NL8002136A - Electrodeverpakking en het gebruik daarvan. - Google Patents

Description

* vo 0260

Electrodeverpakking en het gebruik daarvan.

De uitvinding heeft "betrekking op een electrodeverpakking» bestaande uit een in vezen vlakke electrode, bestemd voor gebruik in een elektrochemische cel.

De electrodeverpakking is bijzonder geschikt in een 5 membraancel van een electrolyseur van het filterperstype. De uitvinding heeft verder betrekking op het gebruik van de electrodeverpakking.

In de electrochemie heeft industrieel gezien steeds de produktie van chlooralkali en ehloraat gedomineerd. Deze produkten zijn de economisch meest belangrijke en hebben daarom de meeste aan-10 . dacht gekregen. Een grote verscheidenheid aan celtypes voor deze toepassingen zijn in de loop van de tijd ontwikkeld.

De dominerende celtypes, de kwikcel en diafragmacel hebben hun positie lange tijd vastgehouden, terwijl de verbeteringen slechts marginaal waren. Twee belangrijke vernieuwingen hebben echter 15 een nieuwe impuls gegeven aan de ontwikkeling tijdens de laatste decade.

Deze twee zijn de hydraulisch stabiele ionenuitwisselmembranen en de dimensioneel stabiele anodes·.

Voorzover het de celontwikkeling betreft, is het een kwestie van aanpassen van de inrichtingen geweest, zodat het grootst 2Q mogelijke voordeel kon worden verkregen van de vernieuwingen. De electrodes zijn dikwijls gevormd als permeabele electrodes om daaraan het grootst mogelijke oppervlak te geven en om het mogelijk te maken om het membraan zo dicht mogelijk tegen de electrode te plaatsen. Men is eveneens teruggekeerd naar cellen van het filterperstype, daar deze 25 meer geschikt zijn tezamen met de tweedimensionale membranen. Handhaving is echter een probleem geweest. Er was een wens om de noodzaak van het afsluiten van een volledige rij cellen te vermijden, wanneer b.v. een gebroken membraan of andere moeilijkheden optraden. Een VQor-gestelde oplossing hiervoor is het vormen van elk electrodepaar als 30 een afzonderlijk uitwisselbaar pakket, zoals b.v. beschreven is in het Amerikaanse octrooischrift U.056.^58.

Een algemeen kenmerk van al deze oplossingen is echter, dat zij enkel geschikt zijn voor slechts een proces, gewoonlijk een chlooralkaliproduktie. Zij zijn zelden geschikt voor andere electro- 800 2 1 36 2 chemische processen. Dit treedt vooral op wanneer de volumes klein zijn en het produkt niet langer de kosten van een speciale constructie kan dragen. Gebleken is, dat dit vooral het geval is in de organische electroehemie, waar veel processen, die veelbelovend waren, zijn 5 weggebleven door de noodzaak van het eveneens construeren van een geschikte electrolyseuitrusting.

Een flexibele cel die veranderlijk in gebruik is, .moet voldoen aan eisen, die in sommige opzichten niet dezelfde zijn als die voor een ehloorcel. Gemeenschappelijk is de eis van een kleine 30 electroderuimte en de wenselijkheid van enigerlei soort constructie in verpakking. De electrodes moeten echter gemakkelijk uitwisselbaar zijn, daar verschillende processen verschillende electrodematerialen vereisen. Verder moet de cel zijn vervaardigd van een corrosiebesten-dig materiaal ten aanzien van zoveel mogelijk electrolyten. Het is 15 eveneens bekend, dat veel metalen de electrodeprocessen verstoren en leiden tot "vergiftiging" van de electrodes. Een cel, vervaardigd van een inert kunststofinateriaal zou dus zeer wenselijk zijn. Indien de componenten van de cel door spuitgieten kunnen worden vervaardigd, kan de nauwkeurigheid worden bereikt, die vereist is voor een juist 20 afdicht en en het vermijden van te grote potentiaalverschillen over het electrodeoppervlak, als gevolg van wijziging in de onderlinge ' electrodeafstand. Het zou eveneens mogelijk zijn om de prijs laag te houden, wanneer de vervaardigde series relatief groot zijn. Spuitgieten vereist echter, dat het aantal verschillend gevormde delen zo laag mo-25 gelijk wordt gehouden.

Dit alles nu is mogelijk door de nieuwe electrodever-pakking volgens de onderhavige uitvinding. Het wordt bereikt door een electrodeverpakking, welke voldoet aan de kenmerken, zoals weergegeven in de bijgaande conclusies.

30 Kenmerkend voor de electrodeverpakking volgens de uit vinding is, dat deze voorzien is van een ongeveer vlakke electrode, omgeven en begrensd door twee onderling verbonden, ongeveer vlakke binnen-frames met inlaat- en uitlaatkanalen voor het electrolyt, waarbij de centrale opening gevormd door de binnenframes, die de toevoeging van 35 electrolyt aan de electrode toelaat, is afgedekt door een rooster op elk binnenframe, beide binnenframes op hun beurt langs de gehele om- 8002136

* V

3 treksranden worden omgeven door een ongeveer vlak buitenframe met ten minste één opening voor de toevoer en ten minste één opening voor de afvoer van electrolyt» waarbij ten minste één van de respectieve openingen via een Tcn.na.ai in verbinding staat met de inlaat- en uitlaat-5 kanalen van de binnenframes, het buitenframe nabij de binnenrand is vergrendeld tussen twee binnenframes met behulp van grendelmiddelen, die bij voorkeur alleen zijn aangebracht op de binnenframes voor het direct met elkaar vergrendelen· van deze, waarbij ten minste één van de binnenframes· aan de zijde* gericht naar de electrode en gelegen te-1Q genever het inlaatkanaal is voorzien van een naafvormig uitsteeksel, bedoeld als raakoppervlak voor de binnenstromende electrolyt en voor het zijdelings verdelen daarvan en ten minste in het onderste gedeelte met een aantal vernauwings-organen voor het electrolyt, bij voorkeur uitsteeksels, waartussen kanalen zijn gevormd in de electrolyt, waar-15 bij ten minste de tweede van de binnenframes in het bovenste gedeelte is voorzien van een aantal vernauwings-organen, b.v.. uitsteeksels, en de roosters van de binnenframes zijn voorzien van stroken of ribben, gelegen in twee vlakken, die hoeken vormen met de electrolytstroom toegevoerd aan de electrode.

2Q. De electrode wordt dus omgeven door en is aangebracht tussen de binnenframes· langs de omtreksrand daarvan en wordt bij voorkeur begrensd door het steunen'in. uitsparingen ter plaatse van de binnenranden van de binnenframes.

Het rooster in elk van de binnenframes heeft zodanige 25 afmetingen, dat deze de centrale opening, gevormd door elk van de binnenframes afdekt en de opening grenst aan uitsparingen in het binnen-frame, 'welke uitsparingen een kamer vormen voor het binnenstromende electrolyt en'een kamer voor het uitstromende electrolyt. Bij voorkeur hebben de electroden, evenals de binnenframes een ongeveer rechthoekige 3Q . vorm, waarbij de kamer voor het binnenstromende electrolyt en de kamer voor het uitstromende electrolyt zijn opgesteld in de onder- en bovenranden van het binnenframe.

De tem ''tegenover” in verband met het naafachtige uitsteeksel moet in brede zin worden uitgelegd. Het naafachtige uit-35 steeksel is opgesteld in de kamer voor het binnenstromende electrolyt, teneinde te voorkomen, dat het electrolyt; direct passeert naar de elee- 8002136 b trodekamer zonder enige zijdelingse verdeling daarvan.

Ih overeenstemming met een voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding zijn zowel de binnenframes als liet buitenframe vervaardigd van een spuitgietbaar polymeer en zijn elk op zichzelf gego-5 ten in twee afzonderlijke vormen. Het binnenframe en rooster vormen dus een integrale eenheid en het rooster is op geschikte wijze verbonden met de binnenrand van. de centrale opening van het binnenframe.

De nieuwe electrodeverpakkingsconstructie maakt het dus voor het eerst mogelijk om synthesecellen te vervaardigen van IQ. door spuitgieten vervaardigde framedelen. Dankzij de nieuwe constructie zal de spuitgiettechniek economisch uitvoerbaar zijn als gevolg van het onderbrengen in slechts twee framedelen.die de electrode omgeven, van een aantal technische functies, vereist voor een groot gebied van pro-cessen; slechts- twee vormen zijn vereist.

J5 De uitvinding vermindert het aantal verschillend ge vormde constructie-elementen, die crusiaal zijn voor de celfunctie, hetgeen een economische voorwaarde is, daar' de spuitgietgereedschappen duur zijn. Een groot aantal identieke details kunnen echter worden aan-gehracht in elke afzonderlijke vorm tegen lage kosten en niet minder 20 . belangrijk is dat het détailmateriaal kan worden gekozen met betrekking tot de bestendigheid tegen proceschemicaliên. Materialen van de polyvinylfluoride- en polyvinylideenfluoridesoorten kunnen b.v. worden gebruikt (b.v. "Dyflor 2000" of "Kynar"), welke materialen bijna onmogelijk machinaal kunnen worden bewerkt tot structurele elemen-25 ten met dunne dwarsdoorsneden en kleine tolerantieëisen. Voor het tot stand brengen van een goede afdichting van de cel, opstelling en afdichting van het membraan, opstelling van de electrode, kleine dimensionale afwijkingen in onderlinge eleetrodeafstand» en vooral een elec-trolytyerdelings systeem en "barrière"-systeem voor een geregelde en ge-30 . lijkmatige stroamdistributie, is het absoluut noodzakelijk om hoge dimensionele tolerantieëisen te hebben voor die details in een cel-construetie, die door genoemde functies worden omvat. De spuitgiettechniek is de enige vervaardigingswijze die aan deze vereisten voor dit soort materiaal voldoet.

35 Hoewel polyvinylideenfluoride hiervoor is genoemd als een speciaal geschikt materiaal, kunnen de frames ook zeer goed 8002136 worden gevormd van andere materialen, b.v. polypropeen, polystyreen, nylon en dergelijke b.v» van elke soort spuitgietbare kunststof- materiaal.

* % 5'

Door de speciale electrolytverdelingsvorm van de bin-5 nenframes, die mogelijk is gemaakt door de nauwkeurigheid, verkregen met-de spuitgiettechniek, is een nauwkeurig bepaalde, z.g. plugstroom door de cel verkrijgbaar. Ih het onderhavige geval bevat de term "electrolytverdelingsconfiguratie" dus het naafachtige uitsteeksel van de binnenframes,'die bij voorkeur zo hoog is, dat deze aanligt tegen 3Q het er naar toegekeerde hinnenframe en de vernauwingsmiddelen die bij voorkeur worden gevormd door een aantal kleine uitsteeksels waartussen kanalen worden gevormd in de electroden. De laatstgenoemde uitsteeksels moeten ook hoog genoeg zijn om in aanraking te komen met de electrode ©f het tegenover gelegen binnenste frame.

J 5- Daar het bovengenoemde geval met slechts twee vormen (voor het binnen- resp. buitenframe) slechts het ideale geval toont, is een voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding het geval, wanneer de beide binnenframes identiek, met elkaar zijn. Dit betekent, dat de naafachtige uitsteeksels evenals de insnoeringsmiddelen aanwezig zijn 2Q . op beide binnenframes en zo hoog zijn, dat zij tegen elkaar steunen, wanneer de electrodeverpakking wordt geassembleerd.

De breedte van het naafachtige uitsteeksel is zodanig, dat de binnenkomende eleetrolytstroom zijdelings wordt gericht in beide richtingen, loodrecht op het meest buitenste kanaal in de elec-25 trode. De electrolytverdelingsvorm maakt het mogelijk om een buitengewoon gelijkmatige distributie van het electrolyt dwars over de hele electrode, d.w.z. dwars over de gehele breedte evenals over de hoogte van de electrode te verkrijgen. De plugstroom betekent aldus, dat de eleetrolytstroom over de electrode een ongeveer recht front heeft.

3Q Het rooster van de binnenframes, welk rooster bij voorkeur deel van de frames uitmaakt, dient voor verschillende belangrijke doeleinden. Daar het rooster is voorzien van randen in twee vlakken, zal een turbulentie worden opgewekt, daar de stroom alternerend over en onder genoemde randen langs wordt gedwongen. Eet feit, dat de 35 randen schuine hoeken vormen ten opzichte van de eleetrolytstroom, toegevoerd aan de electrode betekent dat het vrijkomen van gas wordt 8002136 6 β vergemakkelijkt daar gasbellen niet hechten aan het rooster. Een de voorkeur verdienende hoek voor de randen, relatief ten opzichte van de electrolytstroam is gelegen tussen 30 en 60°, b.v. ongeveer 50°. In het geval van een membraancel vormt het rooster verder een steun voor 5 het membraan, dat de kathode en anode-electrolyten scheidt. De vorm van het rooster verbetert de opbrengst van de reactie door zijn invloed op de electrolytstrocm, daar het de voorwaarden geeft voor een stroombelasting dwars over het gehele electrodeoppervlak, en eveneens het massatransport verbetert.

10 De hoofdfunctie van het buitenste frame is om ruimte te maken voor openingen voor het in- en uitstromen van electrolyt naar en van de cel. Deze openingen zijn bij voorkeur geplaatst nabij de onder- en bovenzijde van het frame. Vanaf genoemde openingen staat ten minste een distributiekanaal·in verbinding met de inlaat- en uitlaat-35 kanalen van de binnenframes:.

In synthesecellen van de hiervoor beschreven soort, is dikwijls een scheiding van het electrolytsysteem door middel van een membraan vereist, teneinde een eleetrodestroom rond de anode en de andere rond de kathode te verdelen. Twee gescheiden electrolytcir-20 cuits zijn ingesloten,, die moeten toegevoerd aan en verdeeld in de cel volgens een regelmatig systeem. Bij de stand der techniek geeft dit dikwijls de noodzaak van een groot aantal verschillend gevormde constructieëlèmenten. In de voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding, waarbij het buitenframe is voorzien van twee openingen voor de toevoer 25 en twee openingen voor de afYoer van het electrolyt, waarbij uitsluitend een van de betreffende openingen via een distributiekanaal in verbinding staat met de binnenframes, worden deze twee functies -uitgevoerd door één en hetzelfde detail. Uitsluitend door het afwisselend draaien van. de buitenframes over. 180 , kan het electrolyt afwisselend 3Q worden gedistribueerd naar deanode en kathode-electrolytafdelingen.

Bij het draaien van het buitenframe op deze wijze, zullen de stroomtoe-voermiddelen van de electroden, die- hierna meer in detail zullen worden beschreven, beurtelings passeren door de een of andere zijde, die in grote mate de onderlinge verbinding hiervan vergemakkelijkt voor 35 parallel- of serieschakeling. Een groot aantal openingen voor de toevoer en afvoer van het electrolyt zijn ook denkbaar in de gevallen, waar- 8002136 * 9 7 « bij meer dan twee verschillende electrolyten moeten worden verdeeld in de cel, b.v. bij electrodialyse.

Een andere belangrijke functie die in het buitenframe is gebouwd houdt verband met het gebruik van de electrodeverpakking in 5 de membraancel. In dit geval is het buitenframe aan een zijde voorzien van verschillende, b.v. drie omtreksranden of uitsteeksels. Hierdoor wordt een gecombineerd klemmen en afdichten van het membraan verkregen.

Het membraan dat de electrolytkamers scheidt is op eenvoudige wijze verbonden met de randen door het eenvoudig drukken van een membraan IQ tegen de randen.

Deze bevestiging geeft een gecombineerde rand- en labyrinthafdichting, terwijl de randafdichting een effectief gebruik van het memhraanoppervlak geeft, terwijl de labyrinthafdiehting het risico van lekkage naar de buitenste groef waarborgt, na de laatste rand, J5- en dus buiten de electrolytafdeling buitengewoon klein zal zijn. Door de voorgestelde constructie is het dus mogelijk om het vereiste mem-braanoppervlak ten opzichte van het eleetrodeoppervlak te verminderen, hetgeen van grote economische betekenis is, daar het membraan een duur onderdeel in deze verbinding is. De afdichting kan verder worden 2Q aangebracht zonder gebruikmaking van afdichteomponenten, pakkingen of 0-ringen, hetgeen als een aanzienlijk voordeel moet worden beschouwd vergeleken met. de huidige techniek.

De grendelmi ddelen voor het vergrendelen van de bin-nenframea aan het buitenframe zijn bij voorkeur voorzien van ten min-25 ste twee, elk uit twee corresponderende delen bestaande delen op de binnenzijde van elk hinnenframe en integraal met het respectieve frame, daar dergelijke grendelmiddelen een zeer eenvoudige assemblage verschaffen. Bovendien hebben de grendelmiddelen bij voorkeur een onderling verschillende vorm,, waardoor' vermeden wordt, dat de frames ver-30 keerd worden gedraaid bij de assemblage. Het vergrendelen vindt bij yoorkeur zodanig plaats, dat beide binnenframes direct aan elkaar worden vergrendeld en de binnenframes worden verzonken in groeven van de binnenrand van het buitenframe en aldus zijdelings en verticaal worden begrensd. De uitvinding is echter niet beperkt tot genoemde vergrendel-35 methoden, doch ook alternatieve zijn natuurlijk denkbaar. Zo zouden b.v. de beide binnenframes kunnen worden vergrendeld aan elke zijde 8002136 8 van het huitenframe met behulp van grendelorganen.

De hiervoor in principe beschreven verpakking, met een buiten- en twee binnenframes rond elke electrode is uniek en vergemakkelijkt wezenlijk het gebruik daarvan. Het principe maakt het ver-5 der mogelijk het gebruik van een gehele stapel, bestaande uit verschillende electrodeverpakkingen, als enkele eenheid. Ondanks het verpakkings-principe benadrukt de uitvinding echter, dat electrodes en membranen zeer gemakkelijk kunnen worden verwijderd en verwisseld, hetgeen moet worden beschouwd als een zeer essentiële bijdrage aan de techniek op 10 . dit gebied.

Het gebruik van het buitenframe volgens de uitvinding betekent een verder voordeel, daar het het mogelijk maakt om de stroom-geleiders via openingen door de rand van het frame te leiden. Bi overeenstemming hiermee worden nagenoeg alle afdichtproblemen welke 15· gewoonlijk met betrekking tot stroomgeleiders optreden, geëlimineerd.

Volgens een speciale uitvoeringsvorm van de uitvinding zijn de stroomgeleiders van de electroden geplaatst op één zijrand daarvan,,.zijn de.openingen in het buitenframe resp. de binnenframes voor het doorlaten van de stroomgeleiders op dezelfde wijze gemaakt in de 2Q. zijrand van het buitenframe resp.. het hinnenframe. Door een directe zijdelingse koppeling tussen in serie verbonden electrodes wordt het voordeel van een korte afstand voor stroomtransmissie verkregen, welke resulteert in een klein geleideroppervlak en goede koelmogelijkheden.

De stroomgeleiders hebben verder een geschikte cirkelvormige dwars-25 doorsnede, die eveneens bijdraagt aan een gemakkelijker afdichting daarvan dan de tot op heden toegepaste stroomgeleiders, die meestal de vorm van vlakke tongen hebben, bevestigd aan de electrodeplaat en afstaan van de bovenrand daarvan.

Door het afwisselend draaien van de buitenframes over 3Q l8Q°, wordt eveneens het hiervoor genoemde voordeel verkregen van stroomgeleiders die beurtelings uitgaan van de ene of andere zijde.

De uitvinding heeft eveneens betrekking op het gebruik van de hiervoor beschreven electrodeverpakking in een membraan-cel in een electrolyseur van het filterperstype, waarbij de voordelen 35 voor een deskundige duidelijk zullen zijn.

Ter verduidelijking van de uitvinding zullen thans, 8002136 ”* * * * 9 4 onder verwijzing naar de tekening, enkele uitvoeringsvoorbeelden van de eleetrodeverpakking worden beschreven. In de tekening toont:

Fig. 1A een vooraanzicht van een binnenframe, toegepast bij een eleetrodeverpakking; 5 fig. 1B een doorsnede volgens de lijn IB-IB van fig.

IA; fig. 1C een doorsnede volgens de lijn IC-IC van fig.

U; fig. 2A een vooraanzicht, van het buit enframe toege-1Q. past bij een eleetrodeverpakking; y fig. 2B een doorsnede volgens de lijn IIB-IIB in fig.

2A; fig. 2C een deel van de achterzijde van genoemd buitenframe ; 35 fig. 3 een aanzicht van een electrodeplaat; fig. h een vooraanzicht van een eleetrodeverpakking volgens de uitvinding; fig.· 5 een zijaanzicht van een gehele celverpakking ____________. _ met meerdere electrodeverpakkingen naast elkaar ongesteld; to fig. 6 een vooraanzicht van de inrichting volgens fig.5· ffg. 7 vergroot het detail aangeduid met A 'in fig. 5; —" ~ fig. 8 vergroot een dwarsdoorsnede van het detail, aan geduid met B in fig. 6; fig. 9 A een dwarsdoorsnede van een cel met een per-£ ^ meahele electrode; fig. 9B en C tonen verschillende stroompatronen van cellen met permeabele electrodes; fig. 10Δ een dwarsdoorsnede van een polaire cel; fig. 10B een stroompatroon voor een bipolaire cel en fig. 11 schematische de electrische verbindingen en de verdeling en vorming van .twee gescheiden electrolytsystemen voor een gehele celeenheid.

Volgens fig. IA heeft een binnenframe 1 van een elec-trodeverpakking een rechthoekige vorm en is voorzien van een onderin--*7 laat 2 en een bovenuitlaat 3 voor een electrolyt. In het weergegeven uitvoeringsvoorbeeld zijn de inlaat en uitlaatgroeven in het frame opgesteld nabij het midden van de onderrand k resp. de bovenrand 5.

«002136 10

De onderraad k is zo ‘breed, dat deze een distributiekamer 6 kan opnemen waarin de electrolytstroom kan worden gedistribueerd in een uniforme stroming voordat deze in de electrolysekamer in contact met de electrode wprdt gebracht. In deze distributiekamer 6 bevindt zich di-5 reet tegenover de inlaat 2 een uitsteeksel 7, waartegen de electrolyt-stroom botst en vervolgens zijdelings wordt verdeeld. De kamer 6 grenst aan de opening 8 begrensd door het frame 1, waarbij de opening aan het electrolyt een toegang tot de electrode verschaft, waarbij de kamer 6 ter plaatse van de rand van de opening 8 is voorzien van een aantal IQ uitsteeksels 9» welke dienen als beperkingen i.c. vernauwingen voor het vergroten van de drukval van de electrolyt. In de weergegeven uitvoeringsvorm zijn deze uitsteeksels gelijkmatig verdeeld, doch de uitvinding is uiteraard niet beperkt tot een speciale verdeling of een speciale vorm van de uitsteeksels. Tussen deze uitsteeksels worden dus kana-15 len IQ'gevormd, die een. buitengewone uniforme electrolytverdeling met een plugstroom geven. Het weergegeven uitvoeringsvoorbeeld van het bin-nenframe is bij de bovenrand 5 eveneens voorzien van een kamer 11 met __________ een aantal uitsteeksels 12, die Bij voorkeur uniform verdeeld zijn en in lijn liggen met de uitsteeksels 9 in de onderste kamer 6, zo-2Q dat het stroompatroon nog meer homogeen zal zijn.

De opening 8 van het binnenframe is afgedekt door een rooster 13, die,' in het weergegeven uitvoeringsvoorbeeld, integraal is met het frame en is bevestigd aan de binnenrand van de centrale, rechthoekige opening 8 van het binnenframe. Zoals uit de tekening blijkt, 25 is het rooster 13 voorzien van.hellende ribben ik, 15, waarbij de ene rij onderling evenwijdige ribben ik tegen het ene vlak en de andere rij onderling evenwijdige ribben 15 zich boven de eerste rij in een vlak evenwijdig aan het vlak gevormd door de eerste rij ribben 1k bevindt.

In de weergegeven uitvoeringsvorm van het rooster, is de hoek α tus-3Q sen de ribben ik resp. 15 en de. toegevoerde electrolyt-stroom, ofwel de langsrichting van het frame, ongeveer 50°.

Het binnenframe 1 is tenslotte voorzien van twee gren-delorganen 16» 17 elk aangebracht aan de onderrand k resp. de bovenrand 5. Deze grendelorganen 16 en 17 zijn onderling verschillend, ten-35 einde een onjuiste oriëntatie van de frames te vermijden wanneer deze worden geassembleerd in het buitenframe. Yerder zijn openingen 21A voor de passage van stroomtoevoermiddelen van de electroden aangebracht.

8002136 11

Zoals uit de figuren 1B en 1C» die doorsneden volgens de lijnen IB--IB en IC-IC in de fig. 1A zijn» is de zijde van het frame 1 die van de electrode is afgericht, in wezen glad en wordt de opening 8 af gedekt door het rooster 13» dat hij voorkeur door spuitgieten inte-5 graal is gevormd met het overige gedeelte van het frame.

Fig. 2A toont een huitenframe 20, dat aan de onderzijde is voorzien, van twee openingen 21 en 22 voor de toevoer van het electrolyt, en op corresponderende wijze is voorzien van twee openingen 23 en 2k voor de afvoer van electrolyt. Vanaf deze openingen lopen 10 distributiekanalen 25 en 26 (in het weergegeven geval van de openingen 22 resp. 2k\ naar de opening 27, gevormd door het buitenframe 20, welke kanalen bedoeld zijn voor verbinding met de inlaten 2 rrsp. uitlaten 3 van de binnenframes. Het frame 20 is voorts voorzien van uitsteeksels of randen 28, langs de omtrek, in. dit geval drie van dergelijke randen, 15 welke dienen , als labyrinthafdichting en voor bevestigen van een membraan in een memhraancel. Groeven 29 en 30 voor oorringen zijn eveneens afgeheeld in de figuur voor de openingen 21 - 2k en het frame 20.

Zoals blijkt uit fig. 2B, welke een doorsnede volgens de lijn IIB-IIB in fig. 2A is, zijn twee openingen 31B door de zijrand 2Q van het frame 20 aangebraeht, welke openingen bedoeld zijn voor de doortocht van de electrodestroomgeleiders.

Fig. 2C toont een deel van de achterzijde van het buitenframe 2Q van fig. 2A met de openingen 23 en 2k en de opening 2?. Zoals uit dezè figuur blijkt is de achterzijde glad, d.w.z. niet voor-25 zien van de omtreksranden 28.

Fig. 3 toont een homogene rechthoekige electrodeplaat 22, bestemd voor plaatsing tussen de. binnenframes 1 en bij voorkeur iets groter dan de opening 8 in de binnenframes, teneinde te kunnen worden opgenomen in een omtreksgroef daarin. De electrodeplaat 32 3Q is voorzien van twee strocmtoevoergeleiders 33 in de vorm van cirkelvormige staven, die aan een lange zijde van de rechthoekige plaat zijn opgesteld en wel direct tegenover corresponderende openingen 31B in het buitenframe.

Fig. k toont een vooraanzicht van de electrodeverpak-35 king in geassembleerde toestand met de electrodeplaat 32 opgesteld tussen de twee binnenframes 1» die. op hun beurt met elkaar zijn vergren- 8002136 12 deld en met het buitenframe 20 daartussen vergrendeld. Voorts toont de figuur de oorringgroef 29 rond de buitenframeopeningen 21-2b, die ook electrolythoofdkanalen kunnen worden genoemd en toont ook de oorringgroef 30 buitenwaarts van de omtreksranden 28 op het buitenframe.

5 De stroomtoevoergeleiders 22 steken uit van de lange zijde van het buitenframe 20.

Fig. 5 toont een zijaanzicht van een gehele celver-pakking met een aantal electrodeverpakkingen 3¼ volgens de uitvinding naast elkaar opgesteld in een filterpersvorm, en fig. 6 toont dezelfde IQ celpakking in bovenaanzicht. Zoals uit fig. 6 blijkt, zijn de stroomtoevoergeleiders 33 beurtelings afgenomen via de ene of andere van de lange zijde van de buitenframes, en zijn de electrodeplaten dus beurtelings positief en negatief, zoals in fig. 5 is aangegeven.

Fig. 7 toont een dwarsdoorsnede van het met A omlijn-15 de gedeelte van fig. 5 en fig. 8 toont een dwarsdoorsnede van het met B omlijnde gedeelte van fig. 6.

Fig. 7 toont bijgevolg twee electrodeverpakkingen 3¾ met daartussen opgestelde.membranen 35 en oorringen 36. De overige weergegeven details zullen niet nader worden beschreven, doch zijn uitslui-2Q tend aangeduid door middel van de hiervoor gebruikte referentienummers.

Fig. 8 toont het buitenframe 20 met randen 28 en oorringen 36", evenals bij de binnenframes 1 met het rooster 13 en stroom-toevoergeleider 33.

De in de hiervoor beschreven figuren weergegeven con-25 structie hebben betrekking op een celuitvoering voor het monopolaire (met betrekking tot de electrolyt}, gescheiden celstructuur met vaste, homogene electrodes. Door enkele eenvoudige wijzigingen in de frame-delen van de constructie of alternatief de electrodes daarvan, kan de celstructuur echter worden gewij zigd binnen het raam. van de uitvindings-3Q gedachte in b.v. een monopolair verdeelde cel met poreuze doorstroom-electrodes. De bodemelectrolytinlaat wordt aan een zijde afgedicht, de electrolyt wordt slechts aan een zijde van de poreuze electrode verdeeld, stroomt daardoor en verlaat de cel langs de tegenover gelegen electrodezijde nabij de bovenzijde van de cel. Afdichting ter plaatse 35 van de bovenzijde geeft het tegengestelde effect ten opzichte van afdichting aan de onderzijde. Het rooster dat eveneens drager voor het 8002136 13 β membraan kan worden genoemd, moet natuurlijk ook in deze uitvoeringsvorm zijn opgenomen en wordt aangenomen te zijn gespuitgiet, tezamen met bet binnenframe, zoals biervoren reeds is genoemd.

De doorstroomelectrode, die b.v. kan zijn vervaar-5 digd van poreus grafiet, poreus titanium, een gaaselectrode, en dergelijke kan in die processen worden gebruikt, waarbij bet bijzonder belangrijk is, dat bet specifieke electrodeoppervlak waarmee bet electrolyt in contact komt, groot is.

Een cel met een permeabele electrode is in dwarsdoor-10 snede afgebeeld in fig. 9A, waarbij de pijlen de electrolytstroom in de cel tonen. Duidelijkheidshalve zijn de binnenframeroosters niet weergegeven, docb wordt verondersteld, dat zij wel aanwezig zijn. Yoor de toevoer resp. afvoer van electrolyt is bet buitenframe voorzien van openingen 22 resp. 2k, welke openingen via kanalen 25 en 26 in verbin-15 ding staan met de binnenframe-inlat en en uitlaten. Het buitenframe is verder voorzien van oorringgroeven 29 en 30, evenals randen 28, waartegen bet membraan 35 is; geklemd. Een poreuze doorstroomelectrode 32 is opgesteld tussen de binnenframes 1. Daar bet linkse binnenframe benedenwaarts is afgericht nabij 37 en bet rechtse frame bovenwaarts 2Q . nabij 38 zal bet. electrolyt stromen in de rechtse electrolytspleet 39» door de èlectrode en in.de linker electrolytspleet stromen nabij de uitgang van de electrolytkamer links van de electrode 32.

Verschillende stroompatronen zijn denkbaar voor cellen met doorstroomelectrodes, en zijn schematisch afgebeeld in fig.

25 9B en fig. 9C, waarbij de electrodes zijn aangeduid met 32 en membranen met 35. De eleetrodelating. is aangeduid met + of - en de eleetrolytstrocm is weergegeven met pijlen.

Een andere gewijzigde celstructuur gelegen binnen bet raam van de uitvinding is een bipolair verdeelde cel met vaste homogene 3d electrodes, waarbij de anolyt (bet electrolyt voor de anodezijde van de electrodeI beurtelings wordt toegevoerd aan de ene en de katholyt aan de andere zijde van de bipolaire electrode. Een dergelijke bipolaire cel is in dwarsdoorsnede weergegeven in fig. 10A, waarbij de referentiecijfers dezelfde zijn als hiervoor gebruikt. De verschillen 35 ten opzichte van de hiervoor weergegeven uitvoeringsvormen zijn, dat de buitenframeverdeelkanalen 25 en 26 de vorm hebben, zoals weergegeven in fig. JOA, d.w.z. dat de linkse electrolytkamer Ui b.v. in verbin-

1U

ding staat met de openingen 21 en 23 in het buitenframe en de rechtse electrolytkamer b-2 in verbinding staat met de twee andere openingen 22 en 2k in het buitenframe. Verder zijn de binnenframes in de boven- en onderkamers 11 en 6 voorzien van barrièregedeelten U3 en voor het 5 verschaffen van gescheiden kamers aan elke zijde van de electrode, wanneer de twee binnenframes met elkaar worden geassembleerd. Het binnen-framerooster is hier evenmin weergegeven, doch is wel verondersteld aanwezig te zijn.

Een voorbeeld van het stroompatroon voor een bipolai-10 . re cel ia schematisch, weergegeven in fig. 10B waarvan de verwijzings-cijfers dezelfde betekenis hebben als in de figuren 9B en 9C. In overeenstemming hiermee wordt een electrolyt verdeeld naar alle negatieve zijden van de electrode en de andere electrolyt naar de positieve zijde daarvan.

15 Verdere celwijzigingen zijn denkbaar. Gemeenschappe lijk. voor deze celconstructies is, dat. dezelfde basisconstructieële-menten (buiten- en binnenframes 1 worden gebruikt. De enige wijzigingen die zijn vereist in de spuitgietgereedschappen zijn gewijzigde kernen voor de verdeelkanalen om een eenvoudige wijziging van de barrière-2Q gedeelten.

Fig. 11 tenslotte toont schematisch de electrische verbindingen evenals de scheiding en vorming van de twee afzonderlijke electrolytsystemen voor een volledige celeenheid, bestaande uit zes stel pakkingen k5 met elk 20 cellen. De electrodeverpakking volgens de 25 uitvinding is aangeduid door 3^, waarbij zich membranen tussen elke verpakking bevinden. Stroomgeleiders 33 en de respectieve ladingen zijn aangegeven. Electrolyt wordt bij k5 toegevoerd aan alle negatieve N · · - electrodes en bij U6 aan alle positieve electrodes. Met 1*7 zijn kleppen aangegeven.

3Q De weergegeven eenheid bestaat uit 10 - 11 positieve electrodes welke parallel zijn geschakeld en de corresponderende negatieve electrodes zijn eveneens parallel geschakeld» Zes stapels daarvan zijn vervolgens in serie geschakeld.

De electrodeverpakkingen volgens de uitvinding kunnen 35 worden gebruikt onafhankelijk van de verbinding met de in de inleiding genoemde processen, in cellen, waar b.v. de volgende verbindingen wor- 8002136 15 den bereid: 1. Reductie van oxalietzuur tot glyoxylietzuur.

Bij een dergelijk proces bestaat de katholyt uit een verzadigde waterige oplossing van oxalietzuur en de anolyt uit verdunde 5 zwavelzuur. De electrodes zijn bij voorkeur vervaardigd van lood en de cel is voorzien van een kation-uitwisselmembraan. Het glyoxyliet- 3 zuurgehalte mag niet groter zijn dan 1 mol/dm . Bij een temperatuur van C en een stroomdichtheid van 20 Amp./dm , een materiaalop-brengst van 98# en een stroomopbrengst van 75# worden verkregen.

3Q 2. Qxydatie van cerium (IIX) tot cerium (IV).

Een zwavelhoudende oplossing van cerium (lil)-sulfaat wordt geoxydeerd op een looddioxydeanode. De katholyt bestaat uit verdund zwavelzuur, de kathode.uit staal, terwijl het membraan van een anionuxtvis s eltype is. Met een inlaatconcentratie van 0,1 molecuul/ 3 3 J5 dm en een stroomdichtheid van 1 Amp./dm werd een stroomopbrengst van 83# verkregen. Wanneer de oxydatie daarentegen werd uitgevoerd op een

* O

ceriumnitraatoplossing (0,U moleeuul/dm ) met een anode van van platina voorziene titanium steeg de stroomopbrengst tot 89#. Deze processen . .

zijn uitsluitend weergegeven als voorbeelden van de ontelbare reacties, 20 waarvoor de nieuwe celstructuur kan worden gebruikt.

Hoewel de uitvinding hiervoor is beschreven met betrekking tot rechthoekige vormen van de' electroden en de frames, kunnen de uitdrukkingen met betrekking tot de rechthoekige vorm zoals de zijrand, de boven- en onderranden en kamers, etc. is de uitvoering niet 25 tot deze vormen beperkt, hoewel deze vorm de voorkeur verdient. De electroden en frames kunnen dus nagenoeg elke vorm hebben zonder buiten het raam .van de uitvindingsgedachte te vallen. In dergelijke gevallen zullen de uitdrukking "zijrand" evenals "boven" of "onder" betrekking hebben op het uiteindelijke gebruik van de electrodeverpakkin-3Q gen in een electrolysëuieu wat in een dergelijke stand kan worden beschouwd als- zijwand, boven— en onderzijde, etc.

8002136

Claims (13)

1. 9
2. 1. Electrodeverpakking, bestemd voor gebruik in een elec-trochemiscbe cel, in bet bijzonder in een membraancel in een electro-lyseur van bet filterperstype, gekenmerkt door een in boofdzaak vlakke electrode (321 omgeven en begrensd door twee aangrenzende, verbindende 5 in boofdzaak vlakke binnenframes (1) met inlaat- en. uitlaatkanalen (2'resp. 3) voor een electrolyt, een centrale opening (8) gevormd door genoemde binnenframes, welke de toevoer van electrolyt aan de electrode toelaten, waarbij elk binnenframe is afgedekt door een rosster (13)» de beide binnenframes op bun beurt worden omgeven door een in boofd-3 CL . zaak vlak. buitenframe (201 met ten minste een opening (21, 22) voor de toevoer en ten minste een opening (23, -2¾} voor de afvoer van bet electrolyt.* waarbij ten minste êên van elk van de genoemde openingen (22 resp. 2h\ via zijn eigen kanaal (25, 26) in verbinding staat met de respectieve in- en uitlaatkanalen van. de binnenframes, bet buiten- - -.....— .15 -frame is- vergrendeld tussen de beide binnenframes door middel van gren- delorganen (16„ 17l> ten minste êên binnenframe aan de zijde gericht naar de electrode en tegenover bet inlaatkanaal (2), is voorzien van een naafvormig uitsteeksel (Jl, bestemd als botsoppervlak voor het instromende electrolyt en voor bet zijdelings verdelen daarvan, en ten 20 minste in bet onderste gedeelte (6} een aantal vemauwingsorganen (9) voor bet electrolyt naar de electrode heeft, waarbij ten minste de andere van de binnenframes in bet bovenste gedeelte (11) is voorzien van een aantal vemauwingsorganen (12), en waarbij de roosters van de binnenframes zijn voorzien van ribben (14, 15) welke liggen in twee vlak-25 ken, die schuine boeken vormen ten opzichte van de electrolytstroom toegevoerd aan de electrode.
3. 2. Electrodeverpakking volgens conclusie 1, met bet kenmerk* dat het buitenframe (20) aan êên zijde is voorzien van een aantal rondlopende randen of uitsteeksels bedoeld voor bevestiging van 3Q een membraan (35I door bet aandrukken van deze laatste tegen de randen of uitsteeksels.
4. 3. Electrodeverpakking volgens conclusie 1 of 2, met bet kenmerk, dat elk binnenframe (1) en bet buitenframe (20) met alle daar- 8002136 * * * in opgenomen elementen telkens als integrale eenheden zijn vervaardigd door spuitgieten van een polymeer. k. Electrodeverpakking volgens êên van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het buitenframe (20) is voorzien van 5 twee openingen (21, 22) voor de toevoer en twee openingen (23, 2k) voor de afvoer van electrolyt en dat uitsluitend één van de respectieve gaten (22 en 2h) in verbinding staat met het respectieve kanaal (25, 26. in het huitenframe, waardoor het gebruik van hetzelfde frame mogelijk is door dit over 180° te draaien, voor het verdelen van het elec-10 trolyt naar (of van) verschillende electrolytkamers, wanneer de electrodeverpakking in b.v. een membraancel in een electrolyseur van het filterperstype wordt gebruikt.
5. 5. Electrodeverpakking volgens êén van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de stroomgeleiders (33) van de elec-15 trode (32) zodanig zijn opgesteld dat, wanneer de electrodeverpakking wordt gebruikt in een electrolyseur, zij steeds zijdelings uitsteken en dat de binnenframes. (1). evenals het buitenframe (20) zijn voorzien van corresponderende openingen (31A.resp. 31B) voor de. stroomt.oevoer-middelen.
6. 6. Electrodeverpakking volgens een van de voorgaande con clusies, met het kenmerk, dat beide binnenframes (1) elk zijn voorzien van twee kamers, b.v. een kamer (6) voor het instromende electrolyt en een kamer (11I voor het uitstromende electrolyt.
7. 7· Electrodeverpakking volgens eln van de voorgaande con- 25 clusies, met het kenmerk, dat de grendelmiddelen (16, 17) elk zijn voorzien van ten minste twee telkens met elkaar corresponderende delen, aangebracht op de binnenzijde van de respectieve binnenframes, welke % delen een onderling verschillende vorm hebben, waardoor een onjuist assembleren van de frames wordt vermeden en waarbij het buitenframe 30 (20) is opgesteld tussen de twee binnenframes (1) door middel van uit sparingen ter plaatse van de buitenranden van de binnenframes.
8. 8. Electrodeverpakking volgens een van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de ribben (1^, 15) van het rooster een hoek van ongeveer 30 - βθ° maken met de stromingsrichting van het toe-35 gevoerde electrolyt.
9. 9· Electrodeverpakking .volgens eln van de voorgaande con- 8002136 * clusies, met het kenmerk, dat de electrode (32) is opgesteld in uitsparingen ter plaatse van de "binnenranden van de binnenframes (1).
10. 10. Electrodeverpakking volgens een van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de opening (8) "begrensd door elk binnen- -5 frame (1) grenst aan de uitsparingen in het binnenframe, welke uitsparingen een kamer (61 vormen voor het binnenkomende electrolyt en een kamer (lil voor het uitgaande electrolyt.
11. 11. Electrodeverpakking volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat. de-electrode en binnenframes ongeveer rechthoekig zijn IQ en dat de kamer (6-1 voor het inkomende electrolyt en de kamer (11) voor het uitgaande electrolyt zijn opgesteld in de bodemrand {h) resp. de bovenrand (51 van het hinnenframe.
12. 12. Electrodeverpakking volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat de twee' binnenframes elk zijn voorzien van het naafvormige 15 uitsteeksel (7l in.genoemde kamer (6) voor het inkomende electrolyt, welke uitsteeksels op elkaar steunen.
13. 13. Electrodeverpakking volgens een van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het buitenframe (20) nabij de binnenrand is vergrendeld tussen de twee binnenframes (l) door middel van 20 grendelmiddelen (16, 171, die uitsluitend zijn opgesteld op de binnenframes voor een directe onderlinge vergrendeling daarvan. 1¾. Toepassing van de- electrodeverpakking volgens een van de voorgaande conclusies 1 - 13, in een membraancel in een elec-trolyseur van het filterperstype. 25 15· Toepassing volgens conclusie 1H, met het kenmerk, dat de huitenframes afwisselend zijn gedraaid over ongeveer 180° ten opzichte van de overige buitenframes, zodat de stroomgeleiders afwisselend zijn gericht'naar de ene of andere zijde van genoemde frames. 8002136