement complète du tartre, tout en empêchant l'accumulation de précipités. Outre les caractéristiques précitées concernant les économies de main-d'oeuvre ! et d'énergie, la disposition des conducteurs électriques et i le système de distribution d'eau de dilution perfectionnés et de conception exceptionnelle permettent de réduire l'usure des anodes critiques et coûteuses.

« u r

Claims (26)

1. Appareil électrolytique pour 1'électrolyse de saumures synthétiques et naturelles destinées à la production d'hypochlorite, caractérisé en ce qu'il comprend: a. un logement allongé non conducteur d'électricité dont l'axe longitudinal est disposé horizontalement et dont les deux extrémités sont pourvues d'ouvertures non obstruées; b. des éléments de recouvrement amovibles fixés à chacune des extrémités ouvertes du logement et comportant chacun une ouverture établissant une communication entre l'extérieur * et l'intérieur du logement; c c. des joints .intercalés entre ces éléments de recou vrement et les extrémités ouvertes du logement; d. un premier passage d'écoulement de fluide traversant une paroi du logement à proximité d'une extrémité de ce dernier et un second passage d'écoulement de fluide traversant une paroi du logement près de l'autre extrémité de ce dernier; e. un assemblage d'électrodes bipolaires autoportant constitué d’au moins deux cellules contenues dans le logement, de telle sorte que l'axe longitudinal de cet assemblage d'électrodes coïncide pratiquement avec l’axe longitudinal du logement, chaque cellule comprenant des rangées de plaques d'électrodes alternées constituées de plaques anodiques et de plaques cathodiques supportées par un châssis comprenant: « i. au moins une cloison non conductrice d'électricité disposée perpendiculairement à l'axe longitudinal du logement et espacée entre les extrémités de l'assemblage d'électrodes, ces cloisons faisant office de chicanes destinées à définir des compartiments pour les cellules; ii. un goujon conducteur prévu à chaque extrémité du châssis pour venir s'engager dans l'ouverture pra- / mJ -t tiquée dans chaque élément de · recouvrement afin de former une borne de jonction positive en saillie et une borne de jonction négative en saillie; et iii. des joints intercalés entre ces goujons conducteurs et les éléments de recouvrement. !

2. Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les cloisons comportent, de chaque côté, des blocs supports d'électrodes conducteurs d'électricité, cet appareil comprenant également: fa des éléments destinés à raccorder électriquement ces l blocs supports d'électrodes via chacune des cloisons; un bloc support d'électrode en bout fixé à chacun des goujons conducteurs; deux organes supports dont au moins un est non conducteur d'électricité, chacun de ces organes supports étant fixé à chaque bloc support en bout; au moins deux tirants longitudinaux espacés fixés aux organes supports et passant à travers les cloisons; des éléments d'écartement non conducteurs d'électricité venant s'engager autour des tirants entre les cloisons et entre chacun des organes supports avec sa cloison adjacente, ces tirants et ces éléments d'écartement maintenant un écartement pratiquement égal entre les cloisons et entre chacun des organes 0t supports avec sa cloison la plus proche; et des éléments de raccordement électrique et de serrage f- combinés associés à chacun des blocs supports d'électrodes et des blocs supports d'électrodes en bout en vue de fixer et de raccorder les plaques anodiques et les plaques cathodiques en rangées alternées l'une par rapport à l'autre et par rapport aux blocs supports. Ά • u - os -

3. Appareil suivant la revendication 2, caractérisé en ce que chacune des différentes cellules est pratiquement isolée électriquement et hydrauliquement par les cloisons non conductrices d'électricité autour desquelles est ménagé un espace libre total d'environ 0,406 mm lorsqu'elles sont disposées dans le logement, des passages étant ménagés dans ces cloisons pour y régler l'écoulement de l'électrolyte fluide. j i

4. Appareil suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le logement est cylindrique, tandis qu'il est constitué pratiquement de conduites et de brides en matière plastique. Il

5. Appareil suivant la revendication 2, caractérisé i en ce que le bloc support, d'électrodes en bout assemblé à la borne de raccordement positive en saillie et aux blocs supports d'électrodes.situés de part et d'autre des cloisons, est disposé près du support de la borne de raccordement négative en couplant électriquement les plaques anodiques, tandis que le bloc support d'électrodes en bout assemblé à la borne de raccordement négative en saillie et aux blocs supports d'électrodes situés de part et d'autre des cloisons, est disposé près du support de la borne de raccordement positive en couplant électriquement les plaques cathodiques, les plaques anodiques et les plaques catho-. diques étant assemblées en une relation mutuelle alternée afin de former au moins une rangée d'électrodes par cellule.

6. Appareil suivant la revendication 5, caractérisé en ce que les plaques anodiques et les plaques cathodiques ont une configuration rectangulaire, tandis que leurs plus grands ' >·- . axes sont nettement plus longs que leurs plus petits axes, ces plus grands axes étant alignés parallèlement a l'axe longitudinal du logement dans l'appareil électrolytique, les plaques anodiques et les plaques cathodiques comportant des surfaces d'électrodes principales orientées verticalement. - ύΟ -

7. Appareil suivant la revendication 5, caractérisé en ce que les cloisons comportent des orifices d’écoulement de gaz/électrolyte disposés immédiatement au-dessus des rangées d'électrodes des cellules et immédiatement en amont de ces cloisons, ces orifices ayant une dimension suffisante pour laisser passer la totalité des gaz se dégageant dans la cellule ou le compartiment immédiatement en amont de chaque cloison à orifices plus le gaz pénétrant dans cette cellule ou ce compartiment à partir des autres cellules ou compartiments situés en amont * plus l'électrolyte pénétrant dans un des passages d'écoulement ^ de fluide ménagés dans le logement.

8. Appareil suiyant la revendication 6, caractérisé en ce que les cloisons comportent des orifices d'écoulement de gaz/électrolyte localisés à un niveau de ces cloisons qui est situé immédiatement au-dessus des rangées d'électrodes des cellules se trouvant immédiatement en amont des cloisons, ces orifices ayant une dimension suffisante pour laisser passer le gaz se dégageant dans la cellule située immédiatement en amont des cloisons plus une quantité supplémentaire de gaz pénétrant dans cette cellule à partir des autres cellules situées en amont plus une faible quantité d'électrolyte, les cloisons comportant également au moins un orifice d’écoulement d'électrolyte situé en dessous du sommet des rangées d'électrodes des cellules afin de recevoir la majeure partie de l'écoulement d'électrolyte «P pénétrant dans un des passages d'écoulement de fluide ménagés *.· dans le logement. r-

9. Appareil suivant la revendication 8, caractérisé en ce qu'au moins un des orifices destinés à recevoir la majeure partie de l'écoulement d'électrolyte est situé à l’extrémité inférieure de la cloison.

10. Appareil suivant la revendication 2, caractérisé en ce que des passages de détente de gaz sont ménagés dans les *»ί / parties supérieures du logement afin que le gaz résultant du procédé de traitement puisse s'échapper hors de ce dernier.

11. Appareil suivant la revendication 10, caractérisé en ce que chacun de ces passages de détente de gaz comporte un orifice limiteur, ces orifices limiteurs ayant une dimension suffisante pour laisseT passer la totalité des gaz qui les atteignent, plus une faible quantité d'électrolyte.

12. Appareil suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu'au moins deux électrolyseurs sont supportés en • rangées verticales,de telle sorte qu'ils soient superposés en coïncidence mutuelle parfaite, la cellule d'électrolyseur située ' le plus en amont occupant, la position inférieure extrême, tandis que la cellule d1électrolyseur située le plus en aval occupe la position supérieure extrême, ces électrolyseurs comportant des raccords de fluide intérieurs, tout en étant reliés entre eux par des raccords extérieurs conçus pour permettre l'écoulement d'un fluide successivement à travers chacune des cellules, des conducteurs électriques extérieurs étant fixés à ces électrolyseurs afin de raccorder électriquement les assemblages d'électrodes l'un à l'autre à l'intérieur de chaque électrolyseur, via les goujons conducteurs.

13. Appareil suivant la revendication 12, caractérisé en ce que huit cellules sont réparties uniformément dans quatre électrolyseurs ayant des géométries pratiquement identiques selon lesquelles un quart des cellules situées le plus en amont sont raccordées en série avec un quart des cellules situées le . r plus en aval afin de former une série de cellules d'amont et d'aval, les cellules restantes des électrolyseurs étant raccordées électriquement en série, tandis qu'une seule source de tension est appliquée aux bornes de ces deux groupes de cellules.

14. Appareil suivant la revendication 13, caractérisé en ce qu'il comprend plus de 8 cellules réparties uniformément i dans quatre électrolyseurs. i-

15. Appareil suivant la revendication 13, caractérisé en ce qu’il comprend plus de 8 cellules réparties uniformément dans plus de 4 électrolyseurs.

16. Cellule électrolytique pour 1'électrolyse de saumures naturelles suivant la revendication 8, caractérisée en ce que les plaques cathodiques et les plaques anodiques orientées verticalement comportent chacune deux bords verticaux et deux bords horizontaux, les blocs supports, ainsi que les éléments de serrage et de raccordement électrique combinés assurant la fixation et le raccordement électrique des plaques anodiques et des plaques cathodiques ä leurs bords supportés respectifs, H le bord supporté étant un des bords verticaux afin de définir * · des bords d'électrodes verticaux non supportés qui, conjointe- | ment avec les bords verticaux supportés des plaques d'électrodes j i situées immédiatement en dessous et au-dessus, sont déplacés latéralement pour définir un espace libre entre les bords non supportés et les éléments supports, tandis que des encoches sont ménagées dans les bords verticaux supportés d'au moins les plaques anodiques, ces encoches ayant une profondeur calculée de telle sorte qu'elles s'étendent dans le même plan que le bord vertical non supporté des plaques situées immédiatement en dessous et au-dessus, au moins un orifice d'admission étant pratiqué dans la cloison située en amont de la cellule ou compartiment en vue de diriger l’écoulement d'électrolyte entrant ** dans les encoches et contre les bords des plaques anodiques et t»· des plaques cathodiques qui s'étendent dans le meme plan. '' r-

17. Appareil suivant la revendication 16, caractérisé en ce que les plaques cathodiques comportent des encoches analogues a celles des plaques anodiques.

18. Appareil suivant l'une quelconque des revendications 16 et 17, caractérisé en ce que plusieurs éléments de décharge sont prévus près du sommet de la cellule ou compartiment en vue d'en décharger l'électrolyte et les gaz.

19. Appareil suivant l'une quelconque des revendications 16 et 17, caractérisé en ce que les encoches sont rectangulaires, leur dimension verticale constituant à peu près 50¾ de la dimension du bord vertical le long duquel l'encoche est ménagée.

20. Appareil suivant l'une quelconque des revendica- j tions 16 et 17, caractérisé en ce que les plaques anodiques et j cathodiques alternées sont disposées de telle sorte que leurs j bords inférieurs s'étendent dans le même plan, un disque d'injection étant disposé dans le châssis pour intercepter l'écou-lement entrant venant d'un des passages d'écoulement de fluide r du logement, ce disque dirigeant l'écoulement d'électrolyte en trant vers les bords inférieurs précités.

21. Appareil électrolytique suivant la revendication 1 pour 1'électrolyse de saumure synthétique, caractérisé j en ce que les cellules ou compartiments sont reliés l'un à l'autre hydrauliquement en série, un des passages d'écoulement de fluide du logement constituant un raccord d'admission pour l'introduction de saumure concentrée dans la cellule ou compartiment situé le plus en amont, tandis qu'un autre passage d'écoulement de fluide du logement constitue un raccord d’admission pour l'introduction d'une première fraction d'eau de dilution dans cette cellule ou compartiment situé le plus en amont, des passages supplémentaires d'écoulement de fluide du logement constituant des raccords d'admission pour l'introduction des fractions restantes d'eau de dilution dans des cellules ou corn-partiments situés en aval, tandis que le deuxième passage d'écoulement de fluide du logement définit un parcours de décharge pour la saumure concentrée et l'eau de dilution.

22. Appareil électrolytique suivant la revendication 21 pour 1 ' électrolyse de saumure synthétique, caractérisé en ce qu'au moins deux électrolyseurs sont supportés en rangées - ( verticales, tandis que les cellules ou compartiments sont reliés hydrauliquement l'un à l'autre en série, un des passages d'écoulement de fluide du logement situé en amont constituant un raccord d'admission pour l'introduction de saumure concentrée dans la cellule ou compartiment situé le plus en amont, tandis : qu'un autre passage d'écoulement de fluide de ce logement situé en amont constitue un raccord d'admission pour l'introduction d’une première fraction d'eau de dilution dans la cellule ou compartiment situé le plus en amont, des passages supplémentaires d'écoulement de fluide des logements constituant des rac- * cords d’admission pour l'introduction des fractions restantes ? d'eau de dilution dans des cellules ou compartiments supplémentaires situés en aval, un des passages d'écoulement de fluide du logement situé en aval définissant un parcours de décharge pour la saumure concentrée et l'eau de dilution.

23. Appareil suivant l'une quelconque des revendications 21 et 22, caractérisé en ce que la saumure concentrée contient environ 26,4¾ en poids de chlorure de sodium, tandis que le débit total d'eau de dilution atteint environ 10 fois le débit de saumure concentrée.

24. Appareil suivant l'une quelconque des revendications 21 et 22, caractérisé en ce que la saumure concentrée et la première fraction d'eau de dilution sont mélangées avant de * pénétrer dans le compartiment situé en amont.

¢. 25. Appareil suivant l'une quelconque des revendica- tions 21 et 22, caractérisé en ce que les fractions d'eau de «r dilution sont à peu près égales, ces fractions étant introduites séparément de telle sorte qu’il y ait des nombres égaux de j i - cellules reliées hydrauliquement en série entre les comparti- i ments dans lesquels l'eau de dilution est introduite, ainsi qu'entre le compartiment dans lequel est introduite la dernière fraction, et le compartiment comportant le raccord de décharge. Λ - H JL -

26. Appareil suivant l'une quelconque des revendications 21 et 22, caractérisé en ce que des orifices sont pratiqués dans les raccords d'admission d'eau de dilution afin de répartir et de régler les écoulements d'eau de dilution à des débits prédéterminés. ' ^ V ^ vvr- k· ; r & V C